На испарение черной дыры требуется много времени. Черная дыра в 3 × 109 солнечных масс, подобная той, что находится в центре галактики М87, в настоящее время испускает тепловое излучение с температурой около 2 × 10–17 К – в основном в виде фотонов и гравитонов. По расчетам Дона Пейджа, черная дыра в 3 × 109 солнечных масс должна испариться за 3 × 1095 лет. Сегодня она активнее впитывает реликтовое излучение, чем сама испускает хокинговское. В сущности, черная дыра не начнет терять массу до тех пор, пока температура реликтового излучения не упадет до 2 × 10–17 К. Это должно произойти примерно через 700 миллиардов лет. Наконец, в результате долгого испарения черная дыра уменьшится до размера 10–33 см и исчезнет в виде всплеска исключительно высокоэнергетических гамма-лучей. Считается, что информация, которая теряется при формировании черной дыры, рано или поздно вытекает из черной дыры в виде хокинговского излучения, но в скремблированной (неупорядоченной) форме.
Подробности того, как именно такое испарение сказывается на недрах черной дыры, по-прежнему активно обсуждаются. Некоторые физики считают, что античастицы (или частицы), рождающиеся прямо под горизонтом событий и парные хокинговским частицам (или античастицам), излучаемым с внешней стороны горизонта, могут образовывать файервол – стену из горячих фотонов, расположенную непосредственно перед горизонтом событий, – в ней и сгорит падающий астронавт. Возможно, этот эффект становится существенным лишь после того, как в черной дыре испарится примерно половина массы, – а это произойдет только в отдаленном будущем. Детали зависят от свойств квантового состояния вакуума, возникающего вокруг черной дыры.
Джеймс Хартл и Хокинг обнаружили квантовое состояние, которое не приводило к вспышке на горизонте событий и «пропускало» падающего астронавта в глубины черной дыры. Когда из вакуума рождаются частица и античастица (например, электрон и позитрон), их квантовые состояния запутанны. Две эти частицы обладают взаимно противоположным спином и моментом импульса. Если измерить спин одной из них в конкретном направлении, то сразу же известно, что спин второй в этом же направлении будет противоположен. Эта закономерность сохраняется, даже если частицы находятся очень далеко друг от друга. Данный эффект озадачивал Эйнштейна, он называл его «жутким дальнодействием». Для него это был один из проблемных аспектов квантовой механики. В недавно опубликованной работе Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд – двое ведущих современных специалистов в этой сфере – отстаивают мнение, что, благодаря квантовой запутанности между излучаемыми частицами и их партнерами, остающимися за горизонтом событий, астронавт может падать в черную дыру, ничуть не разогреваясь, точно как и предполагали Хартл и Хокинг. Малдасена и Сасскинд считают, что частица и античастица в данном случае соединены крошечной микроскопичской кротовой норой. В принципе, они соприкасаются через кротовину, хотя расстояние в обычном пространстве между ними велико. Кротовая нора напоминает отверстие в столешнице, через которое муравей может переползти с верхней стороны столешницы на нижнюю. Если двигаться по плоскости стола, расстояние между двумя «устьями» норы действительно велико. Муравью пришлось бы ползти и ползти от верхнего до нижнего устья кротовой норы. Сначала ему пришлось бы доползти по столешнице до края стола, затем повернуть и ползти по нижней стороне столешницы, пока, наконец, он не добрался бы до второго устья. Муравей, который бы двигался таким образом, счел бы, что от одного устья до другого долгий путь, а другой муравей, который бы проскочил прямо через кротовину, подумал бы, что два устья расположены довольно близко. Таким образом решается эйнштейновская проблема «жуткого дальнодействия». Частица и античастица всегда близки друг к другу, так как сообщаются через кротовую нору. Интересно, что Уилер уже отмечал: линии электрического поля, сходящиеся у устья кротовой норы, могут выглядеть как электрон (на нижней части столешницы), но, появляясь из верхнего устья, такая частица выглядит уже как позитрон. Следовательно, считал он, частицы и античастицы могут сообщаться через кротовины, например, как в черной дыре, которую мы видели на диаграмме Крускала; эта черная дыра соединяет две Вселенные (и в данном случае называется «мост Эйнштейна – Розена»). Эйнштейн написал статью о жутком дальнодействии в соавторстве с Натаном Розеном и Борисом Подольским. Следовательно, считают Малдасена и Сасскинд, парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена о «жутком дальнодействии» разрешим при помощи микроскопического моста Эйнштейна – Розена! Удивительно, что Эйнштейн и Розен (а также кто бы то ни было еще) упустили эту связь! Если эта картина верна, то аспирант, по-видимому, уцелеет при пересечении горизонта событий, как изначально и предполагал Хокинг. Вот пример, демонстрирующий, какие глубокие взаимосвязи вскрыла работа Хокинга.
Помню, как я был воодушевлен, когда Хокинг прибыл к нам в Калтех, чтобы рассказать об открытии: черные дыры могут испаряться. Хокинга представил нам Кип Торн, один из крупнейших в мире специалистов по черным дырам. В аудитории присутствовал нобелевский лауреат Мюррей Гелл-Манн. Торн заверил нас, что по значимости это исследование тянет на революционное. Согласен – это один из важнейших результатов общей теории относительности со времен Эйнштейна. Все вы слышали о Стивене Хокинге, и именно это исследование принесло ему мировую славу. Некоторые из этих захватывающих событий показаны в фильме «Теория всего» (2014 год). Эдди Редмейн получил «Оскар» за то, как убедительно и точно сыграл в этом фильме Хокинга.
Глава 21
Космические струны, кротовые норы и путешествия во времени
Автор: Дж. Ричард Готт
С тех пор как я исследую проблему путешествий во времени в рамках общей теории относительности, соседские дети думают, что у меня в гараже стоит машина времени. Однажды я побывал в Калифорнии на конференции по космологии и явился туда в бирюзовой спортивной куртке. Мой коллега Роберт Киршнер, в ту пору возглавлявший астрономический факультет в Гарварде, подошел и сказал: «Рич, ты, должно быть, купил эту куртку в будущем и привез сюда, ведь такого цвета еще не изобрели!» С тех пор я называю ее «куртка из будущего» и всегда прихожу в ней читать лекции о путешествиях во времени.
Обычно я вхожу на такую лекцию в этой бирюзовой куртке и несу коричневый брифкейс. Кладу брифкейс в шкафчик и поспешно выхожу. Затем возвращаюсь в футболке. Объясняю собравшимся, что у меня назначена другая встреча, и я договорился, чтобы эту лекцию прочитал
