Куда течет река времени

Я сразу поверил в это открытие. Сейчас мне кажется, что интуиция меня не обманула, хотя с годами я стал более осторожным. Близкую к моей точку зрения занимал К. Торн (он также читал тогда лекции в Лезуше), хотя и считал, что открытие нуждается в дополнительной проверке. Через два года, когда сведений об источнике в созвездии Лебедь прибавилось, К. Торн писал: «Эти доказательства на девяносто процентов убедили меня и многих других астрономов в том, что в центре Лебедя Х-1 действительно находится черная дыра».

С. Хоукинг занимал более осторожную позицию. В 1988 году, вспоминая те годы, он писал: «Кажется, что только черная дыра может действительно естественным образом объяснить наблюдения. Несмотря на это, я заключил пари с Кипом Торном из Калифорнийского Технологического института о том, что в действительности Лебедь Х-1 не содержит черную дыру! Это явилось для меня формой страхового полиса. Я сделал много работ, посвященных черным дырам, и это все оказалось бы впустую, если бы выяснилось, что черные дыры не существуют. Но в этом случае я имел бы утешение, выиграв пари, что дало бы мне четырехгодичную подписку на журнал «Private Eye». Если же черные дыры существуют, Кип получил бы годичную подписку на «Penthouse». Когда мы заключали пари в 1975 году, мы были на 80 процентов уверены, что Лебедь является черной дырой. Теперь я сказал бы, что у нас есть 95-процентная уверенность, но наше пари все еще ждет решения».

Пари было действительно заключено по всем правилам и даже официально опубликовано в книге. Для того чтобы читатель мог полностью оценить юмор спорщиков, следует пояснить, что оба журнала, фигурирующие в условиях пари, имеют весьма и весьма легкомысленное содержание. Но если говорить серьезно, то С. Хоукинг, наверное, дает правдоподобную оценку степени надежности открытия черной дыры. Я бы все же уточнил, что наша уверенность в открытии близка к 99 процентам. Конечно, астрономы осторожничают, потому что речь идет не просто о новых небесных телах, а о дырах в пространстве и времени.

Давайте теперь вернемся к физике этих удивительных объектов. Мы не собираемся здесь описывать сколько-нибудь подробно их свойства. Нас в основном интересует, как течет внутри их время.

Я уже говорил, что на границе черной дыры бег времени с точки зрения внешнего наблюдателя замирает, как замедляется течение воды у берега реки.

Казалось бы, нас не должен интересовать вопрос о том, что происходит внутри дыры. Действительно, мы не можем ни заглянуть туда, ни получить оттуда какую-либо информацию. Выходит, что внутренность черной дыры отделена от нашей Вселенной непроницаемым барьером. Однако такое заключение правильно только наполовину. Граница черной дыры полупроницаема, поскольку в саму дыру можно упасть, но невозможно оттуда выбраться. А что будет с наблюдателем и его кораблем, упавшим в черную дыру? Назад, как мы знаем, они выбраться не смогут. Сила тяготения будет неумолимо тянуть их в глубь черной дыры. И какова их судьба?

Еще не так давно теоретики предполагали, что, проскочив горловину черной дыры, наблюдатель может появиться из другого отверстия этой горловины в «нашем» пространстве вдали от черной дыры, в которую он упал (рис. 5а). Или он сможет даже «вынырнуть» в пространство «другой» Вселенной (рис. 5б).

Если бы это было возможно, то наряду с черными дырами во Вселенной должны были бы существовать и белые дыры; те самые другие отверстия горловины, из которых может «вынырнуть» наблюдатель. В белую дыру нельзя упасть, из нее можно только вылететь. По- истине черные и белые дыры напоминают улицы с односторонним движением транспорта, а горловины часто называют тоннелями. Но эти улицы во времени!

Белые дыры я открыл в 1963 году чисто математическим путем, когда пытался понять, откуда может взяться гигантская энергия, выделяющаяся в квазарах — необычайно мощно излучающих ядрах некоторых галактик. Через год после опубликования этой работы эти гипотетические объекты были независимо переоткрыты Ю. Нееманом — известным израильским физиком, много сделавшим в теории элементарных частиц. Вскоре, однако, Ю. Нееман занялся совсем другими делами и заиграл видную роль в политике. Мы так с ним серьезно никогда и не обсудили проблему белых дыр.

Страстным пропагандистом возможности существования горловин, соединяющих дыры, был Дж. Уилер.

Математическая теория этих образований была разработана в 1966 году мною, а затем развивалась в США Дж. Бардиным и в Индии Ю. Шахом и П. Вайдья.

Мои исследования того времени по теории горловин понравились академику А. Сахарову, который все больше интересовался проблемой тяготения и космологией. Он в то время развивал космологические теории, имеющие общие моменты с моими исследованиями. Все эти вопросы мы обсуждали между собой и с Я. Зельдовичем. В результате опубликовали с А. Сахаровым препринт Института прикладной математики «Релятивистский коллапс и топологическая структура Вселенной» (1970 г.) со статьями по нашим исследованиям. Этой работой я очень горжусь. Вскоре А. Сахаров выступил официальным оппонентом на защите моей докторской диссертации.

Для доказательства возможности существования в природе белых дыр и горловин (или, как их еще называют, «тоннелей»), ведущих от черных дыр к белым, надо было показать, как говорят физики, устойчивость этих образований. Это означает, что надо было исследовать, с одной стороны, не порождают ли эти образования какие-либо процессы, которые их же и разрушают. С другой стороны, надо было показать, что внешние воздействия, например, падающие в горловину через черную дыру световые лучи, не разрушают ее.

Первое сомнение в устойчивости подобной горловины высказал английский физик Р. Пенроуз. Он отметил следующее обстоятельство. Предположим, что в горловину попадает через черную дыру свет. Тяготение сообщает световым квантам все большую энергию. Кроме того, эта световая энергия сосредоточивается в очень малом объеме при попадании в горловину. Р. Пенроуз опасался, что тяготение такой спрессованной энергии разрушит горловину. Проверкой этой догадки занимались разные специалисты. В конце 70-х годов эта проблема заинтересовала и меня, хотя я и не знал о более ранней работе Р. Пенроуза. Мне удалось увлечь этой идеей еще троих молодых физиков: А. Старобинского — аспиранта Я. Зельдовича, турка Й. Гурсела и американца В. Сандберга — учеников К. Торна. В 1978 году, оказавшись в Калифорнийском Технологическом институте (Калтехе), мы с жаром взялись за дело. Времени было в обрез, и приходилось засиживаться за работой до глубокой ночи. Вот как впоследствии вспоминал об этой работе К. Торн в книге «Кривое пространство и деформированное время»: «Калтехский консорциум составляли Йекта Гурсел, который вырос в мусульманской семье в Турции, неподалеку от советской границы, и приехал в Калтех для учебы в аспирантуре; Вернон Сандберг, выросший в мармонской семье в Салт Лейк Сити и работал в Калтехе после защиты диссертации; Игорь Новиков, мой близкий русский друг; и Алеша Старобинский, аспирант Зельдовича, приехавший в Пасадену во время его первой поездки на Запад. Какое было наслаждение наблюдать их: турка, американца и двух русских, их — мусульманина, мормона и двух атеистов, — работавших вместе рука об руку, выводящих предсказания из эйнштейновских законов.

Заключение было такое, как и предполагал Р. Пенроуз, но с мощной новой особенностью: неустойчивость, которая запечатывает туннель, может вызываться даже одиночной, произвольно слабой световой волной, влетевшей в черную дыру… Бесконечно усиленное излучение создавало бы согласно вычислениям Гурсела — Сандберга — Новикова — Старобинского столь сильное тяготение, что затворяло бы туннель прежде, чем он мог сформироваться. Вход в туннель замещался непроходимой сингулярностью».

Впоследствии знаменитый индийский физик С. Чандрасекхар и американец Дж. Хартл построили полную математическую теорию этих процессов, а мы со Старобинским рассмотрели квантовые процессы рождения частиц в сильных полях внутри черной дыры, также ведущие к образованию непроходимой сингулярности вместо тоннеля-горловины. Кроме того, выяснилась и неустойчивость белых дыр. Оказалось, что падающее извне вещество быстро превращает белую дыру в черную. Это было доказано в работах американца Д. Эрдли, советского физика В. Фролова и в ряде других работ. С другой стороны, в совместном исследовании Я. Зельдовича, А. Старобинского и моем было показано, что белые дыры активно производят внутри себя вещество в квантовых процессах и тяготение этого вещества также быстро превращает их в черные дыры.

Подведем итог сказанному. И белые дыры, и тоннели оказались крайне неустойчивыми и поэтому в природе в естественных условиях существовать не могут.

Правда, остается еще одна возможность — каким-то искусственным образом подавить неустойчивость и стабилизировать тоннель-горловину. Мы обсудим это в главе «Против течения».

Вернемся, однако, к черным дырам и зададимся таким вопросом: что же произойдет с наблюдателем в действительности, если он отважится отправиться в черную дыру на космическом корабле?