Краткие ответы на большие вопросы

Чёрная дыра с массой Солнца должна терять частицы в таком малом темпе, что их невозможно обнаружить. Однако возможно существование гораздо более мелких, миниатюрных чёрных дыр, массой, скажем, с гору. Они могли образоваться в очень молодой Вселенной, если бы она была хаотичной и несимметричной. Чёрная дыра с массой горы должна испускать рентгеновские и гамма-лучи с интенсивностью примерно в 10 миллионов мегаватт, чего хватило бы для обеспечения энергией нашей планеты. Впрочем, использовать такую миниатюрную чёрную дыру будет непростым делом. Её нельзя поместить в электростанцию, потому что она проткнёт пол и провалится в центр Земли. Если бы у нас была такая чёрная дыра, мы могли бы ей воспользоваться, только поместив её на околоземную орбиту.

Поиски миниатюрных чёрных дыр такой массы ведутся, но пока ни к чему не привели. Жаль, потому что в случае удачи я получил бы Нобелевскую премию. Впрочем, другая возможность заключается в создании миниатюрных чёрных дыр в дополнительных измерениях пространства-времени. Согласно некоторым теориям, Вселенная, в которой мы находимся, всего лишь четырёхмерная поверхность в десяти- или одиннадцатимерном пространстве. Фильм «Интерстеллар» (2014) даёт некоторое представление о том, на что это похоже. Мы не можем видеть эти дополнительные измерения, потому что свет в них не распространяется: ему доступны только четыре измерения нашей Вселенной. А вот гравитация может оказывать влияние на дополнительные измерения, и сила её там может оказаться гораздо больше, чем в нашей Вселенной.

Таким образом, в дополнительных измерениях создать чёрную дыру окажется гораздо проще. Это можно будет наблюдать на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Коллайдер представляет собой туннель — кольцо протяжённостью 27 километров. Два потока частиц перемещаются в этом туннеле в противоположных направлениях и сталкиваются. В результате этих столкновений могут образоваться миниатюрные чёрные дыры. Они будут излучать частицы с характеристиками, которые легко будет распознать. Так что я, в конце концов, мог бы стать лауреатом Нобелевской премии. («Нобелевская премия не присуждается посмертно, поэтому, к сожалению, этой мечте не суждено сбыться».)

По мере того как частицы покидают чёрную дыру, она теряет массу и съёживается. Это увеличивает интенсивность испускания частиц. Постепенно чёрная дыра потеряет всю свою массу и исчезнет. А что тогда произойдёт со всеми частицами и неудачливыми астронавтами, которые в неё упали? После исчезновения чёрной дыры они не могут восстановиться. Частицы, покидающие чёрную дыру, должны быть абсолютно хаотическими и не иметь никакого отношения к тому, что когда-то упало в дыру. Получается, что информация о том, что оказалось в чёрной дыре, помимо общего объёма массы и вращения, теряется навсегда. Но если информация исчезает, это вызывает серьёзную проблему, которая затрагивает сами основы наших представлений о науке. На протяжении более 200 лет мы верили в научный детерминизм, то есть в то, что научные законы определяют эволюцию Вселенной.

Если информация в чёрных дырах действительно пропадает, мы не сможем предсказывать будущее, поскольку чёрная дыра может испускать любой набор частиц. Она может испустить работающий телевизор или том сочинений Шекспира в кожаном переплёте, хотя шансы на такие экзотические явления чрезвычайно малы. Более вероятно, что она будет испускать тепловое излучение, подобное свечению раскалённого докрасна куска металла. Может показаться, что наша неспособность предсказать, что будет излучать чёрная дыра, не имеет большого значения. Рядом с нами нет чёрных дыр. Но это вопрос принципа. Если детерминизм, предсказуемость Вселенной, перестаёт действовать в чёрных дырах, то он может перестать действовать и в других ситуациях. Могут существовать чёрные дыры, которые возникают как флуктуации из вакуума, поглощают один набор частиц, испускают другие и растворяются в вакууме снова. Хуже того, если не работает детерминизм, мы не можем быть уверены и в нашей прошлой истории. Исторические труды и наши воспоминания могут оказаться иллюзиями. Прошлое объясняет нам, кто мы такие. Без него мы утратим свою идентичность.

Очень важно чётко определить, действительно ли в чёрных дырах вся информация пропадает бесследно или в принципе её можно восстановить. Многие учёные полагают, что информация не должна исчезать, но на протяжении многих лет ещё никто не предложил механизма, с помощью которого её можно сохранить. Эта очевидная утрата информации, известная как информационный парадокс, беспокоит учёных последние сорок лет и до сих пор остаётся одной из важнейших нерешённых проблем теоретической физики.

Недавно интерес к возможности разрешения информационного парадокса возродился благодаря новым открытиям в области объединения гравитации и квантовой механики. Центральным для этого научного прорыва является понимание симметричности пространства-времени.