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

Но чем же заменяются атомы и законы атомной физики, когда врывающаяся бомба заменяется испаряющейся чёрной дырой? Хотя у 'т Хоофта было много блестящих идей относительно природы горизонта, ясного ответа на этот вопрос он не дал. Нет, он, Конечно, знал, что заменой атомам должны быть микроскопические объекты, которые придают горизонту энтропию. Но что это такое и по каким именно законам они движутся, объединяются, разделяются и сочетаются? 'т Хоофт этого не знал. Хокинг и большинство релятивистов просто отбрасывали идею такого микроскопического обоснования, заявляя: «Второе начало термодинамики говорит нам, что физические процессы не могут быть обращены».

На самом деле второе начало утверждает не это. Оно говорит, что обратить физику невероятно трудно и малейшая ошибка похоронит все усилия. Более того, необходимо точно знать все детали — микроструктуру, — или неудача неминуема.

Сам я в те ранние годы противостояния считал, что верна S-матрица, а не $-матрица. Но просто сказать «S на $» было бы неубедительно. Лучшее, что можно было сделать, — это попытаться открыть загадочное микроскопическое происхождение энтропии чёрной дыры. И прежде всего это было нужно для понимания того, где кроется ошибка в рассуждениях Стивена.

12 Чья забота?

Никто никогда не станет использовать хокинговское излучение для лечения рака или совершенствования парового двигателя. Чёрные дыры никогда не станут использовать для хранения информации или поглощения вражеских боеголовок. Хуже того, в отличие от физики элементарных частиц или межгалактической астрономии — двух дисциплин, которые, видимо, тоже никогда не найдут практического применения, — квантовая теория испарения чёрных дыр, вероятно, никогда не будет даже проверена прямыми наблюдениями или экспериментами. Так зачем же тогда кто-то тратит на неё своё время?

Прежде чем ответить на этот вопрос, позвольте мне объяснить, почему хокинговское излучение вряд ли когда-либо удастся пронаблюдать. Давайте перенесёмся в будущее, когда можно будет достаточно близко подобраться к астрономической чёрной дыре, чтобы в подробностях её рассмотреть. Но и тогда не будет шансов наблюдать её испарение по одной простой причине: ни одна чёрная дыра сейчас не испаряется. Как раз наоборот, все они поглощают энергию и растут; даже самая одинокая чёрная дыра окружена теплом. Самые пустынные области межгалактического пространства, настолько холодные, насколько это возможно, всё же теплее чёрной дыры звёздной массы. Пространство заполнено чернотельным излучением (фотонами), оставшимися после Большого взрыва. Самые холодные места во Вселенной раскалены до целых трёх градусов выше абсолютного нуля, в то время как самая тёплая чёрная дыра в сотни миллионов раз холоднее.

Самопроизвольно тепловая энергия всегда течёт от тёплого к холодному и никогда в обратном направлении, так что излучение более тёплых частей космоса перетекает в холодные чёрные дыры. Вместо того чтобы испаряться и сжиматься, как было бы при температуре космоса, равной абсолютному нулю, реальные чёрные дыры постоянно поглощают энергию и растут.

Когда-то космос был гораздо горячее, чем сейчас, а в будущем расширение Вселенной сделает его намного холоднее. В конце концов, спустя сотни миллиардов лет, он остынет настолько, что станет холоднее звёздных чёрных дыр. Когда это случится, чёрные дыры начнут испаряться. (Будет ли тогда кому это наблюдать? Кто знает, но будем оптимистами.) И всё равно испарение будет чрезвычайно медленным — чтобы увидеть хоть малейшее изменение в массе и размерах чёрной дыры, понадобится как минимум 10⁶⁰ лет, — так что маловероятно, чтобы кто-нибудь сумел заметить уменьшение чёрной дыры. Наконец, даже если в нашем распоряжении будет всё время Вселенной, нет никакой надежды расшифровать информацию, уносимую хокинговским излучением.

Вели попытки дешифровать сообщения, содержащиеся в хокинговском излучении, столь безнадёжны, что нет никакого смысла их предпринимать, почему же эта проблема до сих пор так волнует физиков? Ответ звучит до некоторой степени эгоистично: мы занимаемся этим, чтобы удовлетворить своё любопытство относительно устройства мира и того, как взаимосвязаны законы физики.

На самом деле то же самое можно сказать про большую часть физики. Порой прагматичные вопросы приводят к глубоким научным исследованиям. Например, паровой инженер Сади Карно революционизировал физику, пытаясь построить улучшенный паровой двигатель. Но гораздо чаще к смене парадигм в физике приводило чистое любопытство. Любопытство — оно как зуд — всё время тянет почесать. И у физика ничто не зудит сильнее, чем парадокс, несовместимость между разными вещами, о которых, как ему кажется, он всё знает. Незнание того, как что-то работает, — тоже достаточно неприятно, но обнаружение противоречия между уже хорошо известными представлениями просто непереносимо, особенно когда сталкиваются самые фундаментальные принципы. Будет нелишним напомнить несколько таких столкновений и показать, как они приводили физику к весьма далеко идущим выводам.