Что за вирус черная дыра

10 апреля информационные агентства разместили главную научную новость дня: "Астрофизики проекта "Телескоп горизонта событий" впервые в истории показали изображение черной дыры, которая ранее считалась гипотетическим объектом". На фотографии, иллюстрирующей сообщение, мы видим размытое, не очень ровное желто-красное кольцо с темным центром. И все же это одна из главных вех земной астрофизики. Почему?

Фото: ТАСС/Jin Liwang/imago images/Xinhua

1. На самом деле, мы до сегодняшнего дня вообще не знали, существуют ли черные дыры. Фантастические фильмы и книги, статьи астрофизиков и многие другие источники столько раз повторяли словосочетание "черная дыра", что мы привыкли воспринимать это явление как данность. Но в действительности все представления человечества о таких объектах были чисто теоретическими. Никто и никогда их не видел. И вот сегодня чудо свершилось: ученые оказались правы, черные дыры существуют – вот вам доказательство.

2. Едва ли не самый главный парадокс: мы получили изображение объекта, который вообще невозможно увидеть, а тем более сфотографировать. Черная дыра – это объект с чудовищной массой и плотностью, что позволяет ему обладать невероятно огромной гравитацией. Сила притяжения черной дыры настолько велика, что даже свет не способен ее преодолеть. Однако на некотором расстоянии от нее излучение все-таки может победить гравитацию – и вот эта воображаемая граница, эта точка невозврата и называется горизонтом событий. Вокруг идеально круглой черной дыры видны гигантские облака газа, разогретые до невероятных температур. Они светятся так ярко, что затмевают несколько миллиардов соседних звезд. То, что зафиксировали радиотелескопы, – свечение этого газа, электромагнитные волны, оторвавшиеся от горизонта событий.

3. Расстояние, на котором расположен объект съемки, – 50 миллионов световых лет. Это очень далеко. Это невероятно далеко. Это просто непостижимо далеко. То, что запечатлено на снимке, по размерам больше, чем вся наша солнечная система, а масса черной дыры больше солнечной в шесть с половиной миллиардов раз. Это одна из самых массивных черных дыр, какие вообще могут существовать в нашей Вселенной. Все это с невероятным трудом поддается осмыслению, однако мы все-таки смогли это сфотографировать.

4. Еще один парадокс: чтобы получить это изображение, понадобился огромный телескоп, которого у человечества просто нет. Зато есть много не таких больших, работу которых было решено скоординировать для выполнения этой задачи. Пришлось объединить обсерватории в Чили, Испании, Калифорнии, в Аризоне, на Гавайских островах и даже на Южном полюсе, чтобы в результате получить виртуальную "тарелку" размером с планету Земля. Только так всему кластеру хватило чувствительности для наблюдения за абсолютно черным объектом.

Фото: ТАСС/FRANCK ROBICHON/EPA

5. На самом деле то, что мы видим, – это не фотография. Это компьютерное изображение, полученное из огромного количества самых разнообразных данных, сложенных вместе. Обсерватории поставляли по 350 терабайт данных ежедневно, наблюдения проводились в течение недели, и в результате на обработку всей информации ушло два года напряженной работы. Информации собрали так много, что было невозможно передать ее через интернет. В результате в аналитические центры в Бостоне и Бонне сотни жестких дисков свозили самолетами. Самые внимательные читатели уже подсчитали: весь проект был осуществлен еще два года назад, в 2017 году, и только сегодня компьютеры смогли сложить из разрозненных фрагментов одно изображение.

Черная дыра, изображение которой астрофизики предъявили миру, находится в созвездии Девы, в центре галактики Messier 87. Согласно существующей теории, черные дыры находятся в центре абсолютно всех галактик, в том числе и той, в которой находится наша планетная система. До центра нашей родной галактики Млечный Путь всего-навсего 26 тысяч световых лет. Вам не кажется странным, что астрономы выбрали для наблюдения черную дыру за 500 квинтиллионов километров, в то время как буквально под боком есть собственная? На самом деле, ничего странного тут нет. Во-первых, наша дыра гораздо меньше. Во-вторых, излучение от нее тоже слабее. И в-третьих, из-за расположения за ней очень сложно наблюдать: на пути к ней в пространстве висят триллионы звезд, циклопические облака газа и пыли, невероятное количество астероидов, комет и прочего мусора. Но все-таки астрофизики не теряют надежды и не оставляют попыток рассмотреть нашего персонального монстра. Можно быть уверенным: рано или поздно у них это обязательно получится.

Первая фотография черной дыры, полученная с помощью системы радиотелескопов Event Horizon Telescope, стала главной новостью прошлой недели.

Беседовала Светлана Сухова

— Олег Юрьевич, объясните, пожалуйста, не астрономам, что такое черная дыра и что такое тень черной дыры.

— Я бы начал с того, что существование черных дыр является одним из фундаментальных предсказаний Общей теории относительности. Черная дыра представляет собой область пространства — времени, где гравитация настолько сильна, что даже свет не может ее покинуть. Черные дыры создают вокруг себя очень сильное гравитационное поле, поскольку большая масса сосредоточена в очень малых размерах. Настолько сильная гравитация приводит к тому, что лучи света, движущиеся около черной дыры, могут как захватываться черной дырой, так и очень сильно отклоняться и даже двигаться по круговым орбитам. За счет этих эффектов возникает темное изображение черной дыры — так называемая тень черной дыры.

— Какое значение для науки имеет фото черной дыры и оправдан ли тот шум, что поднялся в сети после его публикации?

Гораздо чаще мы имеем дело с иной ситуацией: когда поднимаемый в СМИ, соцсетях и интернете шум зависит не столько от научной ценности исследования, сколько от того, как эффектно поданы его результаты. А вот в этом случае результат огромной научной работы действительно возможно подать в очень эффектном виде — в виде одной картинки.

— Что знает научный мир сегодня о черных дырах?

— Существует как огромное количество теоретических работ, описывающих свойства черных дыр с самых разных сторон, так и достаточно много убедительных наблюдательных доказательств их существования. Поскольку сейчас речь идет о наблюдательном открытии, остановлюсь на том, какие наблюдательные свидетельства существования черных дыр были у ученых до прошлой недели.

Во-первых, как я уже говорил, считается, что в центре большинства галактик имеется сверхмассивная черная дыра, с массой в миллионы и даже в миллиарды масс Солнца. Например, в центре нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра массой в несколько миллионов масс Солнца. Это установлено по наблюдениям звезд, вращающихся вокруг центра нашей Галактики, в совокупности с оценками размеров области пространства, где этот центральный объект предполагается. Говоря простым языком: ученые видят, что звезды в центре нашей Галактики вращаются вокруг чего-то невидимого, но очень массивного, причем эта огромная масса сосредоточена в очень малых масштабах. Отсюда ученые и приходят к выводу, что это черная дыра.

Кстати, наблюдения тени сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики тоже проводились в проекте Event Horizon Telescope, но результаты пока не обнародованы. (Представленный снимок — это снимок черной дыры в галактике M87.)

Во-вторых, есть черные дыры в так называемых двойных системах — когда черная дыра звездной массы (не сверхмассивная) находится в паре с обычной звездой. В этом случае может возникнуть поток вещества с обычной звезды на черную дыру, увеличивается светимость и появляется яркий источник, который можно наблюдать. Пример такого источника — Лебедь X-1.

В-третьих, важный шаг по подтверждению существования черных дыр был сделан при недавнем открытии гравитационных волн. Полученный сигнал согласуется с тем, что он вызван слиянием двух черных дыр.

Все эти примеры были известны. Но представленный снимок черной дыры — первое прямое и наиболее убедительное на данный момент доказательство существования черных дыр.

— Способно ли эта фото изменить наши представления?

— Черные дыры — весьма далекие от Земли объекты. Почему человечество уделяет им столько внимания?

— Черная дыра — один из самых популярных объектов в астрофизике, причем как для ученых, так и для широкой публики. Объясняется это удивительными свойствами черных дыр, что следует из Общей теории относительности Эйнштейна — одной из самых фундаментальных теорий на данный момент. Поэтому изучение черных дыр и любое подтверждение их существования и свойств вносят огромный вклад в наше понимание того, как вообще устроен мир.

В чем секрет черных дыр и что доказывает первый в истории человечества снимок области пространства-времени, читайте в материале.

ДУШАНБЕ, 11 апр — Sputnik. Ученые проекта Event Horizon Telescope опубликовали первый снимок черной дыры, полученный с помощью сети радиотелескопов, которые начали наблюдение за объектом в центре галактики М87 в апреле 2017 года.

Ученые отметили, что для того, чтобы получить изображение, за дырой пришлось наблюдать в течение четырех дней, во время которых на Земле стояла хорошая погода. Также пришлось обработать порядка 10 петабайт полученных данных.

Кроме того, для долгих наблюдений должна быть очень четко отработана логистика. За дырой наблюдают с помощью интерферометрии сверхдлинных баз, когда множество телескопов, разбросанных по Земле, объединяются в систему, в некое подобие одного огромного телескопа.

Для того, чтобы наблюдать за черными дырами, команда каждого телескопа должна включаться в определенное время.

Первое реальное изображение черной дыры подтвердило верность общей теории относительности Эйнштейна, заявил участник проекта Эвери Бродерик.

Он уточнил, что черная дыра в центре галактики вращается по часовой стрелке, на снимке виден яркий круг вокруг темной сердцевины. Все это, по его словам, дает ученым основания делать уверенный вывод о том, что "объект в центре М87 … является черной дырой, такой, как описывает общая теория относительности".

Помимо этого, отметил ученый, изображение, сопоставимое с полученными ранее данными, подтверждает ключевое предсказание теории гравитации Эйнштейна: все известные черные дыры подходят под одно описание.

"Большие или маленькие черные дыры похожи друг на друга. Что мы узнаем об одной - обязательно применимо к другим", - резюмировал Бродерик.

Ученые планируют в будущем получить видео, на котором можно было бы видеть изменение изображения тени черной дыры.

"Если у нас будет пара недель наблюдений, может быть, у нас будет возможность сделать из них короткое видео", - сказал Тиланус на прямом включении с российскими журналистами.

Черная дыра выглядит, как "врата ада", заявил научный консультант проекта Event Horizon Telescope Хайно Фальке.

"Создается ощущение, что ты смотришь на врата ада, на конец пространства и времени, на точку невозврата", - сказал Фальке.

Такое ощущение возникает из-за того, что на изображении запечатлена область, которую из-за сильной гравитации не может покинуть даже свет, отмечает он.

Фальке отметил, что черная дыра, которую удалось сфотографировать, огромная - порядка 100 миллиардов километров в диаметре, а ее масса составляет около 6,5 миллиарда масс Солнца.

Ранее физики-теоретики случайным образом выяснили, просчитывая формирование и поведение "плевков" черных дыр, как материя может избегать попадания внутрь них и даже "воровать" у них энергию.

"Мы разрабатывали модели, которые бы адекватно описывали поведение выбросов черной дыры и с точки зрения физики плазмы, и теории относительности. Мы надеялись, что они помогут нам понять, как энергия вращения черной дыры разогревает и разгоняет эти потоки частиц высокой энергии", — рассказал Кайл Парфри (Kyle Parfrey) из Университета Калифорнии в Беркли (США).

Обычные и сверхмассивные черные дыры обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света.

Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, которая получила название "горизонт событий".

С другой стороны ничто не мешает ученым наблюдать за тем, что происходит с материей, приближающейся к горизонту событий. Изучение ее поведения может пролить свет на тайны внутреннего устройства черных дыр, а также проверку того, правильно ли ученые сегодня понимают природу границы между сингулярностью и "нормальной" Вселенной.

Первые подобные наблюдения, результаты которых были представлены год назад, раскрыли крайне неожиданную вещь. Оказалось, что материя движется в сторону горизонта событий необычно быстро, всего в три раза медленнее, чем частицы света. Это указало на необычный характер ее взаимодействия с черной дырой.

Парфри и его коллеги нашли возможное объяснение этой аномалии и другим странностям в поведении выбросов черной дыры, изучая то, как ее притяжение влияет на поведение материи в окрестностях горизонта событий.

Дело в том, что ученые сегодня считают, что ее гравитационное поле будет особым образом влиять на движение пар "виртуальных" электронов и позитронов, непрерывно возникающих у "кромки" черной дыры под действием квантовых флуктуаций вакуума. Один из них "упадет" на горизонт событий и исчезнет, а второй – будет "катапультирован" в окружающий космос.

МОСКВА, 14 мар — РИА Новости. Британский физик, космолог Стивен Хокинг прославился не только исследованием черных дыр и победой над неизлечимой болезнью. Он постоянно будоражил общественность парадоксальными высказываниями о происхождении и будущем Вселенной, путешествиях во времени, судьбе человечества и угрозах со стороны искусственного интеллекта.

Черные дыры взрываются

В 1974 году, на заре научной карьеры Стивен Хокинг опубликовал в журнале Nature статью "Взрывы черных дыр?" (Black Hole Explosions?). Черные дыры — это объекты огромной плотности, обладающие колоссальным тяготением, которое притягивает всю окружающую материю и излучение. Если что-то упало в черную дыру, то назад уже не вернется, в том числе свет. Хокинг же доказывал, что материя все же может "убегать" из черной дыры благодаря законам квантовой физики. Из этого следует вывод о том, что черные дыры не вечны. К концу жизни температура этих объектов растет, скорость убегающих частиц увеличивается, и в итоге происходит взрыв. Но только очень маленькие черные дыры достигнут момента взрыва за время существования Вселенной, вычислил ученый.

Бозон Хиггса никогда не откроют

В 1960-х годах британский физик Питер Хиггс предсказал элементарную частицу, которая наделяет массой другие частицы. Ее назвали бозоном Хиггса. Для регистрации новой частицы нужно было построить очень большой, мощный ускоритель.

Стивен Хокинг публично спорил в Хиггсом о том, что одноименный бозон никогда не найдут. Он даже заключил об этом пари с физиком из Университета Мичигана Гордоном Кейном. Однако в 2012 году ученые сообщили, что зарегистрировали "частицу Бога" на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. В результате Питер Хиггс стал лауреатом Нобелевской премии, а Хокинг проиграл сто долларов.

Машину времени не изобрели

28 июня 2009 года Хокинг устроил вечеринку, только приглашения на нее разослал не до, а после события. Если бы пришли гости, пояснял физик, значит, машину времени изобрели. Никто не явился.

Результат эксперимента, впрочем, не произвел на научное сообщество особого впечатления, и идеи путешествия во времени продолжали будоражить воображение. Одна из них — прыгнуть в черную дыру. Существует гипотеза о том, что черные дыры рождались парами и связаны пространственно-временным тоннелем. Ее излагал сам Хокинг в книге "Краткая история времени", которая принесла ему всемирную известность. Если пролететь через тоннель, то можно выпрыгнуть из другой черной дыры. Путешественник окажется в нашей Вселенной, но в будущем. Хокинг не раз говорил в интервью, что человек не выживет, если упадет в черную дыру. Ну а вдруг? Эту фантазию реализовали на экране в 2014 году в фильме "Интерстеллар", консультантом которого выступил Кип Торн, физик-теоретик, автор гипотезы "червоточин", ближайший коллега Хокинга.

Колонизации планет не будет?

В последние годы Хокинг интересовался проблемой возникновения жизни во Вселенной. В одной из своих лекций он доказывал: человек придет к тому, чтобы не ждать собственной эволюции, а начать изменять себя с помощью редактирования ДНК. Можно улучшить человеческий организм так, чтобы переносить космические путешествия и колонизировать другие планеты. Проблема только в том, что полет к ним займет сотни и тысячи лет. Сократить путь с помощью искривления пространства или других измерений не удастся, полагал Хокинг. Если же придумать, как двигаться быстрее света, то, согласно теории относительности, можно вернуться в прошлое. Так что в этом сценарии нас ожидает в лучшем случае массовый туризм к нам наших же потомков, а в худшем — попытки изменить прошлое.

Хокинг считал, что жизнь могла возникнуть на других планетах. В 2016 году вместе с российским бизнесменом Юрием Мильнером он представил проект Breakthrough Starshot, цель которого — запустить серию наноспутников к ближайшей звездной системе Альфа Центавра, где находится экзопланета. Через 20 лет зонды достигнут звезды и отправят на Землю сообщения. "Если мы хотим выжить как вид, нам необходимо достичь других звезд", — заявил Хокинг.

Искусственный интеллект оживет

С определенного момента Хокинг в своих публичных выступлениях стал сравнивать компьютерные вирусы с живыми организмами. Это вызвало беспокойство в научном сообществе, и ученый получил свою долю критики. Тем не менее от убеждений не отступился. "Я боюсь, что искусственный интеллект способен заменить людей", — говорил физик в недавнем интервью журналу Wired. Благодаря компьютерным вирусам можно создать программы, которые будут себя воспроизводить и станут умнее человека, полагал он.

Открытия и провалы года: портрет черной дыры, поминутная расшифровка вымирания динозавров и вспышка кори

К концу года принято подводить итоги. Влиятельные научные журналы - американский Science и европейский Nature - не стали исключением и подготовили сразу ряд чартов. Какие достижения и разочарования были признаны самыми важными, а какие события привлекут мировое внимание в 2020 году?

Первое в истории изображение черной дыры

На ней изображена сверхмассивная черная дыра в центре галактики Мессье 87, которая находится в созвездии Девы на расстоянии 55 000 световых лет от Земли и обладает массой, в 6,5 миллиардов раз превышающей массу Солнца.

До этого момента немногие ученые в принципе представляли, что это возможно. Область пространства-времени очень мала по космическим меркам, а когда вырастает до гигантской массы, как это происходит в центрах галактик, воронка из газа, пыли и звезд создает дополнительный барьер для изучения.

Астрономы в течение 10 дней собирали информацию с помощью Телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT), который представляет собой единую сеть из восьми радиотелескопов, расположенных на четырех континентах Земли. Объединение данных позволило смоделировать телескоп планетарного масштаба, способный выявлять самые отдаленные объекты. Конечный результат получили только спустя 2 года – столько потребовалось 200 ученым на калибровку и обработку данных.

Наука воссоздала портрет денисовца

Новый способ определения физических характеристик из ДНК позволил ученым реконструировать внешность денисовца – одного из подвидов человека, который обитал в Азии примерно 50 000 лет назад, примерно в то же время, что неандертальцы и Homo sapiens. Согласно исследованиям, следы денисовцев остаются в ДНК живых людей по всей Азии, что говорит о том, что когда-то эта группа была широко распространена и смешивалась с неандертальцами и современными людьми. Сегодня идентифицированы лишь несколько фрагментов, которые принадлежали этому вымершему подвиду – в основном зубы и мелкие кости. Поэтому то, как выглядели денисовцы, оставалось загадкой.

Впервые удалось воссоздать их внешний облик на примере девочки, чьи останки были найдены в Денисовской пещере. Исследователи применили новый метод анализа к ее геному – они проследили химическую модификацию ДНК (метилирование), которая приводит к подавлению генов. Затем эту информацию объединили с базой данных, описывающей, как отсутствующие или дефектные гены влияют на анатомию у живых людей.

Результаты позволили реконструировать особенности строения её скелета: было выделено 56 уникальных черт, не характерных для других представителей рода Homo. Например, широкий таз, покатый лоб и выпуклая нижняя челюсть. Но у нее было более широкое лицо, чем у современных людей или неандертальцев, и более длинный свод зубов вдоль ее челюстной кости.

Поминутная расшифровка вымирания динозавров

Палеонтологи не устают исследовать причины и последствия массового вымирания, произошедшего около 66 миллионов лет назад, когда 76% видов всего живого в мире, включая крупных динозавров, исчезли с лица Земли. Одной из распространенных версий, почему это произошло, является падение на планету гигантского астероида. Метеорит упал в Мексиканский залив, образовав кратер Чиксулуб в районе побережья Юкатана, ширина которого на сегодня составляет 193 метра. Международная экспедиция в рамках программы по исследованию океана попыталась восстановить ход событий и узнать, что именно произошло после удара, и сколько потребовалось времени на восстановление экосистемы.

Исследователи пробурили холмы кратера и извлекли керн длиной 835 метров, в том числе 130 метров породы, образовавшейся в день падения астероида. И хотя сам отбор произошел в 2016 году, его экспертиза была опубликована только в этом. Она обеспечила реконструкцию произошедшего, подчас практически поминутную.

Цунами, лесные пожары, глобальное похолодание и темнота. Такова была картина постапокалиптического прошлого. Но жизнь восстановилась быстрее, чем ожидалось. Папоротники и млекопитающие, размерами не больше крыс, пережили удар. Деревья вернулись в течение 1000 лет, морская экосистема на месте кратера восстановилась и заработала в течение 30 000 лет, млекопитающие удвоились в размерах и разнообразии в течение первых 100 000 лет, через 700 000 лет ряд животных превысил по массе 50 кг.

Пищевая добавка, которая поможет истощенным детям

В этом году была разработана пищевая добавка, призванная помогать детям, которые продолжительное время страдали от недостатка питания. Она должна справиться с такими последствиями острого недоедания, как задержка роста и низкий иммунитет. Десятилетние исследования показали, что причина болезней, которые не прекращаются даже после нормализации питания, кроется в том, что кишечные микробные сообщества (или микробиомы) не созревают. Ученые определили 15 типов бактерий, которые характеризуют зрелый кишечный микробиом, и типы продуктов, способствующие размножению полезных бактерий. Недорогая и легкодоступная добавка, содержащая нут, бананы, соевую и арахисовую муку, стимулирует восстановление кишечника и нормализует здоровье.

Среди других научных достижений Science выделил успехи физиков из компании Google в работе над созданием 53-кубитного квантового компьютера. По их утверждению, в результате эксперимента он провел вычисления за 200 секунд, при этом суперкомпьютеру на решение аналогичной задачи понадобится 10 000 лет.

Прорывом года в области генотерапии стал препарат под названием Трикафта для эффективного лечения большинства случаев муковисцидоза, одобренный Министерством здравоохранения и социальных служб США. Он устраняет последствия наиболее распространенной мутации, вызывающей данное заболевание легких. Для 90% всех пациентов лекарство станет спасением – оно позволит перейти от прогрессирующего заболевания к более управляемой хронической стадии.

Разочарования года

В то же время издание Science, выпускаемое Американской ассоциацией содействия развитию науки, отметило ряд серьезных неудач.

Среди самых острых проблем - вспышка кори. Несмотря на то, что существует высокоэффективная вакцина, только в 2018 году вирус убил 142 300 человек. По данным ВОЗ, к началу ноября текущего года организация получила более 440 000 подтвержденных сообщений о случаях кори, что вдвое больше, чем в 2017 году. И это только официальные данные, реальные цифры намного больше - сообщается менее чем об одном из 10 случаев заражения. Эксперты объясняют вспышку принципиальным нежеланием делать вакцины, нищетой и миграцией.

Бездействие властей в борьбе с изменением климата

Так, администрация Трампа приняла решение выйти из Парижского климатического пакта и снизить предельные значения выбросов для электростанций и автомобилей, а новый президент Бразилии Жаир Больсонаро и вовсе сократил бюджет на охрану окружающей среды.
Если текущие тенденции сохранятся, рост выбросов парниковых газов продолжится, и реального прогресса в сдерживании потепления достичь не удастся.

Кстати, ситуация в Бразилии заслужила отдельное упоминание среди провалов года. Под прицелом - бушующие пожары, количество которых увеличилось на 44% по сравнению с 2018 годом. В уничтожении тысяч квадратных метров лесов многие обвиняют все того же Жаира Больсонаро, который настоял на развитии сельского хозяйства на Амазонке. В результате фермеры стали вырубать и продавать ценные породы деревьев, затем сжигать оставшийся лес и на освободившемся месте высаживать сельскохозяйственные культуры.

Миссии на Марс и новый коллайдер

Европейский журнал Nature подготовил анонс предстоящих в 2020 году событий, которые привлекут внимание всего человечества.

Ну и наконец, скорее всего, нас ожидает строительство нового мега-коллайдера. Окончательное решение о его финансировании будет принято в мае на заседании совета Европейского центра ядерных исследований. 100-километровый аппарат должен стать в шесть раз мощнее Большого адронного коллайдера и стоить около 21 миллиарда евро (23,4 миллиарда долларов США).

Вселенная — удивительное и странное место, наполненное необъяснимыми явлениями. Одно из таких явлений — информационный парадокс черных дыр, — кажется, нарушает основополагающий физический закон.

Горизонт событий черной дыры считается последним рубежом: попав за его пределы, ничто не может покинуть черную дыру, даже свет. Но касается ли это информации как таковой? Будет ли она навсегда утеряна в черной дыре, как и все остальное?

Прежде всего, надо понять, что информационный парадокс черных дыр не связан с тем, как мы привыкли воспринимать информацию. Когда мы думаем о напечатанных в книге словах, количестве битов и байтов в компьютерном файле или конфигурациях и квантовых свойствах составляющих систему частиц, мы думаем об информации как о полном комплекте всего необходимого для воссоздания чего бы то ни было с нуля.

Во Вселенной есть определенные правила, которым должна следовать энтропия. Второй закон термодинамики можно назвать самым нерушимым из них: возьмите любую систему, не позволяйте ничему в нее попасть или выйти из нее — и ее энтропия никогда внезапно не уменьшится.

Разбитое яйцо не собирается обратно в скорлупу, теплая вода никогда не разделяется на горячую и холодную части, а пепел никогда не собирается в форму объекта, которым он был до того, как сгорел. Все это было бы примером уменьшающейся энтропии, и, очевидно, ничего такого в природе не происходит само по себе. Энтропия может оставаться одинаковой и увеличиваться при большинстве обстоятельств, но она никогда не может вернуться в более низкое состояние.

Так что же происходит, когда черная дыра кормится веществом? Давайте представим, что мы бросили книгу в черную дыру. Единственные свойства, которые мы можем приписать черной дыре, довольно прозаичны: масса, заряд и угловой момент. Книга содержит информацию, но, когда вы кидаете ее в черную дыру, она только увеличивает ее массу. Изначально, когда ученые начали изучать эту проблему, считалось, что энтропия черной дыры равна нулю. Но если бы это было так, попадание чего-либо в черную дыру всегда нарушало бы второй закон термодинамики. Что, конечно, невозможно.

Но как вычислить энтропию черной дыры?

Это элегантно решает проблему и звучит разумно. Когда что-то падает в черную дыру, ее масса увеличивается. При увеличении массы увеличивается и ее радиус, а значит, и площадь поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем больше информации можно зашифровать.

Это означает, что энтропия черной дыры вовсе не нулевая, а как раз наоборот — огромная. Несмотря на то что горизонт событий относительно мал по сравнению с размерами Вселенной, количество пространства, необходимое для записи одного квантового бита, мало, а значит, на поверхности черной дыры можно записать невероятные объемы информации. Энтропия увеличивается, информация сохраняется, а законы термодинамики сохраняются. Можно расходиться, так?

Не совсем. Дело в том, что, если черные дыры обладают энтропией, у них должна быть и температура. Как и в случае с любым другим объектом с температурой, от них должно исходить излучение.

Но если черная дыра испаряется в излучении абсолютно черного тела, определенном только ее массой, что же происходит со всей информацией и энтропией, записанной на ее горизонте событий? Ведь нельзя просто уничтожить эту информацию?

Это корень информационного парадокса черных дыр. Черная дыра должна обладать высокой энтропией, включающей в себя всю информацию о том, что ее создало. Информация о падающих в нее объектах записывается на поверхности горизонта событий. Но при распаде черной дыры посредством излучения Хокинга горизонт событий исчезает, оставляя за собой только излучение. Это излучение, как предполагают ученые, зависит только от массы черной дыры.

Если мы сожжем эти две книги одинакового размера, то вариации молекулярных структур, порядок букв на бумаге и другие мелкие различия содержали бы в себе информацию, при помощи которой мы могли восстановить информацию в книгах. Она может прийти в полный беспорядок, но сама по себе никуда не денется. Тем не менее информационный парадокс черных дыр представляет собой реальную проблему. Как только черная дыра испаряется, от этой изначальной информации не остается ни следа в наблюдаемой Вселенной.

Возможно, решения этого парадокса пока нет и он представляет серьезную проблему для физики. Тем не менее есть два варианта его возможного решения:

1. Информация полностью уничтожается при испарении черной дыры, а значит, с этим процессом связаны новые физические законы.

2. Испускаемое излучение каким-то образом содержит в себе эту информацию, следовательно, излучение Хокинга представляет собой нечто большее, чем известно науке.

Информационный парадокс черных дыр не зависит от того, является ли природа квантовой Вселенной детерминистической или недетерминистической, какую квантовую интерпретацию вы предпочитаете, существуют ли скрытые переменные и множества других аспектов природы реальности. И хотя многие предложенные решения включают голографический принцип, пока не известно, играет ли он какую-то роль в итоговом решении парадокса.