46 · Глава 2 — Роджер Пенроуз

Рис. 2.5. Гипотеза вейлевской кривизны: первоначальные сингулярности (Большой взрыв) ограничены условиями обращения в нуль вейлевской кривизны, в то время как для конечных сингулярностей следует ожидать расходимости вейлевской кривизны

ранняя Вселенная была достаточно гладкой и свободной от белых дыр, ее фазовое пространство должно определяться множителем по крайней мере порядка

(Эта цифра соответствует возможному объему фазового пространства черной дыры с 10⁸⁰ барионами, как это следует из формулы Бекенштейна-Хокинга для энтропии черной дыры — см. Бекенштейн 1972, Хокинг 1975 — и тому, что Вселенная имеет по крайней мере такое количество материи).

Вопросы и ответы

Вопрос: Считаете ли Вы, что квантовая гравитация устранит сингулярности?

Ответ: Я не думаю, что это будет именно так. Если бы это было так, то Большой взрыв возник бы из предварительно существовавшей коллапсирующей фазы. Мы должны спросить

Структура пространственно-временных сингулярностей · 47

себя, как могла эта предварительная фаза возникнуть с такой малой энтропией. Эта картина приносит в жертву лучшую возможность для объяснения второго закона термодинамики. Более того, сингулярности коллапсирующих и расширяющихся вселенных будут иметь между собой в этом случае что-то общее, в то время как, похоже, они имеют чрезвычайно различные геометрии. Истинная теория квантовой гравитации должна заменить наши сегодняшние представления о пространстве-времени в сингулярностях. Она должна дать ясный и четкий способ рассмотрения того, что в классической теории мы называем сингулярностями. И она не должна быть просто несингулярным пространством-временем, а чем-то совершенно другим.

Глава 3. Квантовые черные дыры. Стивен Хокинг

В своей второй лекции я хочу поговорить о квантовой теории черных дыр. Мне кажется, что она ведет к новому уровню непредсказуемости в физике сверх обычной неопределенности, связанной с квантовой механикой. Это происходит потому, что черные дыры имеют внутреннюю энтропию, что приводит к потере информации из нашей области Вселенной. Должен сказать, что эти утверждения являются спорными: многие люди, работающие в квантовой гравитации, включая почти всех, кто пришел туда из физики частиц, будут инстинктивно отвергать идею о том, что информация о квантовом состоянии системы может быть утеряна. Однако все эти ученые достигли весьма скромных успехов, пытаясь показать, как можно извлечь информацию из черной дыры. Я уверен, что в конце концов они будут вынуждены принять мое утверждение о том, что информация теряется, как раньше вынуждены были согласиться с тем, что черные дыры излучают, хотя это находится в полном противоречии со всеми их убеждениями.

Начну с напоминания классической теории черных дыр. В прошлой лекции мы видели, что гравитация всегда действует как притягивающая сила, по крайне мере, в нормальной ситуации. Если бы гравитация иногда действовала как притягивающая, а иногда — как отталкивающая сила, как в электродинамике, мы не замечали бы ее вообще, потому что гравитационная сила в 10⁴⁰ раз слабее электромагнитных сил. Только благодаря тому, что гравитационные силы между частицами двух макроскопических тел, подобных нашим телам и Земле, складываются, они приводят к силе, величину которой мы можем почувствовать.

Квантовые черные дыры · 49

Рис. 3.1. Пространственно-временная картина коллапса звезды с образованием черной дыры. Показан горизонт событий и замкнутая ловушечная поверхность

То, что гравитация всегда является притягивающей силой, означает, что она старается собрать вместе всю материю во Вселенной, чтобы образовать объекты, подобные звездам и галактикам. В течение некоторого времени эти объекты удерживаются от дальнейшего сжатия за счет теплового давления, в случае звезд, или вращения и внутреннего движения, в случае галактик. Однако в конце концов теплота и момент импульса рассеиваются, и объект начинает сжиматься. Если масса объекта меньше 1,5 масс Солнца, сжатие может быть