Знание - сила, 2005 № 04 (934)

Научные споры побудили трех ведущих космологов мира — Джона Прескилла, с одной стороны, и Стивена Хоукинга и Кипа Торна — с другой, заключить особое пари. Спорили о судьбе информации, угодившей в черную дыру.

И тут череда многоточий — так много кругом неведомого, неясного, что не выразить ни формулой, ни тезой, лишь обозначить (временно, конечно!) россыпью точек, — сменяется четким пунктиром фактов. Словно в диком поле кто-то проложил дорогу. Попробуем совершить по ней прогулку. Вот основные ориентиры нашего пути.

6 февраля 1997 года — день заключения пари. На|рада победителю: какая-нибудь энциклопедия. Что за пятно красуется рядом с росчерками Прескилла и Торна? Отпечаток пальца Хоукинга — его оригинальная подпись.

Новая дата: 21 июля 2004 года. Подпись на обороте фотографии, где три пожилых человека смотрят на какой-то фолиант: Дублин, семнадцатая международная конференция по общей теории относительности и гравитации. Звуковая дорожка: "Теперь я готов признать себя проигравшим пари, пусть даже Кип Торн продолжает упорствовать". Этот механический, компьютерный голос нельзя не узнать. Ему вторят голоса десятков журналистов, съехавшихся в Дублин: "Хоукинг признал себя побежденным". Через полчаса, когда доклад отзвучит, картина будет ясна. Останется лишь, наведя лупу на снимок, прочитать красно-белую надпись на книге: "Total Baseball", "Весь бейсбол в одном томе". На следующий день газеты сообщат, что том весит семь килограммов.

Линия пунктира резко обрывается. На сцене стоит герой дня, Джон Прескилл из Калифорнийского технологического института, и к удивлению журналистов, уже осмысливших сказанное, говорит: "Я хочу честно признаться: я не понял доклада. Но мне это и не нужно. Ведь уговор был таков: победитель получает энциклопедию, когда другая сторона признает свое поражение. Понимать при этом не обязательно".

Многоточие. Большинство ученых, присутствовавших на слушании, внесли свою лепту, поставили несколько точек в знак того, что эта вязь из формул теории струны и квантовой физики не во всем понятна и им. Попробуем и мы покинуть дорожку и перенесемся туда, где точки разрослись, как чертополох.

Черную дыру окружает газопылевой диск

В поисках пропавшей информации

Еще в шестидесятые годы ряд физиков пришли к выводу, что почти вся информация о теле, угодившем в черную дыру, теряется. Могут уцелеть лишь сведения о его массе, моменте количества движения и электрическом заряде.

"Эта потеря информации отнюдь не представляла собой проблему для классической физики, — вспоминает Стивен Хоукинг. — Согласно классическим представлениям, черная дыра живет вечно, и можно предполагать, что информация сохранится в ее недрах, хотя и останется не очень-то доступной. Ситуация изменилась, когда я открыл, что черная дыра вследствие квантовых эффектов испускает излучение. Делая допустимое приближение, можно предположить, что это излучение является полностью тепловым, а значит, не может нести в себе никакой информации. Что же случится с информацией, которая заключена в недрах черной дыры, когда та испарится и перестанет существовать? Похоже, единственный способ, позволяющий вновь выудить информацию, так это предположить, что излучение не является строго тепловым; иными словами, существует некая хитроумная корреляция".

Если же информация безвозвратно уничтожается внутри черной дыры, этого "великого уравнителя", тогда нарушается так называемая унитарность квантовой теории и всякие корреляции невозможны. Иными словами: не всякое конечное физическое состояние объекта однозначно соотносится с начальным состоянием. Судьба любого объекта, старательно сшиваемая пунктиром фактов, разрывается, подменяется несусветным множеством точек. Или, говоря уж совсем простецким наречием: если сегодня вечером вы, журналист А* 3*, занесенный судьбой черт знает в какую чернейшую дыру, сидите и пишете статью о Стивене Хоукинге, то вполне может быть, что десять лет назад вы Хоукингом и были, а в вашем обличье жил какой-то другой человек. Так что развязная болтовня Хлестакова о книгах, которые он написал, не пустая похвальба лжеца, а... ниспосланное ему понимание "истин физики в последней инстанции".

Как бы то ни было, квантовая теория оказывалась негодной. Мир — в новейших прозрениях физиков — превращался в коварный хаос, где произойти могло что угодно, вопреки всяким правилам. Мир становился непознаваем. Или, перефразируя цитату, навеки сросшуюся с именем Эйнштейна: "Бог не только играет в кости, но еще и бросает их так, что не разглядишь выпавших чисел". Все растворяется в тумане. Все подменяется многоточиями. "Не разглядишь!" Ироничная острота Хоукинга звучит как высший закон мироздания.

Так выглядела бы Земля, превратившись в черную дыру. Ее диаметр составил бы 1,8 сантиметра

Часть световых лучей огибает черную дыру, часть поглощается ей

Союз тривиального с нетривиальным

В Дублине звучали другие слова. Хоукинг стремился доказать обратное. В его мысленном эксперименте фотоны, излучаемые черной дырой, улетали в бесконечность — туда, гае на их поведении никак не скажутся флуктуации пространства-времени, создаваемые черной дырой. Ведь описать их можно лишь весьма приблизительно, с помощью разрабатываемой сейчас теории квантовой гравитации. Бесконечность же, в рассуждениях Хоукинга принимавшая все, что вырвалось из недр черной дыры, тем и хороша, что в ней можно было не учитывать влияние самой черной дыры. Там классическая теория сохраняла свои права. "Это позволяет нам сделать вывод, что сохраняется и информация, попавшая в недра черной дыры; она оказывается на бесконечно далеком расстоянии от черной дыры". С такой же убедительностью можно сказать, что и человек — сгусток информации, исчезающий в черной дыре смерти, — сохраняется на бесконечно далеком расстоянии от нее, от себя прежнего.

Черные дыры поглощают звезды, галактический газ, клубы пыли

В принципе, после "математической гимнастики", проделанной Хоукингом в Дублине, прав оказался каждый из участников спора. "Информация исчезает в топологически нетривиальном пространстве-времени, — сказал Хоукинг в своем заключительном слове, — но, с другой стороны, она сохраняется в топологически гривиальном пространстве-времени. Странности и смятение возникали, когда принимались мыслить классически, сводя все к одной-единственной топологии мироздания: либо к четырехмерному пространству-времени, либо к черной дыре. Однако идеи Фейнмана (расчеты, проделанные Хоукингом, во многом основаны на "методе интегральных троп" Ричарда Фейнмана; подробнее смотрите статью "Новое откровение Хоукинга". — А.З.) допускают, что одновременно имеет место то и другое. Сказать же, какой именно топологией наблюдатель должен пользоваться в тот или иной момент времени, так же проблематично, как и в квантовой физике сказать, через какую именно из двух щелей электрон проникает во время проводимого эксперимента. Единственное, что может констатировать наблюдатель, находящийся в бесконечности, так это то, что информация не исчезает".

Итак, к концу доклада Хоукинга расшатанные было основы физики вновь укрепились, зато разительно переменилось все мироздание. Прежде оно было усеяно особыми "выколотыми" точками, где безвозвратно скрывалась материя. Кто-то называл их ловушками, которые будут хранить добытое ими вечно; кто-то (сам Хоукинг в том числе) — "вратами в иной мир", в мир иных Вселенных; кто-то (например, Прескилл) считал черные дыры "великими шифровальщицами": да, их излучение несет информацию, но мы не можем ее расшифровать. Теперь эти провалы в пространстве затянуло водянистой рябью. Туда все так же исправно ссыпались газ, пыль, целые звезды, чтобы — подобно обломку, затянутому в водоворот,— вынырнуть несусветно далеко от этой пучины. Вынырнуть, оставшись все в той же Реке пространства, в той же Реке времени.