Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна

До разрыва (т. е. вне сингулярности) пространство-время напоминает кусок дерева, насыщенный водой. В этой аналогии дерево представляет собой пространство, а вода — время. И обе категории (дерево и вода; пространство и время) тесно переплетены и объединены. Сингулярность и законы квантовой гравитации, которые ею управляют, подобны огню, в который брошен такой влажный кусок дерева. Огонь выпаривает из дерева воду, и оно становится одиноким и незащищенным. В сингулярности законы квантовой гравитации разрушают время, и пространство остается одиноким и незащищенным. Огонь затем превращает дерево в пену из хлопьев и пепла; законы квантовой гравитации превращают пространство в случайную, вероятностную пену.

Именно из такой случайной, вероятностной пены и состоит сингулярность, а пеной управляют законы квантовой гравитации. В этой пене пространство не обладает никакой определенной формой (т. е. никакой определенной кривизной или даже топологией). Просто существует та или иная вероятность для той или иной кривизны или топологии. Например, внутри сингулярности может существовать вероятность 0,1% того, что кривизна и топология пространства имеют форму, показанную на рис. 13.7а; вероятность 0,4% — форму, показанную на рис. 13.7б; вероятность 0,02% — форму, показанную на рис. 13.7б; и т.д. Это не означает, что пространство проводит 0,1%

своего времени в форме (а), 0,4% — в форме (б) и 0,02% — в форме (в), потому что внутри сингулярности нет такого понятия, как время. Более того, так как там нет времени, совершенно бессмысленно спрашивать, принимает ли пространство форму (б) «до» или «после» того, как оно принимает форму (в). Единственный вопрос, который имеет смысл по поводу сингулярности: «какова вероятность того, что пространство, из которого вы состоите, имеет форму (а), (б) или (в)?» Ответы будут, соответственно, 0,1%, 0,4% и 0,02%.

Поскольку сингулярность разрешает существование всех мыслимых, даже самых диких, кривизн и топологий внутри себя, говорят, что сингулярность состоит из вероятностной пены. Джон Уилер первым ввел понятие квантовой пены как состояния пространства, когда им управляют законы квантовой гравитации.

Итак, резюмируем. В центре черной дыры, в той области пространства-времени, где осциллирующие приливные силы Белинского—Халатникова—Лифшица достигают своего пика, остается сингулярность, та область, в которой время больше не существует, а пространство превратилось в квантовую пену.

С одной стороны, законы квантовой гравитации должны управлять вероятностями возникновения той или иной кривизны и топологии внутри сингулярности черной дыры. С другой стороны, они, предположительно, определяют вероятности того, что из сингулярности возникнут «новые вселенные», т. е. возникнут новые, классические (не квантовые) области пространства-времени; в том же самом смысле, как из сингулярности Большого взрыва возникла наша Вселенная примерно пятнадцать миллиардов лет назад.

Насколько вероятно то, что сингулярность черной дыры даст начало «новым вселенным»? Мы не знаем. Это может никогда не произойти или это может быть обычным явлением; или же мы находимся на неверном пути, когда полагаем, что сингулярности состоят из квантовой пены.

Ясный ответ мы можем получить в течение двух ближайших десятилетий. Сейчас над этой проблемой усиленно работают Стивен Хокинг, Джеймс Хартл и другие ученые. Эта работа происходит на основе «фундамента», заложенного Джоном Уилером и Брюсом де Виттом.¹⁰⁴

***

Почти все во Вселенной меняется со временем. Звезды потребляют свое горючее и умирают; Земля постепенно теряет свою атмосферу, испаряя ее в космическое пространство, и, в конце концов, превратится в безвоздушную мертвую планету; а мы, люди, покрываемся морщинами и мудреем.

Приливные силы глубоко внутри черной дыры, возле ее сингулярности, не являются исключением. Они тоже должны меняться со временем, как следует из расчетов, проделанных в 1991 г. Вернером Израэлем и Эриком Пуассоном из Университета Альберты, а также Амосом Ори, «постдоком» из моей группы в Калифорнийском технологическом институте (на основе работы Андрея Дорошкевича и Игоря Новикова). Внутренние приливные силы только что родившейся черной дыры испытывают сильные и хаотические осцилляции БХЛ-типа (рис. 13.6). С возрастом черной дыры хаотические осцилляции становятся более «ручными» и мягкими и постепенно исчезают.