Британецът Стивън Хокинг, един от най-големите и със сигурност най-популярният физик на нашето време, загуби баса с Джон Прескил за решението на “информационния парадокс” при черните дупки. Залог бе някакви енциклопедия (по избор на победителя). Хокинг вече е изписал от Америка поръчаната от Прескил енциклопедия по баскетбол, макар да е убеден, че крикетът е по-интересна игра от баскетбола. Това е светската страна на въпроса. Сега да погледнем към научната. Най-странните небесни тела Едва ли има научнофантастичен роман, в който поне да

Стивън Хокинг

не се споменава за черните дупки. Така е и във фантастичните филми и дори в компютърните игри. В научния свят интересът към тях ту стихва, ту се разгаря с нова сила. Напоследък те отново са в центъра на дискусиите – и затова, разбира се, има основателни причини.

В най-общи линии вече станалата класическа теория за черните дупки се основава на създадената от Айнщайн Обща теория на относителността и на едно от нейните следствия – представата за гравитационния колапс.

“Колапс” не е термин от физиката – той е взет от медицината и означава буквално “припадък”. Когато се появят условията за образуване на черна дупка, пространството наистина изпада в “несвяст”– тоест изгубва познатите си свойства.

Всяка звезда е устойчива, докато две насочени една срещу друга сили се уравновесяват. Първата – силата на притеглянето – се стреми да смачка звездата. Противопоставя й се втората – насоченото навън налягане от термоядреното горене във вътрешността на небесното тяло. Така надутото балонче запазва устойчивата си форма, защото външното атмосферно налягане се уравновесява с вътрешното - на сгъстения въздух.

Гравитационните сили са, така да се каже, вечни, докато за термоядрената реакция не може да се каже същото. Когато свърши горивото (водородът), реакцията спира и гравитационните сили стават неограничени господари. И те веднага започват да свиват звездата. (Същото става, когато се спука балончето.)

Колко ще продължи свиването? Това зависи от първоначалната маса. Ако тя е сравнително малка, звездата просто преминава в друг клас – става бяло джудже. По-големите звезди стават неутронни (пулсари). А най-масивните, много по-големи от Слънцето, се смачкват неудържимо – докато, според повечето учени, стигнат размера на един единствен протон!

Стивън Хокинг се любюва на една черна дупка

Припадналото пространство

Според Общата теория на относителността пространството (или по-точно “пространство-времето”, но сега няма да усложнявяме и без това сложните неща) е изкривено. Трудно е да си го представим, но е така. Именно изкривяването на пространството е причина за гравитацията. Колкото е по-масивно едно тяло, толкова повече то изкривява пространството около себе си и затова по-силно  привлича околните тела. Това освен теоретично е доказано и експериментално - като е наблюдавано изкривяването на

светлинен лъч от далечния космос, който преминава покрай Слънцето.

Какво става, когато цялата маса на звездата започне да се свива в свръхплътен обект? Пространството около нея започва да се сгъстява дотам, че се затваря в себе си. И от този миг нататък нищо – нито една частица, нито светлинен лъч – не може да напусне околността й. Всякаква информация за нея става недостъпна – и именно за това е наречена “черна дупка”.

Само една година, след като Айнщайн създава своята Обща теория на относителността (която по-точно би трябвало да се нарича теория на гравитацията), германският астроном Карл Шварцшилд въвежда понятието “гравитационен колапс” и определя хоризонта на събитията – онази граница около неудържимо свиващата се звезда, извън която нищо не може да излезе. Тогава се появява и терминът “черна дупка” във Вселената. Какво става в тази черна дупка не знае никой – нали по принцип няма информация за нея.

Правят се предположения - едно от друго по-екзотични. Например, че в нея времето може да тече обратно. Или че по начало в нея такива понятия като време и пространство губят смисъла си. Че черните дупки са нещо като врати към други вселени.

Трябва обаче да се подчертае, че тези теоретични построения до голяма степен са спекулативни, тъй като предпоставките, които са изградени, са съвсем несигурни (или изобщо липсват).

Повече основания имат предположенията, че черни дупки могат да се появят не само от свиването на масивни звезди. Вероятно има и “първични” черни дупки, появили се още в първите мигове след Големия взрив, дал началото на нашия свят. Възможно е да се образуват “мини-дупки” в потоците от високоенергийни частици, навлизащи в атмосферата с космическите лъчи…

И все пак тя излъчва

Докато черните дупки са разглеждани само в светлината на Айнщайновата теория, всичко с тях сякаш е изглеждало наред. Намесата обаче на другия основен стълб на модерната физика – квантовата механика – значително обърка нещата.

Дори в абсолютния вакуум трябва да има микроскопични колебания на полето - така наречените квантови флуктуации. На по-разбираем (но и по-неточен) език това означава, че се раждат виртуални частици – двойки частици и античаситици, които веднага анихилират и веднага връщат взетата “на заем” енергия. Ако върху вакуума се приложи силно външно поле, което може да плати “заема”, частиците от виртуални ще се превърнат в реални. Това е доказано и експериментално.

Подобни процеси протичат в околностите на черните дупки като гравитационното поле “заплаща” дълга. А това значи, че там се появяват множество новородени частици. Отрицателните се всмукват от дупката, но положителните отлитат във вид на излъчване, което се нарича “лъчение на Хокинг” (защото именно той го предсказа).Благодарение на това излъчване черните дупки губят масата си – те постепенно се “изпаряват”. Не е известно какво става накрая – дали черната дупка изчезва напълно или се превръща в елементарна частица.

А къде се дява информацията?

В продължение на целия си живот черната дупка всмуква – заедно с всичко останало – и информация. Когато тя напълно се изпари, къде отива тази информация? В остатъчния обект, какъвто и да е той, не може да се запази никаква информация. По начина на своето зараждане, и излъчването на Хокинг не може да я отнесе. Тогава? Излиза, че информацията необратимо се е загубила? Това обаче не може да стане, защото нарушава един от най-фундаментални научни принципи в квантовата механика – че информацията при всички процеси трябва да се запазва (това е нещо като закона за запазване на енергията).

И така, да обобщим: информацията не може да се губи. Но при черните дупки тя се губи. Този проблем се нарича “информационен парадокс на черните дупки”.

Мнозина учени са се опитвали да решат проблема. Например някои физици смело предполагат, че във вътрешността на черните дупки се отваря някаква врата към друга Вселена. Или пък че там се ражда “дъщерна” минивселена, където изтича информацията. Хокинг дълго поддържаше тезата, че свърхсилните гравитационни полета могат да доведат до нарушаване на законите на квантовата физика. И че информацията все пак може да се загуби безследно. Той е бил толкова уверен в това, че през 1997 сключва знаменития си бас с Джон Прескил.

През тази година в Дъблин, Ирландия, се проведе поредната 17-а Международна конференция по въпросите на гравитацията. Първоначално на нея не се предвиждаше доклад на Хокинг, но малко преди началото й той поиска от организаторите да бъде включен със съобщение за решаването на информационния парадокс. Той изтъкна аргументи за това, че излъчващата черна дупка може не само да поглъща, но и да излъчва информация. Настина, за да покаже това, той беше принуден да въведе такава анатемосана от физиката представа като безкрайността. И въпреки че не всички учени са съгласни с аргументите му, това е безспорна стъпка към решаването на парадокса.

Така или иначе, Хокинг призна публично поражението си в научния спор. И с това показа нещо, което няма нищо общо с черните дупки – че за големия учен истината стои пред самолюбието.