Иная реальность. Стивен Хокинг выяснил, куда ведут черные дыры

Знаменитый британский физик Стивен Хокинг пересмотрел свои прежние теории и дал правдоподобное объяснение природе черных дыр. Неизвестно, смотрел ли Хокинг недавний блокбастер Кристофера Нолана Интерстеллар, и если смотрел, то что он думает о возможности попавшего в черную дыру отца оправлять своей дочери сообщения через пространство и время.

Однако, новая теория Хокинга о черных дырах также затрагивает способность черных дыр необычным образом обращаться с информацией, которая в них... проваливается.

В январе 2016 года Хокинг в очередной раз попал в заголовки ведущих СМИ планеты. Тогда он заявил, что нашел возможное решение парадокса черных дыр, т.е. смог объяснить, как черные дыры могут одновременно стирать информацию и сохранять ее.

Стивен Хокинг предположил, что черные дыры вовсе не являются вечными тюрьмами

Работа Хокинга была опубликована на сайте ArXiv.org, что позволило другим физикам ознакомиться с ней и высказать критические замечания. И вот шесть месяцев спустя, не встретив серьезного сопротивления мировой научной элиты, теория Хокинга была опубликована в авторитетном журнале Physical Review Letters.

Вместе со своими соавторами - Эндрю Строминжером из Гарвардского университета и Малколмом Перри из Кэмбриджского университета - Хокинг утверждает, что черные дыры представляют собой не что иное, как порталы в иную Вселенную.

НВ попробовало проследить за ходом мысли Хокинга и разобраться, почему его новая теория считается событием в мире физики.

Вечная память?

Нынешние представления о черных дырах сформированы на базе общей теории относительности Эйнштейна.

Согласно устоявшимся представлениям, все, что пересекает горизонт событий на краю черной дыры, бесследно исчезает.

Даже свет не может избежать такой участи. Собственно, поэтому черные дыры и получили свое название. Ведь они поглощают свет, и мы их не способны увидеть.

Популяризации черных дыр способствовал блокбастер Интерстеллар режиссера Кристофера Нолана

Однако, в 1970-х британский физик Стивен Хокинг предположил, что есть нечто, способное “убежать” от черной дыры благодаря законам квантовой механики. Это нечто - радиация.

Если постараться пересказать эту теорию Хокинга простым языком, то получается примерно следующее. Когда черная дыра “заглатывает” одну половину пары частица-античастица, то другая половина возвращается обратно в космос в виде радиационной частицы, унося с собой небольшую частицу энергии черной дыры.

Вода камень точит, как говорится.

Поэтому и даже ничтожный отток энергии рано или поздно может привести к исчезновению черной дыры. И ее единственным следом останется электромагнитная радиация, которую излучала эта дыра. Это явление получило названия “излучение Хокинга”.

Проблема заключается в том, что согласно подсчетам Хокинга, радиация не может содержать никакой ценной информации о том, что “заглатывала” черная дыра за время своего существования. Иными словами, вся информация теряется навсегда.

А это утверждение вступает в противоречие с представлениями современной физики о том, что время всегда можно повернуть вспять.

По крайней мере, в теории все процессы во Вселенной должны выглядеть одинаково вне зависимости от того, движется ли время вперед или назад.

На первый взгляд, это звучит странно. Но если сравнить этот принцип с принципом работы современного компьютера, то все становится предельно ясно, поясняет астрофизик Деннис Овербай.

“Вселенная представляет собой нечто наподобие суперкомпьютера, - говорит он. - И предполагается, что она способна вести учет всего, что происходило в ее пределах”.

В качестве примера он приводит логи камер дорожного наблюдения. В них содержатся записи о том, что одна из проехавших машин была зеленым пикапом, а другая - красным Porsche. И эта информация сохраняется спустя длительное время после того, как обе машины разъехались.

Точно так же и Вселенная помнит о том, что одна из частиц состояла из материи, а вторая - из антиматерии. “Частицы могут быть разрушены, но информация о них - об их основных физических атрибутах - должна существовать всегда”, - поясняет Овербай.

Черные дыры вступают в противоречие с этой основополагающей теорией квантовой механики, ведь принято считать, что они начисто уничтожают любую информацию.

Это противоречие является проблемой не только для астрофизики, но и для физики в целом.

И вот теперь, Хокинг утверждает, что нашел решение проблемы.

Волосы памяти

Вокруг черной дыры может существовать некое гало - свечение из мягких “волос”, которые способны хранить информацию, предполагает Хокинг.

На самом деле, “волосы” - это метафора. Она описывает квантовые возбуждения, которые несут данные обо всем, что проходило через черную дыру. И эти возбуждения существуют даже после того, как исчезает сама черная дыра.

По словам Овербая, эти возбуждения проще всего описать как некий космический аналог дорожек на поверхности виниловых пластинок. На этих “дорожках” записана информация о том, что проходило сквозь горизонт событий, а затем исчезало.

Выдвинув эту гипотезу в январе 2016 года, Хокинг признал ошибочность своих прежних расчетов, основываясь на которых, в свое время предполагал, что черные дыры поглощают информацию навсегда.

Новая гипотеза Хокинга о “волосах” за полгода с момента первой публикации так и не приобрела серьезных критиков. Исследователи отмечают, что это изящное объяснение информационного парадокса выглядит вполне правдоподобно.

“Без прошлого мы потеряем свою индивидуальность”, - констатирует Хокинг

Хотя и не до конца исчерпывающе.

“Сама по себе гипотеза не дает полноценного решения проблемы сохранения информации черными дырами, - поясняет Гари Горовиц, физик из Калифорнийского университета. - Расчеты также должны быть сделаны для гравитационных полей, а не только для электромагнитных”.

Горовиц также не уверен, что этих “волос” достаточно для хранения всей информации о том, что падает в черную дыру.

Однако, Горовиц считает, что сам ход мысли Хокинга может привести к открытию новых видов хранения информации во Вселенной. И таким образом, проблема информационного парадокса черных дыр в конце концов будет решена, предполагает он.

Другая Вселенная

"Черные дыры не являются вечной тюрьмой, как ранее думали, — говорил Хокинг, представляя свою теорию в январе. — Если вам кажется, что вы попали в черную дыру, не сдавайтесь. Есть выход".

В этой цитате есть доля шутки, однако в целом она наводит на главную мысль, которую Хокинг припрятал в своей работе.

Герой Интерстеллара, попав в черную дыру, смог отправлять сообщения своей дочери в прошлое

Если уничтожение информации возможно в принципе, рассуждает Хокинг, то можно предположить, что возможно стереть информацию о прошлом.

Таким образом, если бы черные дыры могли и вправду без следа уничтожать любую попадающую в них информацию, это означало бы, что, опять таки, чисто теоретически, могут удалять частички прошлого.

А ведь именно прошлое говорит нам о том, кто мы есть. “Без прошлого мы потеряем свою индивидуальность”, - констатирует Хокинг.

Поэтому следствием допущения о “волосах” черных дыр является гипотеза об альтернативной Вселенной. Либо же их множестве.

Хокинг считает, что все, что падает в черную дыру, оказывается в другом пространстве. При этом, Хокинг убежден, что черные дыры представляют собой билет в один конец. Вернуться в нашу Вселенную через черную дыру не получится.

Проще говоря, по теории Хокинга, показанные в Интерстелларе события не могли бы произойти. Угодив в черную дыру, главный герой не смог бы отправлять послания дочке в прошлое.

"Я с азартом отношусь к космическим полетам, но лететь в черную дыру не собираюсь", - шутит Хокинг насчет безжалостности черных дыр.