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

---

В настоящее время, однако, мы слишком плохо понимаем космологические горизонты. Смысл объектов, находящихся за горизонтом — реальны ли они и какую роль играют в нашем описании Вселенной, — может быть глубочайшим вопросом для космологии.

Что касается наследия Хокинга, то оно колоссально. Его предшественники знали, что провал между гравитацией и квантовой теорией рано или поздно будет преодолен, но Бекенштейн и Хокинг были первыми, кто достиг далекой страны и вернулся с золотом. Именно они положили этому начало, и я надеюсь, что будущие историки науки это признают.

Падающие камни и движущиеся по орбитам планеты — это лишь слабые намеки на то, что представляет собой гравитация. Черные дыры — это не просто чрезвычайно сильно сжатые звезды, скорее это конечные резервуары для информации, где все биты плотно упакованы, словно уложенные рядами пушечные ядра, но только меньше размером на тридцать четыре порядка. Именно вокруг этого — плотно упакованной информации и энтропии — и крутится вся квантовая гравитация.

И пусть на собственный вопрос Хокинг дал ошибочный ответ, но сам его вопрос был одним из глубочайших в физике последнего времени. Возможно, его мозг был слишком классически прошит, слишком привержен представлению о пространстве и времени как о предзаданном, пусть и гибком холсте, на котором пишется физика, чтобы осознать глубокие следствия примирения квантового сохранения информации с гравитацией. Но сам вопрос смог открыть путь для следующей большой концептуальной революции в физике. Немногим физикам доводилось сделать такое утверждение.

Кто никогда ни в чем не терпел поражения, тот не может быть велик.

— Герман Мелвилл. Сущность физики

Воцаряются смущение и дезориентация; распадается связь причин и следствий; уверенность исчезает без следа; все старые законы перестают выполняться. Вот что случается, когда рушится доминирующая парадигма.

Но потом появляются новые схемы. Сперва в них нет смысла, но это схемы. Что делать? Бери эти схемы и классифицируй, квантифицируй, кодифицируй их с помощью новой математики и даже новой логики, если необходимо. Смени старую прошивку на новую и хорошенько с ней ознакомься. Это знакомство вызывает если не отвращение, то как минимум чувство смирения с неизбежным.

Весьма вероятно, что мы все равно останемся запутавшимися новичками с совершенно ошибочными умозрительными картинами, подлинная же реальность будет очень далека от нашего понимания. На ум приходит старый картографический термин terra incognita. Чем больше мы открываем, тем, кажется, меньше мы знаем. Это и есть сущность физики.

Эпилог

В 2002 году Стивен Хокинг отметил свой шестидесятилетний юбилей. Мало кто на подобное надеялся, и меньше других — его доктора. Событие отмечалось как большой праздник, была поистине грандиозная вечеринка, так что я вновь оказался в Кембридже в окружении сотен людей — физиков, журналистов, рок-звезд, музыкантов, двойника Мэрилин Монро, танцовщиц кордебалета, — а также огромного количества еды, вина и ликеров. Это было гигантское медиасобытие, приуроченное к серьезной физической конференцией. Все, кто хоть что-то значил в научной жизни Стивена, выступали с речами, включая самого Стивена. Вот короткая выдержка из моего выступления.

Стивен, как все мы знаем, — самый упрямый и тем доводящий до бешенства человек во Вселенной. Мои с ним научные отношения, я полагаю, можно назвать противоборством. Мы глубоко расходимся по глубоким вопросам, касающимся черных дыр, информации и тому подобных вещей. Временами он заставлял меня рвать волосы от досады, — и вы теперь ясно видите результат. Уверяю вас — когда мы начали спорить более двух десятилетий назад, вся моя голова была волосатой.

В этот момент я увидел в дальней части зала Стивена с его озорной улыбкой и продолжил.

Могу также сказать, что из всех физиков, которых я знаю, он оказал самое большое влияние на меня и мой образ мышления. Почти все, о чем я думал начиная с 1983 года, в том или ином смысле отвечало на его глубочайший вопрос о судьбе информации, падающей в черную дыру. Хотя я твердо убежден, что его ответ был ошибочным, сам вопрос Стивена вкупе с требованием убедительного ответа вынудил нас переосмыслить основания физики. Результатам стала совершенно новая парадигма, которая сегодня обретает форму. Я глубоко польщен возможностью отметить здесь монументальный вклад Стивена и особенно его блистательное упрямство.

Здесь мной было продумано каждое слово.

Я запомнил только три других выступления. Два из них — Роджера Пенроуза. Я не припомню, почему Роджер выступал дважды, но так уж случилось. В первый раз он доказывал, что информация должна теряться при испарении черной дыры. Аргументы были теми же, что приводил Стивен двадцать шесть лет назад, и Роджер подтвердил, что они со Стивеном по-прежнему в них верят. Я удивился: насколько было известно мне (и всякому, кто следил за последними научными результатами), матричная теория Малдасены и расчеты энтропии Строминджера и Вафы поставили окончательную точку в этом вопросе.

Но в своем втором выступлении Роджер заявил, что голографический принцип и работа Малдасены основаны на ряде недоразумений. Попросту говоря, он заявил: «Как это возможно, чтобы физика большего числа измерений описывалась теорией в меньшем числе измерений?» Я счел, что он просто недостаточно над этим подумал. Мы с Роджером были друзьями сорок лет, и я знал его как бунтаря, вечно восстающего против общепринятого здравого смысла. Так что меня не должно было удивлять, что он встал в оппозицию.

А еще у меня в памяти засело выступление Стивена, но не из-за того, что он сказал, а из-за того, о чем умолчал. Он кратко напомнил о главных достижениях своей карьеры — космологии, хокинговском излучении, замечательных комиксах, но он ни единым словом не упомянул о потере информации. Быть может, он начинал колебаться? Я думаю, так и есть.

Позже, на пресс-конференции в 2004 году Хокинг объявил о том, что изменил свое мнение. Его новейшие исследования, сказал Стивен, наконец привели к разрешению его собственного парадокса: похоже, что, в конечном счете, информация все же утекает из черных дыр и уносится прочь продуктами испарения. По словам Стивена, этот механизм каким-то образом постоянно ускользал, но он наконец заметил его и сообщит о своих новых выводах на предстоящей конференции в Дублине. СМИ пришли в полную готовность и, затаив дыхание, ожидали конференции.

Предсказуема ли квантовая гравитация?

Дон Пейдж ставит против Стивена Хокинга один фунт стерлингов на то, что соблюдается квантовая космическая цензура, а именно что чистое начальное состояние, построенное целиком из обычных конфигураций поля на полной, асимптотически плоской гиперповерхности, будет описываться уникальной S-матрицей, которая по законам физики эволюционирует к чистому конечному состоянию, построенному целиком из обычных конфигураций поля на полной, асимптотически плоской гиперповерхности.

Стивен Хокинг ставит против Дона Пейджа $1,00 на то, что в квантовой гравитации эволюция такого чистого начального состояния может описываться в общем случае только $-матрицей для смешанного конечного состояния и не всегда S-матрицей для чистого конечного состояния.

Дон Н. Пейдж

«Я сдаюсь ввиду ослабления $»

Стивен Хокинг, 23 апреля 2007

Газеты также сообщили, что Стивен рассчитается по пари с Джоном Прескиллом (который встревожил меня в Санта-Барбаре своим остроумным мысленным экспериментом). В 1997 году Джон побился об заклад со Стивеном, что информация выходит из черных дыр. Ставкой была бейсбольная энциклопедия.

Совсем недавно я узнал, что в 1980 году Дон Пейдж заключил со Стивеном похожее пари. Как я и заподозрил на основе доклада Дона в Санта-Барбаре, он уже давно скептически относился к утверждению Стивена. 23 апреля 2007 года, за два дня до того, как был написан этот абзац, Стивен формально сдался. Дон был столь любезен, что прислал мне фотокопию оригинального контракта — пари на один британский фунт против одного американского доллара — с подписью Стивена, подтверждающей поражение. Темное пятно в конце — это отпечаток пальца Стивена.

Что сказал Стивен в своей лекции? Я не знаю, меня там не было. Но написанная через несколько месяцев статья дала некоторые подробности. Их было немного: краткая история парадокса, словесное изложение некоторых аргументов Малдасены и мучительное окончательное объяснение того, как все всё время были правы.

Но все не были правы.

В последние годы ряд очень спорных вопросов подавался под видом научных дискуссий, но реально это были политические баталии. Это и полемика о разумном замысле; и о том, происходит ли на самом деле глобальное потепление, и если да, то является ли оно антропогенным; и о пользе дорогой системы противоракетной обороны; и даже о теории струн. К счастью, не все научные дебаты вырождаются в полемику. Время от времени появляется реальное различие в суждениях по важным вопросам, и это ведет к новым открытиям и даже к смене парадигм. Битва при черной дыре — это пример дискуссии, которая никогда не скатывалась до уровня полемики; она касалась подлинных расхождений во взглядах на противоречивые научные принципы. Хотя вопрос о том, теряется ли информация в черных дырах, поначалу, конечно, был спорным, научные представления о нем теперь в основном объединились вокруг новой парадигмы. Но хотя битва и окончена, я сомневаюсь, что мы полностью усвоили эти важные уроки. Самая большая проблема теории струн состоит в том, как применить ее к реальному миру. Голографический принцип ярко подтвержден малдасеновской теорией антидеситтеровского пространства. Мы живем в расширяющейся Вселенной, которая, если уж на то пошло, больше похожа на пространство де Ситтера с его космологическими горизонтами и пузырящимися вселенными-карманами. Сегодня никто не знает, как применить теорию струн, голографический принцип и другие наши знания о горизонтах черных дыр к космологическим горизонтам, но, скорее всего, между ними есть очень глубокие взаимосвязи. Лично я думаю, что эти связи лежат в основе многих космологических загадок. Надеюсь, когда-нибудь я еще напишу книгу, объясняющую, как тут все в конечном счете работает, но не думаю, что это случится очень скоро.