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

Никто не видел, но у нас есть теория. Система уравнений, из которых получается решение Шварцшильда, позволяет также рассчитать, что происходит, когда мы приближаемся к горизонту. Расчет совсем несложный. Я предлагаю своим студентам сделать его в качестве упражнения при изучении общей теории относительности. Но потребовалось время, чтобы кто-то первым додумался выполнить его и понял, что означает полученный результат.

Дэвид Финкельштейн

Первым этот шаг делает Дэвид Финкельштейн в 1958 году (мне было тогда два года), мыслящий глубоко и дерзко, ученый и человек огромной культуры, чья сфера интересов охватывала политику, искусство, музыку и науку. Он покинул нас несколько лет назад, в 2016 году. Мне посчастливилось познакомиться с ним в последние годы его жизни – у него была борода пророка и солидные, но в то же время непринужденные манеры. Это был один из тех редких ученых, которые открывают новые направления мысли. Мы еще встретимся в ним на следующих страницах.

В 1958 году Финкельштейн публикует прекрасную работу «Асимметрия прошлого и будущего гравитационного поля точечной частицы», в которой разъясняет, что такое горизонт [2]. Выглядит как название технической статьи, но имейте в виду, что вынесенная в заголовок мысль будет ключевой в этой книге. Асимметрия прошлого и будущего.

Расчеты Финкельштейна показывают, что при приближении к горизонту и при его пересечении наши часы не замедляются и с окружающим нас пространством ничего особенного не происходит. Так же, как ничего особенного не происходит на корабле, когда он пересекает линию горизонта и исчезает из нашего поля зрения.

•

Почему же в решении Шварцшильда часы останавливаются?

Потому что решение Шварцшильда описывает происходящее с точки зрения удаленного наблюдателя. Издалека действительно выглядит так, будто часы замедляются и останавливаются при достижении горизонта. И никакого противоречия между двумя точками зрения нет.

Представим, что мы отправились в страну, откуда почта идет с каждым днем все дольше, и каждый день пишем письмо отцу. Он будет получать наши письма через все более увеличивающиеся промежутки времени, потому что мы продвигаемся в места, откуда почта идет все медленнее. Для него мы как будто замедляемся: сначала он каждый день получает весточку, из которой узнает, что у нас происходило в течение прошедшего дня, а потом ему придется ждать дни и даже недели, чтобы узнать, что у нас случилось всего лишь за день… Для него все происходит так, будто наша жизнь замедляется.

Если же мы потом доберемся до пустыни, где вообще нет никакой почтовой связи, то у отца останется лишь последнее письмо, отправленное за мгновение до того, как мы оказались в пустыне, и доставленное спустя очень долгое время. Для нашего отца граница пустыни – это место, где наше время для него остановилось, горизонт, за которым мы ему не видны. Для него мы выглядим замершими на границе пустыни.

Нечто похожее происходит, когда мы пересекаем горизонт черной дыры. Если отец наблюдает за нашим движением к горизонту, то для него тиканье наших часов замедляется, потому что по мере нашего приближения к черной дыре свету требуется все больше времени, чтобы выбраться и добраться до отца. Если он подождет еще какое-то время, то увидит, как при приближении к горизонту течение нашей жизни замедляется и, наконец, совсем застывает с последним тиканьем перед пересечением горизонта.

В пустыне или внутри горизонта черной дыры мы продолжаем жить как обычно, но отцу не приходят от нас никакие вести, сколько бы он ни ждал.

Другими словами, для тех, кто там находится, время не застывает. Но для удаленных наблюдателей оно вблизи горизонта невероятным образом замедляется.

•

Сравнение с письмами, которые посылают путешественники, приближаясь к пустыне, хорошо, но только отчасти. Есть важное отличие: если, вместо того чтобы углубиться в пустыню, мы повернем обратно и вновь обнимем нашего отца, то время, прошедшее с нашей последней встречи, будет одним и тем же и для нас, и для него. Если он постарел на один год, мы тоже станем старше на один год.

А вот с искажением времени вблизи горизонта все не так: оно настоящее. Если мы приблизимся к горизонту, задержимся вблизи него, а потом вернемся, то время, прошедшее для нас с предыдущей встречи с отцом, окажется меньше времени, прошедшего для него. Он постареет сильнее, чем мы.

Это не эффект перспективы – речь идет о реальном искажении времени, вызванном гравитацией: там, где тяготение сильнее, время течет медленнее, чем в местах с более слабым тяготением. Именно это имеют в виду, когда говорят об «искривлении» пространства-времени. Время действительно течет по-разному в разных местах.

•

Итак, вблизи горизонта время замедляется не только в том смысле, что для удаленных наблюдателей наши движения воспринимаются замедленными, но и в том, что в случае нашего возвращения для оставшихся вдалеке пройдет больше времени, чем для нас. Однако мы при этом вообще не почувствуем никакого замедления. Для нас время будет течь как обычно.

Возможно, дорогой читатель, ты захочешь спросить, а какое же время «настоящее» – то, что на горизонте, или то, что у наблюдателя? Ответ – никакое. Революция Эйнштейна состоит как раз в понимании того, что этот вопрос не имеет смысла. Это все равно, что спросить, какие места на Земле находятся «вверху», а какие – «внизу». У любого места на Земле – свое «вверху» и свое «внизу». Разные точки зрения. Таким же образом у любого места во Вселенной – свое время. Разные места могут отправлять сигналы – как, например, свист черной дыры в центре нашей Галактики, – но время в разных местах течет по-разному, и никакое время не является «более настоящим», чем другое.

Следовательно, замедление времени вблизи горизонта связано с соотношением характера течения времени в разных местах. И время на горизонте останавливается только по отношению к удаленному наблюдателю.

В этих соотношениях между временами заключена ткань мира. Универсального времени нет: реальность представляет собой сеть, сплетенную из множества локальных времен посредством возможности обмениваться сигналами. Вблизи горизонт выглядит нормальным местом. Издалека – местом, где время останавливается.

Дэвид Финкельштейн понял это.

Альбрехт Дюрер. Меланхолия I

•

Финкельштейн написал статью о знаменитой гравюре «Меланхолия I» Альбрехта Дюрера – мастера перспективы эпохи Возрождения.

Это сложное произведение, наполненное символами. Думаю, неслучайно, что первым сущность горизонта черных дыр понял не выдающийся математик с большим опытом в технических вопросах, а человек, способный написать работу об Альбрехте Дюрере