Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Фальке Хайно

Лично я, хоть и с некоторой осторожностью, склонен согласиться с мнением Пенроуза. Черные дыры – макроскопические объекты, не сводящиеся только к сингулярности в центре. Черная дыра – это скорее вся область искривленного пространства вокруг сингулярности. Она состоит из совокупности всех квантовых частиц внутри и вне сингулярности. Ни одна из этих квантовых частиц не является изолированной – на нее влияют все остальные частицы. Информация обобществляется[212]. Если это так, то можем ли мы по‐прежнему говорить об индивидуальном состоянии частицы и об информации, содержащейся в отдельной частице? Есть ли смысл использовать принципы квантовой физики, рассуждая о пространстве, если оно не квантовано? Обратима квантовая теория, но не реальная макроскопическая Вселенная. Почему же таковыми должны быть черные дыры? Может быть, это самый большой генератор случайных чисел в космосе?

Информационный кризис в физике в самом разгаре – об этом написаны целые книги. Ошибочна общая теория относительности – или ошибочна квантовая физика? Есть много убедительных гипотез, но мы не знаем, приведут ли они нас куда‐нибудь. Однако кризис в физике – это всегда возможность появления новой теории. Уже более сорока лет ученые пытаются согласовать теорию гравитации и квантовую физику, но пока безуспешно. Построение теории квантовой гравитации – дело невероятно сложное. В большинстве предлагаемых вариантов крайне трудно даже заставить яблоко упасть на землю.

Творческих идей хватает; скорее не хватает ясного намека свыше, какая из этих двух теорий правильна. Однажды Герман Николаи, один из ведущих исследователей в области гравитации из Потсдама, сказал мне: “Я не думаю, что продвинуться дальше удастся, только теоретизируя, – нужен эксперимент”. Нужна “квантово-гравитационная” экспедиция Эддингтона!

Однако пока это скорее кризис теоретической физики. Наше изображение черной дыры еще не позволяет подтвердить или опровергнуть многочисленные новые теории. В данный момент для его интерпретации требуется только общая теория относительности, которая много объясняет лучше, чем любой иной подход. Если, согласно новой теории, размер и форма тени и впрямь будут на несколько процентов отличаться, то со временем нам, возможно, удастся обнаружить этот эффект. Если же подобные отклонения имеют место только на размерах квантовых объектов, они могут так навсегда и остаться скрытыми от нас.

Теперь, когда у нас есть изображение черной дыры, проблема несостыковки двух теорий стала чуть реальнее и чуть более осязаемой, чем раньше. Вглядываясь в темное пятно тени, мы смотрим непосредственно на край горизонта событий, где соперничают гравитация и квантовая физика. Проблема объединения двух больших теорий отнюдь не абстрактна. Она реальна. Наш результат состоит в том, что мы отыскали для этой проблемы определенное место, так что теперь на нее можно просто указать пальцем. Истинная тайна этого изображения кроется не в ярком огненном кольце, а в его темной области.

14

Бесконечность знания и ограничения

Одно из самых впечатляющих изображений было получено на основании снимков, сделанных космическим телескопом “Хаббл” в декабре 1995 года во время празднования Рождества. Телескоп, направленный на ничем не примечательный и почти случайно выбранный участок неба прямо над Ковшом Большой Медведицы, десять дней собирал снимки. Объединив 342 отдельные фотографии, исследователи построили изображение крохотного участка небесной сферы с очень высокой детализацией[213]. По сравнению с необозримыми просторами космоса эта область невероятно мала: примерно столько можно увидеть, глядя на небо через ушко иголки, которую держишь на расстоянии вытянутой руки. На фоне темного космического пространства светится множество крупных и мелких островков света. Если присмотреться, становится понятно, что каждое крохотное светлое пятнышко – это отдельная галактика. На одном этом изображении около 3 000 галактик. Чтобы отобразить все небо, требуется около 26 миллионов подобных крошечных изображений, что соответствует нескольким сотням миллиардов галактик. Считая, что каждая галактика состоит из сотен миллиардов звезд, мы приходим к выводу, что наша Вселенная содержит по крайней мере 10 22 звезд, хотя, вероятно, их гораздо больше.

“Как неисчислимо небесное воинство и неизмерим песок морской…”[214], – писал более 2 500 лет тому назад пророк Иеремия, рассуждая о неисчислимых величинах. Хотя невооруженным глазом он мог видеть на небе только несколько тысяч звезд, у него было ощущение непостижимой огромности космоса. Ведь звезд на небе и в самом деле так же много, как песчинок на морских берегах нашего мира, хотя точное число последних определить гораздо сложнее.

Мы живем в удивительное время. Сегодня своими глазами можно видеть то, о чем пророки могли только догадываться. Телескопы и спутники позволяют нам взглянуть на неизвестные миры – ни у одного поколения до нас такой возможности не было. Уподобившись Господу, мы можем смотреть на Землю сверху и видеть ее – голубую жемчужину, парящую на фоне черного бархата. Мы видим облака и песчаные вихри на Марсе, гигантские светящиеся пылевые облака, из которых рождаются новые звезды, и часть неба размером с игольное ушко, заполненную тысячами галактик, составляющими лишь крошечную часть их общего числа во Вселенной. Количество изображений из космоса настолько велико, что превосходит возможности одного человека воспринять и объяснить их: объем наших знаний все растет и растет.

Сказанное выше – свидетельство очевидного успеха науки и технологии. Наше время – эра естественных наук. Все можно измерить – даже людей. Если раньше принимать решения помогали интуиция, надежда и вера, то теперь на помощь приходят исследования, измерения, модели и базы данных. Каждое решение должно быть рационально обосновано и подкреплено объективными данными и моделями. Сегодня даже теологи и гуманитарии в своей работе используют позаимствованные у естественных наук компьютерные методы и статистические подходы. Вся наша жизнь завязана на технологии, которые вдобавок развлекают и вдохновляют нас. Теперь дети играют не во дворе, а с компьютером. Бог приручен, люди стали предсказуемы. Достигнем ли мы со временем такого состояния, когда – возможно, с помощью каких‐то компьютерных алгоритмов – сумеем рационально обосновать и подвести научный базис под каждое свое решение?

Физика вырвалась далеко вперед и находится в авангарде этого движения. Физика и астрономия не просто демонстрируют нам красоту Вселенной, но еще и ставят перед нами очень трудные, жизненно важные вопросы. Телескопы, позволяющие обернуться назад, к началу пространства и времени, делают возможным изучение Большого взрыва. А теперь мы сумели заглянуть и в пустоту черных дыр. Кто еще совсем недавно мог подумать, что такое возможно? В поле нашего зрения попали начало и конец времени. Не это ли величайший триумф физики? Не это ли последняя ступень длительной эволюции, цель которой – глубокое изучение и постижение нашего мира? Ученые всех континентов вместе трудятся ради того, чтобы проникнуть в остающиеся пока не разгаданными человеком великие тайны. Кто может сейчас остановить нас? Что может ускользнуть от нас теперь, когда совместно работает весь мир?

Для открытия бозона Хиггса, элементарной частицы, отвечающей за наличие массы, потребовались усилия одного континента. Совместная работа обсерваторий и ученых двух континентов позволила зарегистрировать колебания пространства-времени и наблюдать гравитационные волны. Понадобились совместные действия всего мира, чтобы нам удалось наконец увидеть черную дыру.

Человечество готовится к финальной битве, итогом которой должно стать получение ответов на главные вопросы физики и жизни. Неужели нам вот-вот предстоит раскрыть последние тайны природы? И мы сможем сорвать завесу неизвестности и взглянуть в лицо самого Бога?