Стивен Хокинг. Непобедимый разум

В конце лета Хокинг вновь слетал в Калифорнию, на этот раз в Санта-Барбару, провел несколько недель в новом Институте теоретической физики при Калифорнийском университете. Там работал Джим Хартл, и двое ученых подробно обсудили идею, которую Стивен выдвинул в сентябре 1981 года на конференции в Ватикане. Всеобщее увлечение теорией инфляции отодвинуло на второй план гипотезу об отсутствии начальных условий, однако Хокинг не переставал думать и над ней. За следующие два года они с Хартлом довели эту гипотезу до рабочего состояния.

Глава 10 Сколько ни путешествовал, за край Земли не свалился

Первоначально, в 1974 году, предположение Хокинга об излучении черных дыр было встречено скептически, но, как мы видели, постепенно большинство физиков признали эту мысль отнюдь не глупой. Если основные понятия общей теории относительности и квантовой механики верны, черные дыры просто обязаны иметь излучение, как всякий раскаленный объект. Первичных черных дыр пока обнаружить не удалось, но если бы они отыскались и оказалось, что они не испускают гамма-лучи и рентгеновские лучи, физики были бы неприятно озадачены.

Вспомним еще раз, какие частицы испускает черная дыра согласно теории Хокинга. На горизонте событий появляется пара частиц. Частица с отрицательной энергией падает в черную дыру. Поскольку ее энергия отрицательна, она не добавляется к энергии черной дыры, а вычитается из нее. Что происходит с энергией? (Мы же не допускаем, чтобы энергия попросту исчезла из мира.) Энергия уносится во внешний мир вместе с положительно заряженной частицей (см. главу 6).

В итоге, как вы помните, черная дыра теряет массу, и ее горизонт событий съеживается. Для первичной черной дыры история может закончиться тем, что она полностью исчезнет, и ее гибель, вероятно, будет сопровождаться весьма впечатляющим фейерверком. Но как может что-то выходить за пределы черной дыры, если из черной дыры ничего не исходит? То была одна из величайших детективных загадок на манер “запертой комнаты”, и сыщик С. Х. разгадал ее.

Вслед за идеей, что вещество в черной дыре, быть может, не приходит к абсолютному концу времени, стягиваясь в сингулярность, появилось подозрение насчет другой сингулярности, той, которую Хокинг поместил в начале времени. Квантовая теория открывала новые возможности: при Большом взрыве сингулярность могла быть и “размазана”, как выражался Хокинг. Значит, дверь не так уж плотно захлопнулась у нас перед носом.

Хокинг припомнил схожую проблему, с которой квантовой теории удалось справиться ранее. Проблема была связана с атомной моделью Резерфорда: “Модель предполагала, что вокруг центрального ядра вращаются электроны, словно планеты вокруг Солнца. И тут имелось затруднение” (вернитесь к рис. 2.1). “Классическая теория предсказывала, что движение электрона вызывает излучение световых волн. Эти волны отнимают у электрона энергию, и потому он по спирали спускается все ближе к ядру, пока не столкнется с ним”[193]. Что-то в этой картине было неладно, ведь атомы не переживают подобный коллапс.

Спасла квантовая механика с ее принципом неопределенности. Невозможно одновременно установить и точную позицию, и точное движение электрона. “Если бы электрон упал на ядро, и его позиция, и характер движения были бы точно определены, – напоминает Хокинг. – Однако квантовая механика предсказывает отсутствие у электрона точно определенной позиции: вероятность обнаружить его размазана по определенной области вокруг ядра”. Электроны не спускаются внутрь по спирали и не падают на ядро. Атомного коллапса не происходит.

Согласно Хокингу, “предсказание классической общей теории относительности о сингулярности беспредельной плотности на момент Большого взрыва сродни предсказанию классической теории [о падении электрона на ядро]”[194]. Утверждать, будто в момент Большого взрыва все находилось в одной точке бесконечной плотности или в черной дыре, – значит измерять с большей точностью, чем допускает принцип неопределенности. Хокинг полагал, что принцип неопределенности “размажет” предсказанные общей теорией относительности сингулярности, подобно тому как размазано положение электрона. Не происходит коллапса атома – и аналогично, подозревал Хокинг, не было и сингулярности в начале вселенной, нет ее и внутри черной дыры. Да, космос был тогда сжат до предела, и все же не в точку бесконечной плотности.

Общая теория относительности предсказывала, что внутри черной дыры и в момент Большого взрыва искривление пространства-времени достигает бесконечности. Если этого не происходит, то Хокингу оставалось вычислить, “какую форму пространство и время принимают вместо точки бесконечной кривизны”[195].

Когда время – это время, а пространство – это пространство