Леонард Сасскинд - Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики

• Название: Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики
• Автор: Леонард Сасскинд
• Издательство: Питер
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-496-00395-7

Что происходит, когда объект падает в черную дыру? Исчезает ли он бесследно?

Около тридцати лет назад один из ведущих исследователей феномена черных дыр, ныне знаменитый британский физик Стивен Хокинг заявил, что именно так и происходит. Но оказывается, такой ответ ставит под угрозу все, что мы знаем о физике и фундаментальных законах Вселенной. Автор этой книги, выдающийся американский физик Леонард Сасскинд много лет полемизировал со Стивеном Хокингом о природе черных дыр, пока, наконец, в 2004 году, тот не признал свою ошибку.

Блестящая и на редкость легко читаемая книга рассказывает захватывающую историю этого многолетнего научного противостояния, радикально изменившего взгляд физиков на природу реальности. Новая парадигма привела к ошеломляющему выводу о том, что все в нашем мире — эта книга, ваш дом, вы сами — лишь своеобразная голограмма, проецирующаяся с краев Вселенной.

Книга включена в «Библиотеку Фонда «Династия».

Фонд некоммерческих программ «Династия» основан в 2001 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании «Вымпелком». Приоритетные направления деятельности Фонда — поддержка фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение. «Библиотека Фонда «Династия» — проект Фонда по изданию современных научно-популярных книг, отобранных экспертами-учеными.

Книга, которую вы держите в руках, выпущена под эгидой этого проекта.

Более подробную информацию о Фонде «Династия» вы найдете по адресу www.dynastyfdn.com

---

Это был типичный деревенский паб, с барменшей средних лет и несколькими местными посетителями за стойкой. Один из клиентов лет восьмидесяти, одетый в коричневый костюм с галстуком-бабочкой, опирался на трость. Не думаю, что он был ирландцем, но он сильно напоминал актера Барри Фитцджеральда, который играл с Бингом Кросби в фильме «Иди своим путем». (Герой Фитцджеральда там — раздражительный, но добросердечный ирландский священник.) Посетитель о чем-то добродушно спорил с барменшей, которая называла его Лу.

Будучи совершенно уверен, что он не физик, я подошел к стойке рядом с ним и заказал себе пива. Не помню точно, как начался наш разговор, но он рассказал, что у него была короткая военная карьера, прервавшаяся после потери ноги на войне, как я понял, на Второй мировой. Но отсутствие ноги, похоже, не мешало ему стоять возле стойки.

Разговор неминуемо повернул к вопросу, кто я такой и что делаю в Милтоне. Я был не в настроении рассказывать о физике, но не хотел обманывать старого джентльмена и ответил, что был в Кембридже на конференции по черным дырам. Он сразу сказал, что является большим экспертом по этому вопросу и может рассказать мне много такого, чего я не знаю. Разговор стал приобретать странный поворот. Он заявил, что, согласно семейной легенде, один из его предков побывал в черной дыре, но в последний момент сумел выбраться.

О какой черной дыре он говорил? Чудаки, помешанные на черных дырах, идут по дюжине за пятак и, как правило, очень скучны, но этот человек не был похож на обычного психа. Сделав глоток пива, он стал рассказывать о том, что Черная дыра Калькутты — это ужасное, проклятое, совершенно отвратительное место.

Черная дыра Калькутты! Очевидно, он подумал, что я был в Кембридже на какой-то конференции по англо-индийской истории. Я слышал о Черной дыре Калькутты, но понятия не имел, что это такое. По моим очень туманным представлениям, это был бордель, где грабили и убивали беспечных британских солдат.

Я решил не прояснять ситуацию, а вместо этого побольше узнать о настоящей Черной дыре. История сомнительная, но, похоже, это был подвал или даже подземелье в британском форте, захваченном вражескими силами в 1756 году. Большое число британских солдат оказалось заперто в подвале на ночь, и, возможно по недоразумению, они задохнулись. По семейной легенде, которая передавалась семь поколений, одному из предков Лу едва удалось ускользнуть и не оказаться в числе мертвецов.

Так я обнаружил случай выхода информации из черной дыры. Если бы только Стивен был тогда рядом, чтобы это услышать.

18 Мир как голограмма

Опрокиньте доминирующую парадигму.

Надпись замеченная на бампере

Покидая Кембридж, я уже понимал, что проблема связана не со Стивеном или релятивистами. Часы, проведенные в дискуссиях, особенно с Гэри Хоровицем (Н из CGHS), ярко выраженным релятивистом, убедили меня в обратном. Будучи настоящим волшебником в области уравнений общей теории относительности, Гэри еще и глубокий мыслитель, который любит во всем дойти до самой сути. Потратив немало часов на обдумывание парадокса Стивена, он ясно понимал опасность потери информации, но все же заключил, что Стивен прав, — он не видел, как избежать вывода о том, что информация должна пропадать при испарении черной дыры. Когда я объяснил Гэри дополнительность черных дыр (не в первый раз), он очень хорошо понял суть дела, но счел этот шаг слишком радикальным. Ему казалось неестественным утверждение о том, что квантово-механическая неопределенность может сказываться на таких больших масштабах, как огромная черная дыра. Это определенно не было связно с интеллектуальной леностью. Все сводилось к одному вопросу: каким принципам вы доверяете?

В самолете по пути из Кембриджа я понял, что настоящей проблемой было отсутствие у дополнительности черных дыр надежного математического фундамента. Даже Эйнштейн долго не мог Убедить большинство других физиков в том, что его теория света корректна. Прошло около двадцати лет, был поставлен решающий эксперимент и созданы абстрактные математические теории Гейзенберга и Дирака, прежде чем вопрос был закрыт. Очевидно, предположил я, поставить эксперимент для проверки дополнительности черных дыр никогда не удастся. (Тут я ошибался.) Но, вероятно, более строгую теоретическую базу создать можно.

По дороге из Англии я еще не знал, что менее чем через пять лет математическая физика взлелеет одну из самых тревожных философских идей всех времен: в некотором смысле, основательный трехмерный мир нашего опыта — не более чем иллюзия. И я не представлял, как этот радикальный прорыв изменит ход Битвы при черной дыре.

Голландия

До свидания, старая добрая Англия. Привет, ветряные мельницы и высоченные голландцы. Я пересек Северное море, чтобы навестить своего друга Герарда 'т Хоофта. После короткого перелета в Амстердам мы с Энн поехали в Утрехт, еще один город с каналами и узкими домиками, где Герард был профессором физики (или Профессором физики, как подчеркивают некоторые). В 1994 году он еще не получил Нобелевскую премию, но никто не сомневался, что она не за горами.

Среди физиков имя 'т Хоофта — синоним научного величия, а в Голландии, стране, где число великих физиков в расчете на душу населения больше, чем где бы то ни было, он является национальным достоянием. Так что, прибыв в Утрехтский университет, я был удивлен скромным кабинетом, который занимал Герард. В то лето Европа походила на влажную теплицу, и Голландия, несмотря на свою репутацию прохладного сырого места, была непереносима. Тесный кабинет 'т Хоофта был таким же, как и у других, — даже без кондиционера. Как я помню, он находился на солнечной стороне здания, и я удивлялся, каким чудом в этой смертельной жаре выживают его большие зеленые экзотические растения. Как гостя, меня усадили за углом в тенистом офисе, но и здесь было слишком жарко, чтобы работать или даже просто обсуждать нашу общую страсть — черные дыры.

В выходные мы с Энн и Герардом отправились на его машине в поездку по небольшим городкам в окрестностях Утрехта, где воздух был чуть прохладнее. Как и многим великим ученым, 'т Хоофту присуще громадное любопытство в отношении окружающего мира — по части не только физики, но и всей природы. Его интерес к вопросу о том, как животные могут измениться в мире, полном городских загрязнений, привел к появлению целого бестиария футуристичных созданий. Вот одно из его творений. Другие можно найти на его домашней странице: http://www.staff.science.uu. nl/ ~hooftl01/evolve.html.

Het Wijndiefje (винный вор) Bacchus dellriosus. Этого паразита можно встретить вблизи пабов. Он полностью приспособлен для открывания бутылок и банок всех типов. Будет очень неприятно, если он проникнет в ваш винный погреб.

’т Хоофт еще и живописец-любитель, и музыкант. Энн тоже пишет картины и играет на фортепьяно, так что в машине и за ланчем в местной деревушке — голландские оладьи, холодная минералка и огромное количество мороженого — мы разговаривали обо всем: от формы морских раковин и будущей эволюции жизни на загрязненной планете до голландских живописцев и фортепьянной техники. Но только не о черных дырах.

В течение рабочей недели мы мало говорили о физике. Герард— противник, который любит поспорить, и наши диалоги часто протекали примерно так: «Герард, — начинал я, — я совершенно согласен с тобой». — «Да, — отвечал он, — но я с тобой совершенно не согласен».

Был один конкретный вопрос, который я хотел обсудить. Эта вещь, о которой я размышлял почти двадцать пять лет, относилась к теории струн. Но Герард не любил теорию струн, и убедить его в ней копаться было непростым делом. Вопрос, который я хотел обсудить, касался местоположения отдельных битов информации. В 1969 году я впервые обнаружил в теории струн нечто потрясающее и в то же время столь сумасбродное, что струнные теоретики не хотят даже думать об этом.

Теория струн утверждает, что все в мире состоит из микроскопических одномерных эластичных струн. Элементарные частицы вроде протонов и электронов — это чрезвычайно маленькие закольцованные струны, каждая по величине не больше планковского масштаба. (Не тревожьтесь, если вам не все понятно. В следующей части я поясню основные идеи. А пока просто примите сказанное в качестве отправной точки.)

Принцип неопределенности даже в отсутствие дополнительной энергии заставляет эти струны вибрировать и флуктуировать за счет нулевых колебаний (см. главу 4). Различные части одной струны находятся в непрерывном движении друг относительно друга, отчего их крошечные части растягиваются и раздвигаются на некоторое расстояние. Само по себе это раздвижение не представляет проблемы; электроны в атомах распределены по значительно большему объему, чем ядро, и причина этого тоже в нулевых колебаниях. Все физики принимают как данность то, что элементарные частицы — это не бесконечно малые точки в пространстве. Все мы ожидаем, что электроны, протоны и другие элементарные частицы по крайней мере не меньше планковского размера, а возможно, и крупнее. Проблема в том, что математика теории струн приводит к абсурдно сильной квантовой дрожи, при которой флуктуации столь свирепы, что кусочки электрона разнесло бы на самые края Вселенной. Большинству физиков, включая струнных теоретиков, это кажется сумасшедшим до немыслимости.