Фокусы на горизонте событий
Хокинг подозревал, что в 1981 году, в той мансарде у Вернера Эрхарда, Леонард Сасскинд “оказался единственным, кто мог вполне понять смысл моих слов”. И действительно, в последующие годы Сасскинд бился над парадоксом времени: “Почти все, о чем я думал с тех пор, так или иначе должно было привести к ответу на глубочайший вопрос Хокинга о судьбе информации, попавшей в черную дыру. Я был уверен в неправильности ответа Хокинга, но сам вопрос, настойчивость, с какой Хокинг доискивался истины, вынуждали пересмотреть основы физики”
[298]. В 1993 году, заглянув в труды Хокинга 1970-х, Сасскинд обнаружил новый способ разрешить противоречащий здравому смыслу парадокс о горизонте событий черной дыры.
Каждый, кто читал хотя бы самые популярные книги о черных дырах, знает, что опыт человека, провалившегося в черную дыру (назовем эту путешественницу Мирандой), радикально отличается от восприятия того же события для наблюдателя, остающегося снаружи (скажем, для Оуэна на борту космического корабля). Эйнштейн доказал, что при сближении двух людей на огромной скорости каждый видит, как у другого замедляются часы и как того расплющивает по направлению движения. Кроме того, поблизости от массивного объекта (а уж куда массивнее, чем черная дыра) часы тоже идут медленнее, чем на расстоянии от этого объекта.
Значит, с точки зрения наблюдателя Оуэна, Миранда падает в черную дыру все медленнее и медленнее, а ее тело раскатывается во все более тонкий блин. Наконец, когда Миранда достигает горизонта событий, Оуэну кажется, что падение прекратилось. Он не увидит, как она пройдет через горизонт событий, не увидит даже, как она соприкоснется с ним. Миранда же чувствует, что невредимой прошла через горизонт событий. Для Оуэна она застряла и сплющилась, для самой себя – продолжает падение, не изменив своей формы.
Сасскинд попытался разобраться, каким образом оба сценария могут оказаться истинными. Он напомнил, что хотя он сам и мы с вами – не падающие в черную дыру и не наблюдающие за падением с борта космического корабля – признаем внутреннюю логику обоих сценариев и обеспокоены противоречием между ними, но мы в них не участвуем. А теперь представьте, что то же самое происходит с вами и со мной. Теперь наблюдателем стану я, а вы – падайте в черную дыру. Суть в том, что если бы эта история произошла на самом деле, ни я, удаленный наблюдатель, ни вы, жертва черной дыры, не заметили и не ощутили бы противоречия: пройдя (как вам кажется, невредимым) горизонт событий, вы уже не сможете вернуться и обменяться со мной впечатлениями, не сможете и послать мне сообщение. Если я упаду вслед за вами (на какое-то время такой поворот сценария озадачил Сасскинда), все равно вы успеете настолько опередить меня на пути к сингулярности, что я не смогу вас нагнать. Мы никогда, никогда не выслушаем другую версию того же сценария – ту, что не совпадает с нашей собственной.
Сасскинд и его коллеги Ларус Торлациус и Джон Аглум назвали принцип, согласно которому ни тот ни другой наблюдатель не заметит нарушения законов природы, принципом “комплементарности горизонта”.
Припомните, что такое комплементарность: она соединяет два разных, порой взаимоисключающих описания, потому что вместе они дают более полное и точное представление, чем каждое по отдельности. В начале ХХ века Нильс Бор таким образом решил проблему дуализма частиц и волн. Экспериментируя с движением света, физики убеждаются, что свет распространяется волнами, то есть отказываются от понимания света как потока частиц, но, исследуя взаимодействия света с материей, они видят, что свет ведет себя как совокупность частиц и тем самым исключается волновая модель. К 1920 году стало ясно, что свет можно понимать и как волны, и как частицы, но ни одна модель не объясняла полностью все экспериментальные данные. И от предположения, будто свет иногда бывает волнами, а иногда частицами или же представляет собой и волны, и частицы, легче не становилось. Эта же проблема обнаружилась и в изучении материи и излучения. В 1927 году Бор писал Эйнштейну, что с этим противоречием можно как-то смириться и жить, “покуда мы не позволяем интуитивному убеждению, что материя и излучение должны быть либо волнами, либо частицами, ввести нас в искушение”
[299]. Два подхода к строению вещества и излучения казались несовместимыми, но оба были правильны и оба необходимы.
Так обстоит дело и с комплементарностью горизонта событий. Сасскинд подытожил: “Парадокс информации, воспринимаемой одновременно в двух разных местах, бросается в глаза, но внимательный анализ покажет, что тут не возникает противоречия”. “И все же это чудно”, – признает он
[300]. Герард ’т Хоофт из Утрехта ввел в 1993 году понятие “редукция измерений”. Сасскинд переименовал его в “голографический принцип”.
Посмотрим еще раз, как Миранда падает к горизонту событий, – посмотрим глазами Оуэна, который находится на борту космического корабля. Замедление времени приводит к тому, что с борта корабля кажется, будто Миранда застыла и размазалась на горизонте событий. Сасскинд указывает, что точно так же Оуэн будет воспринимать все остальное, что когда-либо участвовало в формировании черной дыры, и все, что упало в нее: все это, с его точки зрения, застыло на горизонте событий. “Черная дыра состоит из огромной свалки расплющенной материи на горизонте событий”, – посмеивался Сасскинд.
“Голографический принцип” предполагает, что информация скапливается на границе системы, а не внутри. Взгляните на голографический значок, украшающий вашу банковскую карточку: трехмерный образ разместился на двухмерной поверхности карточки. Развивая эту идею, Сасскинд сравнил черную дыру с гигантским космическим проектором, который превращает трехмерную Миранду в двухмерное изображение на поверхности горизонта событий. Итак, информация, размазанная по краю черной дыры, не погибает. Она вся сохраняется там. Ничто не утрачивается.
Весьма интересное объяснение этой ситуации предлагает теория струн – как вы помните, эта теория представляет частицы не в виде точек, но в виде крошечных петель вибрирующих струн. Вид частицы зависит от типа колебания струны. Представьте себе, как одна такая струна падает в черную дыру, а вы наблюдаете за падением со стороны, в иллюминатор космического корабля. Струна приближается к горизонту событий, и вам кажется, будто вибрация замедлилась. Струна растягивается, хранящаяся в ней информация размазывается по всему горизонту событий. Каждая новая струна ложится на предыдущие, образуется плотный клубок. Поскольку все состоит из струн, все, что попадает в черную дыру, размазывается таким образом. Возникает гигантский клубок струн, покрывающий поверхность черной дыры и хранящий все огромное количество информации, которая упала в черную дыру в пору ее формирования и позднее. Здесь, на горизонте событий, находится все, что “упало в черную дыру”. С точки зрения наблюдателя, в дыру ничего не падает: все останавливается на горизонте событий и в дальнейшем излучается обратно в пространство.
