Гибель воображаемого космонавта и проблемы астрофизики.

Что случится с космонавтом, провалившимся в черную дыру? Очевидно, что он умрет. Но каким образом? Этот вопрос привел к «кризису основ физики, для выхода из которого, возможно, потребуется революция», по выражению одного из ученых.

В марте 2012 года Джозеф Полчинский (Joseph Polchinski) задумался о смерти, по крайней мере, в математической форме. Согласно условиям мысленного эксперимента, умереть предстояло воображаемому астронавту, которого Полчинский «отправил» в последнее путешествие за горизонт событий черной дыры.

Согласно бытовавшим до того времени представлениям, герой-мученик поначалу не должен был ощущать ничего особенного, даже миновав рубеж, из-за которого и свет не может вырваться наружу. Но в конечном итоге (через несколько часов, дней или даже недель, если черная дыра будет достаточно крупной) сила гравитационного притяжения, действующая на его ноги, станет значительно выше той, которая действует на голову (конечно, если жертва мысленного эксперимента будет падать в черную дыру ногами вперед). По мере неотвратимого приближения к центру черной дыры эта разница будет неуклонно расти, и астронавт будет разорван на части прежде, чем его останки упадут на чрезвычайно плотное ядро.

Но Полчинский и пара его учеников рассказали совсем другую историю. По их расчетам, квантовые эффекты превращают горизонт событий в бурлящий водоворот частиц, пересечь который не дано никому: бедолага-астронавт просто врезался бы в огненный барьер и был бы испепелен в мгновение ока.

Это заключение, опубликованное в июле 2012 года, не на шутку взбудоражило астрофизическое сообщество. Существование такой «стены огня» опровергает один из основополагающих физических принципов, сформулированный около века назад Альбертом Эйнштейном, на который опираются общая теория относительности (ОТО) и теория гравитации. Принцип эквивалентности предполагает, что наблюдатель, падающий в гравитационном поле (даже в столь мощном, как у черной дыры) будет ощущать то же самое, что и наблюдатель, зависший в невесомости.

Прекрасно осознавая, на что они посягают, Полчинский и его коллеги попытались найти варианты, при которых «огненная стена» не образуется, и преуспели. Но какой ценой! Теперь «подвинуться» пришлось бы квантовой механике, описывающей взаимодействие субатомных частиц.

Затем последовал шквал работ, посвященных проблеме «огненной стены», авторы которых пытались разрешить это противоречие, но к единому мнению научное сообщество так и не пришло. Стив Гиддингс (Steve Giddings), физик из Калифорнийского университета, описал ситуацию как «кризис основ физики, для выхода из которого, возможно, потребуется революция».

И вот эксперты по черным дырам, в принципе, уже готовые к «революции», собрались в лаборатории физики элементарных частиц близ Женевы - CERN. Но все же они надеялись отыскать пути к ускользающей от ученых на протяжении десятилетий единой теории квантовой гравитации, в рамках которой мирно сосуществуют все известные фундаментальные взаимодействия.

«Идея «огненной стены» потрясает основы представлений о черных дырах большинства из нас, - сказал в самом начале своей речи на конференции Рафаэль Буссо (Raphael Bousso), специалист по теории струн из Университета Калифорнии. - Она создает разрыв между квантовой механикой и теорией относительности, не давая нам ни единого намека, куда двигаться дальше».

История неразберихи

Первые ростки кризиса начали прорастать в 1974 году, когда Стивен Хокинг показал, что черная дыра обладает температурой. Квантовые эффекты на границе горизонта событий приводят к образованию не только виртуальных, но и реальных пар частица-античастица, и если одна из них окажется вне горизонта событий, а другая - внутри, то первая покинет черную дыру. Таким образом, черная дыра, оставленная без «подпитки» извне, будет терять массу и в конце концов испарится.

Эти частицы - еще не «огненная стена», и космонавт, пересекающий горизонт событий, даже не заметит этого излучения. Но работа Хокинга впервые показала, что черные дыры могут не только поглощать массу и расти, как следует из уравнений ОТО. Первоначальный анализ Хокинга был расширен, уточнен и к настоящему времени принят большинством ученых. Но на его основе формулируется информационный парадокс, расшатывающий треножник квантовой механики, которая утверждает, что информация не может быть уничтожена......