Вселенная. Вопросов больше, чем ответов — страница 38 из 72

², получим, что масса черной дыры в ходе этого процесса будет уменьшаться.

Иными словами, происходит постепенное «испарение» чер­ной дыры. И хотя природа излучения Хокинга, как мы видим, совершенно неклассическая и уж тем более не тепловая, при рас­четах можно считать, что черная дыра излучает как абсолютно черное тело, нагретое до определенной температуры, зависящей от массы черной дыры. Температура эта для черной дыры звезд­ной массы совершенно ничтожна — так, для Солнца она состав­ляет одну десятимиллионную часть кельвина, так что темп излу­чения Хокинга для таких черных дыр пренебрежимо мал.

215

Но при уменьшении массы черной дыры данная «эффек­тивная» температура растет, так что для черной дыры с массой

1 млрд т она превысит юо млрд К. Последние же тысячи тонн испаряются за одну десятую секунды, при этом выделяется энер­гия, эквивалентная одновременному взрыву миллиона мегатон- ных водородных бомб.

Интересно отметить, что, поставив в соотношение площадь поверхности черной дыры и меру ее энтропии, к выводу о не­избежности испарения черных дыр можно прийти практически с позиции классической термодинамики. И хотя такой подход имел неплохие шансы привести к успеху раньше (его развивал ученик Уиллера Джекоб Бекенштейн), последний шаг сделан им все же не был.

Итак, черные дыры излучают. До сих пор неизвестно, правда, что же происходит в самом конце испарения: исчезает ли чер­ная дыра полностью, или остается некая элементарная черная дыра планковских масштабов. Впрочем, в контексте «информа­ционного парадокса» это и не очень важно, ведь гипотетическая элементарная черная дыра не может, конечно же, вместить всего объема информации, попавшего в черную дыру на протяжении ее жизни. Излучение Хокинга в силу своего механизма инфор­мации тоже переносить не может.

Получается, информация необратимо теряется? Или, на язы­ке квантовой физики, чистое состояние переходит в смешанное?

Увы, это нарушает фундаментальный принцип все той же квантовой физики — требование так называемой унитарности любого преобразования. Применив обратное преобразование к полученному результату, мы должны вернуться к исходному со­стоянию. Или, иными словами, сумма всех вероятностей должна быть равна единице не только в исходный, но и в любой другой момент времени — информация должна сохраняться.

Это проблема и получила название «информационного пара­докса» черных дыр.

Его долго пытались решить с самых разных позиций. Например, выдвигались предположения, что внутри черной

216

дыры открываются своего рода «ворота» в другую Вселенную, куда информация и уходит. Сам Стивен Хокинг долго отстаивал идею, что сверхсильные гравитационные поля могут приводить к нарушению законов квантовой физики.

Его уверенность была столь велика, что он (на пару с Кипом Торном) даже заключил в 1997 году пари с Джоном Прескиллом на то, что информация все-таки теряется. Ставкой была энци­клопедия по выбору выигравшего — с аргументацией, что «уж из энциклопедии-то информацию выудить безусловно можно».

Заметим, что пари Хокинг заключает не в первый раз. В 1975 году он поспорил уже с Кипом Торном о том, что источ­ник Лебедь Х-1 не содержит черную дыру. Ставкой была годовая подписка на Penthouse против четырехгодичной подписки на PrivatEye.

То пари Стивен проиграл...

В июле 2004 года в Дублине, Ирландия, проходила очередная, 17-я по счету Международная конференция по общей теории отно­сительности и гравитации. Первоначально доклад Стивена Хокинга на ней не планировался, но незадолго до начала конференции он попросил у организаторов разрешения выступить с сообщением, посвященным решению «информационного парадокса». И, по словам Курта Катлера, германского ученого, исполнявшего роль председателя научного организационного комитета на конферен­ции, «хотя мне не был представлен даже препринт статьи, я решил положиться на научную репутацию Хокинга». 21 июля 2004 года Стивен Хокинг выступил на конференции с часовым докладом...

Надо сказать, выступление наделало много шуму. Информа­ция о нем промелькнула, пожалуй, в большинстве средств мас­совой информации, широко обсуждалась в Интернете. И это неу­дивительно, ведь помимо научной значимости предполагаемого решения проблемы с почти тридцатилетней историей, большое впечатление производит и сама личность Стивена Хокинга. Являясь одним из наиболее крупных современных ученых, че­ловеком с выдающимся интеллектом, физически он практиче­ски совершенно беспомощен. Тяжелое поражение центральной нервной системы (атрофирующий латеральный склероз) приве­ло к тому, что у него слегка действуют только пальцы на левой руке, которыми он управляет компьютером с синтезатором голо­са. Лекции в его исполнении производят незабываемое впечат­ление и навсегда остаются в памяти...

Но в изложении СМИ научные идеи зачастую предстают в не­узнаваемо искаженном виде. Например, тоже наделавшая много шума «Вселенная, имеющая форму футбольного мяча». В чем же на самом деле заключалась идея Хокинга?

218

Увы, это как раз тот случай, когда изложение в элементарном виде представляется практически невозможным. Ведь даже в на­учном сообществе единого мнения по поводу доклада Хокинга еще не сложилось. Этому в немалой степени способствует то обстоя­тельство, что статья Стивеном до сих пор еще не выпущена (хотя прошло уже более четырех лет), а сам доклад выполнен в стиле «легко видеть» с большим количеством логических скачков.

Однако сам Стивен совершенно уверен в правильности своей теории, и не только выразил желание выплатить свой проигрыш Джону Прескиллу, но даже уже выписал энциклопедию баскет­бола (заказанную Джоном) из Америки. По словам Стивена: «Я столкнулся с большими трудностями при попытке найти же­лаемую Джоном энциклопедию, так что попробовал предложить ему взамен энциклопедию по крикету. Однако убедить Джона в превосходстве крикета над баскетболом мне так и не удалось».

Так что сам Хокинг настроен весьма оптимистично. Однако наличие большого количества логических скачков в его доказа­тельстве не позволяет остальным ученым единогласно признать его правоту. Сложностью также является отсутствие (по крайней мере «классического») горизонта событий у «хокинговской» черной дыры, а ведь его существование следует из фундамен­тального принципа эквивалентности гравитационной и инерт­ной массы — основы Общей теории относительности.

Более того, даже в самом лучшем случае (если Стивен Хокинг во всем прав), в его работе не было предложено никакого кон­кретного механизма получения информации из черной дыры (за исключением общих слов). С этой точки зрения, интерес пред­ставляет подход к проблеме черных дыр с позиции теории струн, в рамках которого они рассматриваются как своего рода «скопи­ще» этих струн, а излучение Хокинга может содержать в себе ин­формацию о внутреннем устройстве дыры.

Но, как бы то ни было, черные дыры в очередной раз про­демонстрировали, что думать про окончательное раскрытие всех их загадок еще явно преждевременно. И, судя по всему, нас еще ожидает множество сюрпризов. Будем ждать...

219

Еще одним загадочным явлением, объяснить которое пы­таются в том числе с помощью черных дыр, являются гамма- всплески.

Вообще, надо признать, черные дыры в современной астрофи­зике часто играют роль своеобразных «палочек-выручалочек». Если мы что-то объяснить никак пока не можем — требуются, например, слишком большие уровни энергии, — то в качестве одного из вариантов возможного решения обязательно выступа­ют черные дыры. Так и получается: одну загадку мы объясняем через другую, пожалуй, не меньшую загадку.

Увы, другого выхода пока нет...

Итак, гамма-всплески. В 1963 году были запущены первые американские спутники-шпионы серии Vela, предназначенные для контроля за выполнением Советским Союзом Договора о за­прете ядерных испытаний. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, так что замаскировать ту часть энергии, которая выделяется при взрыве атомной или термоя­дерной бомбы в этом диапазоне — невозможно. Даже при под­земном взрыве. И в 1967 году спутники серии Vela 4 эти гамма- вспышки действительно открыли.

Только не на Земле, а на небе.

А запущенные в 1969 году спутники серии Vela 5 набрали уже целую коллекцию таких событий. В связи с понятной секретно­стью, широкой научной общественности об открытии было со­общено только в 1973 году. И с тех самых пор гамма-всплески представляли (и, во многом, продолжают представлять) одну из наиболее жгучих астрономических загадок, на решение которой было потрачено очень много усилий.

Достаточно сказать, что к 1994 году было предложено свыше ста моделей гамма-всплесков!

220

И, конечно, одним из самых непонятных свойств гамма- всплесков была их громадная энергетика. Даже если считать, что они имеют галактическое происхождение, получается что энер­гия «вспышки» превышает ю⁴⁰ эрг. А так как гамма-всплески достаточно короткие — порядка секунд, то соответствующую ве­личину имеет и их светимость.

В одном только гамма-диапазоне!

Напомним, что общая по всем диапазонам светимость Солнца равна всего 4 х ю³³ эрг/с. А светимость всей Галактики в том же гамма-диапазоне не превышает 5 х ю³⁸ эрг/с.

Конечно, возможные механизмы, объясняющую такую энер­гетику (причем в «нужном» диапазоне), придуманы были. Почти все они были связаны с нейтронными звездами. Так, для объяс­нения привлекались, например, процессы быстрой перестройки магнитного поля нейтронной звезды, освобождение энергии при «звездотрясениях» и даже падение астероидов на нейтрон­ную звезду.

Гипотеза была довольно удобной, она позволяла объяснить в том числе и быструю переменность, наблюдаемую в гамма- всплеске. Переменность, указывающую на крайне небольшие размеры излучающей области.

Сильный удар по этой гипотезе нанес запуск в 1991 году американской орбитальной обсерватории «Комптон» с гамма- детектором BATSE. С помощью него было обнаружено огромное количество гамма-всплесков (около з тысяч) и окончательно подтвердилось то, что уже «вырисовывалось» раньше, на мень­шей статистике: гамма-всплески распределены по небу слишком изотропно, чтобы принадлежать нашей Галактике. Ведь наше Солнце находится не в самом ее центре, а достаточно суще­ственно «сбоку». Да и сама Галактика — отнюдь не сферически- симметрична.