Гипотеза белых дыр. Об устройстве Вселенной, гравитации и теории относительности - Карло Ровелли

Некоторые из моих коллег убеждены в невозможности втиснуть большой объем информации в пределы малой поверхности. Они уверены, что как только наружу выйдет почти вся энергия и горизонт станет крохотным, внутри сможет остаться лишь ничтожное количество информации. Другая же часть научного сообщества (к которой принадлежит и ваш покорный слуга) убеждена в обратном: объем информации в черной дыре – пусть даже и сильно испарившейся – может оставаться большим. И каждая из сторон убеждена в том, что другая сбилась с истинного пути.

В истории науки такого рода споры – обычное дело; более того – в них соль науки. Разногласия могут длиться почти бесконечно. Сообщество разделяется, обсуждает, яростно спорит. Постепенно наступает понимание. Кто-то оказывается правым, кто-то другой – нет.

В конце XIX века физики разделились на два лагеря. Половина из них, вслед за Больцманом, была убеждена в том, что атомы действительно существуют. Другая половина, вслед за Махом, считала, что это просто математические конструкты. Спор был яростным. Эрнст Мах был великим человеком, но прав оказался Больцман: мы видим атомы в микроскоп.

Я считаю, что коллеги, верящие, что малый горизонт способен охватить лишь малый объем информации, заблуждаются, пусть даже на первый взгляд их доводы кажутся убедительными. Но давайте рассмотрим их.

Первый довод состоит в том, что число элементарных составляющих объекта (например, число его молекул) можно рассчитать на основе соотношения его энергии и температуры [43]. Для черной дыры известны энергия (и масса) и температура (ее вычислил Хокинг), следовательно, можно выполнить расчет. Из такого расчета следует, что чем меньше горизонт, тем меньше количество элементарных составляющих. Как если бы у нас было мало шариков в коробке.

Второй довод – наличие явных расчетов, которые позволили непосредственно пересчитать эти элементарные составляющие на основе обеих наиболее хорошо изученных теорий квантовой гравитации, непримиримых соперниц – теории струн и петлевой теории. Оба этих расчета были выполнены в 1996 году с разницей в несколько месяцев [44], и оба показали, что для малого горизонта число элементарных составляющих тоже становится малым [45].

Эти доводы кажутся очень сильными. На их основании многие физики приняли «догму» (они сами ее так называют), гласящую, что число элементарных составляющих, заключенных в границах малой поверхности, должно быть малым. Внутри малого горизонта может содержаться только малый объем информации.

Если свидетельства в пользу «догмы» настолько сильны, то где же ошибка?

Она в том, что оба довода касаются подсчета только тех составляющих черной дыры, которые можно различить снаружи, пока черная дыра продолжает быть таковой. Это составляющие, расположенные на горизонте.

Другими словами, оба довода не учитывают огромный внутренний объем. Они сформулированы с точки зрения наблюдателя, который остается вдалеке от черной дыры, не видит ее внутреннюю область и полагает, что черная дыра всегда останется таковой. А если черная дыра никогда не перестанет быть черной дырой, то удаленный наблюдатель сможет видеть только то, что находится вне ее или непосредственно на горизонте. Для такого наблюдателя внутренней области как бы не существует. Для такого наблюдателя.

Но внутренняя область существует! Не только для тех, кто осмелится (подобно нам) войти в нее, но и для тех, кто наберется терпения и дождется, пока черный горизонт не превратится в белый и запертое внутри не выйдет наружу.

Другими словами, мои коллеги полагают описание черной дыры в рамках теории струн или петлевой теории полным, не удосужившись разобраться в статье Финкельштейна 1958 года. А ведь на самом деле описание черной дыры в терминах внешних координат неполное!

Это хорошо видно в расчетах, выполненных в рамках петлевой теории гравитации: количество составляющих вычисляется как раз путем пересчета «квантов пространства» на горизонте. Но если присмотреться, то и в расчете по теории струн получается то же самое: черная дыра предполагается стационарной, то есть совершенно неизменной, и все построения основаны на том, что видит удаленный наблюдатель. Следовательно, по условию не учитывается то, что находится внутри и что удаленный наблюдатель увидит только после окончания испарения черной дыры – когда она перестанет быть стационарной. (Мы ведь помним, что внутренняя область черной дыры никоим образом не стационарна? Она меняется, длинная труба вытягивается и сужается.)

Короче говоря, я полагаю, что иные из моих коллег ошибаются от нетерпения (считая, что все должно разрешиться до окончания испарения, после чего станет неизбежной квантовая гравитация), а другие – от того, что не учитывают все, что расположено за границей видимого и чего, следовательно, не видит наблюдатель снаружи. Две эти ошибки мы нередко совершаем и в обыденной жизни.

Приверженцы «догмы» оказываются в плену проблемы под названием «исчезновение информации в черной дыре». Они убеждены, что внутри испарившейся черной дыры не остается никакой информации. Но ведь внутрь черной дыры информация падает, потому что туда падает все, а любой падающий внутрь горизонта объект несет с собой информацию. Информация не исчезает бесследно. Куда же она девается?

Для решения этого парадокса приверженцы «догмы» считают, что информация должна неким таинственным образом выходить – скажем, как-то скрывшись между складками излучения Хокинга, подобно Одиссею со спутниками, которые выбрались из пещеры Полифема, спрятавшись между овцами. Некоторые полагают, что область внутри черной дыры связана с пространством снаружи посредством гипотетических невидимых каналов… Короче говоря, эти мои коллеги хватаются за соломинку, ищут хитроумные способы спасения «догмы», как поступают все догматики, оказавшись в затруднительном положении.

Однако информация, вошедшая внутрь горизонта, не выходит из него волшебным образом. Она выходит из-под горизонта после того, как горизонт, подобно Гэндальфу, станет белым.

Стивен Хокинг в последние годы жизни говорил, что не следует бояться черных дыр – рано или поздно вы из них выберетесь. Выберетесь, пройдя через белую дыру.

Но где есть разногласия, там есть и сомнения: а что, если правы оппоненты? Что делать? Ответ прост: читать, стараться понять доводы других, задавать вопросы. Но потом, если в конце концов покажется, что ошибаются все-таки они, надо иметь мужество услышать голос доброго маэстро: «Иди за мной, и пусть себе толкуют! // Как башня стой, которая вовек // Не дрогнет, сколько ветры ни бушуют!» [46]

В этом, по сути, и состоит занятие наукой. Цель не в том, чтобы убедить окружающих, а в том, чтобы понять. Ясность придет в свое время. Нужно безграничное смирение, чтобы усомниться в себе самих, но нужна и безграничная дерзость, чтобы иметь силы «идти туда, куда нас