Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики
Шрифт:
Как мы уже выяснили ранее, если коллапсирующая звезда станет настолько маленькой, что поместится внутри своего шварцшильдовского радиуса (три километра для Солнца), то, подобно головастикам, попавшимся в сток, её частицы будет необратимо затягивать внутрь, и они продолжат коллапс, пока не образуют сингулярность — точку с бесконечной кривизной [32] .
Чем не являются чёрные дыры
32
Примечание для специалистов.
Я предвижу, что этот раздел вызовет поток гневных писем от читателей, которые знакомы с чёрными дырами только по диснеевскому фильму «Чёрная дыра» [33] . Я не хочу портить удовольствие, Бог свидетель, чёрные дыры — удивительнейшие объекты, но они не ворота в небеса, в ад, в другие вселенные и даже не туннели, ведущие обратно в нашу Вселенную. Зная, насколько всё честно в любви, войне и научной фантастике, я не возражаю, чтобы киношники путешествовали через них в страну грёз. Но понимание природы чёрных дыр требует больших знаний, чем даёт просмотр фильмов категории В [34] .
33
Фильм вышел в 1979 году на киностудии Walt Disney Productions, оригинальное название «The Black Hole». В фильме астронавтам удаётся пролететь сквозь чёрную дыру. — Прим. перев.
34
Фильмы категории B — малобюджетные кинокартины, как правило, построенные на эксплуатации какой-то кратковременно популярной темы. — Прим. перев.
Основное фантастическое допущение фильма «Чёрная дыра» в действительности восходит к работе Эйнштейна и его коллеги Натана Розана, позднее популяризированной Джоном Уилером. Эйнштейн и Розен рассматривали возможность того, что внутренние области чёрной дыры могут быть связаны с очень отдалёнными местами посредством так называемых кротовых нор [35] . Идея состояла в том, что разделённые миллиардами световых лет чёрные дыры могут быть связаны на уровне их горизонтов, образуя во Вселенной фантастический туннель. Для такой чёрной дыры диаграмма вложения после пересечения горизонта не оканчивается заострённой сингулярностью, а открывается в новую обширную область пространства-времени.
35
Джон Уилер назвал их wormholes — червоточинами. Но в русском языке более распространён термин «кротовые норы». — Прим. перев.
Войти в такой тоннель с одной стороны и выйти с другой — это всё равно что войти в метро в Нью-Йорке и, проехав не более пары миль, появиться в Пекине или даже на Марсе. Идея уилеровских кротовых нор действительно основывалась на решении уравнений общей теории относительности.
Тоннель Эйнштейна — Розена
Таково происхождение «городской легенды» о том, что чёрные дыры — это тоннели в другие миры. В этой идее содержится две ошибки. Во-первых, уилеровские кротовые норы могут оставаться открытыми лишь очень короткое время, а затем схлопываются. Кротовые норы открываются и закрываются столь быстро, что пройти сквозь них совершенно невозможно. Это как если бы короткий тоннель до Пекина обвалился прежде, чем кто-либо успел по нему пройти. Некоторые физики поговаривают о том, что квантовая механика может каким-то образом стабилизировать кротовую нору, но никаких доказательств этому нет.
Но мало того, Эйнштейн и Розен изучали «вечную чёрную дыру», то есть имеющую не только бесконечное будущее, но и бесконечное прошлое Однако даже Вселенная имеет конечный возраст. Реальные чёрные дыры всегда, разумеется, возникают при коллапсе звёзд (или других массивных объектов), то есть после Большого взрыва. Когда уравнения Эйнштейна применили к процессу образования чёрных дыр, то связанные с ними кротовые норы просто не возникали. Диаграмма вложения выглядела, как на с. 71.
Теперь, когда я испортил вам настроение, вы, надеюсь, возьмёте в прокате упомянутый фильм и получите удовольствие.
Как построить машину времени
Будущее — не то, к чему вы привыкли.
А
36
Йоги Берра (р. 1925) — знаменитый американский бейсбольный игрок, тренер и менеджер, известный своими афоризмами.
Будьте осторожны с желаниями. У путешествий в будущее есть некоторые недостатки. Все ваши друзья и родные будут уже давно мертвы. Ваша одежда будет выглядеть старомодной. Ваш язык окажется бесполезным. Короче, вы будете выглядеть посмешищем. Мысль отправиться в будущее в один конец выглядит удручающей, если не трагической.
Не проблема. Просто забирайтесь в свою машину времени и нацеливайтесь обратно на настоящее. Но что, если коробка передач вашей машины времени не имеет заднего хода? Что, если вы можете ехать только вперёд? Отправитесь ли вы в путешествие, невзирая на это? Вы, наверное, думаете, что это пустой вопрос: всякий знает, что машина времени — это научная фантастика. Но это не так.
Однонаправленная машина, отправляющая в будущее, вполне возможна, по крайней мере в принципе. В фильме «Спящий» [37] герой Вуди Аллена перемещается на два столетия в будущее методом, который почти реализуем сегодня. Он просто погружает себя на какое-то время в состояние анабиоза, подобное уже проделывали в течение нескольких часов с собаками и свиньями. Выйдя из замороженного состояния, он оказывается в будущем.
Конечно, этот метод — не настоящая машина времени. Он может замедлить метаболизм человека, но не замедляет движение атомов и другие физические процессы. Но мы можем сделать кое-что получше. Помните близнецов Боба и Алису, которые были с рождения разделены? Когда Алиса вернулась из своего космического путешествия, она обнаружила, что весь остальной мир постарел намного сильнее, чем она. Так что путешествие туда-обратно на очень быстром космическом корабле — это и есть пример путешествия во времени.
37
«Спящий» (Sleeper, 1973) — фильм, снятый по мотивам романа Г. Дж. Уэллса «Когда спящий проснётся». — Прим. перев.
Большая чёрная дыра может стать другой очень удобной машиной времени. Вот как она могла бы работать. Прежде всего, вам потребуется орбитальная космическая станция и длинный кабель, чтобы опуститься на нём к горизонту. Вы не станете приближаться к нему слишком сильно и, конечно, не хотите провалиться под горизонт, так что кабель должен быть очень прочным. Лебёдка на космической станции может спустить вас вниз и через заданное время поднять обратно.
Допустим, вы хотите отправиться на тысячу лет в будущее и готовы ради этого провести год, вися на тросе и не испытывая слишком больших неудобств из-за силы тяжести. Это можно сделать, но понадобится найти чёрную дыру с горизонтом, равным размеру нашей Галактики. Если вы не против некоторого дискомфорта, то можно достичь того же с использованием чёрной дыры поменьше в центре нашей Галактики. Её недостаток лишь в том, что в течение года пребывания вблизи горизонта вы будете весить четыре миллиона тонн. Когда вас поднимут назад через год висения на тросе, вы обнаружите, что прошла тысяча лет. Так что чёрные дыры, по крайней мере принципиально, могут служить машинами времени, отправляющими в будущее.
Но что можно сказать о возвращении назад? Для этого нужна машина времени, отправляющая в прошлое. Увы, перемещение назад во времени невозможно. Физики иногда поговаривают о перемещении в прошлое через квантовые кротовые норы, но такие путешествия всегда ведут к логическим противоречиям. Я полагаю, что вы застрянете в будущем и ничего не сможете с этим поделать.
Гравитационное замедление часов
Что за свойство чёрных дыр превращает их в машины времени? Ответ кроется в вызываемых ими сильных искажениях геометрии пространства-времени. Эти искажения по-разному влияют на течение собственного времени вдоль мировых линий в зависимости от того, где эти линии проходят. Вдали от чёрной дыры её влияние незначительно, и поток собственного времени почти не меняется. Но часы, висящие на тросе над самым горизонтом, будут значительно замедляться деформацией пространства-времени. Фактически замедлятся все часы, включая ваше сердцебиение, метаболизм и даже невидимое движение атомов. Вы совершенно этого не заметите, но, вернувшись на космическую станцию и сравнив свои часы с бортовым хронометром, обнаружите расхождение. На станции пройдёт больше времени, чем по вашим часам.