Черные дыры и молодые вселенные - Стивен Уильям Хокинг

частицам выбраться из черной дыры, т. е. из такого места, которое ранее считалось местом пожизненного заключения. Вероятность того, что частица выберется из черной дыры солнечной массы, весьма мала, так как частице придется лететь со сверхсветовой скоростью несколько километров. Но в принципе могут существовать очень маленькие черные дыры, образовавшиеся в ранней Вселенной. Эти первичные черные дыры по размеру могут не превышать ядро атома, хотя их масса может составлять миллиарды тонн (масса горы Фудзи). Они могут излучать энергию, сравнимую с энергией мощной электростанции. Если бы мы могли найти одну из таких мельчайших черных дыр и обуздать ее энергию! К сожалению, вряд ли Вселенная изобилует такими черными дырами.

Предсказание об излучении черных дыр было первым нетривиальным результатом, полученным в результате объединения общей теории относительности Эйнштейна с принципами квантовой механики. Оно показало, что гравитационный коллапс может оказаться не таким уж глухим тупиком, как это представлялось. Жизненный путь частиц в черной дыре не обязательно должен кончаться сингулярностью. Напротив, они могут избежать такого конца, вырваться из черной дыры и продолжить свой путь во Вселенной. Возможно, квантовый принцип означает, что история не обязательно имеет начало во времени, в точке создания, при Большом взрыве?

На этот вопрос очень сложно однозначно ответить, так как он подразумевает применение квантового принципа к структуре самого пространства-времени, а не только к траекториям частиц в данной области пространства-времени. Что нам нужно, так это найти способ определять сумму предысторий не только для частиц, но и для всей ткани пространства-времени. Мы до сих пор не знаем, как правильно производить это суммирование, но мы знаем, какими чертами должен обладать этот процесс. Прежде всего легче суммировать предыстории в воображаемом времени, а не в обычном реальном времени. Понять концепцию воображаемого времени очень сложно, это самая трудная задача для читателей моей книги. Кроме того, философы подвергают меня жесткой критике за это воображаемое время. Как может воображаемое время соотноситься с реальной Вселенной? Думаю, что эти философы не усвоили уроки истории. Когда-то считалось, что Земля плоская и Солнце вращается вокруг Земли. Однако после открытий Коперника и Галилея нам пришлось привыкать к идее, что Земля круглая и вращается вокруг Солнца. Точно так же мы долго считали, что время для всех течет одинаково. Однако Эйнштейн открыл нам глаза: для разных наблюдателей время течет по-разному. Казалось также очевидным, что Вселенная имеет одну-единственную историю, но после открытия квантовой механики мы рассматриваем Вселенную как совокупность всех возможных ее историй. Я подвожу к тому, что идею воображаемого времени мы тоже со временем примем. Этот интеллектуальный скачок будет равносилен признанию того, что Земля круглая. И тогда воображаемое время будет казаться таким же естественным, как шарообразная форма Земли. В образованном мире не так уж много членов общества сторонников плоской Земли.

Можно представить себе обычное реальное время в виде горизонтальной линии, идущей слева направо. Прошлое слева, будущее справа. Но можно представить себе другое направление времени, например вверх и вниз по странице. Это и есть так называемое воображаемое, или мнимое, направление времени под прямым углом к реальному времени.

В чем смысл введения концепции воображаемого времени? Почему нельзя оставаться в рамках концепции обычного, реального времени, которое мы понимаем? Причина заключается в том, что, как было отмечено раньше, материя и энергия стремятся изогнуть ткань пространства-времени. В реальном времени это неизбежно приводит к сингулярностям, то есть точкам, где пространство-время заканчивается. В сингулярностях уравнения физики не выполняются и невозможно предсказать будущие события. Но вектор воображаемого времени расположен под прямым углом к вектору реального. Это означает, что он ведет себя так же в отношении трех измерений пространства. Кривизна пространства-времени, обусловленная наличием материи во Вселенной, может привести к тому, что три измерения пространства и вектор воображаемого времени пересекутся с оборотной стороны. Они образуют замкнутую поверхность, напоминающую поверхность Земли. Три вектора пространства и вектор воображаемого времени сформируют такое пространство-время, которое будет замкнуто само на себя, без границ и без края. Никакую точку нельзя будет назвать ни началом, ни концом, так же как земная поверхность не имеет ни конца, ни начала.

Согласно предположению, выдвинутому в 1983 году мною совместно с Джимом Хартлом, сумму историй Вселенной не следует составлять из тех, что могли иметь место в реальном времени. Скорее имеет смысл интегрировать истории в воображаемом времени, замкнутые на себя подобно земной поверхности. Поскольку в этих историях нет сингулярностей, равно как нет и начала или конца, все происходящее в них полностью определяется законами физики. Это означает, что все, происходящее в воображаемом времени, можно рассчитать. И если вы знаете историю Вселенной во времени воображаемом, вы можете просчитать, как она поведет себя во времени реальном. Таким способом, быть может, и удастся получить единую теорию поля, которая сможет предсказать все события во Вселенной. Ее Эйнштейн искал все последние годы своей жизни. Его попытки ничем не увенчались, поскольку он не признавал квантовую механику. Он не был готов примириться с тем, что Вселенная может иметь много альтернативных историй. Мы до сих пор не знаем, как правильно суммировать их, но мы можем быть вполне уверены, что наиболее подходящей средой будет воображаемое время, а пространство-время замкнется само на себя. Воображаемым временем и теперь не удивить любителей научной фантастики. Но это не научная фантастика и не математическая головоломка. Это то, что формирует Вселенную, в которой мы живем.

Глава девятая

Происхождение Вселенной[36]

Проблема происхождения Вселенной сродни вопросу о том, что было вначале – курица или яйцо. Другими словами, какая канцелярия ответственна за создание Вселенной и что породило саму эту канцелярию? А может быть, Вселенная или канцелярия, создавшая ее, существовали вечно и вовсе не нуждались в том, чтобы их создавали. До недавнего времени ученые стыдливо отворачивались от этих вопросов, ссылаясь на то, что они принадлежат к сфере метафизики или религии и с наукой имеют мало общего. Однако за последние несколько лет выяснилось, что научные законы могут действовать даже в момент зарождения Вселенной. В этом случае Вселенная является самодостаточной и полностью подчиняющейся научным законам.

Дебаты о возникновении Вселенной продолжались на всем протяжении человеческой истории. Существует два основных направления человеческой мысли. Многие традиционные учения, в том числе иудаизм, христианство, ислам, утверждают, что Вселенная была создана в сравнительно недавнем прошлом. (В XVII столетии архиепископ Ашшер даже определил точную дату создания Вселенной – 4004 год до Рождества Христова; он пришел к этому, сложив возрасты ветхозаветных персонажей). В поддержку