2015 – возвращение к “пылающим окраинам мира”

Год 2015 начинался вроде бы тихо. Стивен Хокинг все еще занимал важный пост руководителя исследований в Центре теоретической космологии. Он являлся в свой кабинет в департаменте прикладной математики и теоретической физики почти ежедневно. И все же ему исполнилось 73 года, и он уже несколько лет не брал новых аспирантов. Сулит ли ему новые открытия в этом году привычка “следовать за своим чутьем”? Кто знает?

На пенсию он выходить не планировал, не отпугнула его и произошедшая в октябре авария экспериментального галактического корабля Enterprise компании Virgin. В феврале Хокинг участвовал в торжественном приеме нового галактического корабля Virgin. В том же месяце он горячо поздравил Эдди Редмэйна с Оскаром и вновь появился в “Теории большого взрыва”, теперь как таинственный “тролль из интернета”. Вскоре он опробовал новую стрим-технологию, с помощью которой ему предстояло в апреле читать лекцию в Австралии, в сиднейской Опере, не лично, а в виде голограммы, и приблизился вплотную к осуществлению своей мечты сыграть злодея в фильме о Джеймсе Бонде – сыграл аналогичную роль в рекламе “Ягуара”.

Традиционная конференция в Кукс-Бранче обрела новый дом в Грейт-Брэмптон-хаусе, английской усадьбе поблизости от границы с Уэльсом, между Херефордом и Хэй-он-Уай. Хокинг и Малькольм Перри прибыли туда в середине марта и услышали лекцию Эндрю Стромингера из Гарварда, из которой, как они сразу поняли, проистекали существенные следствия для парадокса исчезновения информации в черной дыре. Перри вспоминал, как он и Стромингер “говорили, говорили часами, засиживаясь допоздна, а Стивен по большей части слушал, лишь изредка комментируя”. Позднее Стромингер пояснял: “Аргумент [Хокинга о парадоксе исчезновения информации] часто критиковали самым нелепым образом, и, по моему мнению, он совершенно справедливо отмахивался от подобной критики. Но этот мой довод он выслушал и вроде бы сразу согласился, что в нем ключ”[517].

Летом, когда зонд НАСА New Horizons пролетел мимо Плутона, Хокинг устроил “Плутонову вечеринку”. Всем было велено явиться в маскарадном наряде, изображающем какое-нибудь небесное тело. Малькольм Перри явился в официальном костюме. Что это за небесный объект? Он заглянул сюда по дороге в другое место, пояснил Перри, в точности как New Horizons, летевший дальше мимо Плутона. Сам Хокинг нарядился “Плутоном, владыкой подземного царства”, а один из внуков дополнил образ, нарисовав огромного пса Цербера – картину поставили возле инвалидного кресла. Под конец вечера, выбравшись на темную аллею, Хокинг попросил немного подождать с фейерверком и прочел краткую лекцию о необходимости исследовать Солнечную систему. Никто б не мог описать эту сцену лучше, чем сделала Люси Хокинг в статье для Radio Times:

Вот перед нами мужчина в инвалидном кресле, с накладной белой бородой, одетый богом подземного мира, у его ног трехголовый бумажный пес, этот человек запускает шутихи и пугает прохожих требованием “не полагать границ человеческому вдохновению” (тонкий намек на отсутствие граничных условий), а вокруг него все мы в самых странных костюмах.

“Благо это Кембридж… никто не вызвал полицию”, – подытоживает Люси[518].

В августе Хокинг и Перри поехали в Стокгольм на конференцию, организованную физиком Лаурой Мерсини-Хоутон, ее университетом (университетом Северной Каролины – Чэпел-Хилл) и Скандинавским институтом теоретической физики (NORDITA). Здоровье Стивена заметно улучшилось, и он убедил врачей отпустить его в Швецию. В Стокгольме он провозгласил перед коллегами и огромной аудиторией любителей физики новую теорию черных дыр. Вскоре все заговорили об “открытии Хокинга”, “новом прорыве Хокинга”, и потребовалось время, чтобы внести поправку: к этому открытию причастны также Стромингер и Перри.

К январю 2016 года, когда они втроем опубликовали статью “Мягкие волоски на черных дырах”, Перри уже приглашали во все края света читать лекции и обсуждать теорию. Для непосвященных Стромингер разъяснил основные идеи в Scientific American[519]. Попробую и я, на основании бесед с Перри, их совместной научной статьи, стокгольмских лекций Хокинга и интервью Стромингера, достаточно просто изложить, о чем тут шла речь.

Небольшое предисловие: вакуум – состояние с наименьшим значением энергии, которое можно себе представить, и раньше предполагалось, что любые виды вакуума, то есть “состояния с нулевой энергией”, одинаковы. Если вы возьмете вакуум и добавите к нему фотон, обладающий некоторой энергией, вы получите уже не “состояние с нулевой энергией”, а новое квантовое состояние. Не вакуум. Но что, если к вакууму добавить фотон, не имеющий энергии, – частицу с нулевой энергией – “мягкий” фотон? Все фотоны обладают собственным моментом, как если бы они вращались, или спином, его вы и добавите к вакууму, но никакой энергии не добавите, а значит, вакуум останется вакуумом. Стромингер провел расчеты, чтобы понять, будет ли это состояние с нулевой энергией новым, другим – или тем же самым, – и обнаружил, что состояние должно быть другим. Его исследование показало, что существует бесконечное разнообразие вакуумов. Они отличаются друг от друга наличием мягких частиц.

Черные дыры тоже могут иметь различное количество мягких фотонов или мягких гравитонов. Вспомните выводы пятой главы: горизонт событий черной дыры сферичен. Сила тяжести и искривление пространства-времени не позволяют ничему из него ускользнуть. Даже фотоны, движущиеся со скоростью света, остаются взаперти. А значит, сфера состоит из лучей света. В любой точки сферы находится луч света. Эти лучи света друг друга не касаются, они скользят вверх и вниз относительно друг друга. Это явление называется “супертрансляция”. Но происходит ли что-нибудь? Представьте пучок соломинок. Необычных соломинок – бесконечно длинных. Вы двигаете их вдоль друг друга. Вы что-то делаете? Да, утверждают Стромингер, Перри и Хокинг. На самом деле – примите на веру, без математических формул – одно и то же явление можно описать двумя разными способами: один вариант – “добавить мягкую частицу в черную дыру”, другой – супертрансляция. Какое бы объяснение вы ни выбрали, каждый раз, когда частица пересекает горизонт, горизонт слегка смещается.

Супертрансляция – не новая для физиков идея. Она обсуждалась начиная с 1960-х годов, но прежние обсуждения касались световых лучей на границе пространства-времени, где-то в бесконечности. Теперь, с учетом всего сказанного выше, вернемся к фотону с нулевой энергией. Что еще следует из этого обсуждения? Свет можно рассматривать либо как частицы (фотоны), либо как волны. Если вы видели диаграмму электромагнитного спектра, то помните, как по мере продвижения к “красному краю” спектра, за пределы воспринимаемого человеческим глазом к инфракрасному или радиоизлучению, энергия убывает, а длина волны увеличивается. Продолжайте продвигаться, и энергия упадет до нуля, а длина волны станет настолько большой, что можно считать, частица находится на границе пространства-времени.

Нечто схожее происходит с частицами на границе черной дыры, только тут речь идет о границе не пространства-времени, а черной дыры. Поскольку все материальные частицы обладают массой и подчиняются закону всемирного тяготения, любая попадающая в черную дыру частица добавляет к ней мягкий гравитон или, может быть, некоторое количество мягких гравитонов. Мягкие фотоны и гравитоны, добавляемые к черной дыре, мы можем считать находящимися на горизонте событий черной дыры. То есть получается своего рода записывающее устройство: мягкие фотоны и гравитоны обладают информацией о том, что происходит в черной дыре, и они остаются жить на горизонте событий. В стокгольмской лекции Хокинг сказал: “Суть в том, что супертрансляции – это голограммы проникших внутрь частиц. Поэтому они содержат всю информацию, которая иначе была бы утрачена”.

Как мы видели, Стромингер обнаружил, что не все состояния с нулевой энергией идентичны: добавление мягкой частицы приводит к изменению состояния. Также и черные дыры не одинаковы, они различаются в зависимости от того, что хранится на их горизонтах, а то, что хранится на горизонте, репрезентирует все то, что упало вовнутрь дыры. Если сравнить две черные дыры, отличающиеся лишь на один мягкий фотон, это все же будут две разные черные дыры. Когда эти дыры испарятся, это тоже произойдет по-разному.

Есть ли какие-либо доказательства в пользу того, что Хокинг, Перри и Стромингер правы? Да, но никто не путешествовал внутрь черной дыры, чтобы это проверить. Перри указывает две возможности[520]:

1. Обнаружение “гравитационной памяти”. Вспомните разговор о детекторах гравитационных волн в главе 19. Когда гравитационная волна проходит либо через LIGO (на Земле), либо через LISA (предстоит построить в космосе), позиции двух зеркал (LIGO) или двух космических кораблей (LISA) слегка смещаются относительно друг друга. Если после того, как гравитационная волна пройдет, они не вернутся в прежнее положение, это и будет доказательством правоты Хокинга, Перри и Стромингера.

2. Корректное вычисление энтропии черной дыры (см. главу 6) в этом новом контексте.

Другие теоретики высказываются осторожно, но заинтересовало это очень многих.

Даже если в итоге окажется, что Хокинг, Перри и Стромингер не сумели решить парадокс исчезновения информации в черной дыре, они расширили понимание роли, которую играют мягкие частицы, и обнаружили тонкие соответствия и симметрии между силами природы. Остается еще такой вопрос: когда что-то падает в черную дыру, сохраняется ли запись в точности о том, что это было? “Я составил список из тридцати пяти проблем, – писал Стромингер. – Каждая займет много месяцев. Отличный период в жизни физика-теоретика: есть вещи, которые мы не понимаем, но можно проделать определенные расчеты, которые непременно прольют свет на эти вопросы”. В числе прочего требовалось выяснить “нечто более крупное и многообещающее, но и более загадочное, чем супертрансляции, – суперротации. Мы ведь не просто двигаем лучи света взад-вперед, мы меняем их местами”[521].

Под конец 2015 года, в декабре, кампания, запущенная Хокингом и другими и направленная на пробуждение в обществе интереса и даже обеспокоенности в связи с развитием искусственного интеллекта, принесла свои плоды: Кембриджский университет объявил о создании центра Леверхульма по изучению будущего интеллекта, где будут исследоваться различные последствия появления ИИ – от исчезновения профессий до выживания человеческого рода в целом.