Практическая польза от гравитационных волн
Алена Лепилина
Вчера мир потрясла сенсация: ученые наконец-то обнаружили гравитационные волны, существование которых предсказывал Эйнштейн еще сто лет назад. Это прорыв. Искажение пространства-времени (это и есть гравитационные волны — сейчас объясним, что к чему) обнаружили в обсерватории ЛИГО, а одним из ее основателей является — кто бы вы думали? — Кип Торн, автор книги «Интерстеллар. Наука за кадром».
Рассказываем, почему открытие гравитационных волн так важно, что сказал Марк Цукерберг и, конечно, делимся историей от первого лица. Кип Торн как никто другой знает, как устроен проект, в чем его необычность и какое значение ЛИГО имеет для человечества. Да-да, все так серьезно.
Открытие гравитационных волн
Научный мир навсегда запомнит дату 11 февраля 2016. В этот день участники проекта ЛИГО (LIGO) объявили: после стольких тщетных попыток гравитационные волны найдены. Это реальность. На самом деле их обнаружили немного раньше: в сентябре 2015 года, но вчера открытие было признано официально. В The Guardian считают, что ученые непременно получат Нобелевскую премию по физике.
Причина гравитационных волн — столкновение двух черных дыр, которое произошло аж… в миллиарде световых лет от Земли. Представляете, насколько огромна наша Вселенная! Так как черные дыры — очень массивные тела, они пускают «рябь» по пространству-времени, немного его искажая. Вот и появляются волны, похожие на те, которые распространяются от камня, брошенного в воду.
Полученные колебания преобразовали в звук. Интересно, что сигнал от гравитационных волн приходит примерно на той же частоте, что и наша речь. Так что мы можем своими ушами услышать, как сталкиваются черные дыры. Послушайте, как звучат гравитационные волны.
И знаете что? Совсем недавно Стивен Хокинг заявил, что черные дыры устроены не так, как считалось раньше. Но ведь доказательств того, что они в принципе существуют, не было вовсе. А теперь есть. Черные дыры действительно «живут» во Вселенной.
Так, по мнению ученых, выглядит катастрофа – слияние черных дыр, — источник.
11 февраля состоялась грандиозная конференция, куда съехались больше тысячи ученых из 15 стран. Российские ученые тоже присутствовали. И, конечно, не обошлось без Кипа Торна. «Это открытие — начало изумительного, великолепного квеста для людей: поиска и исследования искривленной стороны Вселенной — объектов и явлений, созданных из искаженного пространства-времени. Столкновение черных дыр и гравитационные волны — наши первые замечательные образцы», — сказал Кип Торн.
Поиск гравитационных волн был одной из главных проблем физики. Теперь они найдены. И гений Эйнштейна подтвержден вновь.
В октябре мы взяли интервью у Сергея Попова, отечественного астрофизика и известного популяризатора науки. Он как в воду глядел! Осенью Сергей Попов сказал: «Мне кажется, что сейчас мы стоим на пороге новых открытий, что в первую очередь связано с работой детекторов гравитационных волн LIGO и VIRGO (Кип Торн как раз внес большой вклад в создание проекта LIGO)». Удивительно, правда?
Гравитационные волны, детекторы волн и LIGO
В книге «Интерстеллар. Наука за кадром» Кип Торн рассказывает: «Я был одним из основателей проекта ЛИГО в 1983 году (вместе с Райнером Вайсом из Массачусетского технологического института и Рональдом Дривером из Калтеха). Я сформулировал научные позиции ЛИГО и два десятка лет упорно работал, помогая воплотить этот проект в жизнь. Сейчас проект ЛИГО близок к готовности, и уже в этом десятилетии ожидается первая регистрация гравитационных волн». А ведь это — ожидание больших открытий — было совсем недавно. Сегодня это свершилось.
Что ж, а теперь немного физики. Для тех, кто действительно хочется разобраться в том, что такое гравитационные волны. Вот художественное изображение тендекс-линий двух черных дыр, которые вращаются по орбитам друг вокруг друга, против часовой стрелки, и затем сталкиваются. Тендекс-линии порождают приливную гравитацию. Идем дальше. Линии, которые исходят из двух наиболее удаленных друг от друга точек на поверхностях пары черных дыр, растягивают все на своем пути, включая попавшую на рисунок подругу художницы. Линии же, исходящие из области столкновения, все сжимают.
Когда дыры вращаются одна вокруг другой, они увлекают следом свои тендекс-линии, которые походят на струи воды из крутящейся поливалки на газоне. На рисунке из книги «Интерстеллар. Наука за кадром» — пара черных дыр, которые сталкиваются, вращаясь одна вокруг другой против часовой стрелки, и их тендекс-линии.
Черные дыры объединяются в одну большую дыру; она деформирована и вращается против часовой стрелки, увлекая за собой тендекс-линии. Неподвижный наблюдатель, находящийся вдали от дыры, почувствует колебания, когда через него будут проходить тендекс-линии: растяжение, затем сжатие, затем растяжение — тендекс-линии стали гравитационной волной. По мере распространения волн деформация черной дыры постепенно уменьшается, и волны также ослабевают.
Когда эти волны достигают Земли, они имеют вид, показанный в верхней части рисунка ниже. Они растягивают в одном направлении и сжимают в другом. Растяжения и сжатия колеблются (от красного вправо-влево, к синему вправо-влево, к красному вправо-влево и т. д.) по мере того, как волны проходят через детектор в нижней части рисунка.
Гравитационные волны, проходящие через детектор ЛИГО.
Детектор представляет собой четыре больших зеркала (40 килограммов, 34 сантиметра в диаметре), которые закреплены на концах двух перпендикулярных труб, называемых плечами детектора. Тендекс-линии гравитационных волн растягивают одно плечо, сжимая при этом второе, а затем, наоборот, сжимают первое и растягивают второе. И так снова и снова. При периодическом изменении длины плеч зеркала смещаются друг относительно друга, и эти смещения отслеживаются с помощью лазерных лучей способом, который называется интерферометрией. Отсюда и название ЛИГО: Лазерно-интерферометрическая гравитационноволновая обсерватория.
Центр управления ЛИГО, откуда отправляют команды детектору и следят за полученными сигналами. Гравитационные детекторы ЛИГО расположены в Хэнфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана. Фото из книги «Интерстеллар. Наука за кадром»
Сейчас ЛИГО — интернациональный проект, в котором участвует 900 ученых из разных стран, со штабом, расположенным в Калифорнийском технологическом институте.
Искривленная сторона Вселенной
Черные дыры, червоточины, сингулярности, гравитационные аномалии и измерения высшего порядка связаны с искривлениями пространства и времени. Поэтому Кип Торн называет их «искривленной стороной Вселенной». У человечества до сих пор очень мало экспериментальных и наблюдательных данных с искривленной стороны Вселенной. Вот почему мы столько внимания отдаем гравитационным волнам: они состоят из искривленного пространства и предоставляют наиболее доступный для нас способ исследовать искривленную сторону.
Представьте, что вам приходилось видеть океан, только когда он спокоен. Вы бы знать не знали о течениях, водоворотах и штормовых волнах. Это напоминает наши сегодняшние знания об искривлении пространства и времени.
Мы почти ничего не знаем о том, как искривленное пространство и искривленное время ведут себя «в шторм» — когда форма пространства бурно колеблется и когда колеблется скорость течения времени. Это необыкновенно манящий рубеж знаний. Ученый Джон Уилер придумал для этих изменений термин «геометродинамика»
Особый интерес в области геометродинамики представляет столкновение двух черных дыр.
Столкновение двух невращающихся черных дыр. Модель из книги «Интерстеллар. Наука за кадром»
На рисунке выше изображен момент столкновения двух черных дыр. Как раз такое событие позволило ученым зафиксировать гравитационные волны. Эта модель построена для невращающихся черных дыр. Сверху: орбиты и тени дыр, вид из нашей Вселенной. Посередине: искривленное пространство и время, вид из балка (многомерного гиперпространства); стрелками показано, как пространство вовлекается в движение, а изменяющимися цветами — как искривляется время. Снизу: форма испускаемых гравитационных волн.
Гравитационные волны от Большого взрыва
Слово Кипу Торну. «В 1975 году Леонид Грищук, мой добрый приятель из России, сделал сенсационное заявление. Он сказал, что в момент Большого взрыва возникло множество гравитационных волн, причем механизм их возникновения (прежде неизвестный) был таков: квантовые флуктуации (случайные колебания — прим. ред) гравитационного поля при Большом взрыве были многократно усилены первоначальным расширением Вселенной и так стали изначальными гравитационными волнами. Эти волны, если их удастся обнаружить, могут рассказать нам, что происходило в момент зарождения нашей Вселенной».
Если ученые найдут первоначальные гравитационные волны, мы узнаем, как зародилась Вселенная.
Люди разгадали далеко на все загадки Вселенной. Все еще впереди.
В последующие годы, по мере того как совершенствовались наши представления о Большом взрыве, стало очевидно: эти изначальные волны должны быть сильными на длинах волн, соизмеримых с величиной видимой Вселенной, то есть на длинах в миллиарды световых лет. Представляете, сколько это?.. А на длинах волн, которые охватывают детекторы ЛИГО (сотни и тысячи километров), волны, скорее всего, окажутся слишком слабыми, чтобы их распознать.
Команда Джейми Бока построила аппарат BICEP2 , с помощью которого был обнаружен след изначальных гравитационных волн. Аппарат, находящийся на Северном полюсе, показан здесь во время сумерек, которые бывают там лишь дважды в год.
Он окружен щитами, экранирующими аппарат от излучения окружающего ледяного покрова. В правом верхнем углу показан обнаруженный в реликтовом излучении след — поляризационный узор. Линии электрического поля направлены вдоль коротких светлых штрихов.
След начала Вселенной
В начале девяностых космологи поняли, что эти гравитационные волны длиной в миллиарды световых лет должны были оставить уникальный след в электромагнитных волнах, наполняющих Вселенную, — в так называемом космическом микроволновом фоне, или реликтовом излучении. Это положило начало поискам святого Грааля. Ведь если обнаружить этот след и вывести из него свойства изначальных гравитационных волн, можно узнать, как зарождалась Вселенная.
В марте 2014 года, когда Кип Торн писал эту книгу, команда Джеми Бока, космолога из Калтеха, кабинет которого находится рядом с кабинетом Торна, наконец обнаружила этот след в реликтовом излучении.
Это совершенно потрясающее открытие, но есть один спорный момент: след, найденный командой Джеми, мог быть вызван не гравитационными волнами, а чем-то еще.
Если действительно найден след гравитационных волн, возникших при Большом взрыве, значит, произошло космологическое открытие такого уровня, какие случаются, быть может, раз в полвека. Оно дает шанс прикоснуться к событиям, которые происходили спустя триллионную от триллионной от триллионной доли секунды после рождения Вселенной.
Это открытие подтверждает теории, гласящие, что расширение Вселенной в тот миг было чрезвычайно быстрым, на сленге космологов — инфляционно быстрым. И возвещает наступление новой эры в космологии.
Гравитационные волны и «Интерстеллар»
Вчера на конференции по поводу открытия гравитационных волн Валерий Митрофанов, руководитель московской коллаборации ученых LIGO, в которую входят 8 ученых из МГУ, отметил, что сюжет фильма «Интерстеллар» хоть и фантастичен, но не так далек от действительности. А все потому, что научным консультантом был Кип Торн. Сам же Торн выразил надежду, что верит в будущие пилотируемые полеты человека к черной дыре. Пусть они случатся не так скоро, как хотелось бы, и все же сегодня это намного реальнее, чем было раньше.
Не так уж и далек день, когда люди покинут пределы нашей галактики.
Событие всколыхнуло умы миллионов людей. Небезызвестный Марк Цукерберг написал: «Обнаружение гравитационных волн — самое большое открытие в современной науке. Альберт Эйнштейн — один из моих героев, поэтому я воспринял открытие так близко. Столетие назад в рамках Общей Теории Относительности (ОТО) он предсказал существование гравитационных волн. А ведь они так малы, чтобы их обнаружить, что пришло искать их в истоках таких событий, как Большой взрыв, взрывы звезд и столкновения черных дыр. Когда ученые проанализируют полученные данные, перед нами откроется совершенной новый взгляд на космос. И, возможно, это прольет свет на происхождение Вселенной, рождение и процесс развития черных дыр. Это очень вдохновляет — думать о том, сколько жизней и усилий было положено на то, чтобы сорвать покров с этой тайны Вселенной. Этот прорыв стал возможным благодаря таланту блистательных ученых и инженеров, людей разных национальностей, а также новейшим компьютерным технологиям, которые появились только недавно. Поздравляю всех причастных. Эйнштейн бы вами гордился».
Такая вот речь. И это человек, который просто интересуется наукой. Можно себе представить, какая буря эмоций захлестнула ученых, которые внесли свою лепту в открытие. Кажется, мы стали свидетелями новой эры, друзья. Это поразительно.
P.S.: Понравилось? Подписывайтесь на нашу рассылку по кругозору. Раз в неделю присылаем познавательные письма и дарим скидки на книги МИФа.
После открытой лекции об открытии гравитационных волн, прошедшей 16 февраля на физфаке МГУ профессор В.П. Митрофанов, возглавляющий группу российских ученых, работающих в LSC (LIGO Scientific Collaboration), ответил на вопросы журнала «Редкие земли» о гравитационных волнах.Открытие гравитационных волн — это просто «великолепная физика», или этому есть какое-то практическое применение, хотя бы в отдаленном будущем?
Это результат технологических успехов всего научного сообщества, всего человечества, если угодно, потому что еще несколько десятков лет назад это было просто невозможно. Сейчас научились делать великолепные источники света, лазеры. Сейчас прекрасная обработка с помощью компьютеров, огромные возможности памяти. Только сейчас в последнее время технический прогресс достиг такого уровня, что стало возможным детектирование гравитационных волн.
Теперь что касается практического применения. Основная цель проекта LIGO — открыть новое окно во Вселенную. Мы Вселенную привыкли изучать через оптику, через рентген, через нейтрино, а теперь открывается возможность новой гравитационно-волновой астрономии. К каким открытиям это приведет? Наверное, к очень серьезным. Это позволит нам решить и получить ответы на те загадки, которые сейчас ставит перед нами Вселенная.
Например?
Например, сингулярность черных дыр. Что там происходит? Это все в точку превращается. Что есть точка нынче? Дальше идут такие вопросы: «Что есть темная материя?», «Что есть темная энергия?» — масса вопросов. Да и вообще, увидеть Вселенную не в оптическом диапазоне, а в виде источников гравитационных волн, тоже будет необычайно интересно.
Если быть формально точным — не увидеть, а услышать.
Да, говорят «услышать», потому что частотный диапазон, в котором принимает сейчас детектор, это звуковые частоты, совершенно верно. А что будет дальше, это уже нужно фантазировать. Я обычно упоминаю великолепный фильм, в котором принимал участие Кип Торн как автор — «Интерстеллар». Там очень много невероятного, но как говорил Кип Торн: «Там нет таких вещей, которые запрещены законами физики». Как будет развиваться все это, давайте посмотрим.
LIGO зафиксировало некие колебания, некие волны. Как стало понятно, что это результат слияния именно черных дыр?
Стали анализировать, прежде всего по тому, какая частота колебаний была, как она менялась со временем. И уже по результатам этого анализа поняли, что причиной этого возмущения пространства являются именно черные дыры, потому что другие объекты, скажем слияние двух нейтронных звезд, или нейтронной звезды и черной дыры не попали бы в такой частотный диапазон.
Насколько повезло ученым?
Очень сильно повезло. Во-первых, сигнал очень большой. Было относительно просто его анализировать. Если бы сигнал был маленький, то тогда можно было сказать, что зарегистрированы гравитационные волны, но определить источник, тип, что породило эти волны, было бы чрезвычайно сложно. Природа нам преподнесла такой подарок — очень сильный сигнал.
Можно сравнить это обнаружение с выстрелом навскидку и попаданием в цель, которая находится за горизонтом?
Дело даже не в этом, что попали. Просто произошло такое событие, вот повезло людям на земле, что уже сделали детектор.
Ни раньше, ни позже?
Позже, наверное, будет еще больше событий. Но вот построили детектор и получили такой сигнал.
Насколько велик вклад наших ученых, с физического факультета МГУ? Я понимаю, что самого себя, наверное, не очень ловко хвалить, но тем не менее.
Сложно сказать. Во-первых, вы совершенно правы, себя хвалить не очень удобно. Я так отвечу. Я видел интервью Кипа Торна — это выдающийся астрофизик, один из основателей LIGO — и в этом интервью он очень хорошо отозвался о московской группе, конкретно несколько раз упоминая фамилию Владимира Борисовича Брагинского, основателя и вдохновителя этой работы в Московском университете. Именно Брагинский разработал теорию квантовых измерений, которая позволила и позволяет сейчас понять, куда двигаться при модернизации, при усовершенствовании детекторов LIGO, как их строить и так далее. Кроме того, наша работа и в экспериментальном, и в теоретическом плане очень много определилa в LIGO.
Насколько возможно строительство комплекса аналогичного LIGO в России? От кого это зависит?
В любом случае — не от нас. Я думаю, что все ученые с удовольствием приветствовали бы такую программу, но она требует достаточно больших вложений, капиталовложений и денег в инфраструктуру и в те приборы, которые нужно использовать. Поэтому, надо спрашивать у людей, которые распределяют ресурсы.
Нам нужно два прибора? Условно один в Калининграде, другой во Владивостоке? Они же работают парой?
Нет, сейчас, когда уже есть работающие детекторы, каждый новый детектор позволяет улучшить существующую планетарную сеть. Нам нужен, по крайней мере, один детектор. И конечно, было бы очень здорово, если бы в России развивалась эта деятельность, и такие приборы появились в нашей стране.
Íàâåðíÿêà âû ïîëàãàåòå, ÷òî åñëè óïàäåòå â ÷¸ðíóþ äûðó, òî âàñ æäåò ìãíîâåííàÿ ñìåðòü. Íî â äåéñòâèòåëüíîñòè, êàê ïîëàãàþò ôèçèêè, âàøà ñóäüáà áóäåò êóäà áîëåå ñòðàííîé.  áóäóùåì òàêîå ìîæåò ïðîèçîéòè ñ êåì óãîäíî. Ìîæåò, âû ïûòàåòåñü íàéòè íîâóþ îáèòàåìóþ ïëàíåòó äëÿ ÷åëîâå÷åñêîé ðàñû èëè ïðîñòî óñíóëè â äîëãîì ïóòè. ×òî áóäåò, åñëè âû óïàäåòå â ÷¸ðíóþ äûðó? Ìîæíî áûëî áû îæèäàòü, ÷òî âàñ ïåðåìåëåò èëè ðàçîðâ¸ò. Íî âñ¸ íå òàê ïðîñòî.
 ìîìåíò, êîãäà âû âîéä¸òå â ÷¸ðíóþ äûðó, ðåàëüíîñòü áóäåò ðàçäåëåíà íà äâå ÷àñòè.  îäíîé âû áóäåòå íåìåäëåííî óíè÷òîæåíû, à â äðóãîé ïîãðóçèòåñü â ÷¸ðíóþ äûðó ñîâåðøåííî íåâðåäèìûì.
׸ðíàÿ äûðà ýòî ìåñòî, â êîòîðîì èçâåñòíûå íàì çàêîíû ôèçèêè íå ðàáîòàþò. Ýéíøòåéí ó÷èë íàñ, ÷òî ãðàâèòàöèÿ èñêðèâëÿåò ñàìî ïðîñòðàíñòâî, äåôîðìèðóåò åãî. Ïîýòîìó åñëè âçÿòü äîñòàòî÷íî ïëîòíûé îáúåêò, ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ ìîæåò ñòàòü íàñòîëüêî êðèâûì, ÷òî çàâåðíåòñÿ ñàìî â ñåáÿ, ïðîäåëàâ îòâåðñòèå â ñàìîé òêàíè ðåàëüíîñòè.
Ìàññèâíàÿ çâåçäà, êîòîðàÿ èñ÷åðïàëà òîïëèâî, ìîæåò îáåñïå÷èòü ÷ðåçâû÷àéíóþ ïëîòíîñòü, íåîáõîäèìóþ äëÿ ñîçäàíèÿ ýòîãî äåôîðìèðîâàííîãî ó÷àñòêà ïðîñòðàíñòâà. Ïðîãèáàÿñü ïîä ñîáñòâåííûì âåñîì è êîëëàïñèðóÿ, ìàññèâíûé îáúåêò çàòÿãèâàåò ñ ñîáîé è ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ. Ãðàâèòàöèîííîå ïîëå ñòàíîâèòñÿ íàñòîëüêî ìîùíûì, ÷òî åãî íå ìîæåò ïîêèíóòü äàæå ñâåò, ÷åì îáðåêàåò îáëàñòü, â êîòîðîì íàõîäèòñÿ ýòà çâåçäà, íà ìðà÷íóþ ñóäüáó: ÷¸ðíàÿ äûðà.
Âíåøíåé ãðàíèöåé ÷¸ðíîé äûðû ÿâëÿåòñÿ å¸ ãîðèçîíò ñîáûòèé, òî÷êà, â êîòîðîé ñèëà ãðàâèòàöèè ïðîòèâîäåéñòâóåò ïîïûòêàì ñâåòà ïîêèíóòü åå. Ïîäîéäèòå ñëèøêîì áëèçêî è âîçâðàòà óæå íå áóäåò.
Ãîðèçîíò ñîáûòèé ïûëàåò ýíåðãèåé. Êâàíòîâûå ýôôåêòû íà ýòîé ãðàíèöå ñîçäàþò ïîòîêè ãîðÿ÷èõ ÷àñòèö, óòåêàþùèõ îáðàòíî âî Âñåëåííóþ. Ýòî òàê íàçûâàåìîå èçëó÷åíèå Õîêèíãà, íàçâàííîå â ÷åñòü ôèçèêà Ñòèâåíà Õîêèíãà, êîòîðûé ïðåäñêàçàë åãî ñóùåñòâîâàíèå. Ïî èñòå÷åíèè äîñòàòî÷íîãî âðåìåíè ÷¸ðíàÿ äûðà èñïàðèò ñâîþ ìàññó ïîëíîñòüþ è èñ÷åçíåò.
Ïîãðóæàÿñü â ÷¸ðíóþ äûðó, âû îáíàðóæèòå, ÷òî ïðîñòðàíñòâî ñòàíîâèòñÿ âñå áîëåå èñêðèâë¸ííûì, ïîêà â ñàìîì öåíòðå íå ñòàíåò èçîãíóòûì áåñêîíå÷íî. Ýòî ñèíãóëÿðíîñòü. Ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ ïåðåñòàþò èìåòü õîòü êàêîé-íèáóäü ñìûñë, è çàêîíû ôèçèêè, èçâåñòíûå íàì, êîòîðûå íóæäàþòñÿ â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè, áîëüøå íå ðàáîòàþò.
×òî ïðîèñõîäèò â ñèíãóëÿðíîñòè? Íèêòî íå çíàåò. Äðóãàÿ âñåëåííàÿ? Çàáâåíèå? Ìýòüþ Ìàêêîíàõè ïëàâàåò ïî òó ñòîðîíó êíèæíûõ ïîëîê? Çàãàäêà.
×òî æå ïðîèçîéäåò, åñëè âû ñëó÷àéíî óïàäåòå â îäíó èç ýòèõ êîñìè÷åñêèõ àáåððàöèé? Ñíà÷àëà ñïðîñèì âàøåãî êîñìè÷åñêîãî íàïàðíèêà íàçîâåì å¸ Àííà êîòîðàÿ ñ óæàñîì ñìîòðèò, êàê âû ïëûâ¸òå ïî íàïðàâëåíèþ ê ÷¸ðíîé äûðå, â òî âðåìÿ êàê îíà îñòà¸òñÿ íà áåçîïàñíîì ðàññòîÿíèè. Îíà íàáëþäàåò ñòðàííûå âåùè.
Åñëè âû óñêîðÿåòåñü ïî íàïðàâëåíèþ ê ãîðèçîíòó ñîáûòèé, Àííà âèäèò, êàê âû ðàñòÿãèâàåòåñü è èñêàæàåòåñü, ñëîâíî îíà ñìîòðèò íà âàñ ÷åðåç ãèãàíòñêóþ ëóïó. Êðîìå òîãî, ÷åì áëèæå âû ïîäõîäèòå ê ãîðèçîíòó, òåì áîëüøå âàøè äâèæåíèÿ çàìåäëÿþòñÿ.
Âû íå ìîæåòå êðèêíóòü, ïîñêîëüêó âîçäóõà â êîñìîñå íåò, íî ìîæåòå ïîïûòàòüñÿ ñèãíàëèçèðîâàòü Àííå ñîîáùåíèå Ìîðçå ñâåòîì ñâîåãî iPhone (äàæå ïðèëîæåíèå åñòü äëÿ ýòîãî). Îäíàêî âàøè ñëîâà áóäóò äîñòèãàòü åå âñå ìåäëåííåå è ìåäëåííåå, ïîñêîëüêó ñâåòîâûå âîëíû ðàñòÿãèâàþòñÿ äî âñå áîëåå íèçêèõ è êðàñíûõ ÷àñòîò: «Õîðîøî, õ î ð î ø î, õ î ð î ».
Êîãäà âû äîñòèãíåòå ãîðèçîíòà, Àííà óâèäèò, ÷òî âû çàì¸ðçëè, ñëîâíî êòî-òî íàæàë êíîïêó ïàóçû. Âû îòïå÷àòàåòåñü òàì, îáåçäâèæåííûé è âûòÿíóòûé ïî âñåé ïîâåðõíîñòè ãîðèçîíòà, êîãäà íàðàñòàþùåå òåïëî íà÷í¸ò âàñ ïîãëîùàòü.
Ïî ìíåíèþ Àííû, âàñ ìåäëåííî ñòèðàåò ðàñòÿæåíèå ïðîñòðàíñòâà, îñòàíîâêà âðåìåíè è òåïëî èçëó÷åíèÿ Õîêèíãà. Ïåðåä òåì êàê ïîãðóçèòüñÿ â òåìíîòó ÷¸ðíîé äûðû, âû ïðåâðàòèòåñü â ïåïåë.
Íî ïðåæäå ÷åì íà÷èíàòü ïëàíèðîâàòü ïîõîðîíû, äàâàéòå çàáóäåì îá Àííå è ïîñìîòðèì íà ýòó æóòêóþ ñöåíó ñ âàøåé òî÷êè çðåíèÿ. È çíàåòå, ÷òî òóò ïðîèñõîäèò? Íè÷åãî.
Âû ïëûâåòå ïðÿìèêîì â ñàìîå çëîâåùåå ïðîÿâëåíèå ïðèðîäû è íå ïîëó÷àåòå íè øèøêè, íè ñèíÿêà è óæ òî÷íî íå ðàñòÿãèâàåòåñü, íå çàìåäëÿåòåñü è íå ïîäæàðèâàåòåñü íà èçëó÷åíèè. Ïîòîìó ÷òî íàõîäèòåñü â ñâîáîäíîì ïàäåíèè è íå èñïûòûâàåòå ãðàâèòàöèè: Ýéíøòåéí íàçâàë ýòî «ñàìîé ñ÷àñòëèâîé ìûñëüþ».
 êîíöå êîíöîâ, ãîðèçîíò ñîáûòèé ýòî íå êèðïè÷íàÿ ñòåíà, ïëàâàþùàÿ â ïðîñòðàíñòâå. Ýòî àðòåôàêò ïåðñïåêòèâû. Íàáëþäàòåëü, êîòîðûé îñòàåòñÿ âíå ÷¸ðíîé äûðû, íå ìîæåò âèäåòü ñêâîçü íåãî, íî ýòî íå âàøà ïðîáëåìà. Äëÿ âàñ ãîðèçîíòà íå ñóùåñòâóåò.
Åñëè áû ÷¸ðíàÿ äûðà áûëà ìåíüøå, ó âàñ áûëè áû ïðîáëåìû. Ñèëà ãðàâèòàöèè áûëà áû ãîðàçäî ñèëüíåå ó âàøèõ íîã, ÷åì ó âàøåé ãîëîâû, è ðàñòÿíóëà áû âàñ êàê ñïàãåòòè. Íî ê ñ÷àñòüþ äëÿ âàñ ýòî áîëüøàÿ ÷åðíàÿ äûðà, â ìèëëèîíû ðàç ìàññèâíåå Ñîëíöà, òàê ÷òî ñèëû, êîòîðûå ìîãëè áû âàñ ñïàãåòòèôèöèðîâàòü, äîñòàòî÷íî ñëàáû, ÷òîáû èõ ìîæíî áûëî ïðîèãíîðèðîâàòü.
Áîëåå òîãî, â äîñòàòî÷íî áîëüøîé ÷¸ðíîé äûðå âû ìîãëè áû ïðîæèòü îñòàòîê ñâîåé æèçíè, à ïîñëå óìåðåòü â ñèíãóëÿðíîñòè.
Íàñêîëüêî íîðìàëüíîé ýòà æèçíü áóäåò, áîëüøîé âîïðîñ, ó÷èòûâàÿ ÷òî âàñ çàñîñàëî ïðîòèâ âàøåé âîëè â ðàçðûâ â ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîì êîíòèíóóìå è îáðàòíîãî ïóòè íåò.
Íî åñëè çàäóìàòüñÿ, íàì âñåì çíàêîìî ýòî ÷óâñòâî, ïî îïûòó îáùåíèÿ íå ñ ïðîñòðàíñòâîì, íî ñî âðåìåíåì. Âðåìÿ èäåò òîëüêî âïåðåä, íèêîãäà íàçàä, è çàñàñûâàåò íàñ ïðîòèâ íàøåé âîëè, íå îñòàâëÿÿ øàíñà íà îòñòóïëåíèå.
Ýòî íå ïðîñòî àíàëîãèÿ. ׸ðíûå äûðû èñêàæàþò ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ äî òàêîãî ýêñòðåìàëüíîãî ñîñòîÿíèÿ, ÷òî âíóòðè ãîðèçîíòà ñîáûòèé ÷¸ðíîé äûðû ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ íà ñàìîì äåëå ìåíÿþòñÿ ðîëÿìè.  äåéñòâèòåëüíîñòè, èìåííî âðåìÿ çàñàñûâàåò âàñ â ñèíãóëÿðíîñòü. Âû íå ìîæåòå ðàçâåðíóòüñÿ è óéòè èç ÷åðíîé äûðû òî÷íî òàê æå, êàê íå ìîæåòå ðàçâåðíóòüñÿ è óéòè îáðàòíî â ïðîøëîå.
 ýòîò ìîìåíò âû ñïðîñèòå ñåáÿ: ÷òî íå òàê ñ Àííîé? Åñëè âû ïðîõëàæäàåòåñü âíóòðè ÷åðíîé äûðû, áóäó÷è îêðóæåííûì ïóñòûì ïðîñòðàíñòâîì, ïî÷åìó âàø íàïàðíèê âèäèò, êàê âû ñãîðàåòå â èçëó÷åíèè íà ãîðèçîíòå ñîáûòèé? Ãàëëþöèíàöèè?
Íà ñàìîì äåëå, Àííà ïðåáûâàåò â ïîëíîì çäðàâèè. Ñ å¸ òî÷êè çðåíèÿ âû äåéñòâèòåëüíî ñãîðåëè íà ãîðèçîíòå. Ýòî íå èëëþçèÿ. Îíà äàæå ìîãëà áû ñîáðàòü âàø ïåïåë è îòïðàâèòü åãî äîìîé.
Íà ñàìîì äåëå, çàêîíû ïðèðîäû òðåáóþò, ÷òîáû âû îñòàâàëèñü çà ïðåäåëàìè ÷¸ðíîé äûðû, êàê ýòî âèäíî ñ òî÷êè çðåíèÿ Àííû. Ýòî ïîòîìó ÷òî êâàíòîâàÿ ôèçèêà òðåáóåò, ÷òîáû èíôîðìàöèÿ íå ïðîïàäàëà, íå òåðÿëàñü. Êàæäûé áèò èíôîðìàöèè, êîòîðûé ãîâîðèò î âàøåì ñóùåñòâîâàíèè, äîëæåí îñòàâàòüñÿ çà ïðåäåëàìè ãîðèçîíòà, ÷òîáû çàêîíû ôèçèêè Àííû íå íàðóøàëèñü.
Ñ äðóãîé ñòîðîíû, çàêîíû ôèçèêè òàêæå òðåáóþò, ÷òîáû âû ïëûëè ÷åðåç ãîðèçîíò, íå ñòàëêèâàÿñü ñ ãîðÿ÷èìè ÷àñòèöàìè èëè ÷åì-òî èç ðÿäà âîí âûõîäÿùåãî.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå, âû áóäåòå íàðóøàòü «ñàìóþ ñ÷àñòëèâóþ ìûñëü» Ýéíøòåéíà è åãî îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè.
Èòàê, çàêîíû ôèçèêè òðåáóþò, ÷òîáû âû îäíîâðåìåííî áûëè ñíàðóæè ÷¸ðíîé äûðû â âèäå ãîðñòêè ïåïëà è âíóòðè ÷¸ðíîé äûðû, æèâû è çäîðîâû. È åñòü òàêæå òðåòèé çàêîíû ôèçèêè, êîòîðûé ãîâîðèò, ÷òî èíôîðìàöèÿ íå ìîæåò áûòü êëîíèðîâàíà. Âû äîëæíû áûòü â äâóõ ìåñòàõ, íî ìîæåò áûòü òîëüêî îäíà êîïèÿ âàñ.
Òàê èëè èíà÷å, çàêîíû ôèçèêè ïðèâîäÿò íàñ ê âûâîäó, êîòîðûé êàæåòñÿ äîâîëüíî áåññìûñëåííûì. Ôèçèêè íàçûâàþò ýòó ãîëîâîëîìêó èíôîðìàöèîííûì ïàðàäîêñîì ÷¸ðíîé äûðû. Ê ñ÷àñòüþ, â 1990-õ îíè íàøëè ñïîñîá å¸ ðàçðåøèòü.
Ëåîíàðä Ñàññêèíä ïðèø¸ë ê âûâîäó, ÷òî ïàðàäîêñà íåò, ïîñêîëüêó íèêòî íå âèäèò âàøó êîïèþ. Àííà âèäèò òîëüêî îäíó êîïèþ âàñ. Âû âèäèòå òîëüêî îäíó ñâîþ êîïèþ. Âû è Àííà íèêîãäà íå ñìîæåòå èõ ñîïîñòàâèòü (è ñâîè íàáëþäåíèÿ òîæå). È íåò òðåòüåãî íàáëþäàòåëÿ, êîòîðûé ìîã áû îäíîâðåìåííî íàáëþäàòü ÷¸ðíóþ äûðó èçíóòðè è ñíàðóæè. Òàê ÷òî íèêàêèå çàêîíû ôèçèêè íå íàðóøàþòñÿ.
Íî âû íàâåðíÿêà õîòåëè áû óçíàòü, ÷üÿ æå èñòîðèÿ ïðàâäèâà. ̸ðòâû âû èëè æèâû? Íà ñàìîì äåëå ïðàâäû çäåñü íåò. Òîò âû, êîòîðûé ñìîòðèò íà ìèð îò ïåðâîãî ëèöà, æèâ. Âû, êîòîðûé îñòàëñÿ íà ãîðèçîíòå ÷¸ðíîé äûðû è ïðåâðàòèëñÿ â ïåïåë, ì¸ðòâ. Ïðîèñõîäèò ðàñùåïëåíèå ðåàëüíîñòè, ãäå â îäíîé âàñ óæå íåò.
Åñòü òàêèå ÿâëåíèÿ, ãäå íåò èñòèíû; êàæäûé âîñïðèíèìàåò å¸ ïî-ñâîåìó.
Íàïðèìåð, âû ìîæåòå ïîëåòåòü â ïàðàëëåëüíûé ìèð, ãäå ïðîæèâ¸òå âñåãî ïàðó äíåé, à ïîòîì îáðàòíî âåðí¸òåñü íà Çåìëþ. Âåðíóâøèñü, îáíàðóæèòå, ÷òî âñå âàøè áëèçêèå è çíàêîìûå óæå äàâíî óøëè èç æèçíè, è ïðèâû÷íûé âàì ìèð â òîé èëè èíîé ñòåïåíè èçìåíèëñÿ. Âû îòïðàâèëèñü â ïàðàëëåëüíóþ âñåëåííóþ, êîãäà íà Çåìëå áûë 2024 ãîä, à âåðíóëèñü â 2088 ãîäó, õîòÿ, êàçàëîñü áû, ïðîøëî âñåãî íåñêîëüêî äíåé.
Äà, äëÿ âàñ äåéñòâèòåëüíî ïðîøëî âñåãî ïàðó äíåé, íî íà Çåìëå ýòîò ñàìûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè ïðîòåêàë èíà÷å, ó âàñ îí ïðîòåêàë çíà÷èòåëüíî ìåäëåííåå, íî îò ýòîãî ñóòü íå ìåíÿåòñÿ: âðåìÿ ó âñåõ îäíî, íî ïðîòåêàåò âåçäå ïî ðàçíîìó.  âàøåé âñåëåííîé ýòî âðåìÿ âîñïðèíèìàëîñü êàê ìíîãèå ãîäà, à âû â ïàðàëëåëüíîé âñåëåííîé âîñïðèíèìàëè ýòî âðåìÿ êàê êàêèå-òî òàì òðè-÷åòûðå äåíüêà, è â îòëè÷èè îò âàøèõ òîãäàøíèõ çíàêîìûõ âàø îðãàíèçì ñîñòàðèëñÿ íà ýòè ñàìûå òðè èëè ÷åòûðå äíÿ, íî íå íà áîëüøå. Âåðíóâøèñü îáðàòíî, âû ìîæåòå ïîñ÷èòàòü, ÷òî îêàçàëèñü â áóäóùåì, è îò÷àñòè ýòî äåéñòâèòåëüíî òàê. Âû âåðí¸òåñü ìîëîäûì è çäîðîâûì, è ýòè 64 ãîäà íà Çåìëå äëÿ âàñ áûëè íåñêîëüêèìè äíÿìè â ïàðàëëåëüíîì ìèðå.
Ëåòîì 2012 ãîäà ôèçèêè Àõìåä Àëüìåéðè, Äîíàëüä Ìàðîëüô, Äæî Ïîë÷èíñêè è Äæåéìñ Ñàëëè, êîëëåêòèâíî èçâåñòíûå êàê AMPS, çàäóìàëè ìûñëåííûé ýêñïåðèìåíò, êîòîðûé ãðîçèë ïåðåâåðíóòü âñå, ÷òî ìû íàñîáèðàëè î ÷¸ðíûõ äûðàõ. Îíè ïðåäïîëîæèëè, ÷òî ðåøåíèå Ñàññêèíäà îñíîâàíî íà òîì, ÷òî ëþáîå íåñîîòâåòñòâèå ìåæäó âàìè è Àííîé îïîñðåäîâàíî ãîðèçîíòîì ñîáûòèé. Íå èìååò çíà÷åíèÿ, óâèäåëà ëè Àííà íåóäà÷íóþ âåðñèþ âàñ, ðàñòåðçàííûõ èçëó÷åíèåì Õîêèíãà, ïîñêîëüêó ãîðèçîíò íå ïîçâîëÿåò åé óâèäåòü äðóãóþ âåðñèþ âàñ, ïëàâàþùóþ â ÷¸ðíîé äûðå.
Íî ÷òî, åñëè áû ó íåå áûë ñïîñîá óçíàòü, ÷òî áûëî ïî òó ñòîðîíó ãîðèçîíòà, íå ïåðåñåêàÿ åãî?
Îáû÷íàÿ îòíîñèòåëüíîñòü ñêàæåò «íè-íè», íî êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà íåìíîãî ðàçìûâàåò ïðàâèëà. Àííà ìîãëà áû çàãëÿíóòü çà ãîðèçîíò, èñïîëüçóÿ íåáîëüøîé òðþê, êîòîðûé Ýéíøòåéí íàçûâàë «æóòêèì äåéñòâèåì íà ðàññòîÿíèè».
Ýòî ïðîèñõîäèò, êîãäà äâà íàáîðà ÷àñòèö, ðàçäåëåííûõ â ïðîñòðàíñòâå, çàãàäî÷íûì îáðàçîì «çàïóòàíû». Îíè ÿâëÿþòñÿ ÷àñòüþ åäèíîãî íåâèäèìîãî öåëîãî, ïîýòîìó èíôîðìàöèÿ, êîòîðàÿ èõ îïèñûâàåò, çàãàäî÷íûì îáðàçîì ñâÿçûâàåòñÿ ìåæäó íèìè.
Èäåÿ AMPS îñíîâàíà íà ýòîì ÿâëåíèè. Ñêàæåì, Àííà çà÷åðïûâàåò íåìíîãî èíôîðìàöèè ó ãîðèçîíòà íàçîâ¸ì åå À.
Åñëè å¸ èñòîðèÿ âåðíà, è âû óæå îòïðàâèëèñü â ìèð ïîëó÷øå, òîãäà À, çà÷åðïíóòàÿ â èçëó÷åíèè Õîêèíãà çà ïðåäåëàìè ÷¸ðíîé äûðû, äîëæíà áûòü çàïóòàíà ñ äðóãîé ÷àñòèöåé èíôîðìàöèè B, êîòîðàÿ òàêæå ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ ãîðÿ÷åãî îáëàêà èçëó÷åíèÿ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, åñëè âåðíà âàøà èñòîðèÿ è âû æèâû è çäîðîâû ïî äðóãóþ ñòîðîíó ãîðèçîíòà ñîáûòèé, òî À äîëæíà áûòü çàïóòàíà ñ äðóãîé ÷àñòèöåé èíôîðìàöèè C, êîòîðàÿ íàõîäèòñÿ ãäå-òî âíóòðè ÷¸ðíîé äûðû. Íî âîò ìîìåíò: êàæäûé áèò èíôîðìàöèè ìîæíî çàïóòàòü ëèøü åäèíîæäû. Èç ýòîãî ñëåäóåò, ÷òî À ìîæåò áûòü çàïóòàíà ëèáî ñ B, ëèáî ñ C, íî íå îäíîâðåìåííî ñ îáåèìè.
Èòàê, Àííà áåð¸ò ñâîþ ÷àñòèöó A è ïîìåùàåò åå â ðó÷íóþ ìàøèíó äåêîäèðîâàíèÿ çàïóòàííîñòè, êîòîðàÿ âûäàåò åé îòâåò: B èëè C.
Åñëè îòâåò C, ïîáåæäàåò âàøà èñòîðèÿ, íî çàêîíû êâàíòîâîé ìåõàíèêè íàðóøàþòñÿ. Åñëè A çàïóòàíà ñ C, êîòîðàÿ ãëóáîêî âíóòðè â ÷¸ðíîé äûðå, òîãäà ýòà ÷àñòèöà èíôîðìàöèè ïîòåðÿíà äëÿ Àííû íàâñåãäà. Ýòî íàðóøàåò êâàíòîâûé çàêîí íåâîçìîæíîñòè ïîòåðè èíôîðìàöèè.
Îñòàåòñÿ B. Åñëè äåêîäèðóþùàÿ ìàøèíà Àííû îáíàðóæèâàåò, ÷òî À çàïóòàíà ñ B, Àííà ïîáåæäàåò è îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè ïðîèãðûâàåò. Åñëè À çàïóòàíà ñ B, èñòîðèÿ Àííû áóäåò åäèíñòâåííîé âåðíîé èñòîðèåé, èç ÷åãî ñëåäóåò, ÷òî âû íà ñàìîì äåëå ñãîðåëè äîòëà. Âìåñòî òîãî, ÷òîáû ïëûòü ïðÿìî ÷åðåç ãîðèçîíò, êàê ïîäñêàçûâàåò îòíîñèòåëüíîñòü, âû ñòîëêíåòåñü ñ ïûëàþùåé ñòåíîé îãíÿ. Òàêèì îáðàçîì, ìû âîçâðàùàåìñÿ ê òîìó, ñ ÷åãî íà÷àëè: ÷òî ïðîèñõîäèò, êîãäà âû ïàäàåòå â ÷åðíóþ äûðó? Âû ñêîëüçèòå ÷åðåç íåå è æèâåòå íîðìàëüíîé æèçíüþ, áëàãîäàðÿ ðåàëüíîñòè, êîòîðàÿ ñòðàííûì îáðàçîì çàâèñèò îò íàáëþäàòåëÿ? Èëè âû ïîäõîäèòå ê ãîðèçîíòó ÷¸ðíîé äûðû òîëü