Стивен Хокинг сомневается в природе чёрных дыр

Стивен Хокинг сомневается в природе чёрных дыр

В своей новой работе известный физик заявляет о необходимости покончить с концепцией «горизонта событий», ключевым элементом в наших сегодняшних представлениях о чёрных дырах. Именно попав за его пределы, ничто, включая свет, не может покинуть чёрную дыру (ЧД), что в конечном счёте порождает все эти парадоксы вроде потери информации (чего, казалось бы, не может быть) и прочих «огненных стен».

Вместо него г-н Хокинг предлагает концепцию «кажущегося горизонта» — мягко-беззубую в физическом смысле замену устрашающего чёрнодырного железного занавеса, которым, по сути, был «горизонт событий». «Кажущийся горизонт» только временно удерживает материю-энергию в ЧД, а затем всё же отпускает их, хотя и в слегка подправленном виде.

Если наши представления о гравитации и квантовой механике хоть сколько-нибудь полны, то чёрная дыра, возможно, вовсе не точка «полного невозврата». (Иллюстрация Victor Habbick Visions / Spl / Getty.)

«В классической теории из чёрной дыры нет спасения, — объясняет г-н Хокинг, — [а вот квантовая теория] позволяет энергии и информации покинуть ЧД». Разумеется, поскольку качественного объединения квантовой теории с гравитацией не наблюдается, «правильная манера обращения» с этим вопросом, замечает физик, пока «остаётся неизвестной».

Итак, к сути. Вы уже знаете, что Ахмед Альмхеири (Ahmed Almheiri), Джо Полчински (Joe Polchinski) и ряд их коллег пару лет назад задались вопросом, что же на самом деле случится с объектом (не важно, частицей или человеком), если он провалится за горизонт событий ЧД.

Не будем вновь утомлять вас подробностями (а впрочем, если желаете, то вот), но общие итоги были несколько неожиданными: если учесть законы квантовой механики, определяющей поведение частиц на малых масштабах, то ситуация с традиционным сравнительно безопасным падением условного объекта за горизонт событий резко меняется. А именно: граница горизонта событий должна быть насыщена энергией до такой степени, что входящее тело будет уничтожено.

Всё это выглядело весьма тревожно. Получалось, что, соблюдая законы квантовой механики, ЧД одновременно плевать хотела на общую теорию относительности — то есть проявляла редкостное неуважение к прямым предкам. По ОТО, ситуация для падающего в ЧД и просто для плавающего в межгалактическом пространстве тела субъективно не должна различаться, и прохождение через горизонт событий в ОТО-стиле (по крайней мере для больших чёрных дыр) должно являть собой непримечательное для условного астронавта событие.

Как вы уже догадались, заставь мы в умственном эксперименте ЧД уважать Эйнштейна — и она немедленно грубо надругалась бы над квантовой механикой, вплоть до, например, подрыва принципа унитарности или даже возникновения квантовой запутанности одного объекта с парой других одновременно (и кто его знает, что тут хуже).

Стивен Хокинг считает, что есть третий путь. Давайте не будем трогать квантовую механику, да и ОТО уважим: просто предположим, что у ЧД нет горизонта событий, на котором будет уничтожен любой входящий объект. Квантовые эффекты, считает он, вызывают в окрестностях чёрной дыры столь мощные флуктуации, что такой резкой границы, поверхности, «после которой — всё», просто не существует.

Такое место он называет «кажущимся горизонтом», поверхностью, вдоль которой световые лучи, пытающиеся вырваться наружу из чёрной дыры, будут «подвешены»: они, словно кэрролловская Алиса, будут бегать со скоростью в 300 000 км/с по барабану, вращающемуся так быстро, что лучи, несмотря на сверхстремительность «бега», едва удержатся на месте. Ситуация выглядит идентичной обычному горизонту, но является временной, хотя длительность периода удержания материи кажущимся горизонтом г-н Хокинг не обозначает.

Горизонт же событий в строгом смысле этого слова, то есть место, из которого свет не сможет вырваться никогда, Стивен Хокинг исключает. Из этого, естественно, следуют вполне зубодробительные выводы. «Отсутствие горизонтов событий означает, что нет такой штуки, как чёрная дыра, — в смысле наличия таких режимов, когда свет не может вырваться из неё», — уверен учёный. В связи с этим он предлагает выдать ЧД новое определение — «метастабильные связанные состояния гравитационного поля».

Что тут хорошего? Ну, огненную стену мы всё-таки разрушили, что уже плюс. Опять же, как замечает физик, это пока единственное решение парадокса «огненной стены», которое совместимо с CPT-инвариантностью, фундаментальной симметрией физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени.

Но у этой медали «За победу над горизонтом событий» есть и другая сторона. Сами посудите: если кажущийся горизонт ЧД по каким-то причинам сократится до размера столь малого, что эффекты гравитации (макромир) и квантовой механики (микромир) будут работать одновременно, то и «кажущийся горизонт» исчезнет, а всё то, что ЧД за свою долгую жизнь проглотила, будет явлено миру. Нет, конечно, не совсем в первоначальном виде (в ряде случаев всё будет деформировано до полной неузнаваемости), но и такое представление скрытых миллиарды лет объектов кажется весьма странным событием.

Более того, если г-н Хокинг прав, то внутри ЧД может не быть никакой сингулярности. Опять же в этом есть свой плюс — благо сингулярность физически не слишком внятное явление. Попадающая же внутрь материя будет двигаться к центру ЧД, но никогда не дойдёт до него и не будет полностью уничтожена. Следовательно, и информация, содержащаяся в такой материи, не уничтожится, а лишь окажется искажена до такой степени, что после того, как появится в окружающем мире при помощи, скажем, излучения Хокинга, будет радикально отличаться от изначальной, и стороннему наблюдателю станет почти невозможно восстановить, что же некогда упало в ЧД.

Сам Стивен Хокинг сравнивает такую задачу с предсказанием погоды наперёд: в теории возможно, на практике же слишком сложно, чтобы сделать это сколько-нибудь точно более чем на несколько дней.

Впрочем, для нас — существ, продолжительность жизни которых в сравнении с возрастом ЧД исчезающе мала, — ситуация внешне почти не изменится: ожидать исчезновения кажущегося горизонта событий за время человеческой жизни не стоит. (Иллюстрация Shutterstock.)

Заметим, что Джо Полчински, один из авторов изначального парадокса «огненной стены», скептически настроен по отношению к идеям г-на Хокинга. Он не очень-то верит в саму возможность существования ЧД без «вечного» горизонта событий. А бывший студент автора новой теории Рафаэль Боуссо (Raphael Bousso) из Калифорнийского университета в Беркли (США) говорит, что нынешняя работа мэтра отражает степень неприятия научным сообществом самой идеи огненной стены: чтобы исключить возможность её существования, люди готовы на многое.

Правда, он считает, что решение Стивена Хокинга может стать лекарством похуже самой болезни (огненной стены). «Идея о том, что нет такой точки, из которой вы [гарантированно] не сможете покинуть чёрную дыру, в некоторых смыслах даже ещё более радикальна и проблематична, чем существование огненных стен», — считает г-н Боуссо.

С препринтом рассмотренной работы можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Nature News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock (1 и 2).