schegloff (schegloff) wrote,
schegloff
schegloff

Categories:

Черные дыры, вокруг и около (11). Пари Хокинга и неприятности с физикой

6 февраля 1997 года крупнейшие "чернодырщики" - Стивен Хокинг и Кип Торн [тот самый, что недавно консультировал "Интерстеллар"] - заключили официальное пари cо значительно менее известным Джоном Прескиллом [всего лишь учеником Вайнберга], специализирующемся на квантовой теории частиц. Хокинг и Торн спорили, что информация все же теряется в черной дыре (в 1997 году это была уже достаточно устаревшая точка зрения), а Прескил выступал от имени мейнстрима, утверждая, что информация возвращается обратно с хокинговским излучением.

Всего год спустя "струнщики" сплясали "малдасену" в Санта-Барбаре, и взгляд на черные дыры как на "клубки из струн" стал стремительно завоевывать популярность. [В 2004 году Самир Матур предложил для таких "струнных" дыр специальное название, fuzzball - "пушистик". Пользуясь случаем, в очередной раз напомню, что все это - теоретические объекты, математические модели, а каковы дыры на самом деле, никто не знает]. "Черные дыры" в физике начала 21 века воспринимались уже как обычные квантовые системы, находящиеся в чистом квантовом состоянии и столь же "чисто" испаряющиеся за счет хокинговского излучения. Само хокинговское излучение трактовалось уже не как тепловое "свечение" искривленного пространства, а как чисто квантовый "разрыв" мельтешащих в окрестностях "растянутого горизонта" струн, в результате которого их "кусочки" покидали черную дыру, сохраняя при этом чистоту общего квантового состояния.

Как видите, исход пари был ясен еще в момент его заключения; интерес представлял лишь вопрос, сколько лет понадобится Хокингу, чтобы смириться с поражением, и в какой форме он признает свою неправоту. Поражение Хокинг признал в 2004 [любопытно, что второй участник, Торн, этого так до сих пор и не сделал], а в 2005 опубликовал небольшую статью с пояснениями. И вот тут "игра в одни ворота" внезапно сделалась интересной:

Хокинг... был особенно впечатлен результатами Малдасены, в которых информация сохранялась в пространстве-времени черной дыры особо тонким способом. В последние годы он много размышлял о том, как можно избежать потери информации в черных дырах, и в своем выступлении в Дублине изложил новое соображение в пользу сохранения информации. К несчастью, я недостаточно понял это соображение... - так прокомментировал Прескилл "признание" Хокинга. Еще раз: это не Щеглов не понял, что сказал Хокинг; это Прескилл не понял. Участник пари, известный (к 2004 году) ученый и все такое.

Что же это за "признание" такое, которое сами же физики не могут понять?! Судя по работе Хокинга 2005, понять его действительно было непросто; но догадаться о направлении мыслей можно по некоторым ключевым словам. "Like a burn encyclopedia" (сасскиндовская метафора для квантового сохранения информации: книгу можно сжечь, но ее квантовое состояние останется чистым), упоминание AdS/CFT (открытия Малдасены), и наконец - метафора туннельного эффекта (сквозь горизонт событий) в качестве альтернативной модели "хокинговского излучения". "Полуклассическое" (тепловое) хокинговское излучение сам же Хокинг стал понимать как квантовое (туннельный эффект - уже чистая КМ).

Итак, черная дыра для Хокинга перестала быть "полуклассической" и стала "квантовой". Чувствуете подвох?

Не чувствуете? Тогда еще раз, медленно. Информационный парадокс начинался с противоречия: 1) по общей теории относительности, ничто не может вернуться из черной дыры, 2) по квантовой теории, ничто (квантовое состояние) не может пропасть в черной дыре; 3) черные дыры испаряются за счет теплового хокинговского излучения (не сохраняющего квантовое состояние), и испаряются полностью. Противоречие. А теперь внимание: как Хокинг признал свое поражение? Придумал, как примирить противоречивые требования (как Сасскинд со своей "дополнительностью")? Вовсе нет! Он просто поменял пункт 3: вместо "полуклассического" излучения (за счет кризизны пространства) согласился на "квантовое" (туннельный эффект).

Решение вовсе не объединило ОТО с КМ; оно стало чисто квантовым. Квантовое состояние благополучно возвращается - но не из черной дыры, а из тончайшего "растянутого горизонта", находящегося над самым горизонтом событий. Сасскиндовская идея дополнительности позволила [казалось бы] забыть про содержимое самой черной дыры: согласно "голографическому принципу", все, что у нее внутри, полностью соответствует тому, что у нее на поверхности, а значит, над горизонтом. Ничто не может вернуться из черной дыры - но и не надо, потому что снаружи остается точная копия.

"Струнная" черная дыра оказалась совсем другим объектом, чем "классическая". Горизонт классической черной дыры (вспомните приливную силу в семь грамм) - теоретическая поверхность, рядом с которой свободно падающий наблюдатель не обнаруживает ничего особенного. Горизонт струнной черной дыры - это и есть сама черная дыра, где трещат по швам браны и струны. Не заметить приближение к такому горизонту невозможно - а значит, между классической и струнной моделью возникает серьезное противоречие.

Согласно общей теории относительности, ничего особенного в горизонте событий нет: это просто место в пустом пространстве, где напряженность гравитационного поля достигает критического значения. Сама "черная дыра" находится далеко - в своем центре, в точке "сингулярности", за миллиарды километров от горизонта, - и ничем кроме гравитации не влияет на падающие в нее объекты. Но если черная дыра состоит из [сверхпрочных] струн, которые рвутся прямо над горизонтом - то горизонт становится совершенно особым местом.

Теперь уже не над квантовой механикой, а над общей теорией относительности нависла катастрофа.

[Примечание. И на этот раз мы снова сталкиваемся с "медленностью" теоретического мышления. Казалось бы, осознать, что "струнная" теория гравитации не то же самое, что ОТО, и между ними могут возникает противоречие - минутное дело. Однако даже после открытой капитуляции Хокинга физикам понадобилось 8 лет, чтобы обнаружить такое противоречие и сформулировать его в виде актуального парадокса].
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 14 comments