На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Гефтер Аманда

На первый взгляд, горизонт событий черной дыры не должен зависеть от наблюдателя. Ведь черная дыра – это вполне конкретный, локализованный объект; одна из черных дыр покоится в центре нашей Галактики, прямо сейчас. Кажется, мы все согласны с утверждением о том, что ее существование не зависит от наблюдателя, но это только потому, что каждый из нас комфортно чувствует себя в шкуре Сэйфа. Если же мы подумаем о судьбе Скруда, погружающегося в бездонную черную пропасть, мы поймем, что горизонт существует не для всех наблюдателей, а лишь для некоторого их количества, хотя его и достаточно для того, чтобы обмануть нас, заставить думать, что это объективная характеристика мира. Как только мы понимаем, что это не так, что существование горизонта событий зависит от наблюдателя, – мы вдруг осознаем, что частицы Хокинга, существование которых привязано к горизонту, в конечном счете также зависят от наблюдателя.

Отец был прав: я нашла тему для своей работы. Ее философское значение было трудно переоценить. Со времен атомистов Древней Греции частицы рассматривались в качестве основных строительных блоков материального мира – твердые, объективные, бесспорные. Теория относительности учила нас, что наблюдатели могут не соглашаться по поводу положения какой-то частицы в пространстве или времени, но они все согласны с тем, что эта частица где-то существует. Конечно, квантовая механика сделала понятие частицы более расплывчатым, но, опять же, само их существование оставалось в целости и сохранности. Мысль о том, что разные наблюдатели могут не соглашаться по поводу самого существования частиц, – гораздо более странная, чем что-либо, предложенное теорией относительности или квантовой теорией по отдельности. Частицы являются так называемыми строительными блоками реальности, так что если их существование зависит от того, кого вы спросите, что тогда происходит с реальностью?

Я приступила к работе над дипломом. Вся моя жизнь сконцентрировалась на излучении Хокинга. Я размышляла о нем все время – днем в офисе, а ночью в моей квартирке планковского масштаба. На работе я нашла способ превращать результаты своих исследований в статьи для журнала и поэтому могла продолжать читать о горизонтах, энтропии и онтологии частиц, не вызывая никаких подозрений. По ночам тихий шелест страниц, мягкие щелчки клавиатуры, а иногда и шуршание невидимой крысы служили умиротворяющим саундтреком к моей беззвучной охоте.

Бывали моменты, когда мне хотелось, чтобы отец был рядом: такое случалось, если я обнаруживала какой-нибудь удивительный факт или меня мучил какой-то вопрос, на который я не могла ответить, или у меня возникало чувство, что я действительно добралась до чего-то важного. Я как будто слышала звук хлопка одной ладонью. Но наша непрерывная переписка позволяла держать его в курсе всего, что я узнавала, и в слабом эхе, несущемся по черному небу над просторами Атлантики к тускло освещенной маленькой тупиковой улочки в Ноттинг-хилле, я слышала его аплодисменты.

В том же эхе я слышала его вопрос, не дававший мне покоя: разве излучение черных дыр – это не специфическая и крайне редкая ситуация? Правильно ли приписывать это материи в целом?

Это было справедливое замечание. Даже мама, которая волнуется больше, чем кто-либо из тех, кого я знаю, не беспокоилась по поводу черных дыр. Если черные дыры так далеки от повседневной жизни, какое значение имеет тот факт, что частицы Хокинга не реальны? Они вообще, возможно, были не более чем причудой теоретиков?

Однако мои поиски быстро привели меня к открытию, что черные дыры – не единственная причина появления горизонта событий. В самом деле, существует гораздо более прозаическая причина: ускорение. Если наблюдатель ускоряется, свет из некоторых отдаленных уголков Вселенной никогда не достигнет его, сколько бы времени ни прошло, пока он сохраняет ускорение. В это было трудно поверить, пока я не вспомнила те пространственно-временные диаграммы, которые мой папа нарисовал много лет назад в своем желтом блокноте. Мировая линия луча света в пространственно-временном континууме – прямая, мировая линия ускоренного наблюдателя – искривлена. В тот момент, когда какой-то луч света, кажется, вот-вот настигнет наблюдателя, тот сворачивает вдоль своей кривой, успешно избежав встречи со светом, у которого не остается больше никакого выбора, кроме как продолжить движение вдоль своей прямолинейной траектории. Таким образом, есть целые области Вселенной, свет от которых никогда не достигнет ускоренного наблюдателя. Целые области, находящиеся в недосягаемости. Темные. Подобные черной дыре.

На самом деле, они действительно похожи на черную дыру. Граница между недоступной для такого наблюдателя областью и всей остальной Вселенной – это тоже горизонт событий, известный как горизонт Риндлера. Он обладает всеми теми же свойствами, что и горизонт событий черной дыры, и всеми теми же релятивистскими странностями: растягивающиеся световые волны, замедляющее ход время и полная его остановка на горизонте. Его энтропия так же пропорциональна его площади – соотношение, которое Хокинг открыл для черных дыр. Где энтропия, там температура. Где температура, там тепло. Где тепло, там частицы.

Эти частицы называют по-разному: частицы Риндлера, излучение Унру, излучение Унру – Дэвиса, излучение Хокинга – Унру. Во всех случаях подразумевается одно и то же: частицы, рожденные на зависящем от наблюдателя горизонте событий. В самом деле, горизонт черной дыры и горизонт Риндлера полностью идентичны на языке уравнений. Они могут показаться очень разными физическими явлениями, но с точки зрения математики они неразличимы. И если вы подумаете, то легко обнаружите очевидную причину этой неразличимости – принцип эквивалентности. Эйнштейн говорил, что гравитация и ускорение эквивалентны. Не просто похожи или аналогичны, а эквивалентны. Два взгляда на одно и то же. Если гравитация может создать горизонт событий, то же может сделать ускорение.

Представим себе Сэйфа и Скруда в обычном плоском пространстве, свободном от черных дыр. Сэйф – мой ускоренный наблюдатель – в силу наличия ускорения в плоском пространстве формирует горизонт событий. Если он на лету достает термометр, он измерит ненулевую температуру вокруг себя, как следствие появления частиц Риндлера – Унру – Дэвиса – Хокинга. Но попросите Скруда сделать то же самое, и его термометр не зарегистрирует ничего. Это звучит как безумие: два наблюдателя находятся в одном и том же пространстве, но один видит себя окруженным частицами, а другой в то же самое время не видит ничего, кроме пустого пространства. И единственная разница между ними состоит в том, что у Скруда нет горизонта событий. Сэйф физически реструктурирует вакуум и создает реальные измеряемые частицы, благодаря всего лишь определенной точке зрения. Частицы существуют объективно, но лишь для него одного.

Многие годы я подозревала, что секретный ингредиент, позволяющий превратить ничто моего отца, то есть бесконечное безграничное однородное состояние, в нечто – это как раз граница и есть. После разговора с Фотини Маркопулу я стала думать, не может ли собственное поле зрения наблюдателя, с неизбежностью ограниченое его световым конусом, позволить ему проделать такой же фокус. Все же я была настроена скептически и не могла представить себе, чтобы световой конус был способен физически превращать ничто в нечто. В конце концов, световой конус – это всего лишь система отсчета, это не материальный объект во Вселенной. Но, возможно, мой скепсис был безосновательным. Я узнала о границах, зависимых от наблюдателя, которые создают частицы, не используя ничего более физического, чем его система отсчета. Разумеется, горизонты событий – нечто совсем иное. В отличие от световых конусов, они зависят от времени и формируются динамически. Но интригующее сходство все равно было, и я записала, а затем подчеркнула в своем блокноте: «Горизонты показывают, как система отсчета наблюдателя может физически реструктурировать Вселенную. Или, может быть, H-состояние».