Изменчивый горизонт

Черные дыры получили удар по основам теории их поведения от одного из главных сторонников самой концепции черных дыр – Стивена Хокинга. Он опубликовал препринт, в котором ставит под сомнение концепцию горизонта событий черной дыры. Для нас же, фактически, горизонт событий и является самой черной дырой. Это черта, из-за которой попавшие туда материя и свет уже не могут вернуться, а значит и изучить это пространство невозможно. Основной вклад Хокинга в теорию поведения черных дыр заключается в процессе их разрушения. Несмотря на то, что черная дыра не должна выпускать ничего, попавшего за горизонт событий, такой подход верен лишь при использовании общей теории относительности. Если же обратиться к квантовой механике, то черная дыра окажется уменьшающейся. Очень редко – настолько, что при классическом подходе это невозможно – черная дыра теряет частицы. Таким образом, за счет этого излучения Хокингадыра теряет массу, свой главный параметр.

Пока что заметить излучение Хокинга не удалось, так как оно слишком слабое. Слабый поток частиц от черной дыры не так-то просто разглядеть за мощным потоком материи к дыре, рождающим излучение огромной энергии и потоки частиц, избежавших попадания за горизонт событий и теперь удаляющихся от дыры с околосветовыми скоростями. Неужели специалисты, уже годами разрабатывающие методы определения излучения Хокинга, трудятся зря? Все-таки Хокинг не отступает от идеи черных дыр, но он пытается примирить противоборствующие стороны, особенно ожесточенно спорящие вокруг горизонта черных дыр уже около 18 месяцев. Как водится, в одном лагере находятся специалисты по общей теории относительности, в другом – квантовые механики.

Экстремальные условия на горизонте событий черной дыры – отличный повод для проверки и очередной попытки соединить общую теорию относительности и квантовую механику. Последняя и наиболее остро обсуждаемая проблема в теории черных дыр – так называемая «огненная стена», которая, фактически, означает горизонт событий черной дыры. Сам Хокинг  прочел лекцию, описывающую это явление, в апреле прошлого года в Калтехе на собрании специалистов по данному вопросу.

При взгляде на черную дыру с точки зрения общей теории относительности, она оказывается устойчивым понятным объектом. Дыра окружена горизонтом событий, который для наблюдателя должен показаться темной сферой в космосе, ведь она сама не излучает, если не принимать во внимание мизерное излучение Хокинга, и не пропускает фоновое излучение далеких источников. Если особенно невезучий космонавт приблизится к черной дыре на потерявшем управлении звездолете, то при проходе горизонта событий он не почувствует никаких изменений. Это будет мирное путешествие. Правда, позже, при дальнейшем падении на дыру, его разорвет гравитационное поле.

В квантовой механике космонавт почувствует на себе мощь черной дыры намного раньше – как раз при пересечении горизонта событий. В 2012 году сотрудники Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством Йозефа Полчински выдвинули теорию неспокойного горизонта событий, как раз за которым должна находиться огненная стена, угрожающая всей падающей материи. Если черные дыры не дают попавшей внутрь горизонта событий информации вернуться наружу, и не разрушают ее, сразу за горизонтом событий поведение материи должно быть хаотичным. Выходит, обреченный космонавт оказывается в центре парадокса – он должен либо погибнуть сразу, либо подождать приближения к дыре.

Хокинг пытается разрешить этот парадокс, практически убирая понятие горизонта событий. Если нет горизонта событий, то нет и огненного вала за ним. Однако мы уже привыкли, что черная дыра обладает горизонтом событий. В конце концов, если дыра ничего не выпускает, ни материи, ни света, должна быть какая-то граница, за которую им нельзя выходить. Однако вместо сферического горизонта событий, размер которого зависит от массы черной дыры, Хокинг предлагает рассматривать изменчивый, текущий горизонт событий.

Форма границы определяется квантовомеханическими флуктуациями за горизонтом. Такой подход удовлетворяет и общей теории относительности, и квантовой механике, если сразу за горизонтом располагается область, в которой хранится огромное количество информации, которая постоянно изменяется. Взгляд на поведение информации, попадающей в черную дыру, меняется в корне. Вместо запрета ей покидать пределы горизонта событий, Хокинг теперь предлагает отпустить ее на все четыре стороны. Однако после изменений, произошедших за горизонтом событий, интерпретация такой информации становится невозможной. Выходит, что дыра и выпускает информацию, и нет.

К сожалению, предложенная Хокингом идея способна решить лишь локальный конфликт общей теории относительности и квантовой механики. Если его предположение верно, то эти два подхода все равно столкнуться, просто в еще более экстремальных условиях – например, еще ближе к черной дыре, если только человек сможет делать уверенные предположения о том, что происходит за закрытой для него дверью. Объединение двух теорий остается лучшим способом как решить главные парадоксы теоретической физики, так и вывести наше понимание Вселенной на новый уровень.