Глава 10
«Краткая история времени» вышла из печати 1 апреля 1988 года, в День смеха. Стивена, которому к тому времени исполнилось сорок шесть лет, коллеги уже считали одним из величайших физиков-теоретиков среди людей его поколения. Будь он, к примеру, знаменитым баскетбольным игроком, певцом или генеральным директором банка, при такой известности он зарабатывал бы вполне достаточно, чтобы хватало на жизнь. Но для Стивена вся жизнь до Дня смеха 1988 года была сплошной борьбой за существование. И дело было даже не в том, что нужно было платить за жилье. Речь шла о том, чтобы просто остаться в живых. Чтобы кто-то поддерживал его жизнь. Свеча, стоит ее зажечь, может гореть ровно, пока не догорит до конца. Но свеча Стивена нуждалась в постоянном уходе. Час за часом, день за днем, год за годом проходили в опасениях, что эту свечу может задуть случайный порыв ветра.
Если быть точным, для представления книги «Краткая история времени» следовало воспользоваться скромным заголовком, примерно таким: «Ведущий физик объясняет свои теории». Но средства массовой информации растрезвонили о выходе книги, объявив Стивена Хокинга – человека, который не мог передвигаться самостоятельно – «Властелином Вселенной». Стивена Хокинга, атеиста, провозгласили «отважным физиком, знающим замысел Бога». Раздутые заголовки статей нужны их авторам, чтобы обеспечить количество продаж. Это всего лишь бизнес; с таким же успехом строгая академическая статья, в которой говорится, что Солнце взорвется и превратится в красный гигант через пять миллиардов лет, может быть снабжена заголовком «Ученые говорят, что мир движется к концу». Но рекламная шумиха нужна была не только для того, чтобы покупали газеты со статьями: была разрекламирована книга и была создана реклама для Стивена.
В глазах общественности Стивен быстро превратился не только в одного из величайших физиков своего поколения, но и заслужил славу величайшего ума со времен Платона. Некоторые коллеги Стивена подсмеивались над всем этим ажиотажем и были рады за Стивена. Другие роптали. Один из роптавших заявил в статье, появившейся в 1988 году в лондонской газете Sunday Times, что в список из двенадцати лучших физиков XX столетия Стивен не входит. Сам Стивен был согласен с этой оценкой. Он знал, что в Калтехе, еще будучи молодым, он котировался под номером три среди физиков на четвертом этаже [радиационной] лаборатории Лауритсена, после Марри Гелл-Мана и Ричарда Фейнмана. И все-таки Стивен был рад оказаться среди тех представителей своей области науки, о которых много говорят. А еще важнее было то, что он нуждался в деньгах, которые приходят вместе со славой, – возможно, нуждался в них более, чем какой-либо другой физик, живущий с ним в одно время. Психологи спорят о том, приносят ли деньги счастье. Стивену деньги принесли жизнь.
Но пришедшая к Стивену слава не опьянила его. У него, конечно, были свои амбиции – как и у большинства умных и образованных людей, – но он очень хорошо понимал, что как бы он ни был мудр, природа все равно мудрее. Все теоретики знают это по опыту. Книга, однако, изменила жизненный путь Стивена в физике, потому что обретенная им известность отнимала у него много времени. Интенсивная активность в прессе, многочисленные приглашения на разные мероприятия, которые он стал получать после публикации «Краткой истории…» – не говоря уже о разрыве с Джейн и последующей женитьбе на Элейн, с которой он переехал в новый дом – явились причиной того, что в 1990-е годы продуктивность Стивена как физика заметно упала.
Наиболее заметный вклад в науку, который совершил Стивен в течение десяти лет после публикации «Краткой истории…», был связан не с прорывом в физике, а с тем, чтобы добиться известности для одной идеи, высказанной ранее. Дело началось с того, что в 1997 году он и Кип Торн заключили пари с Джоном Прескиллом, коллегой Кипа в Калтехе. Пари касалось проблемы, которую Стивен впервые затронул в 1975 году.
С точки зрения физики, любая частица материи несет в себе закодированную информацию. В атоме гелия, например, закодирована информация о том, что это не водород или какой-либо другой элемент, а именно гелий. Пари было заключено относительно того, что будет происходить с информацией, которую несло в себе вещество, ставшее частью черной дыры – ведь позднее черная дыра начинает испаряться в процессе излучения Хокинга. Эту проблему часто называют информационным парадоксом черных дыр. Благодаря репутации, приобретенной Стивеном, его пари стало темой многочисленных заголовков в СМИ по всему миру и способствовало возрождению интереса среди физиков к теме информационного парадокса.
Физика занимается предсказанием будущего. Не того будущего, которое связано с развитием человеческого общества или падением и ростом акций на бирже, – эти вещи практически непредсказуемы и пусть ими занимаются другие дисциплины. Мы, физики, работаем с материей и энергией в их простейших формах. Частицы. Свет. Разные вещества. Жидкости. Мы создаем теории этих объектов и выводим законы, которым они следуют. Это делается для того, чтобы понять, как различные системы, состоящие из материи и энергии, взаимодействуют друг с другом и развиваются с течением времени.
Итак, если главная задача физики – предсказание, неудивительно, что основное требование, предъявляемое к физическим теориям, – способность рассчитать последующее состояние системы, если известно ее текущее состояние. Здесь и вступает в игру информация – под «состоянием» системы физики понимают совокупность данных об объекте, а данные и есть информация.
Мы видели, что в квантовой теории основная информация о системе закодирована в ее волновой функции. Эта волновая функция изменяется с течением времени, отражая эволюцию состояния системы, и, если мы знаем волновую функцию в некоторый момент времени, по правилам теории можно рассчитать, какой будет волновая функция в любой другой момент времени. Таким образом, если мы знаем волновую функцию атома в настоящий момент времени и хотим узнать вероятность того, что через минуту он будет обладать теми или иными свойствами, мы можем воспользоваться волновой функцией.
Не менее важно то, что мы можем проделать вычисления «наоборот» – с помощью волновой функции, известной в некоторый момент времени, восстановить, какой она была в более раннее время. И о прошлом, и о будущем можно извлечь информацию из волновой функции. Физики называют эту особенность унитарной эволюцией или просто унитарностью. Свойство унитарности – один из наиболее фундаментальных принципов математики и физики квантовой теории.
Речной песок, перемешанный с водой, не делает воду соленой. В отличие от песка, морская соль, смытая океанской волной во время прибоя, растворится в воде. Различные вещества в природе могут претерпевать разные преобразования, но каждое вещество, каждая молекула, частица и каждый атом имеют свои особенности и характеристики, по-разному реагируя, когда их погружают в воду, пытаются сжечь или подвергают удару. В принципе, даже от двух горящих книг дым будет отличаться, отражая особенности печатной продукции. Это следствие унитарности, которое означает, что, анализируя результат процесса, мы можем (в принципе) узнать начальное состояние системы: если вода в стакане соленая, мы понимаем, что не песок, а соль подмешана в воду.
Именно эта особенность отличает черные дыры от любого другого объекта во Вселенной. Если подбросить в черную дыру крупинки соли и песка, они немного увеличат ее массу, но этим дело и ограничится: никакого другого изменения с черной дырой не произойдет. Таким образом, характеристики, которые отличали одно вещество от другого, более не существуют. И, поскольку эффект от «вброса» в черную дыру этих двух веществ будет одинаков, снаружи нельзя будет в дальнейшем определить, что же именно упало в черную дыру. Начинаются проблемы с унитарностью: получается, что, если черная дыра поглотила материю, мы не можем больше использовать информацию о текущем состоянии системы, чтобы восстановить ее прошлое. Прошлое скрыто от нас. Оно просто стерто.
Но поглощает ли на самом деле черная дыра материю? Рассмотрим мысленный эксперимент. Допустим, Кип и Стивен находятся в космических кораблях, каждый в своем. Они исследуют пространство, находясь на некотором удалении от черной дыры. Кип решает посмотреть, на что похожа черная дыра изнутри, и «ныряет» на своем корабле под горизонт событий, попутно отмечая все, чему он при этом становится свидетелем. С грустью приходится констатировать, что он, оказавшись под горизонтом событий черной дыры, ни с кем не сможет поделиться своими открытиями, потому что и он сам, и его послания навсегда останутся под этим горизонтом. Именно такой сценарий часто описывают в научно-популярной литературе, когда рассказывают о физике черных дыр. Но рассматривать события с точки зрения Кипа здесь не совсем уместно. Чтобы понять суть проблемы потери информации, следует рассматривать события с точки зрения Стивена, который остался снаружи и наблюдает за Кипом.
С точки зрения Стивена, Кип никогда не упадет в черную дыру. Действительно, наблюдатель, который сохраняет определенную дистанцию на подлете к черной дыре, никогда не увидит окончательное падение в нее никакого объекта. Это происходит потому, что в восприятии этого наблюдателя само время поблизости от черной дыры начинает замедляться. Если бы удаленный наблюдатель мог услышать тиканье часов на космическом корабле, приближающемся к черной дыре, он убедился бы, что часы эти тикают все реже и реже. И точно так же объекты, приближающиеся к черной дыре, будут двигаться все медленнее и, наконец, замедлятся настолько, что наблюдателям со стороны будет казаться, что они вообще остановились[19]. Итак, хотя отважный наблюдатель – в нашем случае это Кип Торн, падающий в черную дыру, – и фиксирует происходящие внутри события со своей точки зрения, сторонний наблюдатель – Стивен – увидит, что все объекты, включая Кипа, замедляются и затем останавливаются на границе с черной дырой. Стивен