Существуют разные подходы к решению вопроса квантовой гравитации
[261]. Идея петлевой квантовой гравитации основывается на рассуждениях Пифагора, который представлял, что берет от камня половину, от полученного куска – еще половину – и так до тех пор, пока не достигнет предела. В данном случае дюйм делится пополам – и так далее, вплоть до «атомов», или неделимых единиц пространства. Петлевая квантовая гравитация – это попытка напрямую перенести логику квантовой механики на силу гравитации. К более радикальным подходам относятся теория струн и дополнительные пространственные измерения, помимо известных трех. Переход от Ньютона к Эйнштейну и далее – от жесткого и линейного к гибкому и искривленному, а затем к туманному и дискретному – это самый важный незавершенный проект в физике. Прогресс идет медленно, а работа невероятно трудна.
В главе 1 мы увидели, что черные дыры характеризуются не только экстремальной гравитацией – для них также важны квантовые эффекты. Для любой новой теории, согласовывающей «однородный» мир искривленного пространственно-временного континуума с «зернистым» миром субатомных частиц, черные дыры оказываются самой сложной проблемой.
Эйнштейн однажды сказал, что только две вещи могут быть бесконечными: Вселенная и человеческая глупость. Насчет Вселенной он сомневался
[262]. Умнейшие люди планеты пытаются создать теорию квантовой гравитации. Возможно, они преуспеют, возможно, нет. Тем временем испытания и попытки опровержения общей теории относительности могут способствовать прогрессу. По словам другого великого физика, Ричарда Фейнмана: «Мы стараемся как можно быстрее доказать свою неправоту, поскольку только так можем двигаться вперед»
[263].
Как черные дыры влияют на пространство-время
Черную дыру можно определить как область пространственно-временного континуума, искривленную настолько, что она «выдавлена» из остальной Вселенной. И даже на некотором расстоянии от черной дыры искривление пространственно-временного континуума будет отклонять частицы и свет. О черных дырах еще не знали в тот момент, когда Эйнштейн создал общую теорию относительности, поэтому ее проверяли по гораздо более слабому эффекту – легкому отклонению света далекой звезды, проходящему у края Солнца по пути к Земле. Этот эффект проще всего наблюдать во время солнечного затмения, когда Солнце закрывается Луной и фоновые звезды становятся видимыми
[264]. В 1919 г., всего через три года после выхода статьи об общей теории относительности, Артур Эддингтон и другие ученые измерили это отклонение одновременно в Бразилии и Центральной Африке. Результаты совпали с предсказанием Эйнштейна
[265].
Эксперимент попал на передовицы большинства газет. Безусловно, драматизму ситуации способствовала ее символичность: британский ученый подтверждает работу немецкого ученого в конце длинной кровопролитной войны. Эйнштейн проснулся знаменитым. Он был абсолютно уверен в результатах. На вопрос, что бы он почувствовал, если бы экспедиция Эддингтона не подтвердила общую теорию относительности, он ответил: «Мне было бы жаль Господа. Теория в любом случае верна»
[266].
Масса отклоняет свет. Этот факт был исключительно важен для теории и репутации Эйнштейна, и удивительно, что ученый не торопился признавать его более широкие последствия. Он знал, что если лучи света проходят вблизи достаточно массивного тела, то могут отклониться так сильно, что сойдутся и дадут увеличенное или множественное изображение фонового источника. Поскольку этот процесс напоминает отклонение света линзой, ученые назвали его гравитационным линзированием. По настоянию коллеги-инженера Эйнштейн в 1936 г. наконец опубликовал статью по линзированию с удивительно осторожным предисловием: «Некоторое время назад Р. У. Мандл нанес мне визит и предложил обнародовать результаты небольших вычислений, проделанных по его настоянию. Выполняя его просьбу, я публикую это сообщение»
[267]. Он послал самоуничижительную записку редактору журнала: «Позвольте также поблагодарить вас за помощь с этой статейкой, которую мистер Мандл из меня выдавил. Ценности она почти не представляет, но бедняга счастлив»
[268].
Эйнштейн фатально заблуждался по поводу ценности гравитационного линзирования. Это один из важнейших инструментов современной астрофизики. Он используется для картирования темной материи в галактиках и во всей Вселенной, выделения темной энергии, исследования коричневых и белых карликов и обнаружения экзопланет меньше Земли (илл. 45).
Эйнштейн считал, что эффект линзирования слишком слаб и его невозможно измерить, но через считаные месяцы после появления этой статьи астроном Калтеха Фриц Цвикки понял, что миллиарды звезд, объединенные в галактики, могут вызывать линзирование, доступное для наблюдения. В своей пророческой статье он описал практически все современные виды использования гравитационного линзирования
[269]. Однако только в 1979 г. – через 40 с лишним лет – линзирование стали наблюдать. Инструментом послужила сверхмассивная черная дыра, удаленная на миллиарды световых лет.
