Физика с Хокингом. Ключевые идеи в популярном изложении - Рюдигер Ваас
Черные дыры с хаосом и мягкими волосами
В 2013 году Хокинг вернулся к информационному парадоксу и в 2014 году опубликовал короткую статью с необычным названием «Сохранение информации и прогнозирование погоды для черных дыр». В ней он усомнился в самом существовании горизонтов событий, что в определенном смысле поставило под вопрос существование самих черных дыр.
Это вызвало путаницу, хотя Хокинг не отрицал существования видимых горизонтов, за которыми исчезает информация о коллапсирующей материи. Однако эта информация должна, по его мнению, появиться вновь, когда горизонты растворятся из-за испарения черных дыр.
«Отсутствие горизонтов событий означает, что не существует черных дыр, в смысле, областей, из которых свет не может уйти в бесконечность. Однако существуют видимые горизонты, которые сохраняются в течение определенного периода времени. Это означает, что черные дыры следует переопределить как метастабильные связанные состояния гравитационного поля».
Если у черных дыр есть маленькие волоски, то информация от падающего в них вещества не теряется навсегда.
Возможно, ему следовало бы сказать так: черные дыры уже не те, какими они были когда-то или какими они казались. Без горизонта событий уходят в прошлое и предположения о некоторых теоретических неудобствах, которые физики обсуждали в последние годы для решения информационного парадокса: например, о центральных информационных ядрах, которые могли бы остаться после испарения, аннигилирующих огненных стенах непосредственно за горизонтом или информационных копиях на нем. Короче говоря, информация должна продолжать существовать в пространстве-времени, хотя и в непредсказуемой, хаотичной форме, как погода, – что и объясняет странное название статьи.
Однако оставалось неясным, как именно может происходить аннигиляция, сохраняющая информацию. Но Хокинг не сдавался. В 2015 году он прочитал лекцию в Стокгольме, в которой представил новую идею решения информационного парадокса, не ссылаясь при этом на свою предыдущую работу.
«Черные дыры – это не вечные тюрьмы, как всегда думали люди. Вещи могут вырваться из черной дыры как наружу, так и, возможно, в другую Вселенную. Теперь я предполагаю, что информация хранится не внутри черной дыры, как можно было бы ожидать, а на ее границе, горизонте событий. Если вы чувствуете, что находитесь в черной дыре, не сдавайтесь. Выход есть».
Он развивал эту гипотезу в статьях с Малкольмом Перри и Эндрю Строминджером, начиная с 2016 года, и продолжал размышлять над ней почти до самой смерти. Последний отчет об исследовании был опубликован посмертно в декабре 2018 года. Многое еще не до конца ясно, но коллеги Хокинга продолжают его работу.
Основная идея заключается в том, что вокруг черной дыры могут существовать различные состояния вакуума, так сказать, свойства пустого пространства, которые изменяются, когда что-то проваливается. Эти состояния должны сохранять разрушающуюся информацию. И этот факт ставит под сомнение физическую предпосылку информационного парадокса (у черных дыр нет волос, т. е. нет других свойств, кроме массы, момента импульса и электрического заряда), так что исходный аргумент больше не является убедительным.
Каким образом информация вновь появляется в излучении Хокинга, которое в таком случае не может носить чисто случайный характер, пока неясно. В конечном счете Хокинг и его коллеги предположили, что черная дыра действительно имеет крошечные «мягкие волосы»: свойства, которые хранятся в форме частиц, не содержащих массы (фотонов и гравитонов). (Физики уже размышляли об этом в 1960-х годах.)
«Информация о коллапсировавших частицах снова выходит из черной дыры, но в сильно изрезанном, хаотичном и бесполезном виде. Это решает информационный парадокс. Однако с практической точки зрения эта информация уже не имеет никакого смысла».
Если теоретически черные дыры не уничтожают информацию – а последнее слово об этом еще не сказано, – то на практике эту информацию восстановить невозможно. Таким образом, невозможно будет восстановить поддельные счета, которые коррумпированный политик решил поместить в темную гравитационную ловушку, чтобы скрыть скандал с пожертвованиями. Вероятность поимки мошенника таким способом крайне мала. Но если бы информация однажды появилась из испаряющейся черной дыры, то, по крайней мере, Вселенная не осталась бы в неведении о содеянном и, грубо говоря, информация никогда не была бы полностью уничтожена.
Вопросы
1. Почему черные дыры не полностью черные?
◻ а. Потому что Хокинг не хочет, чтобы Бог бросал кости
◻ б. Потому что их масса заключена только в их сингулярности
◻ в. Потому что они распадаются из-за квантовых эффектов
2. Насколько тяжелой была бы черная дыра, если бы она испарилась сегодня?
◻ а. Тяжелой как атом
◻ б. Тяжёлой как гора
◻ в. Тяжёлой как Луна
3. Что Хокинг проиграл в споре?
◻ а. Энциклопедию бейсбола
◻ б. Темный горький шоколад
◻ в. Миниатюрную черную дыру
4. Почему «информационный парадокс» является проблемой?
◻ а. Потому что излучение Хокинга является хаотичным
◻ б. Потому что черные дыры не испаряются полностью
◻ в. Потому что закон сохранения информации будет нарушен
5. Какова последняя идея Хокинга?
◻ а. Информация попадает в параллельную вселенную
◻ б. У черных дыр есть волосы
◻ в. Черные дыры оставляют после себя информативный реликт
Ответы: 1в, 2б, 3a, 4в, 5б
Будущее и путешествия во времени
«Почему вообще должно существовать направление времени? Почему мы помним прошлое, но не будущее?»
Многие люди просыпаются от звонка будильника, торопливо завтракают, а затем опаздывают на работу. Там они скучают на бесконечных совещаниях и порой продлевают себе обеденный перерыв. Вас поджимают сроки подачи налоговой декларации или прохождения техосмотра, вы с нетерпением ждете окончания работы, но вечно стоите в пробках и удивляетесь, почему время летит так быстро, когда вы играете в шахматы, читаете хорошую книгу или отправляетесь в отпуск. Время – наш постоянный спутник, но никто не знает, что это такое на самом деле. Откуда оно берётся и куда течёт? Может ли оно повернуться вспять? Возможно ли совершить путешествие в далекое будущее или прошлое, и можно ли тогда исправить ошибки или узнать выигрышные номера лотереи на следующий месяц?
Стивен Хокинг размышлял о тайнах времени больше, чем кто-либо другой. Он не только сформулировал «презумпцию защиты временного порядка»,
