Гипотеза белых дыр. Об устройстве Вселенной, гравитации и теории относительности - Карло Ровелли Страница 12

Горизонты четко различают белое и черное, будущее и прошлое, но для внешней по отношению к ним области этих различий нет.

Статья Дэвида Финкельштейна 1958 года, в которой он показал, что происходит на горизонте, была озаглавлена «Асимметрия прошлого и будущего гравитационного поля». В заголовке подчеркивается главная мысль: при обращении времени геометрия внешней области черной дыры не меняется, эта симметрия нарушается только на самом горизонте – он не инвариантен и при обращении времени меняется на противоположный. Именно поэтому одна и та же внешняя область согласуется как с черной, так и с белой дырой.

Все это невероятно и удивительно, но так устроена природа. Несмотря на полную несхожесть происходящего внутри, фокус со временем на горизонте позволяет белой дыре снаружи быть такой же, как черная.

Именно в этом состояла главная мысль Хэла.

•

Почему? Потому что это делает правдоподобным изображение происходящего внутри черной дыры на последнем рисунке. Самое удивительное – то, что внутри эволюция пространства протекает как на рисунке, в то время как снаружи… не меняется ничего!

Квантовое туннелирование происходит только в областях с сильным искажением пространства-времени, и это не противоречит тому, что снаружи – где мы находимся не в квантовом режиме – все продолжается в соответствии с общей теорией относительности.

Снаружи решения уравнений Эйнштейна для черной и белой дыр «сшиваются» гладко, без каких бы то ни было шероховатостей. Нестыковки начинаются только там, где и ожидалось, – в области очень сильных искажений, способных порождать квантовые эффекты.

Ура! Мы нашли приемлемый сценарий происходящего внутри черных дыр по ту сторону конца времени. За сингулярностью мы получаем решение с обращенным временем – внутреннюю область белой дыры. Снаружи не происходит ничего, но черный горизонт, подобно Гэндальфу, превращается в белый.

Помню чувство, охватившее нас в тот день, когда начал вырисовываться угаданный Хэлом сценарий. Кусочки головоломки были уже известны: туннельный эффект, решения уравнений Эйнштейна для белой и черной дыр, существование нижнего предела пространственных размеров, странное поведение белых и черных дыр и жуткая разница течения времени для тех, кто находится на горизонте и вдали от него. Догадка, что падающие объекты отскакивают – и так возникают планковские звезды. Пазл сошелся.

7

Как почти всегда бывает с научными головоломками, некоторые фрагменты не вписываются, и мы их отбрасываем. Что же в точности происходит с пространством и временем в момент отскока? Квантовая теория говорит, что происходящее в скачке не существует, то есть лишено формы, размеров и свойств.

Можно приблизительно представить себе, как сдавливание трубы плавно замедляется, сменяется обратным процессом, и начинается расширение. Но в реальности при этом переходе пространство и время растворяются в облаке вероятности, по ту сторону которого вновь обретают структуру. Отбросить пришлось вот этот кусочек головоломки: мысль, что события природы всегда можно представить в пространстве и времени.

•

В тот вечер многие вопросы остались открытыми, и надо было четко понять, что в итоге. Хорошо, аналогии, но тогда потребуются и силлогизмы, иначе мы так и останемся жить в иллюзиях. Нам нужны были уравнения для точного описания геометрии нашего пространства-времени. Нужно было показать, что они удовлетворяют уравнениям Эйнштейна везде, за исключением квантового перехода, рассчитать вероятность квантового скачка.

Мы справились за несколько последующих дней. Было весело. Почти как кройка и шитье – по крайней мере в той части, где мы проверяли «сшивку» областей. Трудность состояла в том, что описание каждой из областей чего-то не учитывало. Именно эта проблема с самого начала поставила в тупик Эйнштейна и остальных, и именно ее прояснил Финкельштейн. Способы ее решения сейчас известны [37], мы их применили, и все сработало. Мы написали статью с расчетами и опубликовали ее [38]. Идея постепенно пробивала себе дорогу.

Гипотеза о том, что черная дыра может превратиться в белую, теперь доступна каждому, кто готов ее развивать.

•

Конечно же, в тот вечер мы были невероятно счастливы. Мало что так же прекрасно, как чувство воздушной легкости в миг появления идеи – возможно, действительно хорошей. Расчет, который в конце концов сошелся, догадка об устройстве чего-то, прежде нами не понятого. Едва уловимое, но всепроникающее ощущение счастья.

Впрочем, может быть, это просто удовлетворение от хорошо проделанной работы. Примерно то же самое я чувствую, починив калитку в саду. Успешное завершение задуманного. Занятие наукой – это череда разочарований, неудачных попыток и экспериментов, ошибочных идей, несходящихся расчетов. И среди всего этого – редкие радостные моменты.

Или, возможно, это совсем иное – радость от шага, который хотя бы слегка удовлетворяет желание понять, «взглянуть»… Ну, в общем, мы с Хэлом были в тот вечер счастливы, что теперь у нас есть идея и она нам нравится.

Но… это не означало убежденности, что истина у нас в кармане. Наука полна разочарований. Что, если и на этот раз? С того дня прошли годы, идея о превращении черных дыр в белые получила развитие и так или иначе была подхвачена многими исследователями. Теперь мы ищем подтверждения на небе, но все равно не уверены в ее истинности.

Ученые относятся к своим идеям довольно странно: похоже, никто на самом деле не признаётся даже себе, насколько в них верит… Следует быть политкорректными, здравомыслящими, всегда держать в уме возможность собственной ошибки. Но в глубине души у каждого – сумасшедшее желание сказать: «Я уверен, что все именно так!» В собственные идеи влюбляются, в них убеждены, их яростно защищают изо всех сил. От этого зависит научная репутация, за которую мы цепляемся, как дети за сахарную вату… И в то же время под слоем этих эмоций всегда остается сомнение. Страх, что мы ошибаемся, заблуждаемся, обманываемся… Вот они, горько-сладкие плоды бытия ученым.

Самый рациональный, бесстрастный, рассудочный, аутистичный из ученых, Поль Дирак, как-то заявил на конференции: ученые, получившие важные результаты, редко способны сделать следующий шаг просто потому, что они сами первыми начинают в своих результатах сомневаться. Он рассказал, что когда вывел уравнение, сейчас носящее его имя, – одно из самых знаменитых уравнений современной физики, которое описывает характер движения электронов, – то сразу же опубликовал расчет, показавший, что в первом приближении уравнение правильно предсказывало атомные спектры. Но ему не хватило