Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Но и это не избавляет нас от всех затруднений. Д. Ирдли из Йельского университета показал, что если даже после Большого взрыва появились бы белые дыры, то вокруг них возникло бы столь мощное излучение, что вскоре они превратились бы в чёрные дыры. Поэтому, возможно, в нашей Вселенной и нет белых дыр, т.е. в пространственно-временных туннелях есть входы, но нет выходов. Войдя в такой туннель, мы не сможем из него выйти. Кроме того, Дж. Уилер и другие показали, что эти туннели весьма нестабильны. Возможно, они быстро пульсируют, закрываясь и открываясь, так что мы не сможем пройти сквозь них.

Я, впрочем, уверен, что писателям-фантастам все мои соображения не помеха. Они по-прежнему будут писать рассказы о путешествиях во времени, но что касается их осуществимости даже в самом далёком будущем, то вряд ли они будут возможны. Впрочем, в науке иногда случаются и непредвиденные повороты.

Когда подводит теория

Пожалуй, мы довольно порассуждали о чёрных дырах; у нашей книги совсем другая цель: нас интересует полная, всеобъемлющая единая теория поля. Впрочем, теория эта, как мы потом увидим, тесно связана с чёрными дырами. А пока посмотрим, когда отказывает теория относительности. Мы установили, что она годится для объяснения процессов в нейтронных звёздах и предсказывает существование чёрных дыр.

Давайте разберёмся в том, что же всё-таки общая теория относительности говорит о чёрных дырах. Как уже отмечалось, когда достаточно массивная звезда коллапсирует, она образует горизонт событий, который представляется нам чёрной сферой. Вещество звезды продолжает сжиматься и в конце концов образует сингулярность в центре горизонта событий. Учёные рассматривают сингулярность как место с бесконечно большой плотностью, лишённое размеров, и тем не менее там как-то помещается сама звезда и всё, что попадает туда позднее. Сократившись до нулевого объёма, звезда теряет почти все свои признаки. Впрочем, описывая сингулярность таким образом, надо соблюдать осторожность, ведь в действительности это просто место, где наша теория не работает, или, другими словами, место, где условия таковы, что мы не можем адекватно описать происходящее, а если пытаемся, то получается несуразица. В данном случае несуразица – это бесконечная плотность и масса, не имеющая размеров. Мы говорим, что это следствие нашего невежества, и считаем, что таков логический (или нелогичный) конец коллапса.

Черная дыра в центре галактики (рисунок)

Так как мы применяли общую теорию относительности, то вот ответ на наш вопрос: общая теория относительности не работает, т.е. не даёт осмысленного результата для сингулярности в чёрной дыре. Собственно, отказывает она даже немного раньше, чем появляется сингулярность. Если попытаться использовать её для объяснения событий, выходящих за рамки применимости теории, то получаются такие же абсурдные результаты, как и в начале XX века, когда учёные пытались объяснить строение атома с помощью теории Максвелла. Из его теории следовало, что существование атомов невозможно. Электроны, вращаясь вокруг ядра, должны были бы расходовать энергию атома, и очень скоро упали бы на ядро, а значит, вещество не существовало бы в привычном нам виде. Следовательно, что-то не так с используемой теорией или же она применяется там, где не может работать. Прошло несколько лет, и стало ясно, что классическая теория неприложима к атомам. Использовав квантовую теорию, учёные смогли дать всему комплексу атомных явлений удовлетворительное объяснение.

Похоже, что и теория относительности в применении к чёрным дырам, даёт бессмысленные результаты. Однако несколько лет назад Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз доказали теорему, согласно которой за горизонтом событий всегда присутствует сингулярность (не обязательно та, о которой мы говорили). Строго говоря, они показали, что там возникает «конец», или «граница» пространства-времени. До сих пор толком не понятно, что это значит.

Чтобы понять, в чём состоит затруднение, вернёмся к нашим коллапсирующим звёздам. Вещество звезды продолжает коллапсировать даже после того, как попадает за горизонт событий, и постепенно сжимается настолько, что начинают проявляться квантовые эффекты. К сожалению, у нас нет квантового варианта общей теории относительности, и можно только гадать о том, что произойдёт, когда вещество попадёт в эту область. Учёные предполагают, что квантовое тяготение может оказать воздействие на саму природу пространства. Пространство может приобрести непривычный для нас облик, перекрутиться, исказиться невероятным образом и даже разорваться на части. Трудно представить себе такой разрыв. Непонятно, что будет находиться между отдельными кусками пространства? Если же не рассматривать такие возможности, можно представить себе, что возникает множество «кротовых нор». На этой стадии топология пространства, вполне вероятно, будет очень сложна – что-то вроде смеси из пространства и непространства.