Струнная теория может также пролить свет на некоторые из глубо-
чайших парадоксов физики черных дыр, таких, как информационный
парадокс. Как вы помните, черные дыры не абсолютно черные, они
испускают малые количества излучения посредством туннелиро-
вания. Согласно квантовой теории, существует небольшая вероят-
ность того, что излучение может вырваться из тисков гравитации
черной дыры. Это приводит к медленной утечке излучения из черной
дыры. Такое излучение называется излучением Хокинга.
Этому излучению, в свою очередь, присуща некоторая температу-
ра (которая пропорциональна площади поверхности горизонта со-
бытий черной дыры). Хокинг дал общий вывод этого уравнения, ко-
торый не отличался доскональной точностью. Однако более тщатель-
ный вывод потребовал бы привлечения всей мощи статистической
механики (основанной на подсчете квантовых состояний черной
дыры). Обычно расчеты в статистической механике осуществляются
как подсчет количества состояний, в которых может находиться атом
или молекула. Но как можно подсчитать квантовые состояния чер-
ной дыры? Согласно теории Эйнштейна, черные дыры абсолютно
гладкие, а потому посчитать их квантовые состояния представляется
довольно проблематичным.
|
|
Ученые, занимающиеся теорией струн, изо всех сил стремились
закрыть этот пробел, поэтому Эндрю Стромингер и Кумрун Вафа
из Гарварда решили проанализировать черную дыру при помощи
М-теории. Поскольку с самой черной дырой работать было слишком
сложно, они избрали другой подход и задали умный вопрос: что
дуально по отношению к черной дыре? (Мы помним, что электрон
дуален по отношению к магнитному монополю, такому, как единич-
ный северный полюс. Отсюда путем изучения электрона в слабом
электрическом поле, что достаточно просто, мы можем проанализи-
ровать гораздо более сложный эксперимент: монополь, помещенный
в очень большое магнитное поле.) Итак, ученые надеялись, что ду-
альный по отношению к черной дыре объект окажется более легким
в исследовании, хотя в конечном счете они получат тот же самый
результат. При помощи ряда математических процедур Стромингеру
и Вафе удалось показать, что черная дыра дуальна по отношению к
скоплению одно-бран и пяти-бран. Это принесло ученым огромное
облегчение, поскольку квантовые состояния этих бран были извест-
ны. Когда Стромингер и Вафа затем посчитали количество квантовых
состояний, они обнаружили, что оно в точности соответствовало
результату, данному Хокингом.
Это стало приятной новостью. Струнная теория, часто высмеи-
ваемая за то, что она не связана с реальным миром, давала, возможно,
самое изящное решение термодинамики черной дыры.
Теперь ученые, работающие с теорией струн, пытаются подсту-
питься к более сложной проблеме в физике черных дыр — «инфор-
мационному парадоксу». Хокинг доказал, что если бросить что-либо
в черную дыру, то информация, заключенная в этом объекте, будет
утеряна безвозвратно и навсегда. (Так можно было бы совершить иде-
альное преступление. Преступник мог бы воспользоваться черной ды-
рой, чтобы уничтожить все обличающие его улики.) Единственными
параметрами, которые мы можем измерить для черной дыры на рассто-
янии, являются ее масса, спин и заряд. Не имеет значения, что бросить
в черную дыру, — все равно вся информация, содержащаяся в объекте,
будет утеряна. (Это соответствует утверждению о том, что «у черных
дыр нет волос», что они «лысые», то есть потеряли всю информацию,
все «волосы», за исключением этих трех параметров.)
|
|
Потеря информации из нашей Вселенной кажется неизбежным
следствием теории Эйнштейна, но это противоречит принципам
квантовой механики, которые гласят, что в действительности ин-
формацию потерять нельзя. Эта информация должна парить где-то
в нашей Вселенной, даже если изначально содержащий ее объект
бросили в пасть черной дыры. Хокинг писал:
Большинству физиков хотелось бы верить, что информация не
теряется, поскольку тогда мир стал бы безопасен и предсказуем.
Но я считаю, что если серьезно подходить к общей теории от-
носительности Эйнштейна, то необходимо принять во внимание
возможность того, что пространство-время запутывается в узлы
и вся информация теряется в образующихся складках. Выяснение
того факта, теряется в действительности информация или нет,
является одним из основных вопросов теоретической физики на
сегодняшний день.
Этот парадокс, ставший тем пунктом, в котором Хокинг разошел-
ся во мнении с большинством специалистов по струнной теории,
все еще не нашел своего разрешения. Но ставки среди этих ученых
делаются в основном на то, чтав конечном счете мы обнаружим, куда
девается теряемая информация. (Например, если в черную дыру бро-
сить книгу, то вполне вероятно, что информация, заключенная в кни-
ге, плавно просочится обратно в нашу Вселенную в виде крошечных
вибраций, содержащихся в излучении Хокинга испаряющейся чер-
ной дыры. Или, возможно, эта информация появится из белой дыры
по другую сторону черной.) Именно поэтому лично я считаю, что
если кто-нибудь вычислит, что происходит с информацией, когда она
исчезает в черной дыре согласно струнной теории, то он (или она)
обнаружит, что в действительности информация не теряется — она
незаметно появляется где-то еще.
В 2004 году Хокинг, ко всеобщему удивлению, заявил перед
телевизионными камерами, что он пересмотрел свои взгляды на
проблему информации, и этим заявлением обеспечил себе место на
первой странице «Нью-Йорк тайме». Он признал, что ошибался
по этому поводу. (За тридцать лет до того Хокинг поспорил с дру-
гими физиками, что информация не могла утечь из черной дыры.
Победитель этого пари должен был купить проигравшему хорошую
удобную энциклопедию.) Хокинг заново провел некоторые из своих
расчетов и сделал вывод, что если такой объект, как книга, попадал в
черную дыру, то он мог нарушить поле испускаемого черной дырой
излучения, тем самым позволяя информации утекать обратно во
Вселенную. Информация, содержащаяся в книге, была бы закоди-
рована в излучении, медленно просачивающемся за пределы черной
дыры, но уже в искаженной форме.
С одной стороны, такой подход поставил Хокинга в один ряд с
большинством квантовых физиков, которые считают, что информа-
ция не может быть утеряна. Но это также вызвало следующий во-
npoc: может ли информация попасть в параллельную вселенную? На
ервый взгляд, результат Хокинга ставил под сомнение идею о том,
го информация может попасть через портал-червоточину в парал-
лельную вселенную. Однако никто не верит в то, что в этом вопросе
сказано последнее слово. До тех пор пока не будет полностью раз-
работана струнная теория или не будет проведен полный квантовый
гравитационный расчет, никто не поверит, что информационный
Парадокс полностью разрешен.
|
|