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

Диаметр воронки постепенно сужается, то есть цилиндр становится более искривленным, подобно все более туго свернутому рулону. Чем плотнее закручен рулон, тем сильнее искривление пространства-времени. Когда кривизна доходит до масштабов заветной «шкалы Планка» [11] – шкалы, на которой пространство и время подчиняются квантовым эффектам, – мы оказываемся в области, где из-за них нарушаются уравнения Эйнштейна [12]. Это и есть серая зона на последнем рисунке.

Пренебрегая этими эффектами, по-прежнему продолжая полагаться на теорию Эйнштейна, мы увидим, что сжатие пространства продолжится вплоть до катастрофы: тонкая длинная трубка продолжит вытягиваться и истончаться, пока не схлопнется в линию (заодно раздавив и нас).

А потом? А потом – всё. Пространство сплющено, время закончилось, мы уперлись в стену. Если считать, что уравнения Эйнштейна по-прежнему работают, время действительно заканчивается.

Значит, сингулярная, квантовая область находится в будущем – там, где трубка схлопывается в линию и становится бесконечно длинной. Вопреки тому, как продолжают считать некоторые, она не в центре шара, где расположена черная дыра и где нет ничего, кроме падающей на себя (коллапсирующей) звезды. Это недоразумение и есть источник путаницы в вопросе о черных дырах.

Другими словами, при желании понять происходящее с черной дырой противопоказано считать ее стационарным конусом с сингулярностью в центре. Ее надо представлять в виде длинной трубы, на дне которой прячется звезда, ее породившая: труба вытягивается и сужается, а в будущем схлопывается в линию. Сингулярность не в центре, а после. Это и есть ключевой момент нашей истории.

Вот где мы в конце концов окажемся, падая внутрь черной дыры. «Всех ниже, всех темней, всех дальше он // От горней сферы, связь миров кружащей» [13].

Вот мы и пришли к квантовой зоне. И что теперь?

Уравнений Эйнштейна, самых прекрасных среди физических уравнений, самых надежных провожатых на протяжении всей моей научной карьеры, уже недостаточно. Мы остались без поводыря. «Но мой Вергилий в этот миг нежданный // Исчез, Вергилий, мой отец и вождь, // Вергилий, мне для избавленья данный» [14].

Куда же дальше? Вот об этом мы и говорили с Хэлом в тот день в Марселе.

7

Что делать, оказавшись без помощи наставников? Может быть, без звезд плавать и неплохо, но как научиться тому, чего мы еще не знаем?

Чтобы научиться чему-то новому, можно, например, сходить и посмотреть. Заглянуть за холм. Для этого дети покидают родной дом и отправляются путешествовать. А если кто-нибудь уже сходил туда, то всё, что он узнал, дойдет до нас в виде рассказа, лекции, книги или страницы в Википедии. Аристотель и Теофраст отправляются на остров Лесбос, чтобы рассмотреть рыбок, моллюсков, птиц, животных и растения, описывают их в нескольких книгах и открывают мир биологии.

Чтобы заглянуть подальше, у нас есть приборы. Галилей наводит телескоп на небо и видит то, что мы, люди, даже представить себе не могли, представляя нашему взору бескрайний мир астрономии. Физики анализируют спектры элементов и собирают данные об атомах, открывая дверь в мир квантов. В основе многих новых знаний лежат точные наблюдения. Но мы не можем ни добраться до дна черной дыры, ни взглянуть на него, потому что даже свет не способен выбраться оттуда…

Туда, куда не отправишься физически, можно совершить мысленное путешествие. Поменять перспективу в воображении, чтобы увидеть вещи с другого ракурса.

Список в главе 4 открывает Анаксимандр – первый человек, составивший географические карты. Что это такое? Это изображение обширной территории, какой она предстала бы, гляди мы на нее с высоты птичьего полета или даже выше. Цивилизации, путешествия и торговля существовали уже тысячи лет, но до карт никто не додумался. Этот скачок дался нелегко. Мы привыкли видеть Землю с близкого расстояния – разве кто-нибудь глядел на нее с такой высоты? Представить себя орлом и задаться вопросом, что мы увидим с небес, – в этом и состоит смена перспективы. У Анаксимандра оказалось достаточно воображения. Так что именно он первым догадался, какой Армстронг и Коллинз увидят Землю с Луны.

Или величайший астроном древности – Гиппарх. Один из полученных им результатов замечательно показывает, насколько эффективным может быть воображаемое путешествие. Речь идет об оценке расстояния до Луны. Посмотрите на следующий рисунок (он не в масштабе – на самом деле Солнце гораздо дальше и намного крупнее), я снабдил его пояснениями самого Гиппарха.

Первый шаг в этом изысканном геометрическом рассуждении таков: «А что бы я увидел, если бы дошел до вершины конуса земной тени?» Гиппарх представляет себя там, наверху, далеко-далеко от Земли, в межпланетном пространстве, и оборачивается, чтобы взглянуть, как Земля закрывает Солнце… Да, в своем воображении.

Он воображает, будто долетел до вершины конуса земной тени, чтобы оглянуться. Теперь Земля для него закрывает Солнце, и угол α равен половине угла, под которым видно Солнце. Угол β равен половине видимого размера Луны. Солнце и Луна кажутся одинаковыми, следовательно, α = β. И тогда Евклидова геометрия говорит нам, что две пунктирные линии параллельны. Меж тем из рисунка видно, что радиус Луны плюс радиус тени (в том месте, где находится Луна) в сумме дают радиус Земли. Наблюдения затмения показывают, что радиус диска тени в два с половиной раза больше радиуса Луны, а радиус Земли – втрое. Монета диаметром 1 сантиметр на расстоянии 110 сантиметров в точности закрывает лунный диск от нашего взора (проверьте!), следовательно, расстояние до Луны в 110 раз больше ее диаметра. А значит, расстояние до Луны составляет 110, деленное на 3,5, то есть около 30 земных диаметров. Совершенно верно. Гениально! И все это на основе простых наблюдений невооруженным глазом, которые любой может выполнить у себя в саду!

Коперник глядит на Солнечную систему, как будто видит ее, стоя на Солнце. Кеплер летает на метле своей матери. Эйнштейн задумывается, что бы он увидел, если бы прокатился на луче света… Вот что значит помещать себя в ситуации, все более далекие от повседневного опыта. Воображать, будто смотришь на все с другой точки зрения. Представлять, какой бы мы увидели черную дыру, если бы вошли в нее.

•

Но как это – «пойти и взглянуть» мысленным взором? Анаксимандр не парил в небе с орлами, Кеплер не летал