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

• Название: Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики
• Автор: Леонард Сасскинд
• Издательство: Питер
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-496-00395-7

Что происходит, когда объект падает в черную дыру? Исчезает ли он бесследно?

Около тридцати лет назад один из ведущих исследователей феномена черных дыр, ныне знаменитый британский физик Стивен Хокинг заявил, что именно так и происходит. Но оказывается, такой ответ ставит под угрозу все, что мы знаем о физике и фундаментальных законах Вселенной. Автор этой книги, выдающийся американский физик Леонард Сасскинд много лет полемизировал со Стивеном Хокингом о природе черных дыр, пока, наконец, в 2004 году, тот не признал свою ошибку.

Блестящая и на редкость легко читаемая книга рассказывает захватывающую историю этого многолетнего научного противостояния, радикально изменившего взгляд физиков на природу реальности. Новая парадигма привела к ошеломляющему выводу о том, что все в нашем мире — эта книга, ваш дом, вы сами — лишь своеобразная голограмма, проецирующаяся с краев Вселенной.

Книга включена в «Библиотеку Фонда «Династия».

Фонд некоммерческих программ «Династия» основан в 2001 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании «Вымпелком». Приоритетные направления деятельности Фонда — поддержка фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение. «Библиотека Фонда «Династия» — проект Фонда по изданию современных научно-популярных книг, отобранных экспертами-учеными.

Книга, которую вы держите в руках, выпущена под эгидой этого проекта.

Более подробную информацию о Фонде «Династия» вы найдете по адресу www.dynastyfdn.com

---

128

Эксперты, прочитав это, отметят, что существует только восемь различимых типов глюонов. Одна квантово-механическая комбинация — глюон, с равной вероятностью являющийся красно-красным, сине-синим, зелено-зеленым, — избыточна.

129

Для некоторых моих коллег так называемые двойные пропагаторы — это просто прием для отслеживания математических возможностей теории. Для других, в том числе и для меня, это важное указание на особенности микроскопического строения, которые слишком малы, чтобы сегодня их обнаружить.

130

Вас, возможно, удивит, откуда мы знаем, что глюоны могут распадаться на пары глюонов. Ответ кроется глубоко в дебрях математики КХД. Согласно математическим правилам квантовой теории поля, глюоны могут делать только две вещи: распадаться на два глюона и испускать кварк. В действительности они делают и то и другое.

131

Дискуссионным остается вопрос о том, являются фундаментальные струны окончательным объяснением элементарных частиц или просто очереднойступенью редукционистского марша ко все меньшего размера объектам. Независимо от их природы, в настоящее время для удобства используется термин «фундаментальные струны».

132

Именно поэтому некоторые физики утверждают, что теория струн навсегда останется экспериментально не подтвержденной. Для такого заявления есть основания, но вина теоретиков тут не больше, чем экспериментаторов. Эти ленивые собаки должны построить ускоритель размером с галактику. Ну и конечно, добыть триллионы баррелей нефти, которые понадобятся ежесекундно, чтобы его питать.

133

Часто приходится слышать, что теория струн десятимерна. Еще одно измерение не что иное, как время. Иными словами, теория струн (9 + 1) — мерная.

134

CGHS-модель, которую я описывал в главе 15, — это и есть Лайнландия, но с массивной (и, несомненно, опасной) черной дырой на краю лайнландского космоса.

135

См. главу 3. — Примеч. перев.

136

Строго говоря, звукие может распространяться в пустоте. Вы можете либо вернуться к аналогии со сточной дырой, либо заменить Алисин свисток ультрафиолетовым фонариком.

137

Рассел Хобан (1925–2011) — англо-американский писатель. В оригинале его роман называется «The Mouse and His Child». Он вышел в 1967 году и признан классикой жанра. Это детская книга о странствиях двух игрушечных заводных мышат и одновременно философская притча. Русский перевод: Хобан Рассел. Мышонок и его отец. — М.: Открытый мир, 2006. — Примеч. перев.

138

С момента, когда это было написано, Энн открыла по крайней мере еще способов ношения футболки.

139

Мы узнаем об этом в ближайшие годы, когда заработает в полную силу европейский ускоритель БАК (Большой адронный коллайдер).

140

Здесь есть техническая тонкость. Сжатие кирпича или другого объекта увеличивает его энергию, а поскольку E = mc2, то увеличивается также и его масса. Но этот прирост можно компенсировать разными способами. Наша задача — получить наименьший возможный однокилограммовый объект.

141

Почему так плотно? Это энтропия. С увеличением массы площадь горизонта увеличивается; поэтому энтропия черной дыры тоже растет. Но не забывайте: энтропия означает скрытую информацию. Когда мы говорим, что масса черной дыры составляет один килограмм, мы в действительности имеем в виду примерно один килограмм. Более точно было бы сказать, что масса составляет один килограмм с некоторой погрешностью. Если существует много возможных черных дыр с массами в пределах этой погрешности, то много информации остается за рамками нашего описания. Эта отсутствующая информация и есть энтропия черной дыры. Зная, что энтропия черной дыры растет с массой, 'т Хоофт заключил, что спектр масс черных дыр должен становиться очень плотным и размазываться.

142

И поднимем температуру до 1023 градусов Кельвина.

143

«Тинкертой» (Tinkertoy) — изобретенный в 1914 году детский конструктор, основными элементами которого являются деревянные стержни и соединительные диски для них с отверстиями через каждые 45° по окружности, а также вдоль оси. — Примеч. перев.

144

Используется также термин топологическое число. — Примеч. перев.

145

То, что в теории струн имеется два типа струн, может показаться странным и до некоторой степени произвольным. Существуют мощные математические симметрии, называемые дуальностями, связывающие фундаментальные струны и D-струны. Эти дуальности очень похожи на дуализм электрических зарядов и магнитных монополей, гипотезу о которых выдвинул в 1931 году Поль Дирак. Они оказали сильное влияние на некоторые области чистой математики.

146

Полчински и Хоровиц написали статью, используя тот же метод, который я применил в 1993 году, для подсчета энтропии многих типов черных дыр, возникающих в теории струн, — как экстремальных, так и обычных, и во всех случаях ответы совпадали с формулой для площади Бекенштейна — Хокинга.

147

В последние годы астрономы и космологи обнаружили, что наша Вселенная расширяется в ускоренном темпе, удваивая свой размер примерно за десять миллиардов лет. Это экспоненциальное расширение связывают с космологической постоянной, или «темной энергией», как ее называют в популярной прессе.

148

Может ли физический мир быть одно- или двумерным (я имею в виду пространство, не пространство-время)? Я твердо не знаю — нам известны не все принципы, от которых это может зависеть, — но с математической точки зрения квантовая механика и специальная теория относительности остаются столь же непротиворечивыми в одном и двух измерениях, как и в трех. Я не утверждаю, что в этих альтернативных мирах может существовать разумная жизнь, а лишь говорю, что некоего рода физика в них возможна.

149

Полное название рисунка Эшера: «Предел — круг 4 (Рай и Ад)»; по-английски: Circle Limit IV (Heaven and Hell). — Примеч. nepeв.

150

Матричная теория в этом контексте не имеет ничего общего с S-матрицей. Это теория предшествовала открытию Малдасены и была с ним тесно связана, и она тоже включала загадочный рост размерностей. Это был первый пример математической связи, подтверждающий голографический принцип. Матричная теория была открыта Томом Бэнксом, Вилли Фишлером, Стивом Шейкером и мной в 1996 году.

151

В своей оригинальной работе Малдасена концентрировался на случае с четырехмерным пространством. Его можно назвать (4 + 1) — мерным АДС. Причина выбора четырехмерного пространства вместо обычных трех измерений — чисто техническая и не важна для этой главы. Но она имеет отношение к части эпилога.

152

Почти неслыханным, но не совсем. Матричная теория дает более ранний подобный пример.

153

«Макарена» — популярная в середине 1990-х латиноамериканская танцевальная мелодия.

154

BPS — особое свойство D-бран, названное по инициалам его первооткрывателей — Богомольного, Прасада и Зоммерфильда.

155

Полное англоязычное название: Relativistic Heavy Ion Collider. — Примеч. перев.

156

Драйв-ин — кинотеатры на открытом воздухе, где фильмы смотрят прямо из припаркованной машины. — Примеч. перев.

157

Большая часть того, о чем я рассказываю в этих нескольких абзацах, гораздо более ясно описана в замечательной книге Лизы Рэнделл «Закрученные пассажи».

158

Слово «сдвиговая» относится к проскальзыванию одного слоя по другому.

159

Строго говоря, так мала была его вязкость, деленная на энтропию жидкости.

160

Павел Ковтун, Дэм Т. Сан и Андрей О. Старинец — трое теорфизиков из Вашингтонского университета в Сиэтле, которые первыми обнаружили, какие свойства горячего квантового супа вытекают из голографического принципа.

161

Численное значение космологической постоянной в планковских единицах — примерно 10-123. Подозрение о том, что она отлична от нуля, возникло в середине 1980-х годов у некоторых космологов, внимательно изучавших астрономические данные. Но более десятилетия эти соображения не привлекали большого внимания физического сообщества Невероятная малость значения космологической постоянной обманула почти всех физиков, полагавших, что ее просто не существует.