Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики
Шрифт:
Я не очень хорошо помню эту дискуссию, но припоминаю, что Дон очень оживился и произнёс своим самым уверенным тоном, что я не шутил, когда называл это дополнительностью. Это в точности та самая вещь, о которой говорили Бор и Гейзенберг. На самом деле попытки экспериментально опровергнуть дополнительность чёрных дыр очень похожи на попытки опровержения принципа неопределённости — сам эксперимент порождает ту неопределённость, которую призван устранить.
Мы обсудили, что случится, когда атом ещё более приблизится к горизонту. Гейзенберговский микроскоп должен будет использовать ещё более энергичные кванты. В конце концов, чтобы следить за атомом
Любое теоретическое доказательство того, что дополнительность чёрных дыр ведёт к наблюдаемым противоречиям, непременно строится на произвольных допущениях о «физике за пределами планковского масштаба», или, иными словами, на допущениях о природе вещей, лежащих далеко за пределами нашего опыта.
Тогда Прескилл поднял вопрос, который меня взволновал. Допустим, в чёрную дыру сбросили бит информации. Согласно моей точке зрения, некто снаружи может собрать хокинговское излучение и в конце концов восстановить этот бит. Но, предположим, что, получив этот бит, он сам прыгнет в чёрную дыру, неся бит с собой. Окажется ли внутри две копии этого бита? Это как если бы после получения пакета от почтальона вы остались дома, а ваша подруга пришла к вам. Не возникнет ли противоречия, когда наблюдатели встретятся и сравнят свои записи внутри чёрной дыры?
Вопрос Джона меня потряс. Я не задумывался о такой возможности. Если кто-то внутри обнаружит две копии одного и того же бита, это будет нарушением принципа квантовой нексерокопируемости. Это был наиболее серьёзный вызов дополнительности чёрных дыр, с которым мне пришлось столкнуться. Ответ, хотя я несколько недель этого не понимал, был отчасти дан самим Прескиллом. Он предположил, что две копии, возможно, не сумеют встретиться прежде, чем столкнутся с сингулярностью. Физика окрестностей сингулярности — это глубоко загадочная терра инкогнита квантовой гравитации. Это позволило бы нам уйти от проблемы. Если так, то идеи Дона Пейджа играли бы центральную роль в обезвреживании первоначальной бомбы Прескилла.
Что происходит с информацией, упавшей в чёрную дыру?
a) Она пропадает
b) Она выходит с хокинговским излучением
c) Она остаётся (доступна) в остатках чёрных дыр (включая остатки, которые распадаются в масштабах времени больших сравнительно с хокинговским излучением)
d) Нечто иное
Наша дискуссия неожиданно оборвалась, когда кто-то объявил, что вот-вот начнётся следующий доклад. Думаю, это могла быть последняя лекция на конференции, и я не знал, о чём она и кто её читает. Я был слишком обеспокоен вопросом Джона, чтобы сконцентрироваться. Но прежде чем конференция окончательно завершилась, один из организаторов прервал мои размышления. Джо Полчински поднялся и сказал, что хотел бы провести опрос: «Считаете ли вы, что информация теряется, когда чёрные дыры испаряются, как полагает Хокинг, или вы думаете, что она возвращается обратно, как утверждают 'т Хоофт и Сасскинд?» Я думал, что перед началом конференции голоса распределились бы со значительным перевесом в пользу Хокинга. Мне было крайне интересно узнать, склонны ли люди на конференции хотя бы колебаться по этому вопросу.
Участников попросили проголосовать за один из трёх привычных вариантов плюс ещё один. Вот описание предложенных вариантов.
1. Версия Хокинга: информация, которая падает в чёрную дыру, необратимо теряется.
2. Версия 'т Хоофта и Сасскинда: информация утекает назад вместе с фотонами и другими частицами хокинговского излучения.
3. Информация оказывается
4. Нечто иное.
После каждого варианта Джо подсчитывал поднятые руки и записывал результаты на белой доске у входа в аудиторию. Кто-то потом сфотографировал эту доску. И благодаря Джо эти итоги сохранились.
Окончательные результаты:
25 голосов за потерю информации;
39 голосов за информацию, уходящую с хокинговским излучением;
7 голосов за остатки;
6 голосов за нечто иное.
Победа с минимальным перевесом — 39 голосов за то, что, по сути, было принципом дополнительности чёрных дыр, против 38 за все остальные варианты вместе взятые — это было не столь радостно, как может показаться. Что считать настоящей победой? 45 к32? 60 к 17? Имеет ли вообще значение, что думает большинство? Наука, в отличие от политики, как считается, не должна подчиняться общепринятым мнениям.
Незадолго до конференции в Санта-Барбаре я прочёл книгу Томаса Куна «Структура научных революций» [106] . Вообще-то, как и большинство физиков, я не очень интересуюсь философией, но идеи Куна, похоже, пришлись точно в цель; они помогли сфокусировать мои собственные рассеянные мысли о путях развития физики в прошлом и, что более важно, о моих надеждах на её развитие в 1993 году. Кун считал, что нормальное развитие науки — сбор экспериментальных данных и их интерпретация с помощью теоретических моделей и решения уравнений — иногда прерывается крупными сдвигами парадигмы. Сдвиг парадигмы — это не что иное, как замена одной картины мира другой. Место прежней концептуальной схемы занимает новый целостный способ думать о возникающих задачах. Дарвиновский принцип естественного отбора был сдвигом парадигмы; переход от пространства и времени к пространству-времени и далее к гибкому, эластичному пространству-времени — тоже; и, конечно, замена классического детерминизма логикой квантовой механики.
106
Русский перевод: Кун Т. Структура научных революций. — М.: АСХ 2009. — Прим. перев.
Научные сдвиги парадигм отличаются от тех, что бывают в искусстве и политике, где смена мнения, по сути, и есть лишь смена мнения. В противоположность этому никогда не случится поворота от законов движения Ньютона к механике Аристотеля. Я очень сильно сомневаюсь, что мы можем перестать признавать преимущество общей теории относительности над ньютоновской теорией гравитации, при том что первая даёт точные предсказания движений в Солнечной системе. Прогресс — последовательная смена парадигм — это реальное развитие науки.
Конечно, наука — это человеческое предприятие, и в ходе мучительной борьбы за новые парадигмы мнения и эмоции могут быть столь же изменчивыми, как и в любом другом занятии. Но каким-то образом, когда все радикальные мнения отфильтрованы научным методом, остаются небольшие зёрна истины. Они могут совершенствоваться, но, как правило, отката назад уже не бывает.
Я чувствовал, что Битва при чёрной дыре была классической борьбой за новую парадигму. Тот факт, что дополнительность чёрных дыр победила в опросе, не был доказательством какой-то реальной победы. Ведь те люди, на которых я больше всего хотел повлиять, — Джо Полчински, Гэри Хоровиц, Энди Строминджер и, самое главное, Стивен — проголосовали на стороне оппозиции.
В течение следующих недель мы с Ларусом Торласиусом совместно придумали и сформулировали ответ на вопрос Джона Прескилла Это заняло у нас некоторое время, но я уверен, что, если бы мой разговор с Прескиллом и Пейджем продлился ещё полчаса, мы решили бы эту проблему ещё тогда. Я считаю, что Джон фактически сам дал половину ответа Просто учтите, что биту информации требуется некоторое время на то, чтобы быть излучённым из чёрной дыры. Джон предположил, что к тому времени, когда внешний наблюдатель восстановит этот бит и прыгнет в чёрную дыру, исходный бит уже давно будет в сингулярности. Единственный вопрос, который оставался: сколько времени понадобится, чтобы восстановить бит по испаряющемуся хокинговскому излучению.