Моя краткая история - [13]

Поначалу многие исследователи, включая самого Израэля, считали, что если реальные звезды не идеально сферические, то это означает, что их коллапс будет порождать голые сингулярности и разрушать предсказуемость. Однако Роджер Пенроуз и Джон Уилер выдвинули иную интерпретацию, согласно которой остаток, возникший в результате гравитационного коллапса невращающейся звезды, быстро придет к сферическому состоянию. Они предположили, что имеет место космическая цензура: природа стыдлива и скрывает сингулярности в черных дырах – там, где их нельзя увидеть.

На двери моего кабинета в отделении прикладной математики и теоретической физики была огромная наклейка, гласящая: «Черные дыры не видны»[16]. Это так раздражало главу факультета, что он затеял мое избрание лукасовским профессором[17], а это, согласно штатному расписанию, повлекло мой переезд в более хороший кабинет. Затем он лично сорвал с двери оскорбительную надпись.

Моя работа, связанная с черными дырами, началась с яркой догадки, посетившей меня в 1970 году, через несколько дней после рождения моей дочери Люси. Я уже собирался лечь спать, и вдруг меня осенило, что к черным дырам можно применить теорию причинностной структуры, разработанную мной для теорем о сингулярности. В частности, площадь горизонта – границы черной дыры – всегда должна возрастать. Когда две черные дыры сталкиваются и сливаются, площадь получившейся в результате черной дыры превышает сумму площадей горизонтов исходных дыр. Это и другие свойства, открытые Джимом Бардиным, Брэндоном Картером и мной, наводили на мысль о том, что эта площадь ведет себя как энтропия черной дыры. То есть она должна быть мерой того, сколько у черной дыры может быть внутренних состояний, одинаково выглядящих снаружи. Но площадь не могла быть энтропией, поскольку если допустить наличие у черных дыр энтропии, то они должны также иметь температуру и светиться подобно нагретым телам. Но все считали, что черные дыры абсолютно черные и не испускают ни света, ни чего-либо еще.

Это был восхитительный период, кульминацией которого стала летняя школа 1972 года в Лез-Уше[18], где мы решили большинство серьезных проблем теории черных дыр. В частности, мы с Дэвидом Робинсоном доказали теорему о том, что «черные дыры не имеют волос», которая утверждает, что черная дыра задается указанием всего лишь двух параметров – массы и вращения. Это вновь указывало на то, что у черных дыр есть энтропия, поскольку много разных звезд при коллапсе могут породить черные дыры с одинаковыми массами и вращением.

Космологический юмор, часть первая: «Природа не терпит голых сингулярностей» – принт на футболке, который я сделал, чтобы отдать ее в счет проигранного пари.

Вся эта теория была разработана, прежде чем появились какие-либо результаты наблюдений, свидетельствующие о существовании черных дыр, что показывает, как ошибался Фейнман, когда говорил, что активная область исследований должна подпитываться экспериментально. Единственной проблемой, которую так и не удалось решить, было доказательство гипотезы космической цензуры, хотя множество попыток опровергнуть ее окончились неудачей. Эта гипотеза является фундаментальной для всех работ по черным дырам, так что я был очень заинтересован в том, чтобы она оказалась верной. Я даже заключил пари с Кипом Торном и Джоном Прескиллом. Выиграть это пари мне будет трудно, а вот проиграть вполне могу, если кто-нибудь найдет контрпример с голой сингулярностью. На самом деле я проиграл раннюю версию этого пари, потому что был недостаточно внимателен к формулировкам. Торн и Прескилл были не очень обрадованы футболкой, которую они получили от меня в качестве выигрыша.

Мы достигли таких успехов в классической общей теории относительности, что в конце 1973 года, после публикации «Крупномасштабной структуры пространства-времени», я до некоторой степени остался без дела. Моя работа с Пенроузом показала, что общая теория относительности должна нарушаться в сингулярностях. Так что следующим шагом, несомненно, должно было стать объединение общей теории относительности, описывающей очень большое, с квантовой теорией, описывающей очень малое. У меня не было подготовки в области квантовой механики, а проблема сингулярности казалась в то время слишком сложной для лобовой атаки. Так что для разогрева я рассмотрел, как частицы и поля, подчиняющиеся квантовой теории, будут вести себя вблизи черной дыры. В частности, меня интересовало, можно ли создать атомы, ядром которых будет крошечная первичная черная дыра, образовавшаяся в ранней Вселенной.

Космологический юмор, часть вторая: пари с Джоном Прескиллом (см. текст справа)

Учитывая, что Стивен Хокинг и Кип Торн твердо уверены в том, что информация, проглоченная черной дырой, навсегда скрыта от окружающей Вселенной и никогда не может быть извлечена, даже если черная дыра испарится и полностью исчезнет, и учитывая, что Джон Прескилл твердо уверен в том, что механизм для выхода информации из испаряющейся черной дыры должен быть и будет найден в корректной теории гравитации, Прескилл предлагает, а Хокинг и Торн принимают следующее пари: когда начальное чистое квантовое состояние подвергается гравитационному коллапсу с образованием черной дыры, окончательное состояние в конце испарения черной дыры всегда будет чистым квантовым состоянием.