Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики - Сасскинд Леонард

Что случится с битами их информации? Те же аргументы, которые использовал Хокинг, доказывая, что чёрные дыры излучают, говорят нам, что и космологический горизонт тоже излучает. Но в данном случае излучение направлено не наружу, а внутрь, как если бы мы жили в комнате с тёплыми излучающими стенами. С нашей точки зрения всё выглядит так, как если бы предметы, приближаясь к горизонту, разогревались и начинали испускать фотоны. Может ли существовать принцип космологической дополнительности?

Для наблюдателя внутри космологического горизонта последний кажется состоящим из «атомов горизонта», которые поглощают, перемешивают и затем возвращают назад все биты информации. Для свободно движущегося наблюдателя, пересекающего космологический горизонт, этот момент не является событием.

В настоящее время, однако, мы слишком плохо понимаем космологические горизонты. Смысл объектов, находящихся за горизонтом — реальны ли они и какую роль играют в нашем описании Вселенной, — может быть глубочайшим вопросом для космологии.

Что касается наследия Хокинга, то оно колоссально. Его предшественники знали, что провал между гравитацией и квантовой теорией рано или поздно будет преодолён, но Бекенштейн и Хокинг были первыми, кто достиг далёкой страны и вернулся с золотом. Именно они положили этому начало, и я надеюсь, что будущие историки науки это признают.

Падающие камни и движущиеся по орбитам планеты — это лишь слабые намёки на то, что представляет собой гравитация. Чёрные дыры — это не просто чрезвычайно сильно сжатые звёзды, скорее это конечные резервуары для информации, где все биты плотно упакованы, словно уложенные рядами пушечные ядра, но только меньше размером на тридцать четыре порядка. Именно вокруг этого — плотно упакованной информации и энтропии — и крутится вся квантовая гравитация.

И пусть на собственный вопрос Хокинг дал ошибочный ответ, но сам его вопрос был одним из глубочайших в физике последнего времени. Возможно, его мозг был слишком классически прошит, слишком привержен представлению о пространстве и времени как о предзаданном, пусть и гибком холсте, на котором пишется физика, чтобы осознать глубокие следствия примирения квантового сохранения информации с гравитацией. Но сам вопрос смог открыть путь для следующей большой концептуальной революции в физике. Немногим физикам доводилось сделать такое утверждение.

Кто никогда ни в чём не терпел поражения, тот не может быть велик.

Герман Мелвилл.

Сущность физики

Воцаряются смущение и дезориентация; распадается связь причин и следствий; уверенность исчезает без следа; все старые законы перестают выполняться. Вот что случается, когда рушится доминирующая парадигма.

Но потом появляются новые схемы. Сперва в них нет смысла, но это схемы. Что делать? Бери эти схемы и классифицируй, квантифицируй, кодифицируй их с помощью новой математики и даже новой логики, если необходимо. Смени старую прошивку на новую и хорошенько с ней ознакомься. Это знакомство вызывает если не отвращение, то как минимум чувство смирения с неизбежным.

Весьма вероятно, что мы всё равно останемся запутавшимися новичками с совершенно ошибочными умозрительными картинами, подлинная же реальность будет очень далека от нашего понимания. На ум приходит старый картографический термин terra incognita. Чем больше мы открываем, тем, кажется, меньше мы знаем. Это и есть сущность физики.

Эпилог

В 2002 году Стивен Хокинг отметил свой шестидесятилетний юбилей. Мало кто на подобное надеялся, и меньше других — его доктора. Событие отмечалось как большой праздник, была поистине грандиозная вечеринка, так что я вновь оказался в Кембридже в окружении сотен людей — физиков, журналистов, рок-звёзд, музыкантов, двойника Мэрилин Монро, танцовщиц кордебалета, — а также огромного количества еды, вина и ликёров. Это было гигантское медиасобытие, приуроченное к серьёзной физической конференцией. Все, кто хоть что-то значил в научной жизни Стивена, выступали с речами, включая самого Стивена. Вот короткая выдержка из моего выступления.

Стивен, как все мы знаем, — самый упрямый и тем доводящий до бешенства человек во Вселенной. Мои с ним научные отношения, я полагаю, можно назвать противоборством. Мы глубоко расходимся по глубоким вопросам, касающимся чёрных дыр, информации и тому подобных вещей. Временами он заставлял меня рвать волосы от досады, — и вы теперь ясно видите результат. Уверяю вас — когда мы начали спорить более двух десятилетий назад, вся моя голова была волосатой.

В этот момент я увидел в дальней части зала Стивена с его озорной улыбкой и продолжил.

Могу также сказать, что из всех физиков, которых я знаю, он оказал самое большое влияние на меня и мой образ мышления. Почти всё, о чём я думал начиная с 1983 года, в том или ином смысле отвечало на его глубочайший вопрос о судьбе информации, падающей в чёрную дыру. Хотя я твёрдо убеждён, что его ответ был ошибочным, сам вопрос Стивена вкупе с требованием убедительного ответа вынудил нас переосмыслить основания физики. Результатам стала совершенно новая парадигма, которая сегодня обретает форму. Я глубоко польщён возможностью отметить здесь монументальный вклад Стивена и особенно его блистательное упрямство.

Здесь мной было продумано каждое слово.

Я запомнил только три других выступления. Два из них — Роджера Пенроуза. Я не припомню, почему Роджер выступал дважды, но так уж случилось. В первый раз он доказывал, что информация должна теряться при испарении чёрной дыры. Аргументы были теми же, что приводил Стивен двадцать шесть лет назад, и Роджер подтвердил, что они со Стивеном по-прежнему в них верят. Я удивился: насколько было известно мне (и всякому, кто следил за последними научными результатами), матричная теория Малдасены и расчёты энтропии Строминджера и Вафы поставили окончательную точку в этом вопросе.

Но в своём втором выступлении Роджер заявил, что голографический принцип и работа Малдасены основаны на ряде недоразумений. Попросту говоря, он заявил: «Как это возможно, чтобы физика большего числа измерений описывалась теорией в меньшем числе измерений?» Я счёл, что он просто недостаточно над этим подумал. Мы с Роджером были друзьями сорок лет, и я знал его как бунтаря, вечно восстающего против общепринятого здравого смысла. Так что меня не должно было удивлять, что он встал в оппозицию.

А ещё у меня в памяти засело выступление Стивена, но не из-за того, что он сказал, а из-за того, о чём умолчал. Он кратко напомнил о главных достижениях своей карьеры — космологии, хокинговском излучении, замечательных комиксах, но он ни единым словом не упомянул о потере информации. Быть может, он начинал колебаться? Я думаю, так и есть.

Позже, на пресс-конференции в 2004 году Хокинг объявил о том, что изменил своё мнение. Его новейшие исследования, сказал Стивен, наконец привели к разрешению его собственного парадокса: похоже, что, в конечном счёте, информация всё же утекает из чёрных дыр и уносится прочь продуктами испарения. По словам Стивена, этот механизм каким-то образом постоянно ускользал, но он наконец заметил его и сообщит о своих новых выводах на предстоящей конференции в Дублине. СМИ пришли в полную готовность и, затаив дыхание, ожидали конференции.

Предсказуема ли квантовая гравитация?

Дон Пейдж ставит против Стивена Хокинга один фунт стерлингов на то, что соблюдается квантовая космическая цензура, а именно что чистое начальное состояние, построенное целиком из обычных конфигураций поля на полной, асимптотически плоской гиперповерхности, будет описываться уникальной S-матрицей, которая по законам физики эволюционирует к чистому конечному состоянию, построенному целиком из обычных конфигураций поля на полной, асимптотически плоской гиперповерхности.

Стивен Хокинг ставит против Дона Пейджа $1,00 на то, что в квантовой гравитации эволюция такого чистого начального состояния может описываться в общем случае только $-матрицей для смешанного конечного состояния и не всегда S-матрицей для чистого конечного состояния.

Дон Н. Пейдж