Томас Хертог – О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга (страница 61)
Как обычно, конференция оказалась удобным предлогом для сбора большого клана студентов и бывших студентов Хокинга. Вечером накануне дня лекции Стивена мы зашли выпить в дублинский Temple Bar. Наслаждаясь редким моментом отдыха, Стивен усилил громкость своего синтезатора речи. «Это мой каминг-аут», – объявил он, широко улыбаясь. И действительно, на следующий день перед огромным залом, набитым необычной смесью физиков и журналистов, Хокинг рассказал, что черные дыры – не бездонные пропасти, как он думал когда-то. Перед тем как превратиться в излучение и исчезнуть, они выпускают наружу все, что можно узнать об их прошлом. На последовавшей за лекцией пресс-конференции Стивен заплатил свой проигрыш в пари, которое заключил когда-то с красноречивым физиком из Калтеха Джоном Прескиллом: в 1997 году тот поспорил со Стивеном и Кипом Торном, что вся информация из испаряющихся черных дыр в конечном счете утекает. По условиям пари «проигравший вручает победителю энциклопедию по выбору победителя, информация из которой может быть при желании восстановлена». Стивен вручил Джону экземпляр энциклопедии бейсбола – Total Baseball: The Ultimate Baseball Encyclopedia, – хоть и не удержался от замечания, что ему бы следовало скорее вручить оставшуюся от сжигания этой книги золу. Джон триумфально поднял энциклопедию над головой, как будто только что выиграл Кубок мира. Засверкали вспышки. Одно из этих фото вскоре появилось в журнале Time.
И все-таки представление, устроенное Стивеном в Дублине, получилось немного неловким. Мы, конечно, давно уже привыкли, что каждая его мысль о черных дырах начинала жить своей жизнью на публичной арене. Стивен всегда блестяще выступал перед мировой аудиторией, с детства был в курсе популярной культуры – для широкой публики он стал одним из величайших представителей науки нашего времени, вдохновляя миллионы людей во всем мире. Но дублинское выступление – это тот редкий случай, когда разделительная линия между публичным имиджем Стивена и его научной деятельностью размылась. Несмотря на ажиотаж, поднятый средствами массовой информации вокруг поворота во взглядах Стивена на черные дыры, ни его дублинская лекция, ни вышедшая затем статья на ту же тему, не смогли намного продвинуть вперед этот вопрос, не говоря уж о его решении. Большинство присутствовавших на конференции струнных теоретиков уже за шесть лет до того пришли к выводу, что черные дыры не уничтожают информацию; они сочли, что признание Стивеном своего поражения сильно запоздало. С другой стороны, релятивистов не поколебала трудная для понимания аргументация Стивена; им казалось, что он изменил свою точку зрения преждевременно. Среди последних был и Кип Торн, отказавшийся признать поражение в споре в Дублине; мне кажется, он его до сих пор так и не признал.
Стивен предпринял свою попытку разобраться с информационным парадоксом черной дыры, взяв в помощники своего тогдашнего студента, щеголеватого француза по имени Кристоф Гальфар. Тот имел счастье (или скорее несчастье) оказаться на пороге кабинета Стивена в «год черной дыры». Кристоф тоже понимал, что их вычисления шли не так гладко, как они со Стивеном предполагали; они скорее указывали на какие-то другие, более глубокие вопросы. Так почему же Стивен все-таки поднялся на сцену в Дублине и заявил, что информация в черных дырах не теряется? Почему он решил, что, несмотря на отсутствие твердых доказательств, весь объем фактов тем не менее указывает на сохранение информации? Думаю, он заметил в голографическом подходе смутный и недооцененный элемент, который, как он почувствовал, и был ключом к решению парадокса: что внутренних областей больше одной.
ХОКИНГ РАССКАЗАЛ, ЧТО ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ – НЕ БЕЗДОННЫЕ ПРОПАСТИ, КАК ОН ДУМАЛ КОГДА-ТО. ПЕРЕД ТЕМ КАК ПРЕВРАТИТЬСЯ В ИЗЛУЧЕНИЕ И ИСЧЕЗНУТЬ, ОНИ ВЫПУСКАЮТ НАРУЖУ ВСЕ, ЧТО МОЖНО УЗНАТЬ ОБ ИХ ПРОШЛОМ.
Дело в том, что в поверхностной голограмме зашифрована не одна внутренняя область искривленной геометрии, но целый набор различных форм пространства-времени[190]. Голографический дуализм, по всей видимости, включает в себя то радикальное квантовое видение гравитации в духе Фейнмана, о котором я писал в предыдущей главе и который оказался критически важным для разрешения космологического информационного парадокса. Голографический подход подкрепляет эти идеи и предсказывает, что на некотором уровне гравитация включает в себя не одну геометрию пространства-времени, но их суперпозицию. Он заставляет нас думать о внутренней области AdS как о волновой функции, а не как о единичном пространстве-времени.
«В тот момент, когда мы говорим, что черная дыра описывается геометрией Шварцшильда, мы получаем проблему потери информации», – говорил Стивен в своем докладе в Дублине[191]. И продолжил: «Однако информация о точном состоянии сохраняется в другой геометрии. Путаница и парадокс возникли, потому что мы думали на классическом языке, в терминах единичного объективного пространства-времени. Но фейнмановская сумма по геометриям позволяет этому пространству иметь сразу обе геометрии».
Это слова нового Хокинга, который принял подход «сверху вниз».
В своем исходном выводе формулы излучения черных дыр Хокинг, придерживавшийся тогда ракурса «снизу вверх», предполагал (и очень разумно), что любое покидающее черную дыру излучение распространяется в искривленной геометрии пространства-времени черной дыры, описанной Карлом Шварцшильдом в 1916 году. Конечно, такое предположение исключает возможность, что в отдаленной перспективе в игру вступит совершенно новая форма пространства. Спустя тридцать лет Стивен увидел, что его тогдашняя логика была чересчур классической. Теперь он объявил, что когда черные дыры стареют, то, как ни удивительно, большая часть информации о дыре и о ее истории уже не хранится в исходной геометрии черной дыры, а находится в совершенно ином пространстве-времени. Таким образом, этот новый «нисходящий» Стивен признал – может, и с неохотой, кто знает, – что его молодое альтер эго, предположив, что пространство-время есть некая данность, ошиблось еще до начала вычислений.
Теперь, задним числом, ясно, что интуиция не обманула «нисходящего» Стивена: в дело вмешалась другая геометрия. Правильное квантовое мышление в терминах суммы по геометриям внутренней области вместо единичной геометрии в конечном счете оказалось ключевым для начала распутывания парадокса черной дыры. Противоречие в его дублинской лекции заключалось в том, что Стивен не определил, в какой искривленной форме может тогда храниться прошлое старой черной дыры. Он, в сущности, предположил (неверно), что для решения парадокса достаточно принять, что не было никакой черной дыры, с которой можно было бы начать.
Понадобится еще очень много работы в голографической лаборатории Малдасены и поисков выхода из множества тупиков, прежде чем теоретики наконец начнут нащупывать путь выхода из недр старой черной дыры. За годы, прошедшие после ухода Стивена, новое поколение физиков, изучающих черные дыры и съевших собаку в голографии, осознало, что, возможно, все дело в кротовых норах. Кротовые норы – экзотические пространственные формы, несколько напоминающие ручки; они действуют как геометрические мосты, соединяющие далеко отстоящие друг от друга места или моменты пространства-времени. Рис. 56 воспроизводит сделанный Уилером в 1955 году самый первый набросок кротовой норы; в то время он называл эту конфигурацию «множественно связанным пространством». Теперь, в 2019 году, Джефф Пенингтон, работающий в одиночку в Стэнфорде, и «струнный квартет» из Принстона и Санта-Барбары в составе Ахмеда Альмейри, Нетты Энгельгардт, Дональда Мэрольфа и Генри Максфилда нашли поразительное доказательство того, что где-то посредине процесса испарения черные дыры могут испытывать загадочное переустройство[192]. Их вычисления показали, что медленное, но неуклонное накопление излучаемых частиц может в конце концов активировать скрытую геометрию кротовой норы в фейнмановской суперпозиции, создав некоторый вид геометрического туннеля через будущую область горизонта. Это обеспечит канал, по которому информация изнутри сможет ускользнуть из черной дыры[193].
Считается, что излучение может выполнить эту необычную задачу благодаря одному тонкому квантовому явлению, называемому квантовой запутанностью. Вспомним, что излучение Хокинга возникает в квантовых вибрациях полей вблизи горизонта черных дыр.
Рис. 56. Первое схематическое представление о кротовой норе. Набросок сделан Джоном Уилером, который в 1957 году и пустил этот термин в оборот, чтобы описать туннели, соединяющие две удаленные точки, в геометрии пространства-времени. В последние годы теоретики предполагают, что кротовые норы могут обеспечить канал выхода информации из старой испаряющейся черной дыры.
Эти дрожания порождают пары частиц-античастиц. Когда античастица падает в черную дыру, ее частица-партнер может ускользнуть в далекую Вселенную, где и проявляется как испускаемое черной дырой излучение Хокинга. Однако, несмотря на разделяющее их расстояние, пары частиц и античастиц сохраняют квантовомеханическую связь друг с другом. Физики говорят, что частицы остаются «запутанными». Запутанность означает, что, если вы измеряете испущенное излучение само по себе, оно выглядит как случайное тепловое излучение. Но если бы мы смогли рассмотреть оба элемента пары поодиночке, мы увидели бы, что они все же содержат информацию, закодированную в тонких корреляциях, которые связывают их индивидуальные свойства. Это немного похоже на шифрование данных с помощью ключа. Зашифрованные данные без ключа не имеют смысла. Ключ сам по себе (если вы нашли правильный ключ) тоже ничего не значит. Но вместе они раскрывают информацию. Так вот, Пеннингтон и струнный квартет обнаружили – а многие теоретики с тех пор подробно уточнили, – что накопление за многие миллиарды лет все большей квантовой запутанности между внутренней и внешней областями испаряющейся черной дыры можно рассматривать как генерирование кротовой норы, проходящей через горизонт. Как будто частицы излучения Хокинга вместе со своими партнерами-античастицами за горизонтом сообща строят пространственно-временной мост, превращая старую черную дыру из закрытого царства во что-то вроде автокафе без выхода из машины.