Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс - [35]

Необходимость отправить в отставку классическую идею пространства-времени в качестве фундаментального понятия очевидна и основательна – и явного преемника для нее пока не видно. Есть различные способы интерпретировать тот факт, что законы природы в конечном счете оказываются квантовыми. Некоторые из них выглядят перспективными, но ни один пока не смог разрешить загадок, над которыми мы бьемся десятки лет, – загадок черных дыр и космологии. Появление такого преемника может стать ключевым элементом следующей крупной революции в физике.

Одна Вселенная Аманда Гефтер

Научный обозреватель, консультант журнала New Scientist. Автор книги Trespassing on Einstein’s Lawn[24].

У физиков есть освященная временем традиция поднимать на смех наши самые важные интуитивные представления. Теория относительности Эйнштейна заставила нас отказаться от понятия абсолютного пространства и времени, а квантовая механика – чуть ли не от всех остальных понятий. И все же одна упрямая идея устояла: это идея Вселенной.

Разумеется, с годами наша картина Вселенной эволюционировала – ее история динамична, она расширяется с самого зарождения, и это расширение ускоряется. Нашу Вселенную даже низвели до всего лишь одной из множества ячеек Мультивселенной, состоящей из бесконечных вселенных, навеки разделенных горизонтами событий. Но мы всё еще цепляемся за веру в то, что мы, обитатели Млечного Пути, живем в едином пространстве-времени, нашем общем уголке космоса – в нашей Вселенной.

В последние годы, однако, идея единого и общего пространства-времени предложила физике новую головоломку – стремительно нарастающий информационный парадокс. Первый сигнал того, что что-то неладно, подал Стивен Хокинг в своей эпохальной работе 1970-х годов, в которой он показал, что черные дыры излучают и поэтому постепенно испаряются, исчезая из Вселенной и, предположительно, унося с собой какую-то квантовую информацию. А между тем квантовая механика исходит из того, что информация в принципе не может быть потеряна.

Возникает парадоксальное противоречие. Однажды упав в черную дыру, информация не может выбраться назад, если только ее скорость не выше скорости света, что противоречило бы теории относительности. Следовательно, единственный способ сохранить информацию – это показать прежде всего, что она никогда не падала в черную дыру.

С точки зрения ускоряющегося наблюдателя, который остается вне черной дыры, сделать это не так уж трудно. Находясь в этом положении, он видит, что, благодаря релятивистским эффектам, информация по мере приближения к черной дыре растягивается и замедляется, а потом испепеляется жаром излучения Хокинга, не успев пересечь горизонт.

Однако совсем другое дело – движущийся по инерции наблюдатель, который падает в черную дыру, проходит через горизонт и при этом не замечает никаких странных релятивистских эффектов хокинговской радиации – спасибо принципу эквивалентности Эйнштейна. Для этого наблюдателя информация спокойно проваливается в черную дыру – иначе у теории относительности возникнут проблемы. Иными словами, чтобы соблюсти все законы физики, нужно, чтобы всякий бит информации оставался вне черной дыры, пока его клон падает в черную дыру. Кстати, чуть не забыла кое-что напоследок: квантовая механика запрещает клонирование.

Стэнфордский физик Леонард Сасскинд в конечном счете разрешил информационный парадокс, настаивая на том, что мы должны ограничить свое описание мира либо частью пространства-времени по эту сторону от горизонта черной дыры, либо внутренностью черной дыры. Каждое описание внутренне непротиворечиво – законы физики окажутся нарушены только в том случае, если говорить сразу и о том, и о другом. Это явление стали называть обобщенной дополнительностью, и оно говорит нам, что внутренность черной дыры и ее окрестности – это не составные части единой Вселенной. Это две вселенные, но только совершенно разного рода.

С помощью обобщенного принципа дополнительности удавалось справляться с информационным парадоксом до 2012 года, когда физическое сообщество было потрясено новой, еще более мучительной головоломкой – так называемым парадоксом файрвола (firewall paradox). В этом случае два наших наблюдателя сталкиваются с противоречащими друг другу квантовыми описаниями одного и того же бита информации, но теперь противоречие возникает, когда оба наблюдателя находятся по одну сторону от горизонта, еще до того, как инерционный наблюдатель проваливается внутрь него. То есть когда они, вероятно, находятся в одной и той же Вселенной.

Физики начинают приходить к мысли, что наилучшим решением парадокса файрвола мог бы стать сильный принцип обобщенной дополнительности – то есть мы ограничили бы наши описания не только различными областями пространства-времени, разделенными горизонтами, но и системами отсчета индивидуальных наблюдателей, где бы те ни находились – как если бы у каждого наблюдателя была его или ее собственная Вселенная.

Первая формулировка принципа обобщенной дополнительности поставила под серьезное сомнение возможность существования Мультивселенной. Если вы нарушаете физические законы, описывая две области, разделенные горизонтом, то представьте, что случится, если вы начнете описывать