Хван М.П. Неистовая Вселенная: От Большого взрыва до ускоренного расширения, от кварков до суперструн
Подождите немного. Документ загружается.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
281
281
М ы уж е отм ети ли , что ф и зи ка черны х ды р и терм оди н ам ика в каком -то
определен н ом см ы сле сходны , поэтом у ф и зи ку черн ы х ды р м ож но рассм атри вать как
часть терм одинам и ки: ф и зи ка черн ы х ды р в определенн ом асп екте входи т в
терм одинам и ку как ее составная часть. В сам ом деле, рассм атри вая ф изику черн ы х
ды р, м ы отм ети ли три закон а ф и зи ки черн ы х ды р:
1. Ф и зика черн ы х ды р подчи н яется всем ф ун дам ен тальны м закон ам сохранени я —
энерги и , и м п ульса, м ом ен та и м п ульса и электрического заряда.
2. Закон п лощ ади п оверхн ости горизон та собы тий , суть которого состои т в том , что
площ адь п оверхн ости горизон та собы ти й не ум ен ьш ается: если в черную ды ру
входит доп олни тельн ая м атерия (н езависим о, то ли вещ ество, то ли
ан ти вещ ество), то площ адь п оверхн ости горизон та собы тий только увели чи вается.
О н а н е ум еньш ается даж е в том случае, если столкнутся две черн ы е ды ры .
С ум м арная п лощ адь поверхн ости горизон та собы ти й эти х двух черн ы х ды р всегда
будет больш е п лощ адей двух п ервоначальн ы х. Значит, ф изическая суть второго
закон а ф и зи ки черн ы х ды р состои т в том , что п лощ адь поверхн ости горизон та
собы ти й всегда возрастает. П оэтом у второй закон ф изики черн ы х ды р н ам
нап ом и н ает знам ен и ты й второй закон терм оди н ам ики , т. е. закон эн тро пи и , суть
которого состои т в п остоянн ом возрастани и энтропии изолирован н ой си стем ы .
Значит, сходство закон ов площ ади поверхн ости гори зонта собы ти й и эн троп и и
состои т в том , что он и всегда возрастаю т. С п раш ивается, в чем ж е суть этого
возрастани я?
Р ассм отри м более кон кретно и детальн о п роблем у возрастания площ ади черн ы х
ды р. С начала м ы рассм отри м , что такое гори зонт собы ти й в черной ды ре, а затем
проблем у площ ади поверхн ости горизонта собы тий .
М ы уж е отм ети ли , что гори зонт собы ти й черны х ды р — область тех световы х
волн, которы м н е удалось вы рваться и з черн ой ды ры и улететь в бесконечн ость. Д ля
прим ера возьм ем звезду с м ассой в 10 раз больш е М
⊙
. К ак и звестн о, радиус С олнц а
составляет 700 ты с. км , а ради ус звезды с м ассой в 10 раз больш е М
⊙
в 5 раз больш е
ради уса наш его С олнц а, и следовательно, он равен 3 м лн 500 ты с. км . Ч тобы и з такой
звезды вы рваться свету, скорость этого света долж на равн яться 1 000 км /с. В
результате гравитаци он н ого коллап са прои сходи т катастроф и ческое сж атие разм ера
звезды до 30 км за счи танны е м и н уты : гравитационн ы й коллапс — катастроф и ческое
грави тационное сж ати е, в результате которого звезда с разм ером в 3,5 м лн км
превращ ается практи чески в точку с поп еречн и ком 30 км . С ледовательно,
грави тационны й коллапс — катастроф ическое сж ати е звезды , в результате которого
звезда превращ ается в черн ую ды ру: черн ая ды ра — это н е звезда. Ч ерн ая ды ра есть
ды ра с разм ером 30 км чудовищ но гигантской плотности м атери и и искривленного
простран ства-врем ен и .
Во-первы х, в черн ой ды ре другая м атери я, качествен н о отличная от м атерии
звезды : коллап си ровани е звезды в черн ую ды ру — это не п росто чудовищ но-
гиган тское уплотнен и е м атери и , ее сп рессован и е. К оллапс — п реобразовани е одной
м атерии в другую : он есть п роцесс преобразован и я косм ической м атери и в
м и крокосм и ческую м атерию .
Во-вторы х, гравитаци он н ы й коллап с — катастроф ическое сж атие п ространства-
врем ени звезды и превращ ени е его в искривлен н ое п ространство -врем я черн ой ды ры :
простран ство-врем я черн ой ды ры прин ц и п и альн о отли чается от простран ства-
врем ени звезды . П ространство-врем я звезды — н еколлапсированн ое, а п ространство -
врем я черн ой ды ры — коллапсированн ое, т. е. п одвергнутое катастроф и ческом у
грави тационном у сж ати ю . П оэтом у п ространство -врем я в черн ой ды ре бескон ечн о
ис-
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
282
282
кри влен о: оно образует свернутое, закрученное, сам озам кн утое кольцо
м и кроскопической природы : коллап с — катастроф и ческое п реобразован и е
м акроскоп и ческого п ростран ства-врем ен и звезды в м икрокосм ическое п ространство -
врем я черной ды ры .
В -третьих, м икроскоп и ческое п ространство -врем я черной ды ры и новая
м и кром атери я в ней служ ат источн и ком чудови щ но -ги гантской си лы
грави тационного п ритяж ен и я в черной ды ре и на ее гори зон те собы ти й : эта сила
грави тации н а горизонте удерж и вает даж е свет и не дает возм ож н ости вы рваться из
черн ой ды ры свету, скорость которого есть предельная.
Т аки м образом , и з черн ой ды ры вследстви е того, что м и кроскопическое
простран ство-врем я черн ой ды ры и м и кроскоп и ческая н овая м атерия в н ей
порож даю т и служ ат источн и ком чудовищ н о -гиган тской си лы тяготени я, даж е свет
не м ож ет вы рваться и з оков си лы притяж ен и я черн ой ды ры : если свет н е м ож ет
вы рваться из черн ой ды ры , то уж е н и что н е м ож ет вы рваться из черн ой ды ры .
П оэтом у-то черн ая ды ра н азы вается черной ды рой, п отом у что внеш ни й
наблю датель не м ож ет и м еть никакой и н ф орм ац и и о ч ерной ды ре, ибо и н ди катором
инф орм аци и является свет: для далекого вн еш него наблю дателя вся инф орм ац и я
потеряна. Э то — одна сторона п роблем ы .
Н о есть вторая сторона п роблем ы тож дества п лощ ади поверхности гори зон та
собы ти й и эн тропии: в чем ж е состоит это тож дество (и ли сходство) двух закон ов
ф и зи ки черн ы х ды р и терм оди н ам ики ?
М ы уж е п и сали вы ш е, что коллап сирован ие звезды в черн ую ды ру —
катастроф ическое п реобразовани е звезды в черн ую ды ру: черн ая ды ра — это не
звезда, а н овая м атерия и соверш ен н о н овое про странство-врем я и м ен н о черной
ды ры , абсолю тн о отличн ы е от м атери и и простран ства-врем ени звезды , из которой
появилась черн ая ды ра в результате коллапса.
П оэтом у м ы счи таем , что в ф илософ ском пони м ан и и коллапс н ельзя
представлять п росто м ехани чески м процессом сж атия или ж е автом атическим
процессом преобразовани я звезды в черн ую ды ру. С ам проц есс коллап сировани я
звезды в черн ую ды ру, действи тельно, м гновен н ы й, бы стротечн ы й , которы й
продолж ается несколько секунд и ли м и н ут (так, н апри м ер, коллап с С олнц а
продолж ался бы н е более 20 м ин.). О днако и з бы стротечности коллап са нельзя
делать вы вод о том , что коллапсирован и е — п роцесс м ехани ческого сж атия или
автом атического спрессовани я м атерии и ее п ростран ства-врем ени . Н а сам ом деле
грави тационны й коллапс — слож н ы й п роц есс разруш ения звезды как ц елостн ой и
орган и зован н ой систем ы и преобразовани я ее состава м атери и , строен и я и структуры
и сози дани я соверш ен но новой м атери и , ее составны х частиц, их строени я и
структурной орган и зац и и в н овой пространственно -врем ен н ой орган и заци и .
И так, коллап с как катастроф а, длящ аяся доли секунды или м и н уты , состоит и з
трех стади й :
• 1 стадия коллап са — стадия катастроф ического разруш ен и я си стем ы ;
• 2 стадия коллап са — стадия преобразован и я старой м атерии систем ы и ее
простран ствен н о-врем ен н ой структуры ;
• 3 стадия — стадия сози дани я и конструи рован и я новой м атери и и нового
простран ства-врем ен и и м енн о черн ой ды ры .
И так, коллапсировани е звезды как целостн ой си стем ы в черн ую ды ру условн о
м ож н о раздели ть на три стадии :
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
283
283
1) стадия разруш ен и я и и счезн овени я трехм ерности п ространства и связанн ы х с н ею
свой ств, т. е. пространственно-врем енн ого разм ера звезды и исчезновени я сам ой
звезды как таковой;
2) стадия созидан и я н ового м ногом ерн ого м и кропространства, свой ства которого
сверн уты , закручены , ком пактиф ицирован ы в си н гулярности в центре черн ой
ды ры ;
3) стадия си н гулярности как точки бесконечн ости плотности м и крогравитации и
искривленн ого п ространства-врем ен и .
П очем у м ы об этом пи ш ем ? Ч тобы более конкретн о и детально
проан али зи ровать и м енн о глубинную внутрен ню ю связь м еж ду двум я законам и
ф и зи ки черны х ды р и терм одинам ики , т. е. м еж ду закон ом возрастани я площ ади
поверхности гори зонта собы ти й черн ой ды ры и вторы м законом терм оди н ам ики как
энтропии.
В п роц ессе коллапсировани я звезды в черн ую ды ру ф ундам ен тальн ую
значим ость им еет хаос, которы й и грает н е только деструкти вн ую , дезорган и зую щ ую
роль, но и ф ун дам ен тальн ой важ н ости кон структивную , созидательную ф ункц и ю ,
причем на всех вы ш еотм ечен н ы х трех стадиях коллапсировани я звезды в черную
ды ру.
В чем состои т это вн утренн ее тож дество м еж ду площ адью п оверхн ости
горизон та собы тий черн ы х ды р и эн троп и ей как вторы м закон ом терм оди н ам ики ?
Во-первы х, как м ы только что отм ети ли , и п лощ адь п оверхн ости гори зон та
собы ти й черн ы х ды р, и эн тропия суть ф и зические вели чи н ы , которы е обладаю т
ф ун дам ен тальн ы м свой ством возрастани я; во -вторы х, в коллапсирую щ ей черн ой
ды ре за горизонтом и вн утри гори зонта собы ти й происходи т проц есс сглаж иван ия
неодн ородностей, т. е. п од действи ем гравитационн ого коллап са вн утри горизон та
собы ти й все лики (свойства и качества, ф орм ы и структура) м атери и сглаж иваю тся,
т. е. ликви ди рую тся, и в результате этого и счезает м ногообразие м атери и и
образуется однородн ость м атерии : все превращ ается вн утри горизон та собы ти й в
нечто гом огенн ое, н еразли чим ое, однородное.
Э тот вопрос о сглаж иван и и неоднородн остей вн утри гори зон та собы ти й —
слож н ая и н еодн означн ая п роблем а:
В м ировой ли тературе по проблем е черны х ды р сущ ествую т разли чн ы е м нен и я
по воп росу о при оритете откры ти я и установлен и я правила о сглаж и вани и
неодн ородн остей внутри горизонта собы тий . Зап адны е исследователи счи таю т, что
авторство п равила о сглаж и вани и н еоднородн остей п ринадлеж ит П рай су, и назы ваю т
дан н ое прави ло правилом П райса.
С оветски е учен ы е (И . Д . Н ови ков и др.) считаю т, что проблем а сглаж ивания
неодн ородн остей бы ла вп ервы е реш ен а советским и ф изикам и А . Д . Д орош кеви чем ,
Я . Б . Зельдови чем , И . И . Н овиковы м ещ е в 1965 г.
С ущ ествует третья точка зрен и я — это точка зрения С тивена Х окин га. О н
счи тает автором кон ц еп ц и и сглаж иван и я н еодн ородн остей Я коба Б ек енш тейн а,
которы й будучи студентом последн его курса П ри стон ского ун и верситета
сф орм улировал п равило о сглаж иван и и н еоднородн остей. И когда Я коб Б екенш тейн
(студен т из И зраи ля) обрати лся к своем у научн ом у руководи телю — зн ам ен и том у
грави тационисту Д ж ону У илеру — со свои м откры ти ем о сглаж иван и и
неодн ородностей за горизон том собы ти й , то Д . У и лер произнес свою знам ен и тую
ф разу: «Ч ерн ы е ды ры без волос».
О чем эта знам ени тая ф раза Д . У и лера говори т? О н а говорит о том , что в
результате сглаж и вани я н еодн ородностей за горизон том собы ти й в черн ой ды ре
исчезает
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
284
284
вся инф орм ац и я о составе вещ ества, строени и и структуре м атери и звезды . В этом и
состои т суть ф и лософ ского см ы сла знам ен и той ф разы Д . У и лера «Ч ерны е ды ры без
волос». Значит, дело заклю чается не только в том , что в силу катастроф и ческого
сж ати я плотности м атери и и искривлен н ого пространства-врем ени из черной ды ры
не м ож ет вы рваться свет из оков си лы тяготен и я, п оэтом у далекий внеш ний
наблю датель н е м ож ет получи ть инф орм ац и ю о черн ой ды ре, но и в том , что,
дей ствительно, в «черн ой ды ре без волос» исчезает вся и н ф орм ац и я о звезде, ее
м атерии, свойствах и качестве, ф орм е, строен и и и структуре.
А что остается? О стается и н ф орм ац и я, п о Б екенш тейн у, о трех парам етрах
черн ой ды ры — м ассе и, следовательно, эн ергии, и м п ульсе и электри ческом заряде.
П очем у в черн ой ды ре остаю тся только эти три парам етра, а все остальное исчезает,
и м ы н и когда н е получим и н ф орм ац и ю обо всем этом исчезнувш ем остальном в
результате сглаж иван и я неодн ородностей?
Во-первы х, черная ды ра — объект гравитаци и , поэтом у он а обладает м ассой и ,
следовательно, эн ергией и и м пульсом как скоростью , а во -вторы х, черн ая ды ра —
объект электром агн и тны х взаим одействий, п оэтом у он а обладает электрически м
зарядом .
В спом н и м : у Ш варц ш ильда черн ая ды ра — статическая, обладаю щ ая одн и м
свой ством — м ассой, и п оэтом у она сим м етри чн ая; черная ды ра Р айснера—
Н орстрем а обладала двум я свой ствам и — м ассой и электрическим зарядом ; в м одели
К ерра— Н ью м ен а черн ая ды ра обладает трем я свой ствам и — м ассой, электрическим
зарядом и ещ е угловы м м ом ен том , потом у что в м одели К ерра— Н ью м ен а черная
ды ра — коллап си рую щ ая и вращ аю щ аяся.
А теперь посм отри м , что из себя п редставляет эн троп и я как закон
терм одинам и ки? Э н троп ия — м ера бесп орядка, хаоса; м ера дезорган и заци и ,
деструктурировани я орган и зованн ы х и сам оорган и зованн ы х систем . Э н троп и я —
м ера хаоса и хаоти зац и и стохасти ческих процессов; энтропия — м ера увели чени я в
окруж аю щ ем н ас м ире беспорядка, неоп ределен н ости , хаоса и, следовательно,
неодн ородности и гетероном н ости. (П ока м ы не касаем ся проблем ы конструкти вн ой
роли эн троп ии в пони м ан и и И . П ригож и н а.)
Ч то такое однородность и хаос? Э то ж е и есть потеря и н ф орм ац и и . А потеря
инф орм аци и — потеря различия, м н огоцветия и м н огокрасочности ли к м атерии , т. е.
сглаж и вани е н еоднородн остей . Т аким образом , м еж ду вторы м законом ф изики
черн ы х ды р и энтропией как вторы м закон ом терм оди н ам ики сущ ествует н е только
внеш нее сходство, н о и в и звестн ом см ы сле п олное вн утрен н ее п одобие как
кон кретн ое тож дество.
А конкретн ое тож дество, как м ы отм ечали , — сим м етри я как закон
инвари антности. П оэтом у задача ф илософ ской эпи стем ологи и , как и научн ой ,
состои т в том , чтобы в разли чном установить един ство, тож дество. Н а сам ом деле, на
первы й взгляд, черн ы е ды ры и терм оди н ам и ка — абсолю тно н есравн и м ы е и
несоп остави м ы е ф ен ом ены , н аходящ и еся в разн ы х м и рах — м ир грави тации и м и р
м акротерм оди н ам ики . О днако в эти х м и рах, в и х глубин н ы х осн овани ях различны е
ф еном ен ы им ею т оди н аковую и н вариантн ую структуру как закон сим м етри и
кон кретн ого тож дества: ф еном ен — это различие, а но ум ен — кон кретн ое тож дество.
Н е только м еж ду площ адью поверхн ости черны х ды р и эн троп и ей как вторы м
началом терм одинам и ки и м еет п олное внутренн ее тож дество, но и м еж ду
поверхностн ой грави тацией как м ерой си лы гравитаци он н ого поля на гори зонте
собы ти й и тем п ературой как м ерой н агретости (раскален н ости ) тела в
терм одинам и ке.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
285
285
Б ардин, К артер и Х окин г наш ли трети й закон черны х ды р, касаю щ ий ся
изм ен ени я м ассы черн ой ды ры и п лощ ади горизон та собы тий . Здесь коэф ф и ц и ентом
пропорц иональности является вели чи н а, назы ваем ая п оверхн остной грави тац и ей,
которая является м ерой силы гравитационн ого поля на гори зонте собы ти й .
Е сли доп усти ть, что площ адь гори зон та собы ти й ан алоги чн а энтропии, то
поверхностн ая гравитация окаж ется ан алоги чн ой тем пературе: сходство уси ли вается
тем ф актом , что п оверхн остная гравитац и я оказы вается оди н аковой во всех точках
горизон та собы ти й , так ж е как п ри тепловом балансе тем пература оди н акова п о
всем у телу.
«Ч ерная ды ра не и м еет волос» — полож ен и е Д . У илера.
И з теорем ы об отсутствии волос вы текает, что при грави таци он н ом коллапсе
теряется больш ой объем ин ф орм ац и и , т. е. теорем а о сглаж ивании неодн ородностей.
В результате гравитационн ого коллап са п олучается черн ая ды ра. О н а бы стро
устанавли вается в стац и он арн ое состоян и е, характери зуем ое всего трем я
парам етрам и: м ассой , м ом ен том и м пульса и электрическим зарядом , он о не зави сит,
из какой м атери и (и ли ан тим атери и ) п роизош ло.
О чевидн ы м и зъян ом в п редп олож ени и Б екенш тейн а бы ло то обстоятельство, что
если черн ая ды ра и м еет кон ечную энтроп и ю , п роп орци он альную п лощ ади ее
горизон та собы тий , она долж на и м еть и кон ечн ую тем п ературу, п ропорциональную
ее п оверхн остн ой гравитаци и .
И з этого м ож н о сделать вы вод, что черн ая ды ра находи тся в равн овесии с
теп ловы м и злучен и ем п ри н екоторой н енулевой тем пературе. О д нако согласно
класси ческой конц епц и и такое равн овесие н евозм ож н о, поскольку черн ая ды ра
поглотила бы лю бое поп авш ее н а нее теп ловое излучен и е, но по оп ределен и ю н е
см огла бы вы дели ть ничего взам ен.
Э тот п арадокс оставался н ереш енн ы м до 1974 г., когда С ти вен Х окинг
исследовал, как будет вести себя м атерия вбли зи черной ды ры согласно кван товой
м ехани ке.
К своем у вели ком у уди влен и ю , С ти вен Х оки н г обнаруж и л, что черн ая ды ра
постоянно излучает части ц ы : это бы ло ош елом ляю щ им эф ф ектом С ти вена Х окинга.
О кон чательн о его убедило в реальн ости и сп ускан и я части ц то, что вы летаю щ и е
части ц ы в точн ости им ели теп ловой сп ектр: черная ды ра создает и вы деляет частицы
как обы чное горячее тело с тем пературой , пропорц иональной поверхн остн ой
грави тации и обратно пропорц иональной м ассе.
Ч ерн ая ды ра и злучает частицы с тепловы м спектром , как горячее тело, как
абсолю тн о черное тело. М асса и разм ер черн ой ды ры , излучаю щ ей части цы с
теп ловы м сп ектром , ум еньш ается, и тем сам ы м легче вы скочить частиц ам и з черн ой
ды ры , п оки н уть ее и улететь в бескон ечн ость. И злучени е черн ой ды рой частиц
происходи т со взры вом : первобы тн ая черная ды ра с радиусом п ротон а 10
-13
см им еет
плотность м атери и в м иллиард тон н . В зры в такой черной ды ры равен ш ести стам
ты сячам м егаватт, т. е. ш естистам м илли онов водородны х бом б.
В дальней ш ем м ы увиди м , что и злучени е черной ды рой частиц и м еет
ф ун дам ен тальн ое ф и лософ ское зн ачени е, и бо излучени е («и спарен и е») частиц
связан о, во-п ервы х, с ум еньш ени ем в черн ы х ды рах вещ ества, его м ассы , и тем
сам ы м облегчает «исп арени е» части ц ч ерн ы м и ды рам и , а во-вторы х, черн ая ды ра не
является и не м ож ет бы ть сам озам кнутой : по сущ еству, «и спарен и е» части ц черн ой
ды рой — белая ды ра. П оэтом у в ф илософ ском ракурсе вели кая заслуга С . Х окин га
заклю чается в серьезн ой попы тке п реодолен и я того глубокого кри зи са в соврем енн ой
теорети ческой ф изике, о котором говори л Д ж он У илер ещ е в 70 -е гг. Х Х в.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
286
286
§ 6. Э ф ф ек т Х ок и н га
П ока нам известны следую щ ие ф и н альны е стадии эволю ции звезды :
1) белы е карлики , п лотн ость вещ ества которы х составляет 1 000 тон н в одном
куби ческом санти м етре, с разм ером 10 км ;
2) н ейтрон н ы е звезды , с радиусом 10 км , т. е. в ты сячу раз м еньш е разм ера белы х
карли ков; н о зато плотность н ейтрон н ого вещ ества, находящ егося в ж идкой сф ере
в центре н ейтрон ной звезды , в м илли ард раз больш е п лотн ости белы х карликов.
Н ейтрон н ая звезда — область ф и зи ческой реальности, постигн утая нам и с
пом ощ ью н аблю ден и я и теорети чески х представлен и й соврем ен н ой астроф и зики ,
ф и зи ки элем ентарны х частиц и косм ологи и . Н ейтронн ая звезда, таким образом , —
ф и зи ческая реальность, о которой м ы им еем разум н ое представлени е: она является
наблю даем ой в эксп ери м ен те ф и зи ческой реальн остью и теорети чески нам и
объясн и м ой , поним аем ой вещ ью .
Ч то касается черн ы х ды р, то больш ин ство сп еци али стов по астроф изике,
косм ологи и и ф и зике частиц убеж ден ы в ф изической реальности их сущ ествован и я.
В се наблю даем ы е дан н ы е косвенн о п одтверж даю т и х сущ ествован и е, н о о
неп осредственн ом и х наблю дени и п ока не м ож ет и дти речи : они сущ ествую т, н о
пока они непосредствен но н е н аблю даем ы в силу и х м алого разм ер а. П оэтом у
сп еци али сты -учены е п и ш ут о кан ди датах в черн ы е ды ры .
И все ж е, сп раш и вается, почем у у н аучной (н е только) общ ествен н ости они
вы зы ваю т такой повы ш ен н ы й ин теллектуальны й ин терес? Н ам представляется, этот
всеобщ ий духовны й (не только интеллектуальн ы й) интерес вы зы вается сли ш ком
ради кальной н еобы чн остью и н еож иданн остью появлен и я н а небосводе н аш ей
В селенной черн ы х ды р как ф еном ен ов, сущ ествовани е которы х абсолю тн о
несовм ести м о н е только с наш им п ривы чн ы м , обы денн ы м п редставлением о
ф еном ен ах в наш ем оби таем ом м и роздан и и , н о и х сущ ествовани е н есовм ести м о с
идеям и , законам и, принципам и соврем ен н ой астроф изики , косм ологии и ф и зи ки
части ц : природа настолько глубока и н еобы чн а, что н аш ум не способен п редугадать
ее сущ ность.
С чи таю т, что все соверш ен н ое, прекрасн ое, гарм они чн ое, все красивое в н аш ем
м и роздан и и — н еобы чно и неож иданн о: черны е ды ры такж е н еобы чн ы и
неож и дан н ы . О ни п арадоксальны (doxa — м н ен и е, а para — сверх, по-гречески ).
Ч ерн ы е ды ры проти воречат как м н ен и ю , так и эп и стем е как научном у разу м ном у
знани ю . А в ф и лософ ском асп екте черны е ды ры лом аю т все наш и тради ц и он н ы е
ф и лософ ские представлен ия о м и роздан и и — три единстве м атери и , простран ства и
врем ени в точке сингулярн ости.
Е сли говори ть о ф и лософ и и В селенн ой , то черн ы е ды ры п редставляю т собо й
осевую и стерж невую проблем у ее: он и требую т от нас соверш енно и н ы х
представлен ий о м атери и , пространстве и врем ени , об и х триеди н стве в
си н гулярности как точке бескон ечн ой п лотн ости м атерии и и скривлен н ого
простран ства-врем ен и , где п ространство R = 0 и врем я t = 0.
П оэтом у для прави льного п он и м ани я и ф илософ ского реш ения п роблем ы
си н гулярности в черн ы х ды рах необходи м о, во -п ервы х, п ри зн ан и е м н огом ерн ости
простран ства (исчезает трехм ерн ость п ространства, но оно как м н огом ерн ое
остается), а во-вторы х, при знан и е м нож есвен н ости м ульти -вселен н ы х в М ега-
В селенной.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
287
287
И все ж е нам хочется особо подчеркн уть, что изучение и исследовани е черн ы х
ды р п оказы вает, н асколько бы ли п равы и п розорли вы А . Э йнш тейн, К . Ш варц ш ильд
и Р и м ан как осн овополож ни к неевкли довой геом етри и и зам кнутого м и ра.
П оскольку н аш а работа — ф и лософ ская, н ас интересую т не сам и по себе белы е
ды ры и нейтрон н ы е звезды , а и х ф и лософ ское осм ы слени е — что в их сути есть
нечто всеобщ ее, п редставляю щ ее ф илософ ски й см ы сл и ц енн ость триады м атери и ,
пространства и врем ени : для ф илософ ского созн ани я важ но в и х сущ ествован и и
сверхп лотн ое состоян и е м атери и — н ейтрон ного вещ ества в ж и дкой сф ере в центре
ней трон н ой звезды . Т очно так ж е в черн ы х ды рах н ас интересует п реж де всего
ф и лософ ская проблем а син гулярности как н ачала всех н ачал В селенн ой : наш а
В селенная рож дается и з си н гулярн ости -1 в результате Б ольш ого взры ва. А если
В селенная — зам кнуты й м ир, то кон ц ом ее судьбы станет Б ольш ой крах — коллап с,
уни чтож аю щ и й всю наш у В селен н ую в си н гулярн ость-2.
К ак м ы уж е отм етили в н аш ей работе, вся и стори я человеческой м ы сли
(м иф ологи ческой, рели ги озн ой , ф и лософ ской, н аучн ой и т. д.) п оказы вает: пои ск
первон ачала (первосущ ности ) всегда и везде находи лся в ц ентре п ри стального
вним ани я всех м ы сли телей всех эп ох — м иф ологи чески х, религиозны х,
ф и лософ ских, научны х и т. д.
Р и с. 2.16
И только во второй полови н е уш едш его (Х Х ) века, в м уках и страдан и ях
человечески х судеб, при ходит п росветлени е в вели ки х ум ах человечества о
си н гулярности как начале Б ольш ого взры ва. О но, т. е. просветлен и е, бы ло
дости гнуто талантом , уси ли ям и целой плеяды зам ечательны х м ы сли телей —
астроф изиков, косм ологов и ф изиков части ц , учены х сам ы х разны х кон ти н ентов:
советски х — Л . Д . Л ан дау, С . С . Ш кловский, Я . Б . Зельдович, И . Д . Н овиков, А . Д .
Д орош кеви ч, А . А . С тароби н ский и др.; англи й ских — С . Х оки н г, Р . П ен роуз и др.;
ам ерикан ских — Д ж . У илер, Ч . М и зн ер, К . Т орн и др.
И все ж е, почем у стало возм ож ны м это п росветлен и е блестящ ей и
экстраваган тной и деи си н гулярности в черн ы х ды рах? Н епосредственн ы м
источн и ком просветле-
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
288
288
ния и деи си н гулярности является откры ти е странн ого и загадочного объекта —
квазаров. В 1963 г. Г . Ш м идтом , а затем в 70-е гг. лави н ообразное откры ти е
пульсаров как ней трон н ы х звезд, предсказан н ы х н аш им вели ким советским ф изиком
Л . Л андау. И м ен н о в 70-е гг, в связи с и сследовани ем и и зучен и ем квазаров, ядрам и
которы х м огут бы ть черн ы е ды ры , главн ы й гравитационист соврем енн ости Д ж он
У илер вы сказал свою глубокую озабочен н ость, утверж дая, что теоретическая ф и зика
вступ и ла в глубоки й кризи с: си н гулярн ость в черн ы х ды рах ввергла теорети ческую
ф и зи ку (т. е. совокупн ость соврем ен н ы х астроф изики, косм ологи и и ф и зики части ц )
в н евиданн ы й до си х пор глубокий кри зи с, затронувш ий и расш атавш и й сам у
ф и лософ скую основу соврем ен н ой теорети ческой ф изик и — три аду м атерии,
простран ства и врем ен и : си н гулярность — точка бесконечной п лотности м атерии и
бесконечн ого искривлени я пространства-врем ени , равн ого н улю .
П оэтом у глубокая и тревож ная озабочен н ость главн ого грави тац и он и ста Д ж .
У илера, нам представляется, заклю чается в ф и лософ ском кри зи се триады м атери и ,
простран ства и врем ен и . Э тот н аучн ы й и ф и лософ ский кри зи с — точка би ф уркаци и
как точка н еустой чи вости : он а является поворотн ы м п унктом п оявления нового
взгляда на м ир. И развити е науки и н аучн ого п ознан и я подчин яется законам
биф уркац и и и катастроф ы : н овое рож дается через эти законы би ф уркаци и и
катастроф ы .
В этом ф илософ ском ракурсе особая заслуга в п оиске вы хода и з кризисного
состояния соврем енн ой теоретической ф и зи ки п ри н адлеж ит двум англий ски м
учены м ф изикам -теорети кам С ти вену Х окингу и Р одж еру П ен роузу, которы е в свои х
работах вн если значительн ы й вклад в теоретическое уп орядочен ие и обосн ован и е
проблем ы черн ы х ды р и си н гулярн ости, н есм отря н а то, что и х взгляды даж е в
принципиальны х воп росах н е всегда совпадаю т. Я н е им ею п рава н е отм етить тот
больш ой вклад, которы й бы л внесен в реш ение п роблем ы черны х ды р н аш им и
советско-росси й ски м и учен ы м и во главе с академ иком -м аэстро Б . Я . Зельдови чем ,
его учен и кам и и сотрудн и кам и — И . Д . Н ови ковы м , А . Д . Д орош кеви ч ем , А . А .
С тароби н ски м и м н оги м и другим и: С ти вен Х оки н г в своих кн и гах «К раткая истори я
врем ени » и «Ч ерны е ды ры и м олоды е В селен н ы е» отм ечает, что он дваж ды п осети л
С оветски й С ою з в начале 70-х и 80-х гг., и в свои х беседах с академ и ком Б . Я .
Зельдови чем м н ого и н тересного почерп н ул о черн ы х ды рах и об истечени и из
черн ы х ды р части ц .
И сти н а всегда рож дается в диалогах и м уках: она никогда н е является сразу в
заверш ен н ом ви де. О на является нам в виде заблуж ден и я.
Е сли п осм отреть в ретросп екти ве в ф илософ ском ракурсе на развитие
косм ологи и как н ауки о В селен н ой в ц елом ее структурн ой органи заци и и эволю ц и и ,
то соверш енно очеви дн о, что вы работка п он яти я син гулярности как н ачала всех
начал н евозм ож на бы ла, да в этом и не бы ло необходим ости, в стационарной
В селенн ой Э йнш тей н а. Т олько н естац и он арная м одель В селенн ой А . Ф ридм ана
предп олагает н еобходи м ость первон ачала. Э то — п ервое. А второе — Б ольш ой
взры в горячей В селенн ой Г . Г ам ова — является неп осредственн ой п редпосы лкой
поиска си н гулярности как первон ачала всех н ачал: сингулярн ость катастроф и чески
взры вается, и рож дается н аш а В селенн ая.
Г лавная ц ель эф ф екта С . Х оки н га в ф илософ ском аспекте состои т в
превращ ении черн ой ды ры в белую ды ру: белая ды ра — черн ая ды ра, излучаю щ ая
части ц ы , в том числе суперсим м етри чн ы е суперп артнеры и и х трансм утац и и с
известн ы м и нам части ц ам и. В черную ды ру заходи т одн а м атерия, а через белую
ды ру вы ходи т другая
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
289
289
м атерия: точн о так ж е в черную ды ру заходит одн о п ространство -врем я, а вы ходит
через белую другое простран ство-врем я. В черную ды ру заходи т м акроскопическое,
а через белую ды ру вы ходит м икроскоп и ческое: м акроскопи ческое и
м и кроскопическое взаи м ообратим ы .
И сследован и е эф ф екта С ти веном Х окин гом основы вается н а особенн остях
квантовой м ехани ки (н еоп ределен н ости Г ей зен берга, случай н ость, вероятность,
стохасти чн ость, хаос, квантовы е ф луктуаци и , дуали зм волны и части ц ы ,
виртуальны е части ц ы и анти части ц ы и т. д.).
П ри этом С . Х окинг счи тает, что виртуальность, как рой части ц и анти части ц ,
является основны м источни ком истечен и я черн ой ды рой частиц :
1) п ара части ц а — анти части ц а п адает в черн ую ды ру и исчезает в н ей ;
2) оди н член виртуальной пары частиц а — ан тичасти ц а п адает в черн ую ды ру, а
другой — вы летает из черн ой ды ры и улетает в бескон ечн ость;
3) частиц а и ан тичасти ц а обе анн и гилирую т.
К вантовая м ехани ка п озволяет вы рваться части ц е из черн ой ды ры , чего н е
позволяет класси ческая м еханика. О днако в ядерной ф изике и атом н ой сущ ествует
м н ого ситуаци й , когда сущ ествует н екоторы й барьер, которы й п о классически м
принципам части ц ы п реодолеть н е м огут, н о через которы й м огут п ролож ить
тон н ель согласн о п ри н ц и п ам кван товой м ехани ки.
Т щ ательны е расчеты показы ваю т, что вы п ущ ен н ы е части ц ы им ею т тепловой
сп ектр, соответствую щ ий возрастаю щ ей тем пературе.
Р и с. 2.17. Ч ер н ая ды р а, к ол л ап си р ую щ ая и в р ащ аю щ ая ся
С ти вен Х окин г предполагает сущ ествовани е белы х ды р, а Р одж ер П ен роуз
категорически отрицает: белая ды ра, согласн о С . Х оки н гу, — ды ра с обратн ы м
врем енем , с чем Р . П енроуз н и как не м ож ет согласиться. Р . П енроуз считает, что
врем я как в м акром ире, так и в м и кром и ре абсолю тн о н еобрати м о: оно абсолю тн о
асим м етри чн о во В селенн ой . С . Х окинг счи тает, что прин ц и п неоп ределен ностей
Г ейзенберга как п ринци п случайн ости, неоп ределенн ости, н епредвиден н ости ,
ф луктуаци и — вы п аден и е из общ его прави ла, общ его п орядка класси ческой ф и зики :
виртуальны й м и р ви ртуальны х частиц и ан ти части ц — м и р небы ти я, как м и р вечн ого
становлени я и ф луктуац и и эти х частиц и ан тичасти ц и их превращ ен и я в реальн ы е,
готовы е части ц ы и античасти ц ы . В и ртуальность и вещ ественн ость являю тся
взаи м оп рон и каю щ им и : виртуальное и вещ ествен н ое взаи м ообратим ы .
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
290
290
Б елы е ды ры — ды ры истечен и я части ц — электронов, кварков, гравитон ов и т.
д. — и их трансм утации.
Н е с класси ческой ф и зики , а с кван товой ф изики возм ож н о тун н ели ровани е:
части ц ам , чтобы поп асть в проти вополож н ую сторону подн ож и я ф и лософ ских гор,
не обязательн о с точки зрени я кван товой м ехани ки подн и м аться н а верш ину
Э вереста и сп ускаться к п однож и ю Г и м алаев. О ни м огут прорубить тун н ель сам и в
поднож и и гор и вы йти на п ротивополож ную сторону Г и м алаев.
Г де-то, на нам ещ е н еи звестн ом уровне В селенн ой , си стем атически , п остоян н о
происходи т коллап с, которы й п ревращ ает бари он н ую м атерию в «тем ную м атерию »
и наоборот: м икром и р си стем ати чески образуется и через белую ды ру проявляется.
Ч асти ц а-волна не есть би льярдн ы й ш ар, тенн и сны й м яч и ли ф утбольны й м яч: по
закон у абсолю тн ости он и не м огут находи ться в состоянии покоя, которого вообщ е
нет в п ри роде. Б и льярдн ы е ш ары , тенн и сны е м ячи и ли ф утбольны е по внутренн ей
сущ ности есть движ ущ иеся ш ары и ли м ячи , и и гроки то лько и зм еняю т и х
нап равлени е движ ени я и вли яю т н а их ускорение. А с части ц ам и -волнам и совсем
обстои т п о-другом у: он и не п одчи н яю тся воле человека. И х дви ж ени е соверш ен н о
свободн о: как хотят, так и движ утся. Н о у ни х свои законы — законы случай н ости ,
вероятн ости, неоп ределен н остей и т. д.
К вантовы й вакуум — виртуальны й вакуум , п оэтом у вакуум как квантовое
простран ство-врем я зап олн ен виртуальной м атерией: кван товы й виртуальны й вакуум
— кван товы й м и р ф луктуаций.
О п ределен н ость и н еопределен н ость взаи м освязан ы : неоп ределенн ость
содерж ит больш ее количество и н ф орм аци и , чем оп ределенн ость. И з
неоп ределен н остей м ож н о п олучи ть больш е сам ы х разли чн ы х ф ен ом енов, чем и з
определен н ости. Н еопределенн ость богаче, содерж ательнее и разн ообразн ее, чем
определен н ость: ап ейрон А н акси м ан дра, ш уньята Ш анкары , Д ао Л ао-Ц зы ,
виртуальны й квантовы й вакуум А лана Г ута и т. д. — все эти н еоп ределен н ости
богаче, чем кон кретн ы е оп ределен н ости (вода, воздух, огонь и т. д.). П оэтом у и з эти х
неоп ределен н остей м ож н о п олучить бесконечн ое м нож ество сам ы х н еож идан н ы х,
кон кретн ы х вещ ей. Н еоп ределен н ость — бесконечн ое м н ож ество степеней «свободы
воли» м и крочастиц: неоп ределен н ость содерж и т м н ож ество кан алов эволю ци и
части ц ы , вы бор одн ого и з каналов эволю ц и и случаен. Н еоп ределенн ость — это
м н огоканальность эволю ции части ц , поэтом у он а н еп редсказуем а: части ц а как хочет,
так и п оступ ает.
И так, м ы рассм отрели :
1. П рин ц и п соотн ош ен и я н еоп ределен н остей В . Г ей зен берга, которы й является
ф ун дам ен тальн ы м при н ц и п ом , леж ащ им в основе всей кван товой м атерии и
котором у так или и н аче подчи н яю тся все м и крочасти цы . С оотн ош ен и е
неоп ределен н остей — п ри н ц и п радикального пересм отра ф ун дам ен тальны х
принципов и отказа от п очи таем ы х классической ф и зи кой п олож ени й , таких как
точное зн ани е значен и я двух сопряж енн ы х вели чи н — координаты и им п ульса,
особен н о излю бленн ы х при н ц и п ов строго однозначн ого детерм ини зм а и п ри вы чн ого
поняти я о траектории и т. д.
О дн и м словом , при н ц и п соотн ош ен и я н еопределенностей в ф илософ ском
отн ош ени и говори т о п ереходе в и н ой , новы й м ир, квантовы й м ир м и крочасти ц , где
нам и долж ны бы ть ради кальнейш им образом пересм отрен ы ф ундам ен тальн ы е
ф и лософ ские и научн ы е воззрен и я н а м и р классической ф и зи ки — строги й
детерм инизм ,