Einstein, A., Podolsky, B., Rosen, N . Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality
Be Considered Complete? // Physical Review, 1935, 47, p . 777–780 .
Everett, H. Relative State Formulation of Quantum Mechanics // Reviews of Modern Physics,
1957, 29, p . 454–462 . Обсуждение с разных точек зрения см . в работах: Deutsch, D. The
Fabric of Reality: The Science of Parallel Universes—And Its Implications . New York: AllenLane,
1997; Albert, D. Z. Quantum Mechanics and Experience . Cambridge, MA: Harvard University
Press, 1992; Ouellette, J. The Physics of the Buffyverse . New York: Penguin, 2007 .
Обратите внимание на то, насколько важную роль играет в этой истории запутывание .
Если бы запутанности не было, то внешний мир все так же существовал бы, но альтерна-
тивы, доступные Китти, абсолютно не зависели бы от происходящего во внешнем мире .
В этом случае можно было бы совершенно спокойно приписать волновую функцию одной
только Китти . Вот и отлично; благодаря этому мы можем применять формальный подход
квантовой механики к индивидуальным атомам и прочим простым изолированным си-
стемам . Произвольные объекты не обязательно всегда запутаны с чем-нибудь еще; будь
это так, было бы невозможно получить сколько-нибудь полную информацию ни о какой
конкретной подсистеме нашего мира .
Ч а с т ь IV
Из кухни в Мультиленную
Г л а в а 12
Черные дыры: конец времени
Мой старый друг Время скоро погрузится
в тень .
Энн Секстон. Г-же Смерть, стоящей
у открытой двери
Стивен Хокинг — один из самых несгибаемых людей на Земле . В 1963 году, во
время работы над докторской диссертацией в Кембриджском университете
(Хокингу тогда был 21 год), у него диагностировали заболевание двигательных
нейронов . Прогноз был неблагоприятный: Хокингу сказали, что он вряд ли про-
живет долго . Проведя определенную переоценку ценностей, Хокинг решил не
останавливаться, а, наоборот, активизировать свою исследовательскую работу .
Результат нам всем известен: будучи на восьмом десятке, Хокинг остается самым
влиятельным специалистом по общей теории относительности после Альберта
Эйнштейна, а также является всемирно известным популяризатором физики .
Помимо всего прочего, Хокинг — неутомимый путешественник; каждый
год он проводит некоторое время в Калифорнии . В 1998 году, когда я был на-
учным сотрудником Института теоретической физики при Калифорнийском
университете в Санта-Барбаре, Хокинг посетил институт в рамках своего еже-
годного визита . Администратор института, ответственный за его прием, дал
мне простое задание — встретить Хокинга в аэропорту .
Как вы можете догадаться, встретить Стивена Хокинга в аэропорту — это
не то же самое, что встретить любого другого человека . Во-первых, это не просто
Глава 12 . Черные дыры: конец времени
347
«встреча»: Хокинг арендует специальный
фургон для перевозки своей инвалидной ко-
ляски, на вождение которого требуется спе-
циальная лицензия . Такой лицензии у меня,
конечно же, не было, и вождение было дове-
рено аспиранту — ассистенту Хокинга . Моя
миссия сводилась к тому, чтобы встретить их
в маленьком аэропорту Санта-Барбары и про-
водить до фургона .
Под «ними» я подразумеваю всю «сви-
ту» Хокинга: аспиранта-ассистента (обыч-
но это аспирант-физик, отвечающий за
транспортировку), других аспирантов, чле-
нов семьи, а также сопровождающих медсе- Рис . 12 .1 . Стивен Хокинг — человек,
стер . Но дело не ограничилось только про- внесший самый весомый вклад в изу-
водами до фургона . Хотя аспирант-ассистент чение взаимосвязи между квантовой
был единственным, кто имел право вести механикой, гравитацией и энтропией
фургон, Хокинг настоял, чтобы фургон на-
ходился постоянно при нем, а также пожелал пообедать в ресторане до того,
как отпустить аспиранта устраиваться в квартире . Это означало, что я должен
был следовать за ними на своей машине, а затем исполнить роль «челнока» —
забрать ассистента, а потом доставить его обратно . Месторасположение ре-
сторана было известно только самому Хокингу, общение же через его синте-
затор речи — довольно долгий процесс; мы пережили несколько напряженных
моментов, стоя посреди загруженной трассы, пока Хокинг объяснял, что мы
проехали ресторан и нам надо разворачиваться обратно .
Стивен Хокинг сумел достичь очень значимых результатов, работая в не-
вероятно трудных обстоятельствах, и причина его успехов проста: он никогда
не идет на компромисс . Он никогда не сокращает расписание своих поездок,
не соглашается обедать в другом ресторане, или пить менее качественный чай,
или умерить свое своеобразное чувство юмора, или чуть поменьше думать
о внутреннем устройстве Вселенной только потому, что он прикован к инва-
лидной коляске . Такая сила характера помогает ему и в реализации своих на-
учных устремлений, и в обыденной жизни .
В 1973 году Хокинг был выведен из равновесия . Яаков Бекенштейн, молодой
аспирант Принстонского университета, написал статью, в которой выдвинул
невероятное предположение: в черных дырах может содержаться огромная
энтропия .1 К тому времени Хокинг уже считался мировым экспертом по черным
|
348
Часть IV . Из кухни в Мультиленную
дырам, и он (по его собственным словам) сильно рассердился на Бекенштейна,
который (по мнению Хокинга) неправильно интерпретировал более ранние
результаты, полученные самим Хокингом .2 Хокинг решил наглядно показать
сумасбродность идеи Бекенштейна, начав с того, что если бы черные дыры
имели энтропию, то из этого бы следовало, что они должны испускать какое-то
излучение, но всем известно, что черные дыры «черны»!
В конце концов, конечно же, Хокинг удивил всех, включая себя самого .
Черные дыры действительно имеют энтропию, и при этом они действительно
испускают излучение, что можно показать, приняв во внимание определенные
квантово-механические тонкости . Как бы ни был упрям человек, законы при-
роды никогда не подчинятся его воле, и Хокинг оказался достаточно мудр,
чтобы принять радикальные следствия собственного открытия . В результате
он дал ученым-физикам наиважнейший ключ к пониманию связи между кван-
товой механикой и гравитацией и существенно углубил понимание ими при-
роды энтропии .
Черные дыры — это реальность
У нас есть веские причины полагать, что черные дыры реально существуют .
Конечно, мы не в состоянии увидеть их непосредственно — они достаточно
«темны», даже несмотря на доказательство Хокингом отсутствия их абсо-
лютной «черноты» . Однако мы можем наблюдать то, что происходит в их
окрестностях, а пространство вокруг черной дыры обладает достаточно
специфическими свойствами, чтобы мы могли с уверенностью утверждать,
что наблюдаем именно окрестности черной дыры . Некоторые черные дыры
образуются в результате коллапса очень массивных звезд, а такие звезды часто
имеют звезд-компаньонов, вращающихся вокруг главной звезды . Потоки газа,
испускаемые звездой-компаньоном, могут падать на черную дыру, образуя
вокруг нее аккреционный диск, который, в свою очередь, нагревается до
гигантских температур и испускает мощное рентгеновское излучение . Спут-
никовые обсерватории обнаружили множество источников рентгеновского
излучения, демонстрирующих все характерные особенности объектов по-
добного рода, в частности сильные потоки высокоинтенсивного излучения,
исходящие из небольшого участка космического пространства . У астрофи-
зиков нет другого удовлетворительного объяснения этих наблюдений, кроме
предположения о наличии там черных дыр .
Имеются также убедительные доказательства существования сверхмассив-
ных черных дыр в центрах галактик — их массы в миллионы раз превышают
Глава 12 . Черные дыры: конец времени
349
массу Солнца (хотя эти массы все равно составляют лишь небольшую часть
полных масс галактик, которые обычно превышают массу Солнца в сотни
миллиардов раз) . На ранних стадиях образования галактики эти гигантские
черные дыры поглощают все вещество вокруг себя, затягивая его мощнейшими
вихрями, которые мы наблюдаем как квазары . По мере прихода галактики к со-
стоянию равновесия эти процессы замедляются, и квазары «выключаются» .
Ученые почти уверены, в частности, что в центре нашего собственного Млеч-
ного Пути скрывается черная дыра массой около четырех миллионов солнечных
масс . Даже при отсутствии интенсивного излучения квазаров наблюдения за
звездами, находящимися в центре галактики, показывают, что эти звезды вра-
щаются строго по эллиптическим орбитам вокруг некоего невидимого объ-
екта . Можно заключить, что эти звезды находятся в гравитационном поле на-
столько плотного и массивного объекта, что он не может быть ничем, кроме
черной дыры, если, конечно, считать общую теорию относительности при-
менимой .3