Тени многомерного мира (избранные главы)

1. Чёрная дыра — конечная стадия эволюции массивных звёзд, сверхплотное тело, «завёрнутое» в искривлённое им пространство, как кокон.

2. Из объяснения природы сверхсветимости квазаров, данного Яковом Зельдовичем и Эдвином Сэлпитером с привлечением представлений о чёрных дырах, вытекает, что те непрерывно поглощают материю.

3. А в конце 1997 г. выяснилось, что не только материю. Американские астрофизики обнаружили, что газопылевые диски вокруг чёрных дыр совершают прецессионное вращение. Интерпретация авторов оказалась весьма своеобразной: чёрная дыра всасывает в себя окружающее её пространство! «Так поток нечистот, вливаясь в реку, увлекает за собой часть воды», — прокомментировал открытие немецкий научный обозреватель Рюдригер Фаас.

Но на этом парадоксальные свойства чёрных дыр не исчерпывается. С этими загадочными объектами связан и так называемый «информационный парадокс».

Согласно классической модели чёрной дыры абсолютно неважно, из чего она была построена: протонов и электронов в любой пропорции, газа, планет или звёзд. Чудовищное тяготение превращает весь этот материал в некую абсолютно однородную структуру. Та же участь ждёт и вещество, попадающее в «чёрную дыру» уже после её возникновения. Таким образом, согласно общепринятой до недавнего времени у астрофизиков версии, все чёрные дыры внутри совершенно одинаковы и отличаются друг от друга лишь массой, а также диаметром так называемого горизонта событий, в пределах которого ничто не может покинуть этот объект. По вычислениям знаменитого физика Стивена Хоукинга получается, что попавшая в чёрную дыру частица никак на неё не влияет. Кроме, разумеется, соответствующего увеличения массы.

Но эта теория породила противоречие с одним из законов квантовой механики — законом обратимости. Он гласит, что теоретические вычисления должны быть в состоянии проследить любой процесс, вплоть до условий, которые «запустили» его. Если все чёрные дыры одинаковы, то ни одна из них даже теоретически не может быть прослежена в обратном направлении — к её уникальному началу, и любая информация о частицах, которые создали дыру, должна считаться потерянной навсегда. Другими словами, получается, что чёрная дыра уничтожает информацию.

В начале 2004 года группа учёных из университета Огайо (США), возглавляемая Самиром Матуром, усомнилась в таком положении дел, обратившись к широко известной теории суперструн. Здесь будет уместным для дальнейшего понимания материала сделать некоторое отступление и пояснить основные положения и краткие выводы из теории суперструн.

Дело в том, что теория относительности Эйнштейна очень плохо ведёт себя на сверхмалых расстояниях. Если следовать Эйнштейну, то на расстояниях порядка радиуса ядра все силы устремляются в бесконечность. Поэтому потребовалось модифицировать теорию гравитации и сделать её квантовой. Это философски оправдано: если вся материя обладает квантовыми свойствами и при этом взаимодействует с гравитацией, то и сама гравитация имеет не волновую, как мы учим в школе, а квантовую природу. Наподобие электромагнитного поля с фотоном, единицей излучения гравитационного поля оказывается частица гравитон. И если существуют взаимодействующие друг с другом фотоны и гравитоны, то устойчивую теорию Вселенной можно построить, лишь допустив существование особых объектов, из которых построены все элементарные частицы. Эти двумерные объекты и называются суперструнами. Они могут вести себя самым загадочным образом: переплетаться, свиваться кольцами, образовывать спирали. А мы в нашем масштабе воспринимаем эту «игру» струн, как частицы, составляющие мир.

Так вот, коллектив учёных, возглавляемый С.Матуром, вычислил, как поведут себя струны, объединённые в очень массивный и протяжённый объект, своего рода гигантскую элементарную частицу. Оказалось, что струны могут формировать весьма сложную, упругую и эластичную структуру большой протяжённости. Постепенно наращивая массу вещества в своей модели, С. Матур, получил, в конце концов, чёрную дыру. Что интересно — так это, то, что по диаметру она оказалась в точности соответствующей поперечнику горизонта событий для дыры той же массы, но рассчитанной по классической модели. Новая структура чёрной дыры получила название «Пушистый клубок». В разных чёрных дырах этот клубок может иметь самые разнообразные формы — словно миллионы лиц или художественных полотен. Чёрные дыры, по версии профессора Матура, уникальны и неповторимы. Но это значит, что в этих объектах ничего не растворяется бесследно, но в запутанном переплетении струн остаётся информация о частицах, породивших космического монстра. Другими словами, информация, попавшая в чёрную дыру, в ней всё-таки сохраняется. Возникает резонный вопрос: «Для чего?» Согласно той же теории суперструн, частицы приобретают в недрах чёрной дыры такую колоссальную энергию, что она их просто выбрасывает… в 9-мерное пространство! По аналогии с тем, как несущегося с бешеной скоростью мотоциклиста может свалить лёгкий толчок вбок.