«Уйдем по направлению световой бесконечности. Эмиль ахмедов о нерешенных проблемах физики Проблема космологической постоянной

Физик Эмиль Ахмедов о втором законе Ньютона, метрике Минковского и природе пространства-времени.

Можно потратить годы жизни на определение того, что такое время. Это личное дело каждого человека, занимающего свою цивилизационную нишу. Безусловно, попытка отвечать на такие вопросы - это часть человеческой культуры. Но для ученого-физика важны связи между разными субстанциями, причем соотношения не словесные, а формульные. В качестве примера такого соотношения можно привести второй закон Ньютона. Он утверждает, что F=ma - сила приводит к тому, что тело с массой m движется с ускорением a. Можно потратить годы жизни на то, чтобы определять смысл силы. Можно потратить годы жизни на то, чтобы определять, в чем состоит субстанция массы. Но для физика важно формульное соотношение между силой, массой и ускорением. Сейчас подчеркну, в каком смысле.

Утверждается, что закон F=ma, второй закон Ньютона, следует из эксперимента. Это не значит, что есть конкретный эксперимент, в котором измерена сила, масса, ускорение и установлено, что F=ma. Имеется круг природных явлений, которые емко описываются в виде этой формулы и других формул и соотношений. Для физика важно именно это: есть величина, измеряемая в ньютонах, - это сила; есть величина, измеряемая в килограммах, - это масса; есть величина, измеряемая в метрах на секунду в квадрате, - это ускорение. Я с детства для себя уяснил, что физика - это наука, устанавливающая соотношения между величинами, которые можно измерить в килограммах, метрах и секундах. Ньютон выражается по этой формуле через килограмм, метры и секунды.

Попытайтесь ответить на вопрос «В чем природа времени?». Этот вопрос законен, но для физика и инженера важен не абстрактный ответ, а формула, связывающая время с чем-то, с левой и правой стороной. После этого законным станет вопрос «Какова природа того, что справа стоит, и с чем связано время?». Кто хочет, тот пусть отвечает на него. Но физику важно соотношение между одним и другим, причинно-следственная связь: если я это меняю так, то это меняется так. Это факт объективной реальности, как бы мы к этому ни относились.

Что такое время для физика? Есть эталон времени, который, например, хранится в Париже. Я не знаю, что сейчас взято за эталон времени, но могу взять за эталон времени одиночное колебание молекулы. И если молекула совершила 10 миллиардов колебаний, это раньше называлось секундой. Раньше за эталон брали секунду, а сейчас можно взять одиночное колебание, тогда секунда - это 10 миллиардов колебаний молекулы. Атомные часы, хронометр измеряют просто как счет числа колебаний между начальным моментом и конечным моментом данной молекулы. Так измеряется время, такова его природа для ученого-физика.

Также можно спросить: какова природа пространства, как оно устроено на микроскопическом уровне? Если вы получите ответ на этот вопрос в виде формулы, связывающей некоторые характеристики пространства с чем-то еще, то я готов это обсуждать. Мне как физику это интересно. Если вы начнете говорить, что пространство как субстанция похожа на глину или что-нибудь еще, мне это неинтересно, для меня это утверждение неинформативно.

Природа пространства для физика есть следующее: в пространстве можно ввести координатную сетку, то есть вообразить оси координат в пространстве и задать способ определения положения в этих координатах, а также расстояния между любыми двумя точками в пространстве. Как измерить расстояние на плоскости? Вы вводите координатную сетку - ось Y и ось X. Задаете точку, у нее есть две координаты. Вы, например, хотите найти расстояние от этой точки до точки Y, у нее тоже свои координаты. Вы вычисляете разность координат по одной и другой оси, возводите их в квадрат, складываете по теореме Пифагора и извлекаете квадратный корень. Это и есть расстояние между двумя точками - евклидова плоскость, евклидово двумерное пространство. Так оно определено. Для меня больше ничего не нужно на данный момент, чтобы делать предсказания. Потом можно задаться вопросом: откуда происходит эта формула, почему она верна? Но опять ответ мне будет интересен только формульный, а не словесный.

Пространство в механике Ньютона - это такое трехмерное пространство, в котором есть три оси: вертикальная ось Z, горизонтальная X и перпендикулярная им Y. Положение точки в этом пространстве определяется как три значения координат. Я выбрал что-то за центр координат, например угол в этой комнате, направил оси, перпендикулярные друг другу, и говорю, что точка находится в трех метрах от начала координат в одном направлении, в пяти в другом и в десяти в третьем направлении. После этого я должен задать формулу, определяющую расстояние между этой точкой и любой другой. Точно так же я вычисляю длины этого отрезка по трем осям (у меня есть отрезок, соединяющий эти точки, у него есть три проекции на три оси). Я суммирую квадраты проекций, извлекаю квадратный корень, и это мне дает ответ для того, что является длиной отрезка. Как только я написал эту формулу, я могу изучать движение материальных точек, частиц под действием сил. Например, под действием каких-то сил у меня частица совершает какое-то движение. Я написал эту кривую и, используя формулу, могу определить все характеристики этой кривой и выяснить численно, какая сила и в какой момент действовала на частицу и сообщала ей такое-то ускорение, частица имела такую-то массу и так далее. После этого я установлю верность закона, - например, F=ma. Или, используя закон F=ma, предскажу, как будет двигаться частица под действием той или иной силы.

Так было в механике Ньютона, где отдельно измерялось время при помощи чего-то. Галилей считал колебания люстр в соборе на Пьяцца деи Мираколи, в Пизе, он считал собственный пульс: сколько раз у него тикнул пульс и за сколько раз у него качнулась люстра. Для него единицей измерения являлась одна шестидесятая секунды. Кто-то другой может построить швейцарский хронометр, а кто-то этим не довольствуется и требует, чтобы был атомный хронометр. Все зависит от степени точности утверждения, которое он хочет получить.

В механике Ньютона отдельно измерялось время и расстояния во времени. Просто расстояние во времени измерялось по следующей формуле: между одним и другим моментом произошло столько-то колебаний, например, маятника. Значит, мы измерили время как число колебаний. Точно так же мы измеряли расстояние в пространстве - так работала механика Ньютона.

В специальной теории относительности появилось новое утверждение, что нет отдельного способа измерения расстояний вдоль времени и нет отдельного способа измерения расстояний вдоль пространства, а есть единый способ измерения расстояний в пространстве-времени. Этот способ задается формулой Минковского, который утверждает, что расстояние между двумя точками в пространстве-времени вычисляется по следующей формуле: c 2 умножить на продолжительность времени, на дельта t 2 , минус квадрат длины в пространстве - c 2 *Δt 2 -(x 1 -x 0) 2 -(y 1 -y 0) 2 -(z 1 -z 0) 2 . Тот самый квадрат длины, то есть минус расстояние по X в квадрате минус расстояние по Y в квадрате минус расстояние на Z в квадрате.

Формула Минковского следует оттуда же, откуда и F=ma, - из описания совокупности экспериментальных данных. Если вы примете эту формулу, то вы емко описываете некоторый круг экспериментальных данных. Больше ничего по поводу этой формулы на данном этапе говорить не нужно.

Когда говорят о пространственно-временном континууме или о пространстве-времени, фактически имеют в виду способ задания координат в пространстве и способ задания расстояния метрикой Минковского. В этом и есть для физика природа пространства-времени.

Формула Минковского сильно отличается от формулы Евклида, от способа задания расстояний в евклидовом пространстве. Из-за этого, с точки зрения человека, знакомого с геометрией Евклида, большинство утверждений геометрии Минковского выглядит очень парадоксально, поэтому большая часть утверждений специальной теории относительности выглядит парадоксально. Но при этом человек не осознает, что речь идет об очень тонких явлениях.

Любой физический закон, сколько бы фундаментальным он ни был, имеет пределы применимости. Он не абсолютно верен. В отличие от законов логики физический закон имеет пределы применимости. Например, механика Ньютона применима, если мы двигаемся со скоростями, которые сильно меньше скорости света, имеем дело с ускорениями, достаточно маленькими, и гравитационное поле достаточно слабое. Если же мы начинаем двигаться с большими скоростями, имеем дело с очень сильными гравитационными полями, механику Ньютона заменяет специальная и общая теория относительности. Они ее не опровергают, а включают как составляющую. Просто если мы возьмем механику специальной и общей теории относительности и пойдем к маленьким гравитационным полям и низким скоростям, мы получим те же законы, что и в механике Ньютона.

Формула Минковского применима только в приближении, когда мы пренебрегаем искривлением пространства-времени и когда речь идет об инерциальных системах отсчета. Если же речь идет о неинерциальных системах отсчета, то формула уже неприменима. И если пространство-время искривлено, то эта формула неприменима. Большинство парадоксов специальной теории относительности возникают из-за того, что люди забывают о пределах применимости этой формулы.

Эмиль Ахмедов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, профессор кафедры теоретической физики МФТИ.

Комментарии: 0

Эмиль Ахмедов

Я расскажу, что такое суперсимметрия. Суперсимметрия - это пока экспериментально не обнаруженное явление, но на нее возлагались, во-первых, большие надежды в момент, когда она зародилась, а во-вторых, она является важной частью математической физики и математики. Несмотря на то что ее экспериментально не обнаружили на данный момент, никто не сказал, что в дальнейшем не обнаружат, она является важной частью современной науки. Значит, для того, чтобы рассказать, что такое суперсимметрия, мне нужно сказать, что такое суперсимметричные координаты или вообще что такое координаты.

Эмиль Ахмедов

Что такое элементарная частица? Слово «частица» происходит от слова «часть», поэтому обычно представляется, что это какой-то кирпичик, из которого мы строим целое. Кирпичик ассоциируется с чем-то цельным, твердым, компактным, небольшим, а частица - с каким-нибудь шариком (это первое, что приходит в голову у обывателя, когда говорят «элементарная частица»). Физик Эмиль Ахмедов о модели атома Томсона, альфа-частицах и рассеянии Резерфорда.

Эмиль Ахмедов

Известно утверждение, что скорость света не зависит от системы отсчета. Это утверждение верно только в плоском пространстве-времени, а не искривленном, а кроме того, только при переходе из инерциальной системы отсчета в инерциальную. Если вы перешли в плоском пространстве-времени из инерциальной системы отсчета в инерциальную, то тогда скорость света не зависит от скорости движения одной системы относительно другой. Но если вы перейдете в неинерциальную систему отсчета, то уже скорость света не является такой святой коровой, она может зависеть даже от координат, если вы ее понимаете как деление пространственного приращения на приращение временное. Физик Эмиль Ахмедов о принципе Ферма, ньютоновой гравитации и эффектах общей теории относительности.

Эмиль Ахмедов

В современном понимании оказывается, что закон сохранения энергии и закон сохранения импульса следуют из более фундаментального принципа, заключающегося в так называемой трансляционной инвариантности в пространстве и времени. Что это значит? Что означает вообще трансляционная инвариантность?

Эмиль Ахмедов

Мой рассказ будет больше историческим: я расскажу о том, как возникла теория Максвелла и понятие электромагнитных волн. Были известны законы Кулона, закон Био - Савара, разные законы индукции Фарадея и другие. Этот набор экспериментальных данных Максвелл попытался описать теоретически. Насколько мне известно, его труд состоит из примерно шестисот страниц. Он пытался чисто механически объяснить законы Фарадея, описывая электромагнитное поле как набор шестеренок с разными сортами зацеплений. В XIX веке механическое описание природы было очень популярно. Большая часть этих шестисот страниц пропала, поскольку в них не было никаких конструктивных утверждений. Может, я немного преувеличиваю, но единственное конструктивное, что было в этом труде Максвелла, - это его уравнения, формулы.

Эмиль Ахмедов

Физик Эмиль Ахмедов об определении положения на плоскости и в пространстве, необходимых координатах и атомных часах. Я расскажу об общих принципах работы GPS и ГЛОНАСС. Потом я объясню, какое это имеет отношение к специальной и общей теории относительности. Начну издалека. Треугольник является жесткой фигурой на плоскости в том смысле, что если вы возьмете три шарнира и соедините их тремя жесткими палками, то эти шарниры нельзя будет сместить, нельзя будет двигать. Если вы возьмете четыре шарнира или больше и соедините их соответствующим количеством палок, чтобы получился многоугольник, то этот многоугольник может ходить ходуном. Четырехугольник можно деформировать, поэтому, если углов больше чем три, фигура на плоскости уже нежесткая.

Эмиль Ахмедов

XVIII–XIX века прошли под знаком успеха механики Ньютона, которая показала поразительную эффективность при описании движения планет Солнечной системы. Но наука начала двигаться вперед, когда отказалась от этого механистического подхода. Под знаком всего этого происходящего возник такой парадокс Лапласа, который говорит о том, что везде отсутствует воля. То есть человек не может поступать по собственной воле, все предопределено и предсказуемо. Физик Эмиль Ахмедов о дифференциальных уравнениях, идеальных линиях и точках и решении парадокса Лапласа.

Эмиль Ахмедов

Практически все знают соотношение E0=mc^2. Любой образованный человек знает, что E=mc^2. При этом забывают, что если тоньше приглядеться и неколлоквиально смотреть на него, то соотношение выглядит как E0=mc^2, у E есть индекс 0, и оно связывает энергию покоя с массой и скоростью света. При этом надо помнить, что энергия здесь ключевое понятие. Значит, коллоквиально говоря, это соотношение говорит о том, что любая масса - это энергия, но не любая энергия - это масса. Вот об этом не надо забывать, что не любая энергия - это масса! Любая масса - это энергия, но обратное неверно. И не для любой энергии, а только для энергии покоя верно, что она равна mc^2. Откуда следует это соотношение? Физик Эмиль Ахмедов о соотношении массы и энергии, пространстве-времени Минковского и координатах 4-вектора.

Эмиль Ахмедов

Какие наблюдения лежат в основе специальной теории относительности? Как был выведен постулат о том, что скорость света не зависит от системы отсчета? О чем теорема Нётер? И существуют ли явления, которые противоречат СТО? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.

Эмиль Ахмедов

О преобразованиях Лоренца, специальной теории относительности, о парадоксе близнецов и парадоксе стержня и сарая рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.

В фундаментальной физике, в отличие от математики, есть всего лишь три основные нерешенные проблемы, которыми занимаются фактически все ученые из этой области науки, - это проблема космологической постоянной, проблема конфайнмента кварков и проблема квантовой гравитации.

Проблема космологической постоянной

Представьте себе лунку, в которой лежит шарик. Если его пошевелить, он начнет колебаться и без трения будет колебаться вечно - получится классический осциллятор. Но если шарик не трогать, то он будет просто лежать на дне.

Однако квантовая частица - это не шарик, а волна. А потому основное состояние квантового осциллятора имеет ненулевую энергию. Это волна с единственным гребнем внутри лунки. То есть квантовая частица колеблется даже в основном состоянии. Это так называемые нулевые колебания. Они происходят в любой квантовой системе, в том числе в квантовой теории поля.

В квантовой теории поля вакуум - это не пустота. Он состоит из нулевых колебаний. Если нет гравитации, то энергию рассчитывают от полной энергии этих нулевых колебаний. Их как бы отбрасывают. И все частицы в квантовой теории поля - это возбуждение над нулевыми колебаниями.

Однако в присутствии гравитации нулевые колебания отбросить нельзя. Они ведь что-то «весят», то есть искривляют пространство-время. Поэтому возникает проблема.

Теоретически предсказано, что нулевые колебания составляют огромную вакуумную энергию. Однако наблюдения показывают, что вакуумная энергия в нашей Вселенной очень мала. Это то, что сейчас называется темной энергией в космосе. Она приводит к ускоренному расширению Вселенной, так как что-то «весит». Именно в этом и заключается проблема космологической постоянной: с одной стороны, квантовая теория поля предсказывает, что она огромная, а с другой стороны, наблюдаем очень маленькую. Куда девается огромная вакуумная энергия, предсказанная квантовой теорией поля? И какова тогда природа темной энергии?

Проблема конфайнмента кварков

Известно, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Они взаимодействуют друг с другом при помощи ядерных сил. Если сталкивать протоны, наращивая энергию, мы увидим рождение огромного многообразия новых частиц - адронов.

Все адроны описываются одним способом: они состоят из кварков. Это наблюдают, рассеивая электрон на протоне при очень высоких энергиях. Оказывается, что при этом электрон рассеивается практически так же, как альфа-частицы на атомах. Последнее было изучено Резерфордом в начале ХХ века: он увидел, что альфа-частица рассеивается на очень концентрированном центре ядра, которое имеет очень маленький размер. Оказывается, что точно так же электрон рассеивается на протоне, но с одной оговоркой: у протона как будто есть три центра с соответствующими зарядами.

Внутри протона действительно находятся три кварка. Но по непонятной причине отдельно эти кварки мы получить не можем, мы всегда их видим только в составе адронов. Теорию кварков мы знаем, и это квантовая хромодинамика, которая описывает кварки и глюоны. Последние переносят взаимодействие между кварками, точно так же как фотоны между электрическими зарядами. Квантовую хромодинамику мы хорошо понимаем при высоких энергиях. Тогда она действительно описывает физику адронов. Но при низких энергиях электрон рассеивается на адронах как на целом. Как переходит одно описание, при помощи практически свободных кварков, к другому - в виде адронов как связанных состояний из кварков? И почему кварки не существуют по отдельности? В этих вопросах и состоит суть проблемы конфайнмента.

Проблема квантовой гравитации

У квантовой теории поля есть проблемы с существованием бесконечных частот. Грубо говоря, поле можно гнуть как угодно, со сколь угодно высокой точностью. Из-за этого возникают так называемые расходимости, а именно: при вычислении различных физических величин в квантовой теории поля мы получаем бесконечные вклады. Во всех ныне разработанных квантовых теориях поля, с которыми мы имеем дело, эти расходимости могут быть устранены переопределением нескольких констант связи, таких как заряды и массы частиц, например.

При этом для того, чтобы устранить похожую проблему при квантовании гравитации, приходится переопределять бесконечное количество констант связи. При повышении энергии теорию нужно усложнять все больше и больше. Это говорит о том, что теория гравитации является применимой только при низких энергиях, а в ее основе должна лежать более фундаментальная (высокоэнергетическая) теория, которую мы пока не знаем.

Культурно-просветительский центр «Архэ» приглашает на курс доктора физико-математических наук Эмиля Ахмедова «Фундаментальная физика».

Тема второй лекции: «Квантовая теория поля».

На лекции будет рассказано о том, что такое поле и как его проквантовать. Затем поговорим о том, какие новые явления возникают при квантовании поля. В конце лекции пойдет речь об эффекте Хокинга и фундаментальных проблемах квантовой теории поля.

О лекторе:
- доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, доцент факультета математики НИУ ВШЭ.

О курсе лекций «Фундаментальная физика»:

Лекции рассчитаны на учеников старших классов, студентов младших курсов и людей, интересующихся математикой и физикой. На простых и наглядных примерах, с использованием элементарных формул, лектор постарается ответить на следующие вопросы:

Что такое Специальная теория относительности, и как устроена геометрия пространства-времени? Почему скорость света не зависит от системы отсчета и почему ее нельзя превысить? Будут разобраны несколько примеров парадоксов (например, парадокс близнецов), и как они разрешаются.
Как устроено кривое пространство-время, и что такое Общая теория относительности? Будут разобраны какие-то простые и наглядные примеры искривленных пространств.
Что такое черные дыры? Как их представить? Что происходит с предметами вблизи черных дыр?
Что такое квантовая механика? Как происходит переход от механики частиц к механике волн? Откуда берется вероятностная интерпретация квантовой механики? Будут разобраны несколько парадоксов. Например, парадокс Кота Шрёдингера и парадокс Эйнштейна- Подольского- Розена.
Что такое поле? Что такое квантовая теория поля? Что такое поле Хиггса, и как оно работает?
Что такое излучение Хокинга?
Что такое теория струн? Зачем она нужна?

Физик Эмиль Ахмедов о дифференциальных уравнениях, идеальных линиях и точках и решении парадокса Лапласа.

XVIII–XIX века прошли под знаком успеха механики Ньютона, которая показала поразительную эффективность при описании движения планет Солнечной системы. Помимо этого, она, безусловно, приводила к успехам и в других областях, более приземленных, и оказалась эффективной при описании природы тепла, термодинамики. То есть термодинамика газов описывалась в виде движения атомов в ней чисто механистически. И Максвелл при написании своих уравнений электродинамики пытался механически, при помощи шестеренок и зацеплений, описать даже электромагнитные поля. А на самом деле это никакого отношения к природе электромагнитных полей не имеет, и наука начала двигаться, когда отказалась от этого механистического подхода.

Под знаком всего этого происходящего возник такой парадокс Лапласа, который говорит о том, что везде отсутствует воля. То есть человек не может поступать по собственной воле, все предопределено и предсказуемо.

Если верить и в механистический, и полевой подход, то все природные явления описываются в виде некоторых функций и дифференциальных уравнений на них. Что такое функции и дифференциальные уравнения, мы сейчас обсудим. Например, простейшей функцией является положение частицы. Это три функции, то есть координата в трех направлениях. Есть положение частицы в данный момент времени t в этом положении, в следующий момент времени в другом положении и так далее.

Получается функция - зависимость от времени положения частицы. Эта функция описывается известным всем дифференциальным уравнением, называемым вторым законом Ньютона. Оно дифференциальное, потому что содержит две производные от этой функции. Это есть ускорение, помноженное на массу, и определяется все это силой, действующей на эту частицу. Вот вам дифференциальное уравнение. Если вы задаете начальное положение частицы и начальную ее скорость, то решение этого уравнения определяется однозначно.

В термодинамике все тоже описывается однозначно. У вас только частица не одна, а их очень много. Представление о том, какое количество частиц содержится в газе, дает число Авогадро. Огромное число частиц есть в каком-то объеме газа. Эти частицы двигаются, сталкиваются друг с другом, сталкиваются со стенками, и это приводит к термодинамическим явлениям. Оказывается, что если у вас есть достаточно мощный компьютер, который может оперировать с таким огромным массивом данных, то, зная начальное положение всех частиц и начальные их скорости, вы можете однозначно определить их последующую эволюцию и поведение газа, предсказать полностью все детали поведения газа и составляющих его частиц и так далее.

Эту идею можно продолжить и дальше. Мы тоже состоим из молекул, атомов, которые друг с другом взаимодействуют, друг на друга какими-то силами действуют. И если мы зададим начальные положения и начальную скорость всех этих частиц, из которых мы состоим, то наше поведение полностью предопределено, потому что наше сознание и все остальное, если верить в эту механистическую модель, определяется полностью теми химическими реакциями, проходящими внутри нашего мозга и тела и так далее. Соответственно, никакой воли нет. Любой мой последующий поступок предопределен всем происходящим вокруг. Значит, в этом и заключается парадокс Лапласа, что все предопределено.

Считалось, что парадокс Лапласа решается квантовой механикой, потому что там появляется вероятностная интерпретация. Однако вероятностная интерпретация квантовой механики возникает при размыкании системы. То есть если вы воздействуете на маленькую квантовую систему большой классической системой, это называется измерение, производится измерение состояния квантово-механической системы, и в этот момент проявляется вероятностная интерпретация. А если квантово-механическая система замкнутая, то она полностью описывается так называемой волновой функцией. В силу ее вероятностной интерпретации она называется волной вероятности, но это неважно.

Как бы она ни называлась, замкнутая квантово-механическая система описывается волновой функцией, которая тоже подчиняется дифференциальному уравнению, называющемуся уравнением Шрёдингера. Важно следующее: если вы знаете начальные условия для этого дифференциального уравнения, то есть начальные значения волновой функции, ее производные, то после этого вы однозначно восстанавливаете волновую функцию во все времена. А квантово-механическая система, если она замкнута, описывается однозначно при помощи этой волновой функции. И никакая вероятностная интерпретация не нужна, потому что вы не размыкаете систему.

Можно сказать, что опять все предопределено. С этим можно спорить, но, с какой бы теорией мы ни имели дело - с теорией относительности, с общей теорией относительности, с уравнением гравитации, с уравнениями Максвелла, уравнениями, описывающими слабые и сильные взаимодействия, - все эти силы описываются дифференциальными уравнениями второго порядка. В этих уравнениях содержатся поля, которые есть функции от координат, то есть от положения в пространстве и во времени значение какого-то поля. Его изменения в пространстве и времени описываются дифференциальным уравнением. То есть опять все вроде бы предопределено.

Откуда возникают парадоксы? Давайте на секунду отвлечемся, попытаемся объяснить, что вообще происходит. Существенная часть парадоксов возникает, когда мы пытаемся экстраполировать какой-то закон природы на все случаи жизни. Например, известный парадокс: что было раньше - курица или яйцо? Философская проблема, которая предполагает, что за всю историю Вселенной были курицы, которые несли яйца, из яиц вылуплялись курицы и так далее. Ясное дело, что так было не всегда. В результате эволюции были промежуточные состояния, которые рождали что-то подобное яйцу, все ближе и подобнее яйцу, и из этих яиц или подобия яиц вылуплялись птицы или животные, которые все более и более были близки к тому, что мы сейчас называем курицей. Парадокс про курицу и яйцо решается таким образом.

Если возвратиться к парадоксу Лапласа, мы, ученые, занимающиеся естественной наукой, пользуемся всегда некоторым приближением. Любой естественно-научный закон, каким бы фундаментальным он ни был, всегда верен в каком-то приближении. Второй закон Ньютона верен, если мы имеем дело с достаточно большими объектами - от крупинки и больше, - двигающимися со скоростями, которые сильно меньше, чем скорости света, с ускорениями, близкими к тем, что мы испытываем на Земле и в Солнечной системе, в гравитационных полях, которые создают что-то подобное Солнцу, звезды, подобные Солнцу, или планеты, подобные Земле. Если же мы начинаем обсуждать объекты, двигающиеся с очень высокими скоростями, нам приходится иметь дело со специальной теорией относительности. Если мы обсуждаем очень сильные гравитационные поля, нам приходится иметь дело с общей теорией относительности. Если нам приходится иметь дело с очень маленькими объектами, нам приходится иметь дело с квантовой механикой. Если же нам приходится иметь дело с очень высокими скоростями для очень маленьких объектов, нам приходится иметь дело с квантовой теорией поля. На следующем шаге, если нам хочется иметь дело с квантовой теорией поля в очень сильных гравитационных полях, вероятно, придется иметь дело с нечто подобным квантовой гравитации, что еще находится на стадии создания, а остальные теории разработаны.

Откуда возникает это приближение? Математика, как любят говорить с большим пафосом, - это то, что позволяет нам в окружающем нас хаосе находить какой-то порядок. То есть мы всегда при помощи математических формул описываем нечто математически идеализированное, что приблизительно описывает реально происходящее в природе. И мы можем даже определить, в каком приближении, и даже улучшать это приближение, приближаясь к реальной ситуации. Например, не бывает идеальных, бесконечно тонких прямых линий, не бывает идеальных точек и не имеющих размера объектов, не бывает идеальных инерциальных систем отсчета.

Но в реальности что происходит? Мы можем рассчитать урожай, собираемый с данной площади, описывая ее при помощи прямоугольника или многоугольника, ребра которого состоят из прямых отрезков, считая их бесконечно тонкими. Это нам позволяет оценить площадь этой плоской фигуры и урожай, который мы соберем, нередко пренебрегая тем, что это поверхность не плоская, а внутри этого многоугольника бывают холмики, впадины и так далее. Вопрос заключается в том, в каком приближении мы работаем.

Точно так же, используя идеальные тонкие линии, точки и так далее, мы можем рассчитывать дома. Для точности для расчета домов достаточно нескольких миллиметров, чтобы у нас не было щелей в окнах. С другой стороны, с какой точностью нам нужно рассчитать объект типа детектора в ускорителе (а это нечто сопоставимое с трех-, четырех- или пятиэтажным домом)? Там разные его детали подгоняются одна к другой с точностью до микрона. Там точность нужна выше, потому что нужно определять треки частиц и вершины реакций с такой точностью. Вопрос в том, с какой точностью что мы хотим описать. Поэтому мы всегда делаем какое-то приближение, ограничиваясь некоторой точностью, с которой мы что-то хотим описать, и из этого все проистекает.

Поэтому дифференциальные уравнения, которые описывают законы природы, - это на самом деле какое-то приближение к тому, что происходит реально в природе. Никто не сказал, что если мы пойдем до еще более мелких размеров, то увидим тонкую структуру у пространства и времени, какую-то гранулированную структуру, поведение которой будет описываться уже не дифференциальными уравнениями, а конечно-разностными. Да, в таких уравнениях опять возникнет проблема с тем, что все предсказуемо. Но если это будут не конечно-разностные уравнения? Факт заключается в том, что, скорее всего, парадокс Лапласа объясняется тем, что не надо экстраполировать законы природы, применимые к данной ситуации, на все случаи в жизни и природе.

Комментарии: 0

Вопрос о свободе воли - одна из старых философских проблем, но в последние десятилетия в этой области произошло немало интересных подвижек. Участники беседы обсудят эти новации. Речь, в частности, пойдет о «Примерах Франкфурта», «Манипулятивном аргументе» Д. Перебума и «Принципе предельной ответственности» Р. Кейна. Рассмотрение этих и других концептуальных инструментов позволит участникам беседы оценить реальный прогресс в осмыслении проблемы свободы воли.

Детерминизм - общенаучное понятие и философское учение о причинности, закономерности, генетической связи, взаимодействии и обусловленности всех явлений и процессов, происходящих в мире.

Воспользовавшись помощью анестезиолога, Дженнифер Анистон и ученого, вооруженного кувалдой, профессор Маркус дю Сотой ищет ответ на вопрос о том, что такое «я». Для этого он подвергает себя нескольким интересным и необычным экспериментам. Маркус узнает, в каком возрасте появляется наше самосознание и обладают ли им другие живые существа. Он усыпляет свое сознание в опыте с использованием анестезии, чтобы лучше понять его, затем испытывает внетелесный опыт, чтобы локализовать свое «я», После этого Маркус отправляется в Голливуд, чтобы понять, как знаменитости помогают лучше понять микроскопическую активность нашего мозга. Затем он принимает участие в эксперименте по чтению мыслей, который радикально меняет его понимание о том, что такое «я».

Если известны начальные условия системы, можно, используя законы природы, предсказать ее конечное состояние.

Свобода воли является важной частью взглядов на свободу воли в целом. Религии сильно отличаются в том, как они отвечают на основной аргумент против свободы воли, и таким образом могут давать разный ответ на парадокс свободы воли - утверждению, что всеведение несовместимо со свободой воли.

«Современные события имеют с событиями предшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет не может начать быть без причины, которая его произвела... Воля, сколь угодно свободная, не может без определенного мотива породить действия, даже такие, которые считаются нейтральными... Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами... Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляется столь же строго и определенно, как и планетные орбиты: между ними лишь та разница, что налагается нашим неведением»

Есть проблема в совместимости нашего представления о свободе и того, как устроен мир. С одной стороны, мы знаем, что каждое событие имеет свою причину. Цепочка причин уходит очень далеко. И, кажется, то, что происходит сегодня, предопределено событиями прошлого. С другой стороны, есть представление, что мы способны сами инициировать действие, мы действительно можем изменить будущее. Метафизическая проблема свободы воли - это проблема соотношения между каузальным порядком, между тем, что все события детерминированы, и тем, что мы совершаем свободный выбор или свободное действие. Но это не абстрактная проблема. На представлениях о наличии свободы построено представление о личности и ответственности. Можем ли мы совершать свободные действия, на чем основана моральная и юридическая ответственность и станет ли робот личностью? В этом выпуске мы предлагаем обсудить аргумент манипуляций Дерка Перебума.

Илья Щуров

Когда понятие «функция» было введено в научный оборот? Какие были предложены решения задачи о колебании струны? Какие существовали подходы к понимаю функции? И как развивался спор о струне? Об этом рассказывает математик Илья Щуров.

В сентябре 2015 года Стивен Хокинг о новой идее, которая, по мнению физика, поможет разрешить 40-летний парадокс потери информации в черных дырах. Этот парадокс формулируется на стыке между квантовой теорией поля и общей теории относительности, поэтому его разрешение может помочь в формулировке теории квантовой гравитации.
Ученый сослался в своем сообщении на некоторые специальные свойства пространства, правильно воспользовавшись которыми можно указать, как и в каком виде информация покидает черную дыру. «По горячим следам» после анонса, мы уже разобраться в предложении Хокинга, но все детали гипотезы еще только ожидали публикации.

Спустя три месяца, почти сразу после Нового года, на сервисе электронных препринтов arXiv.org появилась статья, в которой физик вместе с коллегами - Эндрю Строминджером и Малькомом Пэрри - раскрыл более подробно суть своего предложения. Одновременно с публикацией препринта, Хокинг направил статью к публикации в один из самых авторитетных физических журналов - Physical Review Letters . Спустя пять месяцев работа прошла рецензирование и 6 июня появилась на сайте журнала.

Это вызвало неожиданный всплеск публикаций о порталах в другие вселенные, расположенных в черных дырах и других странных явлениях. Их источник - научно-популярная лекция, которую Хокинг прочитал еще в августе 2015 года. В опубликованной же работе нет ни слова об альтернативных вселенных, зато есть те самые детали, объясняющие, как справиться с информационным парадоксом.

Сегодня мы возвращаемся к обсуждению информационного парадокса и вновь обратились за комментарием к Эмилю Ахмедову, доктору физико-математических наук и ведущему научному сотруднику Института теоретической и экспериментальной физики.

Прежде чем начать

Для того, чтобы сформулировать информационный парадокс, необходимо вспомнить о нескольких важных свойствах черных дыр. Самое известное из них - у черной дыры существует определенная поверхность, называемая горизонтом событий, оказавшись за которой даже свет не может покинуть окрестности объекта. Второе важное свойство - так называемая «теорема об отсутствии волос у черной дыры». Согласно ей, любые поля, которые создает покоящаяся черная дыра, являются стационарными, то есть не меняющимися во времени. Это свойство черной дыры следует из свойств горизонта событий.

Важным шагом в возникновении информационного парадокса стало предсказание излучения Хокинга, благодаря которому черная дыра медленно испаряется. Это квантовый эффект, связанный с амплификацией (усилением) нулевых колебаний в результате коллапса - процесса образования черной дыры.

Энергетический спектр этого излучения - тепловой, причем, чем меньше черная дыра, тем больше температура, которая соответствует этому излучению. Это связано с тем, что черная дыра не сможет удерживать квантовые возбуждения с длиной волны больше, чем ее размер. Поэтому из общих соображений она будет излучать с характерной длиной волны порядка размера ее горизонта. А радиус горизонта черной дыры пропорционален ее массе. Соответственно характерная энергия излучения, будучи пропорциональной частоте, должна быть обратно пропорциональна массе черной дыры. Но характерная энергия квантов излучения и есть его температура. Эти эвристические рассуждения, принадлежащие Владимиру Наумовичу Грибову, подтверждаются детальным расчетом.

Температура Хокинга очень мала - для черной дыры с массой Солнца она составит десятимиллионные доли кельвина. А черная дыра еще большей массы будет, соответственно, иметь еще меньшую температуру. Поэтому увидеть на практике излучение Хокинга в обозримом будущем, скорее всего, невозможно. Разве что удастся обнаружить распад так называемых первичных черных дыр, которые образовывались на ранних стадиях развития вселенной. Действительно, тогда плотность вещества должна была быть очень высокой и, поэтому, могли образовываться черные дыры очень маленькой массы. Такие дыры имели бы очень высокие температуры. Можно надеяться увидеть результаты их распада по излучению Хокинга, если смотреть на самые удаленные, то есть самые ранние, участки видимой части вселенной. Но пока такие явления не обнаружены.

Излучение Хокинга не зависит от того, из какого материала образовалась черная дыра в результате коллапса. В нем, для данной энергии, равновероятно могут появляться разные частицы - скажем фотоны и нейтральные пи-мезоны. В результате получается недопустимая для физики ситуация - теряется принципиальная возможность восстановить «судьбу» отдельно взятого атома, попавшего в черную дыру. На языке математики это означает, что матрица преобразования, переводящего систему из состояния до формирования черной дыры в состояние после ее испарения, оказывается неунитарной (речь идет об S-матрице , одном из центральных объектов в квантовой теории поля). Это, например, означает, что вероятности некоторых процессов могут оказаться больше единицы.

В этом и заключается парадокс потери информации - основываясь на общей теории относительности и квантовой теории поля, Хокингу удалось получить ситуацию, которой в физике попросту не должно быть. Можно по-разному относиться к формулировке этого парадокса, но его ясная и четкая разрешимость является одним из свойств «настоящей» теории квантовой гравитации.

Эмиль Ахмедов относится к той группе физиков, которые считают, что никакого парадокса с потерей информации нет. Неоднозначность, связанная с парадоксом, вызвана большим количеством грубых допущений, которые Хокинг сделал в его формулировке. Среди прочего это:

1) Энергия частиц излучения черной дыры достаточно мала по сравнению с полной энергией или массой черной дыры.
2) Горизонт событий находится достаточно далеко от сингулярности и общая теория относительности для него применима.
3) Квантовые поправки дают небольшой вклад в спектр излучения Хокинга.

Однако Эмиль считает, что очень важно детально понимать, как черные дыры распадаются, и как продукты распада несут информацию об исходном состоянии коллапсирующего вещества

Новая работа и ее предпосылки

Новая статья Хокинга, Строминджера и Пэрри получила название «Мягкие волосы на черной дыре» (Soft Hair on Black Holes). Согласно ее популярному изложению за авторством Гэри Горовитца, заслуженного профессора физики в Университете Калифорнии, в статье пересматриваются основополагающие факты, лежащие в формулировке парадокса, такие как, например, справедливость «теоремы об отсутствии волос у черной дыры».

N +1: Как я понимаю, за время, прошедшее с выхода препринта, наверняка уже состоялось несколько семинаров, подробно разбирающих работу Хокинга?

Эмиль Ахмедов: Мы даже провели школу-конференцию для студентов и аспирантов в апреле. Мы позвали учеников Малькольма Пэрри и Хокинга Они читали лекции, и мы более или менее разобрались в том, что утверждается в работе. Можно сказать, достигли глубокого непонимания.

N +1: Строминджер, Пэрри и Хокинг рассмотрели два предположения, которые были сделаны Стивеном Хокингом в оригинальной статье 1975 года. Похоже, они сказали, что все на самом деле не так. Откуда взялось это утверждение?

Э.А.: Помните, я вам объяснял в прошлый раз о том, что есть так называемая «теорема об отсутствии волос»? Пространство-время в присутствии черной дыры в данный момент времени, на любом расстоянии от нее, характеризуется тремя числами: масса, момент вращения и заряд. Соответственно и основное состояние квантовой теории поля на фоне черной дыры должно характеризоваться этими параметрами. А так как излучение Хокинга никакой информации не несет, то значит, практически все, что было до коллапса - пропало.

Теперь Строминджер, Пэрри и Хокинг пересмотрели это утверждение. Для начала, они говорят, что если вы уйдете от черной дыры на далекие расстояния не в данный момент времени, а по направлению световой бесконечности - то есть, двигаясь вместе со светом, - то характеристики этого излучения содержат намного больше параметров, точнее - бесконечно много параметров.

N +1: То есть они не ограничиваются угловым моментом, зарядом и массой черной дыры?

Э.А.: Да. Я даже могу привести аналог из электромагнетизма, который, наверно, будет более понятен.

Посмотрим на электромагнитное поле группы зарядов. Если мы возьмем данный момент времени и просто посмотрим на эту группу с очень большого расстояния, то мы увидим просто поле Кулона. К нему могут возникать поправки - дипольный момент, квадрупольный момент, но доминирующей величиной на больших расстояниях будет поле Кулона.

Более того, здесь имеется аналог «теоремы об отсутствии волос» - решение уравнений Максвелла, которое не меняется при поворотах вокруг центра и падает до нуля на больших расстояниях - единственно, и это поле Кулона. Его единственная характеристика - заряд. В этом смысле ситуация аналогична «теореме об отсутствии волос». Если же инвариантность относительно поворотов отсутствует, то могут быть поправки в виде дипольного, квадрупольного и более высоких моментов.

Все вышесказанное верно, если мы смотрим на заряды в данный момент времени и забываем об их движении. Если же заряды совершают какие-то движения, то они что-то излучают. Тогда кроме вышеуказанных характеристик у вас появятся еще и характеристики излучения. И даже на большом расстоянии помимо поля Кулона будет еще и поле излучения, несущее бесконечно много характеристик. Аналогичная ситуация имеется и в присутствии гравитационных полей и излучения. Подчеркну, что пока это все не имеет прямого отношения к разрешению информационного парадокса.

Это то, что было известно до статьи Хокинга, Строминджера и Пэрри - еще в 60-70-е. Новый интерес к этому вопросу возник благодаря работам Строминджера с его студентами и соавторами. Дело все в том, что это бесконечное количество характеристик у излучения на большом расстоянии связано с существованием какой-то очень большой асимптотической симметрии в этой части пространства-времени. Ее и изучал Строминджер, пытаясь обобщить принцип AdS/CFT соответствия на случай плоского пространства. [немного подробнее об этом можно в предыдущем интервью]

Что нового предложили Хокинг, Перри и Строминждер

Э.А.: Все что я говорил о бесконечно большом количестве характеристик у излучения верно, когда вы очень далеко ушли от всевозможных источников гравитационных и электромагнитных полей. А именно, это верно в грубом приближении лидирующего порядка на световой бесконечности, то есть безо всяких поправок. Хокинг, Перри и Строминджер теперь говорят, что аналогичная ситуация должна быть не только на бесконечном расстоянии от источников излучений, но и вблизи горизонта событий черной дыры.

N +1: Это точно не бесконечно далекое расстояние

Э.А.: Да, это точно не бесконечно далекое расстояние, но Хокинг и соавторы утверждают, что им удалось описать то, как можно продолжить с бесконечности к горизонту черной дыры описанные выше симметрии. Причем, не для самого общего случая полей, а пока только для электромагнитного излучения.

К этому утверждению существует много вопросов. Они говорят дословно, что на горизонте черной дыры существует буквально такая же симметрия, как и на бесконечности. Откуда это утверждение следует, мне в деталях понять не удалось. Если посмотреть на статью Хокинга, Строминджера и Пэрри, то там не так много формул, там больше слов. И из этих слов извлечь проверяемую формулу мне не удалось.

N +1: Откуда взялось тогда это утверждение?

Э.А.: Хокинга заинтересовало то, что метрику пространства-времени на больших расстояниях от черной дыры можно описать большим количеством параметров, чем только заряд, масса и момент вращения. Это очевидное нарушение «теоремы об отсутствии волос». Он подумал, что то же самое можно обобщить на характеристики метрики пространства-времени вблизи горизонта событий черной дыры.

Действительно, из общих соображений понятно, что если учесть влияние на черную дыру частиц/волн падающих или вылетающих по Хокингу с горизонта событий, то этот горизонт будет как-то деформироваться. Эти деформации можно охарактеризовать бесконечно большим количество параметров, так как они могут происходить локально в любой его части. И эта картина аналогична тому как происходит деформация пространства времени на световой бесконечности в результате идущего там излучения. То есть аналогия между горизонтом событий и световой бесконечностью очевидна.

N +1: То есть я правильно понимаю, что в работе утверждается, что у хокинговского излучения будет бесконечно много характеристик, а не только температурное распределение, зависящее от массы, заряда и момента вращения?

Э.А.: Да. И, соответственно, при помощи этих характеристик вы сможете полностью охарактеризовать состояние черной дыры. Словами это все давно было понятно и мне и многим моим коллегам, но ясных и легко проверяемых формул на эту тему я не видел. Причем, даже от людей, которые разбираются в этом вопросе и вместе с Хокингом, Строминджером и Пэрри это обсуждали.

N +1: Получается, это больше философская работа?

Э.А.: Это похоже, скорее, на формулировку идеи. Как идея, она мне нравится. Повторюсь, она исходно была понятна и мне, и многим моим коллегам. То есть для меня это не новь никакая, кроме того, что такие известные люди высказались на эту тему в том же ключе, в котором и другие, менее известные люди высказывались.

N +1: Там был еще один маленький момент кроме «волос». Хокинг, Строминджер и Пэрри говорят, что состояние вакуума почему-то не уникально?

Э.А.: Характеристики черной дыры - это то же самое, что и характеристики вакуума (основного состояния) в квантовой теории поля на фоне черной дыры. Дело в том, что даже в присутствии излучения Хокинга мы имеем дело с основным состоянием квантовой теории поля, ведь излучение Хокинга - это амплификация нулевых колебаний, которые присутствуют в вакууме, то есть в основном состоянии. Раньше они думали, что этих характеристик всего три, а сейчас они увидели, что таких характеристик должно быть бесконечно много. Давно известно, что на бесконечности таких характеристик бесконечно много, а теперь они утверждают, что в районе черной дыры все точно так же. Таким образом у основного состояния квантовой теории поля в присутствии черной дыры имеется бесконечно большое вырождение, а отличаются разные основные состояния посредством вышеупомянутых характеристик и переводятся они друг в друга посредством преобразований бесконечной симметрии.

Хокинг, Перри и Строминджер утверждают даже, что они строго это доказали. То есть, если напрямую спросить Малькольма Пэрри, он так и скажет, что они доказали это утверждение. А он человек, который слов на ветер не бросает. Просто я эти утверждения пока не вполне понял.

N +1: Во время прошлого интервью вы упомянули о другом факторе, который не был учтен Хокингом. Интересно, исправили ли его при «латании дыр» в описании парадокса?

Э.А.: Я говорил следующее - квантовая теория поля на фоне черной дыры находится в нестационарном состоянии. Я, возможно, формулировал это несколько иначе, но имел в виду именно это. Хокинг, Строминджер и Пэрри говорят о вакууме и его характеристиках. Для меня этого недостаточно - из-за того, что квантовая теория поля находится в нестационарном состоянии на фоне черной дыры, она не остается в вакуумном состоянии, а переходит в какое-то возбужденное состояние. А именно, возбуждаются внутренние степени свободы теории поля. То есть помимо нулевых колебаний в излучение черной дыры будут давать вклад и возбужденные состояния квантовой теории поля. И это тоже, безусловно, характеризует состояние квантовой теории поля на фоне черной дыры и дополняет картину.

Но то, что я сейчас сказал - никоим образом не общепринятая точка зрения. Ее разделяют, пожалуй, человек пять в мире. Однако в пользу этой точки зрения можно привести детальные вычисления [Emil T. Akhmedov et al. / PRD, 2016 ] , а формула - она объективна. Ее любой может проверить и убедиться в ее корректности или неверности.

Мысленный эксперимент

N +1: А если пофантазировать - можно ли все-таки представить какой-то эксперимент, который может проверить теорию? Ведь каждая теория дает свои предсказания, которые являются критериями правильности.

Э.А.: Безусловно, все эти эффекты слабые и на данный момент они имеют только академический интерес. Проверить существование хокинговского излучения и увидеть его характеристики вблизи тех объектов на небе, которые мы считаем черными дырами, безнадежно, к сожалению.

N +1: А если мы представим себе, что мы можем отправить аппарат?

Э.А.: Даже если мы представим себе, что можем отправить аппарат - эти эффекты все-таки очень слабые. Температура черной дыры с массой Солнца составит какие-то десятимиллионные доли кельвина - это пренебрежимо малая величина даже на фоне реликтового космологического излучения.

Единственное, на что надеются ученые - увидеть явления от микроскопических черных дыр. Когда мы смотрим на небо, мы смотрим не только вдаль, но еще и в прошлое. На ранних стадиях развития Вселенной, когда она была очень плотной, могли образовываться небольшие по размерам первичные черные дыры. Если мы возьмем черную дыру с массой равной массе горы Эверест, то она скорее не медленно излучает, а взрывается, потому что температура у нее огромная.

N +1: Понятно - чем меньше черная дыра, тем больше температура у излучения. Но если мы сможем поймать издалека хотя бы один квант, излученный черной дырой?

Э.А.: Для того, чтобы подтвердить наблюдения Хокинга, Строминджера и Пэрри экспериментально нам недостаточно одного кванта из потока, испускаемого черной дырой. Если мы смотрим на черную дыру издалека, то бесконечным числом характеристик задается весь поток.

N +1: То есть если бы мы могли поймать весь поток излучения от черной дыры, то мы смогли бы получить ответ на то, верна теория или нет.

Э.А.: Ну теоретически, если мы окружим черную дыр коробкой и соберем все, что она излучила, то сможем определить величину бесконечного числа зарядов. Подчеркну, что какие-то из них окажутся равными нулю, а какие-то - нет. Все это полностью бы охарактеризовало состояние черной дыры.

Но я еще раз уточню, это нужно делать не на бесконечности, ведь черная дыра может быть не одна, она может быть окружена чем-то. Эти тела тоже могут испускать гравитационное и электромагнитное излучение. Чтобы получить характеристики конкретной черной дыры нам нужно ловить излучение вблизи ее горизонта.

N +1: Получается нам всего-то надо построить огромный детектор вокруг черной дыры - эдакую сферу Дайсона.

Э.А.: Н ет. Безусловно я не утверждаю, что подтверждения вышеуказанных наблюдений необходимо поставить именно столь сложный и даже невозможный эксперимент. Если бы мы увидели, что какая-то микроскопическая (например, первичная) черная дыра излучает и ее характеристики меняются, а излучение уносит именно те характеристики, что поменялись, то этого было бы достаточно.

Беседовал Владимир Королёв

Крис Фрил - британский фотограф, автор иллюстраций, которые были использованы в материале. Последние 10 лет он провел в попытках сделать фотографию, которая ему бы понравилась. Он работал уже в 150 странах и хотел бы успеть побывать в оставшихся 46, пока не станет домоседом.