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

сомнение то, что казалось очевидным – что геометрия физического пространства должна быть евклидовой, то есть привычной школьной, а время везде течет одинаково.

Конец отступления [3].

5

Вот мы и прибыли. Мы на пороге горизонта. Давайте переступим его. Благодаря Финкельштейну мы не боимся, что физический мир там заканчивается. Это не первый раз, когда мрачная фраза «Оставь надежду, всяк сюда входящий» звучит угрожающе без особых на то оснований.

Так войдем же с мужеством, подобающим тем, кто шагает в неизвестность, слыша голос Одиссея: «…Отдайте постиженью новизны, // Чтоб, солнцу вслед, увидеть мир безлюдный! // Подумайте о том, чьи вы сыны: // Вы созданы не для животной доли, // Но к доблести и к знанью рождены» [4]. Чтобы, как у спутников Одиссея, «…кормой к рассвету, свой шальной полет // На крыльях вёсел судно устремило, // …» [5]

Мы внутри черной дыры, в ее сокровенных недрах.

Если мы запаслись хорошими звездными атласами, то поймем, когда переступим порог, за которым уже поздно посылать весточки домой. Затормозить и повернуть обратно уже не получится. Здесь из-за горизонта не выходит даже свет, и тем более не можем вернуться мы. Никакая ракета не поможет нам избежать падения в центр.

Чтобы выбраться отсюда, придется предпринять еще одно путешествие.

Если мы будем повнимательнее, то поймем, что оказались внутри черной дыры, просто посмотрев вокруг. Пространство здесь сферически симметрично, как и снаружи – вокруг горизонта. Но снаружи достаточно мощная ракета может вознести нас наверх, к сферам все большего и большего диаметра. А здесь, внутри, что бы мы ни делали, мы перемещаемся исключительно к сферам меньшего размера. Тянущая нас вниз гравитация настолько сильна, что предотвратить спуск не получится, как ни старайся.

Итак, подобно Данте и Вергилию, мы спускаемся по кругам ада.

•

Внизу, в слепом мире черной дыры, геометрия пространства и в самом деле напоминает дантовский ад. Вообразите воронку. Очень длинную воронку. В каждый момент времени такой воронкой можно представить внутреннюю область черной дыры [6]. Чем старше черная дыра, тем длиннее воронка. Протяженность внутреннего пространства очень старой черной дыры может достигать миллионов световых лет. Представить, на что она похожа в заданный момент времени, может помочь этот рисунок [7]:

Но даже самая огромная такая воронка не бесконечна: на дне ее все еще находится звезда, падающая сама в себя и создающая черную дыру.

В отличие от дантовского ада, который, насколько нам известно, неизменен, наша воронка со временем вытягивается и сужается.

Я нарисовал последовательность воронок, чтобы было понятнее. Каждая из них представляет внутренность черной дыры в очередной момент времени: чем выше нарисована воронка, тем она старше. Так принято у физиков (не знаю, почему, возможно, это влияние геологов, которые тоже рисуют прошлое внизу, а будущее вверху, потому что более древние слои расположены глубже под землей). Так что рисунок следует «читать» снизу вверх: поднимаясь, трубка удлиняется и сужается.

По ходу спуска в черную дыру мы в каждый момент времени оказываемся все глубже в воронке. Вот так:

Такова форма пространства внутри черной дыры: беспредельная бездна (темная, глубокая и туманная), которая по мере нашего падения сжимается вокруг нас, но мы все равно не можем достичь дна, куда упала звезда, породившая эту черную дыру.

Откуда мы это знаем, если пока никто не добрался туда, чтобы взглянуть и, вернувшись, рассказать нам? Все просто: внутренняя область черной дыры описывается уравнениями Эйнштейна. У нас пока нет никаких оснований в них усомниться, учитывая, что все удивительные и неожиданные предсказания, основанные на них, подтвердились.

Эти уравнения служат нам замечательными проводниками, которые, подобно кроткому Вергилию («Ты мой учитель, вождь и господин!»), указывают нам путь все дальше вниз, в слепой мир.

6

Но рано или поздно настает момент, когда не помогут даже лучшие проводники. Всегда рано или поздно что-нибудь вызывает сомнения. Говорят, что великий наставник чань-буддизма [8] китаец Линьцзи Исюань учил: «Встретишь Будду – убей Будду» [9].

Там, на дне, куда мы падаем, есть области, где искривление пространства-времени становится настолько сильным, что следует ожидать проявления квантовых эффектов, как это всегда бывает в экстремальных условиях. Уравнения Эйнштейна не учитывают подобного, и мы остаемся без проводника.

Действительно, в определенных условиях уравнения Эйнштейна уже не работают: степень искривления становится бесконечной, значения переменных тоже обращаются в бесконечность, и двигаться дальше невозможно. Теория Эйнштейна – наш верный провожатый – покидает нас. Области, о которых идет речь, – точки, «каспы», складки – называются «сингулярностями».

Но дьявол – в деталях. Мы видим, где именно уравнения перестают работать. Хочу обратить ваше внимание на то, что эта деталь и стала главным источником путаницы, которая до сих пор сбивает с толку даже самых опытных ученых. Именно ясность в этом вопросе позволила нам с Хэлом найти выход из тупика.

Может показаться, что странные вещи должны происходить на дне воронки – внизу, в центре черной дыры (в заштрихованной зоне на рисунке).

Но это не так. В центре воронки есть лишь падающая в саму себя звезда и нет сингулярных областей. Там уравнения продолжают работать.

Но как? Если мы вошли в очень старую черную дыру, то разве звезда в ней не прекратила падение давным-давно? Разве не прошла небольшая вечность после ее коллапса? Обрушиваясь сама в себя, звезда сдавливается в точку за очень малое время. Как же она может оставаться в фазе падения спустя все это время?

Время, время… В этом всегда все дело! «Давно» для одних не значит «давно» для других. «Давно» для нас не значит «давно» для звезды. Там, на дне, время течет невероятно медленно. Снаружи могут пройти миллионы лет, но там – всего лишь доли секунды. Нет [10], звезда все еще продолжает свое падение на дно невероятно длинной воронки, которая тем временем становится все длиннее и тоньше, потому что во времени звезды прошли лишь считаные мгновения. Область, где искривление становится бесконечным, где уравнения Эйнштейна перестают действовать… в общем, самое интересное лежит не там!

Оно в будущем. Оно в том, что происходит после временнóго промежутка, который показывает предыдущий рисунок. Оно