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

то, что, согласно петлевой теории гравитации, произошло при Большом взрыве. Таким образом, Большой взрыв мог быть огромным космическим «отскоком» («Большой отскок»), при котором сжимающаяся Вселенная достигает максимальной плотности, дозволяемой квантами, потом «отскакивает» и начинает расширяться. В черной дыре заключена не целая Вселенная, а всего одна звезда, но физика похожа: при чрезвычайно высокой плотности кванты становятся дискретными и создают давление, которое препятствует дальнейшему сжатию и приводит к «отскоку». В обоих случаях давление, под действием которого обрушение сменяется отскоком, вызвано явлением квантовой гравитации.

В момент максимального сжатия сверхсдавленная звезда называется «планковской звездой» [31], потому что при этом достигается масштаб квантовой гравитации – планковская шкала [32]. В более широком смысле «планковской звездой» называют явление целиком – обрушение звезды в черную дыру, отскок, белую дыру и так далее, вплоть до выхода материи наружу.

С математической точки зрения самая трудная зона – это зона B, собственно квантовый скачок горизонта из черной дыры в белую. Сейчас исследователи занимаются прежде всего его расчетом. Эти расчеты, в свою очередь, основаны на так называемой ковариантной петлевой теории, известной также под колоритным названием «спиновая пена».

Перечитываю эти строки, чтобы в очередной раз переписать их. Я в Вероне, на площади, носящей имя поэта. Передо мной его строгое изваяние. Я сижу на большой ступеньке Лоджии Фра Джокондо, где впервые увидел свою первую любовь.

Для меня это родной город, куда я возвращаюсь при каждой возможности из своих (счастливых) странствий по миру. Для него Верона была местом тягостного изгнания, где он узнал, «…как горестен устам // Чужой ломоть…» [33] (хлеб в Вероне соленый, а не пресный, как во Флоренции) и «как трудно на чужбине // Сходить и восходить по ступеням» [34].

Передо мной Палаццо делла Раджоне (Дворец Разума) с длинной широкой лестницей. Если подумать, Дворец Разума был здесь уже во времена моего поэта, хотя лестница – вряд ли. Конечно же, он часто стоял тут семьсот лет назад. Здесь он написал «Рай», здесь, на краю этой самой площади, просматривал свои записи…

Поблизости, в маленькой церкви Святой Елены, рядом с клуатром кафедрального собора (где я тайком целовался с девчонками, пока какой-то возмущенный священник не застал нас), где находится, пожалуй, самая старая библиотека в мире (я сам видел пергаменты III века и кодексы V века), он прочел лекцию «Вопрос о воде и о земле», в которой рассуждал, почему суша выступает наверх, когда естественное место суши – ниже воды. Разумный вопрос! Кто-то сказал, что он сделал это, чтобы получить возможность преподавать в «студии» – веронской школе, ставшей впоследствии известным университетом. Кто знает, правда ли это… Во всяком случае, должность он не получил, поскольку его не сочли достаточно квалифицированным… или поскольку он оказался недостаточно своим для «банды» – он, который воспевал всю Вселенную, как никто другой.

Но я отвлекаюсь. Вернемся к переходу от черной дыры к белой. Со звездой все ясно, с внутренней областью дыры все ясно, с горизонтом все ясно.

Но этого недостаточно. Не хватает самого важного перехода: если описанное выше происходит внутри черной дыры, то что же происходит снаружи? Как может область вне черной дыры превратиться в область вне белой дыры, если по эту сторону не ожидается ничего квантового?

Чтобы ответить на этот вопрос и понять догадку Хэла, мы должны немного получше разобраться в том, что такое белая дыра.

Будьте готовы к неожиданностям.

6

Чем отличается область вне белой дыры от области вне черной дыры? Если я нахожусь снаружи, то как я смогу отличить черную дыру от белой?

Ответ – никак. Снаружи белая дыра неотличима от черной.

Как и всякая масса, черная дыра притягивает – и точно так же делает белая дыра. Планеты могут обращаться вокруг черной дыры – и точно так же вокруг белой. И так далее. Можно падать в черную дыру, а можно – в белую.

Это сбивает с толку. Белая дыра – своего рода черная дыра наоборот, но это не означает замену притяжения на отталкивание. Да, именно так: время меняет направление, но притяжение все равно не становится отталкиванием [35]. Повторю еще раз: с точки зрения внешнего наблюдателя черная дыра и белая дыра ведут себя совершенно одинаково – в обоих случаях это масса, притягивающая к себе посредством силы гравитации.

•

Но как же так? Черная и белая дыры кажутся настолько разными объектами! В одну можно только войти, из другой – только выйти. И несмотря на это, они могут быть неразличимы? Выглядит как противоречие.

Противоречия, однако, нет, а есть блестящий пример волшебной силы архитектуры общей теории относительности. Это тонкий и прекрасный момент. Постарайтесь проследить ход моей мысли. Не страшно, если вы потеряетесь в процессе чтения следующих абзацев (это случается со многими). Но если у вас получится ухватить нить рассуждений, то вы поразитесь, когда увидите, насколько потрясающе то, что вытворяет относительность времени.

Итак. Из белой дыры можно выйти. Значит, я могу увидеть, как от белой дыры свободно уносится камень. Могу ли я увидеть камень, уносящийся от черной дыры? На первый взгляд это невозможно, ведь он не может из нее выйти. А вот и возможно! Если с коллапсирующей звезды изо всех сил бросить камень за мгновение до пересечения горизонта, то он полетит прочь, хотя для удаленного наблюдателя начало его полета будет выглядеть очень замедленным, и камень удалится от черной дыры лишь спустя долгое время. Значит, нет ничего, что помешало бы мне увидеть камень, летящий из черной дыры, точно так же, как я могу увидеть камень, удаляющийся от белой [36].

Те же соображения работают и в обратную сторону. Представим себе камень, падающий на черную дыру. Вскоре он пересечет горизонт. Падающий на белую дыру камень не может пересечь горизонт, потому что внутрь горизонта белой дыры невозможно войти. Казалось бы, это означает, что снаружи легко отличить черную дыру от белой – достаточно посмотреть на падающий камень. Но… нет. Помните? Снаружи никогда не видно, как камень входит внутрь горизонта черной дыры, потому что свету требуется все больше времени, чтобы это нам показать! Видно, как камень приближается и приближается к горизонту, но и только. А что мы увидим в случае камня, падающего на белую дыру? То же самое! Мы увидим, как камень все приближается и приближается к горизонту, но так и не входит в него. Что же происходит с камнем,