Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна

В конце 1960-х годов Роджер Пенроуз интенсивно искал математическим путем пример коллапса, в результате которого рождается голая сингулярность. Его поиски оказались напрасными. Как только в его уравнениях возникала сингулярность в результате коллапса, вокруг нее тут же появлялся горизонт событий. Пенроуза это не удивляло. В конце концов, если должна была образоваться голая сингулярность, разумно было ожидать, что непосредственно перед ее образованием из ее окрестностей может излучаться свет; а если свет может покидать ее пределы, то это может делать и вещество, схлопывающееся в сингулярность. Если же вещество может покидать окрестности сингулярности, то его огромное внутреннее давление обязательно заставит его это сделать, в результате чего направление взрыва изменится на противоположное, в принципе препятствуя образованию сингулярности. Так получалось. Но математические преобразования Пенроуза, и не только его, не могли с уверенностью доказать эту точку зрения.

В 1969 г. Пенроуз, убежденный в том, что голые сингулярности появиться не могут, но не способный доказать это, предложил следующую догадку — гипотезу космической цензуры. Никакой коллапсирующий объект никогда не может создать голую сингулярность; если сингулярность образуется, она должна быть окружена горизонтом событий, так что мы во внешней Вселенной не сможем ее увидеть.

Члены физического «истеблишмента» — физики уровня Джона Уилера, чьи точки зрения являются наиболее влиятельными, — приняли понятие космической цензуры, как почти наверняка правильное. Тем не менее, почти четверть столетия спустя, космическая цензура остается недоказанной. Последние компьютерные расчеты коллапса сильно несферических звезд предполагают, что эта концепция даже может быть неправильной. В соответствии с этими расчетами, проведенными Стюартом Шапиро и Саулом Тьюкольски из Корнельского университета, в результате некоторых коллапсов могут возникнуть голые сингулярности. Могут. Не возникнут, а только могут.

Представителем физической элиты ныне является Стивен Хокинг, а мы с Джоном Прескиллом (моим коллегой из Калифорнийского технологического института) любим немного пощипать эту элиту. В 1991 г. мы с Прескиллом заключили с Хокингом пари (рис. 13.8). Мы держали пари на само существование космической цензуры и утверждали, что голые сингулярности могут образовываться в нашей Вселенной. Хокинг держался противоположного мнения и утверждал, что голых сингулярностей быть не может.

Всего через четыре месяца после заключения этого пари Стивен Хокинг сам нашел математическое свидетельство (но не твердое доказательство), что после завершения испарения черной дыры (глава 12) она не может полностью исчезнуть, как он ранее предполагал. Вместо этого от черной дыры может остаться крошечная голая сингулярность. Хокинг объявил об этом результате Прескиллу и мне частным образом, через несколько дней после своего открытия, на обеде у Прескилла. Однако когда мы с Прескиллом заявили ему о его проигрыше, он отказался признать свое поражение, прикрываясь словесным крючкотворством. Он настаивал на том, что пари было ограничено только голыми сингулярностями, образование которых управляется законами классической (т. е. не квантовой) физики, включая законы общей теории относительности. Однако испарение черных дыр — это квантово-механическое явление и управляется не законами классической общей теории относительности, а законами квантовых полей в искривленном пространстве-времени. Поэтому любая голая сингулярность, которая может явиться результатом испарения черной дыры, находится за пределами нашего пари. Что тут можно сказать? Правильно! Тем не менее, голая сингулярность, как бы она не возникала, стала бы костью в горле нашего физического истеблишмента!

Хотя мы любим заключать пари, но предметы спора чрезвычайно серьезны. Если голые сингулярности могут существовать, то только плохо понимаемые нами законы квантовой гравитации могут нам поведать, как они себя ведут, что они могут натворить в пространстве-времени в ближайшей окрестности и может ли их воздействие иметь большое влияние на Вселенную, в которой мы живем. Так как голые сингулярности, если они могут существовать, способны оказывать сильное влияние на нашу Вселенную, мы очень хотим понять, осуществляется ли космическая цензура и что предсказывают законы квантовой гравитации по поводу поведения этих сингулярностей. Борьба, которая нам предстоит, не будет ни быстрой, ни легкой.

14 ЧЕРВОТОЧИНЫ И МАШИНЫ ВРЕМЕНИ [133]