Знание-сила, 2001 № 08 (890) - [15]

Вам может показаться, что эти космологи занимаются за государственный счет всякими глупостями: есть ли у дыры волосы да куда уроненная энциклопедия исчезает, но на самом деле это самые что ни на есть серьезные физические вопросы, даже можно сказать – весьма глубокие вопросы. От их решения зависит, какой быть будущей физике. Дело в том, что эта будущая физика должна объединить два доселе не объединенных (и никак доселе не объелиниvibix) столпа нынешней науки – теорию гравитации и квантовую теорию. Как метко сказал один из крупных современных физиков, «мы еще не знаем, как будет выглядеть результат такого объединения, но мы уже можем наверняка сказать, что ни теория гравитации, ни квантовая теория не выйдут из этого объединения такими, какими они выглядят сегодня». Оказывается, вопрос о том, исчезает или не исчезает информация в черной дыре, напрямую связан с вопросом о том, существуют ли у этой дыры «волосы» (мы сейчас скажем, как это понимать), а оба они вместе – с тем, какой из «столпов» современной науки – теорию гравитации или квантовую теорию – нужно изменить, дабы наконец добиться их объединения.

Чтобы убедиться в вышесказанном, присмотримся к аргументации доктора Прескилла Свое убеждение, что информация должна сохраняться, он основывает на том фундаментальном факте, что уравнения квантовой теории, описывающие движение микрочастиц, обратимы во времени. Если происходит реакция, в ходе которой одна такая частица превращается в несколько других, а те еще в несколько других, то обратимость уравнений означает, что, «обратив время» (то есть рассматривая реакцию, обратную данной), можно по конечным продуктам такого распада восстановить исходную картину. Понятно, что если природа допускает утрату информации, то такое восстановление окажется не всегда возможным: будет недоставать информации о каких-то промежуточных этапах. По мнению Прескилла, такая «утечка информации» в одном каком-то месте (пусть и в черной дыре) обязательно должна вызвать появление утечки и в других местах – это превратилось бы в «информационную эпидемию», и мы давно должны были бы ее заметить, как бы ни были малы ее последствия.

Доктор Прескилл связывает сохранение информации с сохранением энергаи. На ранних этапах становления квантовой теории, в двадцатые годы, было много разговоров о том, что в микромире закон сохранения энергии, возможно, нарушается. Эти разговоры были вызваны результатами исследования процессов так называемой бета-радиоактивности, в ходе которых часть энергии действительно как будто бы исчезала. Позже, однако, удалось установить, что эту недостающую энергию уносит с собой появляющаяся в ходе распада, но трудноуловимая частица нейтрино, и с тех пор незыблемый закон сохранения энергии стал, если это возможно, «еще незыблемей». Прескилл указывает, что всякая передача информации неизбежно связана с затратой энергии, поэтому бесследное исчезновение информации влекло бы за собой бесследное исчезновение соответствующей энергии, то есть нарушение незыблемого закона ее сохранения. Отсюда следует, что аналогично закону сохранения энергии должен существовать закон сохранения информации.

На первый взгляд, против этого можно выдвинуть сразу несколько возражений. Ну, например, такое: все мы свидетели того, что информацию можно уничтожить. Моден, правда, афоризм, будто рукописи не горят, но ни для кого не секрет, что на самом деле они горят и, увы, еще как горят! Синим пламенем, как говорится. Но на это доктор Прескилл отвечает, что информация здесь в действительности не исчезает, а превращается в языки этого пламени; их форма и другие особенности зависят от сжигаемой рукописи, в конечном счете – даже от вида и расположения буквочек на ней. В принципе, говорит он, эту информацию можно восстановить именно по этим языкам пламени. (Нечто подобное некогда утверждал писатель-фантаст Иван Ефремов относительно «голосов минувшего», якобы записывающихся в складках песчаных отложений. В его одноименном рассказе специальный прибор восстанавливал эти голоса, скользя по таким складкам, как игла по пластинке.) Доктор Прескилл идет еще дальше, он утверждает, что информация не исчезает бесследно даже «в конце времен», когда Вселенная умирает «тепловой смертью», достигая максимума энтропии, или, что то же самое, превращая все упорядоченные виды движения в совершенно хаотическое тепловое движение атомов и частиц. Мы как раз хотели выдвинуть против доктора Прескилла это очередное возражение насчет «тепловой смерти Вселенной», но он нас опередил, потому что и сам об этом думал. Он додумался до того, что информация и здесь не исчезает, потому что и здесь она всего лишь переходит в «иную форму». И вообше, говорит доктор Прескилл, какой бы бесследной ни казалась нам в том или ином случае утрата информации. Господь, грубо говоря, все равно знает, куда она девалась и где она скрыта.

Но вот когда информация проваливается в черную дыру – о, тут ситуация резко меняется. Казалось бы, не нужен Бог, чтобы и тут сказать, где она скрыта: в той самой дыре, конечно. Разве нет? Увы, нет. И вот почему. Как показал (еще в середине семидесятых годов) вышеупомянутый нами Хокинг, законы квантовой механики, если приложить их к черной дыре, требуют, чтобы она потихоньку еще и излучала, как тот царь, который ко всем своим царским делам немного еще и портняжничал. Наглядно говоря, такая дыра благодаря своей огромной массе так искривляет пространство около себя, что на ее «горизонте» (той воображаемой границе, из-под которой ничто уже не может вернуться наружу) спонтанно и непрерывно возникают пары «частица – античастица»; и если одна из частиц такой пары возникнет над «горизонтом», то она может улететь в космос, оставив своего «партнера»-неудач ни ка «под горизонтом». Этот процесс и ведет к постепенному «испарению дыры». А вместе с этим «испарением» уносится в космос и все, что когда-либо упало в дыру, включая информацию. (Кстати говоря, по Хокингу, конечным результатом такого квантового «испарения» должно стать полное «схлопывание» исходной дыры, то есть ее исчезновение.)