Читать книгу "Большое космическое путешествие - Дж. Ричард Готт"

Подробности того, как именно такое испарение сказывается на недрах черной дыры, по-прежнему активно обсуждаются. Некоторые физики считают, что античастицы (или частицы), рождающиеся прямо под горизонтом событий и парные хокинговским частицам (или античастицам), излучаемым с внешней стороны горизонта, могут образовывать файервол – стену из горячих фотонов, расположенную непосредственно перед горизонтом событий, – в ней и сгорит падающий астронавт. Возможно, этот эффект становится существенным лишь после того, как в черной дыре испарится примерно половина массы, – а это произойдет только в отдаленном будущем. Детали зависят от свойств квантового состояния вакуума, возникающего вокруг черной дыры.

Джеймс Хартл и Хокинг обнаружили квантовое состояние, которое не приводило к вспышке на горизонте событий и «пропускало» падающего астронавта в глубины черной дыры. Когда из вакуума рождаются частица и античастица (например, электрон и позитрон), их квантовые состояния запутанны. Две эти частицы обладают взаимно противоположным спином и моментом импульса. Если измерить спин одной из них в конкретном направлении, то сразу же известно, что спин второй в этом же направлении будет противоположен. Эта закономерность сохраняется, даже если частицы находятся очень далеко друг от друга. Данный эффект озадачивал Эйнштейна, он называл его «жутким дальнодействием». Для него это был один из проблемных аспектов квантовой механики. В недавно опубликованной работе Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд – двое ведущих современных специалистов в этой сфере – отстаивают мнение, что, благодаря квантовой запутанности между излучаемыми частицами и их партнерами, остающимися за горизонтом событий, астронавт может падать в черную дыру, ничуть не разогреваясь, точно как и предполагали Хартл и Хокинг. Малдасена и Сасскинд считают, что частица и античастица в данном случае соединены крошечной микроскопичской кротовой норой. В принципе, они соприкасаются через кротовину, хотя расстояние в обычном пространстве между ними велико. Кротовая нора напоминает отверстие в столешнице, через которое муравей может переползти с верхней стороны столешницы на нижнюю. Если двигаться по плоскости стола, расстояние между двумя «устьями» норы действительно велико. Муравью пришлось бы ползти и ползти от верхнего до нижнего устья кротовой норы. Сначала ему пришлось бы доползти по столешнице до края стола, затем повернуть и ползти по нижней стороне столешницы, пока, наконец, он не добрался бы до второго устья. Муравей, который бы двигался таким образом, счел бы, что от одного устья до другого долгий путь, а другой муравей, который бы проскочил прямо через кротовину, подумал бы, что два устья расположены довольно близко. Таким образом решается эйнштейновская проблема «жуткого дальнодействия». Частица и античастица всегда близки друг к другу, так как сообщаются через кротовую нору. Интересно, что Уилер уже отмечал: линии электрического поля, сходящиеся у устья кротовой норы, могут выглядеть как электрон (на нижней части столешницы), но, появляясь из верхнего устья, такая частица выглядит уже как позитрон. Следовательно, считал он, частицы и античастицы могут сообщаться через кротовины, например, как в черной дыре, которую мы видели на диаграмме Крускала; эта черная дыра соединяет две Вселенные (и в данном случае называется «мост Эйнштейна – Розена»). Эйнштейн написал статью о жутком дальнодействии в соавторстве с Натаном Розеном и Борисом Подольским. Следовательно, считают Малдасена и Сасскинд, парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена о «жутком дальнодействии» разрешим при помощи микроскопического моста Эйнштейна – Розена! Удивительно, что Эйнштейн и Розен (а также кто бы то ни было еще) упустили эту связь! Если эта картина верна, то аспирант, по-видимому, уцелеет при пересечении горизонта событий, как изначально и предполагал Хокинг. Вот пример, демонстрирующий, какие глубокие взаимосвязи вскрыла работа Хокинга.

Помню, как я был воодушевлен, когда Хокинг прибыл к нам в Калтех, чтобы рассказать об открытии: черные дыры могут испаряться. Хокинга представил нам Кип Торн, один из крупнейших в мире специалистов по черным дырам. В аудитории присутствовал нобелевский лауреат Мюррей Гелл-Манн. Торн заверил нас, что по значимости это исследование тянет на революционное. Согласен – это один из важнейших результатов общей теории относительности со времен Эйнштейна. Все вы слышали о Стивене Хокинге, и именно это исследование принесло ему мировую славу. Некоторые из этих захватывающих событий показаны в фильме «Теория всего» (2014 год). Эдди Редмейн получил «Оскар» за то, как убедительно и точно сыграл в этом фильме Хокинга.

Глава 21

Космические струны, кротовые норы и путешествия во времени

Автор: Дж. Ричард Готт

С тех пор как я исследую проблему путешествий во времени в рамках общей теории относительности, соседские дети думают, что у меня в гараже стоит машина времени. Однажды я побывал в Калифорнии на конференции по космологии и явился туда в бирюзовой спортивной куртке. Мой коллега Роберт Киршнер, в ту пору возглавлявший астрономический факультет в Гарварде, подошел и сказал: «Рич, ты, должно быть, купил эту куртку в будущем и привез сюда, ведь такого цвета еще не изобрели!» С тех пор я называю ее «куртка из будущего» и всегда прихожу в ней читать лекции о путешествиях во времени.

Обычно я вхожу на такую лекцию в этой бирюзовой куртке и несу коричневый брифкейс. Кладу брифкейс в шкафчик и поспешно выхожу. Затем возвращаюсь в футболке. Объясняю собравшимся, что у меня назначена другая встреча, и я договорился, чтобы эту лекцию прочитал вместо меня приглашенный оратор, затем выхожу снова. Снова возвращаюсь, уже в бирюзовой куртке, и говорю всем, что это «куртка из будущего». Объясняю, что не мог прочесть лекцию, потому что спешил на другую встречу, которая была назначена на то же время, что и лекция; но поскольку у меня есть машина времени, после встречи я смог просто отправиться в будущее, купить там куртку и вернуться сюда – прочесть лекцию, но уже успев немного постареть.

Тут я замечаю, что забыл принести конспект лекции о путешествиях во времени. Что же делать? Поскольку у меня есть машина времени, соображаю я, можно взять конспект уже на следующий день (после лекции) и вернуться сюда, заранее оставить где-нибудь в аудитории брифкейс с конспектом. Осматриваюсь, но нигде их не вижу. Итак, возможно, я их спрятал. Где? Да хоть в этом шкафчике. Открываю шкафчик, нахожу в нем брифкейс, открываю его – ура! Там лежит конспект лекции о путешествиях во времени.

Рассмотрим эти события, проследив их мировые линии на пространственно-временном графике. По оси абсцисс откладывается пространство, по оси ординат – время, причем будущее находится вверху. Аудитория, в которой я читаю лекцию, – это вертикальная полоса в центре. Вот как выглядит моя мировая линия (рис. 21.1).

Рис. 21.1. Пространственно-временная схема хронопутешествия профессора Готта. Предоставлено Дж. Ричардом Готтом

На пространственно-временном графике я выхожу из аудитории, при этом на мне белая футболка. Ненадолго возвращаюсь в аудиторию, говорю, что не смогу прочитать лекцию, потому что спешу на встречу. Удаляюсь, успеваю на встречу, а затем лечу в будущее, где покупаю куртку. С этого момента моя мировая линия становится светло-серой. Возвращаюсь, вновь захожу в аудиторию и там читаю лекцию. Когда лекция закончена, мне нужно вернуться в прошлое незадолго до начала лекции, просто чтобы успеть занести брифкейс с конспектом этой лекции. Я войду в аудиторию, а затем быстро выйду, после чего в нее войду я же (чуть младше), в футболке. Далее я продолжу жить строго в направлении будущего. У меня получилась сложная мировая линия.