На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Гефтер Аманда

Теперь рассмотрим, писали они, бит информации – назовем его В – вблизи внешней границы горизонта событий черной дыры. В системе отсчета Скруда B – часть вакуума. Скруд, в конце концов, находится в инерциальной системе отсчета, лишенной границ, что допускает присутствие всех положительных и отрицательных частотных мод вакуума – то есть все пары виртуальных частиц и античастиц, родившиеся в результате нулевых колебаний вакуума, полностью компенсируют друг друга.

Гарантией их компенсации является запутывание, форма квантовой суперпозиции, в которой две частицы – такие, как виртуальные частица и античастица, – описываются одной волновой функцией. При этом волновая функция всей системы говорит нам намного больше, чем могла бы просто сумма ее частей. Дело в том, что две частицы образуют одно квантовое состояние, поэтому их свойства коррелируют – неважно, как далеко друг от друга они находятся. Если во время измерения у одной из них были установлены положительные частоты, другая гарантированно будет иметь отрицательные. Эта корреляция обеспечивает полную их компенсацию, и вакуум остается вакуумом. Бит B, в соответствии с тем, что видит Скруд, запутан с его противоположностью, битом А, находящимся в глубинах черной дыры.

Сэйф, однако, не может с этим согласиться. По его мнению, B – это не виртуальное возмущение вакуума, а реальная частица, проявляющая себя как излучение Хокинга. Еще будучи в Лондоне, я знала, что горизонт реструктурирует вакуум, отделяет виртуальные частицы от их партнеров-античастиц, разрывает их запутанность, предотвращает их взаимное уничтожение, способствует переходу B от виртуального состояния к реальному, превращая то, что некогда было пустым вакуумом, в бурлящий рой частиц.

Сэйф настаивает, что B запутан не с его партнером за горизонтом, а с другой частицей в излучении Хокинга, назовем ее R, появившейся ранее в процессе испарения. Это требуется, чтобы предотвратить потерю информации. Как утверждал Сасскинд, – и Хокинг в конце концов с ним согласился, – Сэйф никогда не будет видеть, что информация исчезает. Вместо этого он видит, как информация поджаривается на горизонте событий, так и не погрузившись в черную дыру, запекается до неузнаваемости и затем излучается обратно. Поскольку здесь готовится болтунья, то информация больше не связана с какой-то одной частицей излучения Хокинга, а запутывается в корреляциях всего излучения.

Таким образом, авторы статьи пришли к парадоксу. Скруд говорит, что В запутан с A, а Сэйф утверждает, что B запутан с R. А квантовая механика говорит, что один из них должен ошибаться. Бит не может находиться в запутанном состоянии с более чем одним другим битом. Запутанность является моногамной.

Отпивая кофе, я не видела причин для беспокойства. Именно для разрешения подобных противоречий Сасскинд и разработал свой принцип дополнительности. В конце концов, дополнительность позволяет описывать только то, что находится по одну сторону горизонта событий, но не перед ним и за ним одновременно. Просто следует ограничить описание B одной системой отсчета, Сэйфа или Скруда, и запутанность всегда будет моногамной, думала я. Вот и все.

Но по мере того, как я читала, проблема начинала проступать. В отличие от парадокса клонирования, в этом случае противоречие не исчезало, даже если ограничиться системой отсчета одного наблюдателя, потому что измерения В производятся над горизонтом событий для обоих наблюдателей. Они по-прежнему находятся в причинно-следственной связи; они могут общаться. Скруд может провести измерение B, обнаружить его запутанность с А, затем повернуться и сообщить это Сэйфу, который настаивает на том, что B запутано с R. Противоречие возникает в области, где световые конусы обоих наблюдателей пересекаются. Принцип дополнительности предотвращает квантовое клонирование тем, что в момент времени, когда возникает дублирование информации, Сэйф и Скруд больше не могут сверять результаты своих измерений. В данном же случае они могут это делать. Так что, делали вывод авторы, одной дополнительности недостаточно.

Один из двоих наблюдателей, казалось, должен ошибаться. Если ошибается Сэйф и В запутан с А, а не с R, то корреляции, распределенные по всему облаку радиации Хокинга, были разрушены и информация теряется. Но кто бы хотел допустить, чтобы информация потерялась после того, как физики потратили десятилетия, чтобы найти ее? Хокинг снова изменил бы свое мнение. Слоны начали бы исчезать из Вселенной. Блестящая находка AdS/CFT-соответствия – что черные дыры дуальны кварк-глюонной плазме – была бы признана ошибочной, а уравнение Шрёдингера – неверным. Квантовая механика утратила бы смысл. Почти весь прогресс в фундаментальной физике за последние тридцать лет отправился бы коту под хвост.

Нет, потеря информации не вариант, – что означало, что неправ был Скруд. B был запутан с R, а не с А.

К сожалению, это решение было не намного лучше. Нарушение запутанности B и A эквивалентно добавлению горизонта – в конце концов, именно этим горизонт и характерен. Вакуумные возмущения больше не компенсируют сами себя. Вместо пустоты появляются частицы. Горячие частицы планковской температуры. Файервол.

«Пожалуй, наиболее консервативного решения можно было достичь, предположив, что падающий в черную дыру наблюдатель сгорает на горизонте событий», – так заканчивалась статья. Скруд оказывался еще более достойным своего имени, чем мы думали.

Теперь я уже начала потеть. Если Полчински и его соавторы были правы, и если В запутан с R, то пришлось бы выкинуть не только расширенный принцип дополнительности, но и всю общую теорию относительности. Сам факт, что Скруд находится в вакууме и не ощущает ничего необычного, указывающего на наличие горизонта, следует из принципа эквивалентности. Конечно, теория относительности всегда говорила, что Сэйф увидит, как Скруд сгорает дотла на горизонте. Но это было только с точки зрения Сэйфа. В системе отсчета Скруда ничего плохого происходить не должно. Он не должен чувствовать, как он горит, так же как и парень, падающий с крыши, не чувствует никакого тяготения. Теперь эта статья допускала, что точка зрения Сэйфа истинна. Что инерциальные и ускоренные системы отсчета не эквивалентны, что бы Эйнштейн об этом ни думал. И в таком случае все ставки снимаются.

Я не знала, что и сказать. Решение с файерволом никак не могло быть верным, хотя мне не удавалось увидеть причины, по которой оно могло быть ложным. Ну и ладно, сказала я себе, Сасскинд знает ответ. Конечно, он читал эту статью, обнаружил ошибку, и тогда все вернется на круги своя в кратчайшие сроки. Не нужно паниковать.

Как и ожидалось, Сасскинд разместил статью на arXiv.org с заголовком «Дополнительность и файерволы». Я вздохнула с облегчением. Безумие, кажется, миновало.

Или мне так показалось. Через несколько недель Сасскинд удалил свою статью. Вместо нее на arXiv.org осталась запись «препринт удален, потому что автор больше не считает его верным». Вот и все. Мы вернулись к файерволам.

В течение следующих нескольких недель я следила за arXiv.org, ожидая, что появится решение проблемы. Буссо выложил статью «Дополнительность наблюдателей сохраняет принцип эквивалентности». Но вскоре удалил ее. Даниил Харлоу написал статью «Дополнительность, а не файерволы». Потом и он удалил ее.

Черт возьми, что происходит? Я недоумевала. Казалось, что arXiv.org превратился в полный бардак! Научные статьи, появившись сегодня, исчезают уже назавтра? Все горели желанием покончить с парадоксом AMPS, названным так по инициалам его авторов, потому что их сценарий всем казался очевидно ошибочным. Но с каждой новой попыткой становилось все более ясно, что эти чертовы файерволы было не так-то просто погасить. Физическое сообщество было близко к панике. Я чувствовала это.