Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна

* * *

Замечание Хокинга о месте квантово-гравитационного обрезания было убедительным. Возможно, он прав, заключили мы с Кимом после длительных раздумий; и мы смогли внести изменения в нашу статью с учетом его рекомендаций до ее публикации. Однако последняя выделенная курсивом строчка неоднозначна. Даже если Хокинг был прав, было совершенно не ясно, разрушит ли пучок вакуумных флуктуаций червоточину. Чтобы это понять наверняка, требовалось узнать, что происходит в момент образования машины времени, в интервале времени 10^{– 95} с, когда все определяется силами квантовой гравитации.

Короче говоря, законы квантовой гравитации прячут от нас ответ на вопрос, можно ли успешно превратить червоточины в машины времени. Чтобы получить ответ, люди вначале должны понять законы квантовой гравитации.

У Хокинга было свое твердое мнение о машинах времени. Он считал, что природа их терпеть не может, и выразил эту «неприязнь» в виде гипотезы о защите хронологии. Гипотеза гласит, что законы физики запрещают существование машин времени. (Хокинг, с присущим ему юморком, характеризовал этот вывод так: «дабы сохранить этот мир для историков!»)

Хокинг подозревал, что рост пучка вакуумных флуктуаций — это способ, которым природа усиливает защиту хронологии: всякий раз, когда кто-то пытается создать машину времени, независимо от того, какой тип устройства используется при этой попытке (червоточина, вращающийся цилиндр, [145] «космическая струна», [146] и т. д.), перед тем как это устройство превратится в машину времени, через это устройство начнет циркулировать пучок вакуумных флуктуаций и разрушит его. Хокинг готов был держать какое угодно пари по этому поводу.

145

См. сноску 8 на стр. 504.

146

Недавно Ричард Готт из Принстонского университета сделал открытие, что машину времени можно сделать из двух бесконечно длинных космических струн (гипотетических объектов, которые, возможно, существуют в реальной Вселенной; а возможно, и нет), если заставить их двигаться друг относительно друга с очень большой скоростью.

У меня нет ни малейшего желания бросать ему вызов. Я получаю большое удовольствие от споров с Хокингом, но только от тех споров, в которых у меня большой шанс на победу. Я нутром чувствую, что этот спор проиграю. Наши с Кимом расчеты, а также неопубликованные расчеты, которые недавно сделал Иенна Фланаган (мой студент) говорят о том, что Хокинг, скорее всего, прав. Каждая машина времени, по-видимому, самоуничтожается (с помощью циркулирующих вакуумных флуктуаций) в момент ее активации. Однако мы этого до конца не узнаем до тех пор, пока физики не познают законы квантовой гравитации.

ЭПИЛОГ

Обзор наследия Эйнштейна, прошлое и будущее теории, основные действующие лица

Почти сто лет прошло с тех пор, как Эйнштейн разрушил концепцию «абсолютного» пространства и времени Ньютона и начал закладывать фундамент своей собственной теории. За истекшее столетие теоретическое наследие Эйнштейна выросло и включает теперь, в частности, понятие об искривленном пространстве-времени и целый ряд экзотических объектов, появившихся целиком и полностью на основе этого понятия: черные дыры, гравитационные волны, сингулярности (закрытые и обнаженные), кротовые норы и машины времени.

В разные эпохи развития науки физики отказывали каждому из этих объектов в праве на существование.

• В этой книге мы узнали, как Эддингтон, Уилер и даже Эйнштейн высказывали скептицизм по поводу черных дыр; Эддингтон и Эйнштейн умерли до того, как была доказана их неправота, а Уилер, в конце концов, стал их приверженцем и защитником.

• В 1940—50-х годах многие физики, ошибочно интерпретировавшие уравнения общей теории относительности, были очень скептично настроены в отношении существования гравитационных волн (рябь кривизны). Но это история для другой книги, а скептицизма уже нет.

• Для многих физиков было (и остается) ужасным шоком открытие, что сингулярности являются неизбежным следствием законов общей теории относительности Эйнштейна. Некоторые физики испытывают комфорт оттого, что верят в гипотезу Пенроуза о «космической цензуре» (согласно которой все сингулярности должны быть закрыты, голые сингулярности запрещены). Независимо от того, существует или нет космическая цензура, большинство физиков привыкли к сингулярностям и, подобно Уилеру, считают, что там действуют непонятные законы квантовой гравитации, которые управляют этими сингулярностями и контролируют их так же, как законы гравитации Ньютона или Эйнштейна управляют планетами и контролируют их движение по орбитам вокруг Солнца.

• Большинство физиков сегодня считают вопиющим предположение о том, что могут существовать червоточины и машины времени, хотя общие законы относительности Эйнштейна допускают их существование. Скептично настроенных физиков может отчасти успокоить недавно возникшее представление о том, что существование червоточин и машин времени может отвергаться не «мягкими» законами Эйнштейна, а более «суровыми» законами квантовых полей в искривленном пространстве-времени и законами квантовой гравитации. Когда мы лучше поймем эти законы, возможно, из них недвусмысленно будет следовать, что они всегда защищают Вселенную от червоточин и машин времени. Или, возможно по крайней мере, от машин времени.

Что можно ожидать в ближайшие сто лет — за второй век существования теории Эйнштейна?

Похоже, наши представления о пространстве, времени и объектах, существование которых основано на искривлении пространства-времени, претерпят не менее революционные изменения, чем за прошедшее столетие. Предпосылки для этой революции следующие:

• Гравитационно-волновые детекторы позволят нам вскоре наблюдать черные дыры и «услышать» их столкновения. Можно будет записать целые симфонии и получить ценную информацию о том, как ведет себя бешено пульсирующее искривленное пространство-время. Моделирование на суперкомпьютерах позволит воспроизводить эти симфонии с тем, чтобы раскрыть их тайну. Черные дыры станут объектами детального экспериментального исследования. Что мы узнаем в результате этого исследования? Здесь возможны сюрпризы.

• В течение ближайших ста лет — и вероятно, этого не так долго осталось ждать — кто-нибудь откроет законы квантовой гравитации и детально их исследует.

• Владея законами квантовой гравитации, мы сможем точно понять, как появились пространство и время в нашей Вселенной, как они возникли из квантовой пены и сингулярности Большого взрыва. Мы сможем понять смысл часто задаваемого и кажущегося бессмысленным вопроса: «Что было до Большого взрыва?» Мы сможем узнать, действительно ли из квантовой пены рождается много вселенных, как разрушается пространство-время в сингулярном ядре черной дыры и в Большом хрусте, как и где пространство и время вновь воссоздаются (если это действительно происходит). Мы также сможем понять, разрешены или запрещены машины времени законами квантовой гравитации, и всегда ли машины времени саморазрушаются в момент их возникновения?

• Законы квантовой гравитации не являются конечным этапом эволюции физических законов на пути от законов Ньютона к специальной теории относительности, к общей теории относительности, к квантовой теории и, наконец, квантовой гравитации. Законы квантовой гравитации необходимо увязать с другими законами, которые проявляются в основных фундаментальных взаимодействиях природы: электромагнитном, сильном и слабом. Возможно, в ближайшие сто лет мы поймем, как объединить все эти законы — скорее всего, не так долго осталось ждать. Это объединение может радикально изменить наше представление о Вселенной. И что тогда? Никто не может сегодня предсказать, что будет дальше. Тем не менее, это может произойти еще при моей и при вашей жизни.