Черные дыры. Лекции BBC - [7]

В концепции детерминизма Лапласа для предсказания будущего поведения некоторой системы необходимо знать точные положения и скорости всех частиц этой системы в некоторый момент времени. Но ведь есть принцип неопределенности Гейзенберга, который был сформулирован им в 1923 году и лег в основу квантовой механики[17].

Он постулирует, что чем более точно вы определяете положения частиц, тем менее точно вы можете определить их скорости, и наоборот. Другими словами, невозможно точно знать и положения, и скорости частиц. Как же тогда точно предсказать будущее поведение системы? Ответ такой: хотя и нельзя предсказать отдельно положения и скорости, но можно прогнозировать то, что называется «квантовым состоянием». Квантовое состояние – это нечто такое, из чего могут быть выведены и положения, и скорости, но только с некоторой точностью. Мы по-прежнему считаем, что Вселенная должна быть детерминированной – в том смысле, что если мы знаем квантовое состояние Вселенной в некоторый момент времени, то с помощью законов физики мы можем предсказать квантовое состоянии Вселенной в любой другой момент времени.

Д. Ш.: Начав с объяснений того, что происходит вблизи горизонта событий черной дыры, мы углубились в исследование некоторых важных философских вопросов в науке – перешли от точного, как часы, мира Ньютона к законам Лапласа, а потом к неопределенности Гейзенберга – и к тем аспектам, где его принцип перестает быть бесспорным ввиду загадочных свойств черных дыр. По сути, если согласно общей теории относительности Эйнштейна попадающая в черную дыру информация уничтожается, в квантовой теории информация не может быть уничтожена.

Если информация навсегда исчезает в черной дыре, мы не сможем предсказать будущее, потому что черная дыра может излучать любой набор частиц. Она может в принципе излучать работающие телевизоры или полное собрание сочинений Шекспира в кожаном переплете, хотя вероятность таких «экзотических излучений» будет ничтожно мала. На первый взгляд может показаться, что невозможность предсказать, что именно выйдет из черной дыры, не слишком-то важна. Рядом с нами ведь нет черных дыр. Но это дело принципа.

Если детерминизм, то есть предсказуемость Вселенной, нарушается при наличии черных дыр, то он может нарушиться и в другом контексте. Что еще хуже, если детерминизм в принципе может нарушаться, мы не можем быть уверенными не только в предсказании будущего, но и в знании прошлого. Учебники истории, наши воспоминания – все может оказаться иллюзией. Прошлое – это то, что рассказывает нам о том, кто мы есть. Не зная этого, мы теряем самих себя.

И поэтому чрезвычайно важно понять, действительно ли в черных дырах информация исчезает навсегда или гипотетически она может быть восстановлена. Многие ученые придерживались того мнения, что информация не теряется, но никто не предложил механизма, который помог бы ее сохранить17. Я думаю, что нашел ответ. Он имеет отношение к идее Ричарда Фейнмана, согласно которой вместо одной истории есть множество возможных историй, и все они разновероятны[18]. При таком подходе существуют два вида истории: в одной есть черная дыра, в которую могут падать частицы, а в другой ничего такого нет.

Вообще говоря, с точки зрения внешнего наблюдателя нельзя быть уверенным наверняка, существует черная дыра или нет. Так что всегда есть шанс, что черной дыры нет [19]. Такой возможности достаточно для сохранения информации, однако информация возвращается в виде, сложном для восприятия. Это как сжечь энциклопедию: в буквальном смысле информация не теряется, если сохранить весь дым и пепел, но такую книгу очень и очень трудно читать… Кип Торн и я поспорили с другими физиком, Джоном Прескиллом, что информация теряется в черных дырах. Но я обнаружил, что информация может быть сохранена, и проиграл. Тогда я подарил Джону Прескиллу энциклопедию. Быть может, нужно было вручить ему ее пепел.

Д. Ш.: Теоретически – и с чисто детерминистической позиции по отношению ко Вселенной – вы можете сжечь энциклопедию, а потом восстановить ее в том случае, если вам известны характеристики и положение каждого атома, который составлял каждую молекулу чернил и бумаги, и если вы можете отследить их в любой момент времени.

В настоящее время я работаю в Кембридже с моими коллегами Малколмом Перри и Эндрю Стромингером из Гарварда над новой теорией, в основе которой лежит математическая модель, называемая супертрансляцией. Мы хотим разработать механизм возвращения информации из черной дыры. Согласно нашей теории, информация кодируется на горизонте событий черной дыры. Нужно просто посмотреть внимательнее в нужное место!

Д. Ш.: С тех пор как были записаны эти лекции, профессор Хокинг и его коллеги опубликовали статью, где приводится пример математических расчетов, показывающих, как информация может быть сохранена на горизонте событий черной дыры. Их теория основана на преобразовании информации в двумерную проекцию в результате процедуры супертрансляции[20]. Статья, названная «Мягкие волосы черной дыры», позволяет познакомиться с эзотерическим характером этой области, который в полной мере иллюстрирует аннотация, приведенная в конце этой лекции. Там же рассказано о проблемах, с которыми сталкиваются ученые, пытаясь объяснить этот математический феномен.