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

падающим на белую дыру? Он достигает вещества, исходящего из белой дыры, за время, которое может оказаться очень большим для внешнего наблюдателя (помните, что вблизи горизонта оно замедляется?), но очень малым для камня… Эта дивная гибкость времени! Итак, черный и белый горизонты различаются, но снаружи выглядят совершенно одинаково.

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