Хотя физика говорит нам, что информация не может быть ни создана, ни уничтожена (если бы информацию можно было создать или уничтожить, то вся смысл физики, то есть предсказать будущие события или выявить причины существующих ситуаций, было бы невозможно), она не требует, чтобы информация была доступный. На протяжении десятилетий физики предполагали, что информация, упавшая в черную дыру, все еще там, все еще существует, просто скрыта от глаз.
Все было нормально до 1970-х годов, когда Стивен Хокинг открыл тайную сложность горизонта событий. Оказывается, эти темные звери были не такими простыми, как нас заставили поверить, и что горизонты событий черных дыр — одно из немногих мест во всем космосе, где гравитация явно встречается с квантовой механикой.
Поиски объединения квантовой механики и гравитации начались более века назад, вскоре после развития этих двух великих областей физики. Их объединению помешало увеличение количества бесконечностей в математике. Каждый раз, когда гравитация становилась сильной в малых масштабах, наши уравнения расходились до бесконечности и давали бесполезные нерезультаты. Но здесь мы находимся на границах черных дыр, которые по определению являются местами сильной гравитации. А поскольку горизонты событий являются математическими конструкциями, а не реальными поверхностями с конечной протяженностью, чтобы по-настоящему понять их, мы должны исследовать их микроскопически, что прочно помещает их в область квантов.
Сильная гравитация в небольших масштабах. В то время как наша математика взрывается, черные дыры наверняка нет. Что-нибудь должен объединить гравитацию и квантовую механику, какой-то математический трюк или подвиг физического прозрения, и все, что решает эту задачу, делает это здесь, на горизонте событий каждой черной дыры во Вселенной.
Хокинг, среди других, в 1970-х годах приступил к реализации программы по использованию горизонтов событий черных дыр, чтобы исследовать совместную природу гравитации и квантовой механики в экстремальных условиях, надеясь найти хоть какой-то ключ к их союзу. И хотя эта программа еще не реализовала весь свой потенциал, Хокинг все-таки открыл что-то совершенно экстраординарное о черных дырах, как будто они уже не были достаточно экстраординарными.
Он обнаружил, что черные дыры, строго говоря, не являются абсолютно черными на 100%. Благодаря причудливому взаимодействию квантовой природы реальности и образованию горизонтов событий при рождении черных дыр они способны излучать небольшое количество радиации. Чтобы быть совершенно ясным, количество излучения, исходящего от черных дыр, практически равно нулю. Например, типичная черная дыра с массой, в несколько раз превышающей массу Солнца, будет излучать где-то около одного фотона каждый год. Так что вы вряд ли найдете светящуюся черную дыру с помощью телескопа на заднем дворе (а поскольку Вселенная буквально пылает радиацией, черные дыры в настоящее время потребляют гораздо больше, чем излучают).
Вот как это излучение, теперь известное как излучение Хокинга в честь Стивена, разрушает первозданную картину черных дыр, нарисованную общей теорией относительности и теоремой об отсутствии волос. Давайте представим, что вы строите себе черную дыру, сжимая достаточное количество материи в достаточно малый объем, который предстает перед вами. Создание этой черной дыры потребовало огромного количества информации обо всех частицах, которые когда-то пользовались свободой, и вся эта информация теперь надежно спрятана за горизонтом событий. Затем вы изолируете черную дыру от любого источника роста: ни материи, ни излучения, ни энергии, которой она могла бы питаться. Черная дыра испускает излучение Хокинга, испуская по одному фотону за раз. С каждым выбросом черная дыра теряет немного массы (в конце концов, бесплатного обеда не бывает, и кто-то должен оплачивать энергетические счета за это новообретенное излучение в космосе). В конце концов, если вы подождете достаточно долго, черная дыра полностью испарится, исчезнув в потоке энергетического излучения.
Одна проблема. Это излучение Хокинга… безлико. На физическом жаргоне мы говорим, что излучение термический, что является еще одним способом сказать, что он не содержит уникальной информации. Вы можете сидеть перед своей самодельной черной дырой и регистрировать энергии и импульсы каждой испускаемой частицы излучения Хокинга, пока она не схлопнется сама по себе через 10100 лет и ты научишься абсолютно ничего если не считать того глупого факта, что черная дыра действительно испаряется при определенной температуре.
Вот информационный парадокс черной дыры, парадокс, который сбивает с толку теоретическую физику на протяжении более полувека, парадокс, разрешение которого лежит в неизведанных землях квантовой гравитации, разрешение, которое обещает дать начало новому пониманию физики: информация в черную дыру. Никакая информация не выходит. Излучение Хокинга испаряет черную дыру. Черная дыра уходит. Информацию невозможно уничтожить… так куда же делась вся информация?
Там должен быть ошибкой в рассуждениях Хокинга, потому что Вселенная не терпит парадоксов. Политические революции происходят, когда две противоборствующие группы не могут прийти к компромиссу: парадокс интересов и целей. Научные революции происходят, когда два противоположных факта не могут найти общую нить: парадокс рассуждения и дедукции.
Я буду с тобой откровенен. На момент написания этой статьи у нас не было подтвержденного, согласованного, проверенного и надежного решения информационного парадокса черной дыры. Но у нас есть ряд интригующих подсказок, математических хлебных крошек, которые, кажется, куда-то ведут нас, и наводящий на размышления проблеск чего-то большего прямо за горизонтом.
