Леонард Сасскинд - Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики

Допустим, Гейзенберг хочет получить достаточно четкое изображение электрона, чтобы увидеть его положение с точностью до микрона[101]. Для этого ему придется использовать свет с длиной волны меньше микрона.

И вот тут ловушка захлопывается. Помните, в главе 4 говорилось, что чем короче длина волны фотона, тем выше его энергия? Например, энергия одного радиоволнового фотона столь мала, что он не окажет на атом почти никакого влияния. Напротив, энергии одномикронного фотона будет достаточно, чтобы возбудить атом, забросив электрон вверх по энергетической лестнице квантовых орбит. Ультрафиолетовый фотон с длиной волны в десять раз меньше будет достаточно энергичен, чтобы вовсе вышибить электрон из атома. Так что Гейзенберг оказался в ловушке. Если он хочет определить положение электрона с высокой точностью, за это надо заплатить цену. Ему придется использовать очень энергичный фотон, который «толкнет» электрон и непредсказуемым образом изменит его движение. Если же использовать слабый фотон с небольшой энергией, то лучшее, что можно получить, это очень туманное представление о местоположении электрона. Настоящая уловка-22[102].

Возможно, у вас возникнет вопрос: а можно ли вообще измерить скорость электрона? Ответ — можно. Для этого нужно измерить его положение дважды, но с очень низкой точностью. Например, можно использовать длинноволновый фотон, чтобы получить очень размытый образ, а затем повторить эту операцию спустя очень длительное время. Измеряя два размытых образа, можно точно определить скорость, но ценой потери точности определения положения.

Что бы ни придумывал Гейзенберг, ему никак не удавалось одновременно определить положение и скорость электрона. Я представляю себе, как он и, конечно, его наставник Бор стали задумываться, есть ли вообще какой-то смысл считать, что электрон обладает одновременно положением и скоростью. Согласно философии Бора, электрон можно описать как имеющий положение, которое можно точно измерить, используя очень коротковолновый фотон, или можно описать его как имеющий скорость, измеримую с помощью длинноволновых фотонов, но не как то и другое сразу. Измерение одной характеристики препятствует измерению другой. Бор выразил это, сказав, что два типа знания — положение и скорость — это взаимно дополнительные аспекты электрона. И конечно, в рассуждениях Гейзенберга нет ничего специфичного именно для электрона; они в той же мере приложимы к протону, атому или шару для боулинга.

История про графа, императора и Стива кажется внутренне противоречивой. Но наблюдение битов информации внутри черной дыры и наблюдение их вовне горизонта несовместимы точно так же, как несовместимы друг с другом измерения положения и скорости. Никто не может быть одновременно и вне, и внутри горизонта. По крайней мере, это было утверждение, которое я собирался сделать в Санта-Барбаре.

Черные дыры реальны. Вселенная полна ими, и они относятся к числу самых впечатляющих и неистовых космических объектов. Но в 1993 году на конференции в Санта-Барбаре большинство физиков не слишком интересовались астрономическими черными дырами. Их больше заботили не телескопические наблюдения, а мысленные эксперименты. И информационный парадокс наконец привлек к себе самое серьезное внимание.

Конференция была скромной — пожалуй, не большее сотни участников. Когда я вошел в аудиторию, то увидел множество знакомых лиц. С краю сидел Стивен в своем инвалидном кресле. Якоб Бекенштейн, с которым я никогда прежде не встречался, находился в центре аудитории. Местная команда — Стив Гиддингс, Джо Полчински, Энди Строминджер и Гэри Хоровиц — вся была на виду. Им предстояло сыграть большую роль в грядущей революции, но тогда они были противниками, одураченными пехотинцами армии информационных лузеров[103]. Справа в первом ряду сидел Герард т' Хоофт, готовый к битве.

Вот что я запомнил из выступления Хокинга. Стивен сидел, неудобно развалившись в своем колесном кресле, голова его была слишком тяжела, чтобы держать ее прямо, все остальные замолкли в напряженном ожидании. Он находился на правой стороне сцены, откуда ему был виден большой проекционный экран, а сам он мог следить за аудиторией. К этому времени Стивен утратил возможность говорить собственным голосом. Его электронный голос вещал заранее записанный текст, а ассистент манипулировал со слайд-проектором, стоя позади него. Проектор был синхронизирован с записанным сообщением, и непонятно, что там вообще делал ассистент.

Несмотря на механический тембр, его голос был полон личного звучания. А улыбка Стивена демонстрировала полную уверенность и убежденность. В его выступлениях есть загадка: как присутствие неподвижного хрупкого тела вдыхает столько жизни в мероприятия, которые в ином случае казались бы скучными? Едва заметная мимика Стивена несет такой магнетизм и харизму, какие мало у кого встречаются.

Сам доклад не был особо запоминающимся, по крайней мере если говорить о его содержании. Стивен рассказывал о том, о чем и собирался и о чем я говорить не хотел, — о CGHS-теории и о том, как CGHS ее развили (он великодушно упомянул RST за найденную ошибку). Его основное сообщение состояло в том, что если корректно проделать все выкладки в CGHS, то результаты подтверждают его собственную теорию о том, что информация не может высвечиваться из черной дыры. Для Стивена урок CGHS состоял в том, что математика этой теории просто доказывала его точку зрения. Для меня урок был в том, что не только умозрительная картина дефектна, но и математические основания квантовой гравитации, по крайней мере в том виде, в каком они вошли в CGHS, внутренне противоречивы.

Самым неожиданным в докладе Стивена стал последовавший за ним период вопросов и ответов. Один из организаторов конференции поднялся на сцену и предложил аудитории задавать вопросы. Обычно вопросы бывают техническими, и порой они оказываются довольно длинными, поскольку спрашивающий хочет показать, что он понимает суть дела. Но затем в аудитории повисает мертвая тишина. Сотня поклонников превращается в молчаливых монахов в странно затихшем соборе. Стивен сочиняет ответ. Метод, которым он коммуницирует с внешним миром, удивителен. Он не может говорить или поднять руку, чтобы подать знак. Его мускулы настолько атрофированы, что вряд ли могут произвести хоть какое-то усилие. У него не хватает ни сил, ни координации, чтобы печатать на клавиатуре. Если память мне не изменяет, в то время он подавал сигналы, слегка надавливая на джойстик.

На маленьком компьютерном экране, закрепленном на подлокотнике его кресла, более или менее непрерывно бегут последовательности слов и вспыхивают буквы. Стивен выдергивает их поодиночке и сохраняет в компьютере, формируя предложение или пару. Это может занять до десяти минут. Пока оракул составляет ответ, в комнате стоит тишина, как в склепе. На фоне нарастающего ожидания и беспокойства все разговоры прерываются. Наконец, появляется ответ: это может быть не более чем «да», или «нет», возможно, фраза или пара фраз.

Я видел, как это происходит в помещении с сотней физиков, а равно на небольшом стадионе с пятью тысячами зрителей, включая южноамериканского президента, министра обороны и нескольких высших генералов. Моя реакция на эту невероятную тишину варьировалась от удивления до серьезного раздражения (почему мое время растрачивается на этот фарс?). Мне всегда хотелось пошуметь, может быть, просто поговорить с соседом, но я никогда этого не делал.

Что же в Стивене вызывает такое восхищенное внимание, какого мог бы удостоиться святой, раскрывающий глубочайшие секреты Бога и Вселенной? Хокинг высокомерный человек, самовлюбленный и предельно эгоцентричный. Впрочем, это верно в отношении половины людей, которых я знаю, включая меня самого. Я думаю, что ответ на этот вопрос отчасти связан с магией и таинственностью бестелесного интеллекта, который перемещается по Вселенной в инвалидном кресле. Но отчасти дело в том, что теоретическая Физика — это небольшой мир, состоящий из людей, знающих друг друга много лет. Для большинства из нас это продолжение семьи, и Стивен — любимый и глубоко уважаемый член этого семейства, несмотря даже на то что порой он вызывает фрустрацию и раздражение. Нас всех очень тревожит, что он не может общаться иначе, как тем скучным и долгим способом, который он использует. Поскольку мы ценим его точку зрения, то сидим и тихо ждем. Я также думаю, что степень концентрации Стивена в процессе составления ответа, вероятно, столь высока, что он даже не замечает странной тишины вокруг.

Как я уже сказал, доклад был незапоминающимся. Стивен сделал свои обычные заявления: информация уходит в черную дыру и никогда не возвращается. К тому времени, когда черная дыра испаряется, она полностью пропадает.