Дежавю как повод

В один из дней начала марта этого года (каждый раз вынужден извиняться за то, что колонки сильно отстают от жизни :( ) вечером я по обыкновению просматривал новостные сайты. Вообще-то новости положено читать утром, но такая возможность у меня бывает редко. Среди “копипастных” экономических и политических новостей изредка встречались и интересные заметки. В частности, на NEWSru.com мое внимание привлек материал “Автор теории черных дыр Стивен Хокинг по-новому объяснил их устройство” (не поленюсь, дам точную ссылку: http://newsru.com/world/09mar2009/hawking.html). Я с интересом прочитал указанную статью… потом еще раз просмотрел… еще раз… и понял, что или у меня дежавю, или все, что связано с взаимоотношением черных дыр и времени, носит мистический характер, или журналисты NEWSru совсем обнаглели.

Забавно, но подтверждение последнему я нашел прямо в тексте самой статьи! В ней имеется ссылка на заметку на сайте BBC пятилетней давности! Ведь эта история действительно случилась почти пять лет назад, летом 2004 г.

В августе 2004 г. Хокинг публично признал свое поражение в научном споре, который он и профессор Калифорнийского технологического института Кип Торн многие годы вели с Джоном Прескиллом, также профессором Калифорнийского технологического и директором Института квантовой информации. Этот спор получил широкую известность за пределами научного мира и в 1997 г. был даже оформлен в виде пари.

Формулировка пари удивительно “проста” :). Прескилл утверждал, что “находящаяся в чистом квантовом состоянии система, которая испытывает гравитационный коллапс, приводящий к возникновению черной дыры, будет пребывать в чистом состоянии и после испарения этой дыры”. Хокинг и Торн считали это мнение ошибочным. Участники пари постановили, что проигравшая сторона вознаградит победителя (или победителей) любой энциклопедией, которую тот попросит.

В свое время мой хороший знакомый — математик, занимающийся, в частности, как раз прикладными вопросами астрофизики, потратил несколько дней, чтобы объяснить (нет, не объяснить, обрисовать) мне суть вопроса. Я это не то чтобы понял (хотя общую идею я действительно уловил), но записал :). Сейчас я нашел свои старые заметки.

В 1975 году Хокинг математически доказал, что любая черная дыра спонтанно испускает электромагнитное излучение, которое непрерывно уносит ее массу и энергию. Интересно отметить, что, строго говоря, приоритет в этой теории принадлежит советскому математику Якову Борисовичу Зельдовичу, однако Зельдович считал, что источником излучения могут быть только вращающиеся черные дыры.

Из расчетов Хокинга следует, что черные дыры постепенно разогреваются и “испаряются”, а в конце концов взрываются и исчезают. Те же вычисления показали, что для черных дыр, которые возникают при взрывах сверхновых звезд, и тем более для сверхмассивных дыр, находящихся в центрах галактик, скорость испарения близка к нулю. Однако эта скорость растет по мере “похудания” дыры, так что в конечном счете любая дыра все же обречена на гибель. Сроки, о которых идет речь, нельзя назвать даже астрономическими: время жизни сравнительно небольшой дыры, тянущей при рождении всего лишь на несколько солнечных масс, неизмеримо (почти в 1000 раз!) превышает возраст мироздания. Но при всей непомерной огромности такого срока, это все же не вечность.

Предположим, что черная дыра втянула и поглотила какой-то физический объект, находящийся в хорошо определенном квантовом состоянии, — такие состояния и называют чистыми. Оно описывается волновой функцией, которая содержит всю реально доступную информацию об объекте.

Проблема, из-за которой Прескилл бился об заклад с Хокингом и Торном, состоит в следующем: что останется от этой информации после неизбежного испарения черной дыры? Гипотеза Прескилла на обычном языке означает, что хотя бы часть этой информации непременно сохранится. Соперники Прескилла утверждали обратное — что в дыру упало, то навсегда и пропало, “съеденная” информация необратимо разрушается. На языке квантовой механики это означает, что исходное чистое состояние проглоченного дырой объекта обязано перейти в смешанное. Прескилл настаивал, что законы квантовой механики исключают возможность такой трансформации, что и выразилось в предложенной им формулировке условий пари.

В 2004 году Хокинг публично признал, что Прескилл был прав, а они с Торном ошибались. Из его доклада, сделанного на конференции в Дублине, следовало, что черная дыра искажает и перепутывает поглощенную информацию, но все же не разрушает ее и в конце концов в процессе своего исчезновения даже выпускает из своих объятий. Хокинг также посоветовал любителям научной фантастики расстаться с мечтой о том, что погружение в черную дыру может стать броском к другой Вселенной, — по его словам, такое невозможно ни при каких обстоятельствах. Выполняя условие пари, он презентовал сопернику “Полную энциклопедию бейсбола”, которую специально выписал из США (условием пари была любая энциклопедия по выбору победителя).

Я часто рассказываю детям про Стивена Хокинга, вся жизнь которого — образец не только научного, но и человеческого мужества. Прикованный к специальной компьютеризированной инвалидной коляске, он не только активно занимается наукой, пишет книги, читает лекции, но живет. У Хокинга несколько книг (недавно даже вышла книжка для детей “Джордж и тайны Вселенной” (http://www.pgbooks.ru/books/id25491/), но всемирную известность ученому принесла написанная в 1988 г. “Краткая история времени от Большого взрыва до черных дыр” (полный текст книги доступен в Интернете, например, на http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/hok/index.php). Я несколько раз перечитывал эту книгу, местами приближаясь к пониманию :). Очень рекомендую.