Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
его аппаратуры (и, конечно, жизненные процессы в его собственном теле
тоже) полностью заданы условиями у сингулярности черной дыры (в
предположении, что это поведение подчиняется обычным дифференциальным
уравнениям гиперболического типа), но равным образом они полностью
определяются и условиями у сингулярности «большого взрыва». Ситуация
внутри черной дыры по существу не отличается от поздних стадий
реколлапсирующей вселенной. Если ваша точка зрения сводится к тому, что
локальная стрела времени непосредственно связана с расширением вселенной,
то вы, несомненно, должны будете рассчитывать, что в ходе экспериментов
нашего астронавта энтропия непременно будет убывать (по отношению к
«нормальному»
V. Сингулярности и асимметрия по времени
251
времени). В итоге вы, по-видимому, должны будете прийти к мысли, что
астронавт будет уверен в том, что он вылетает из дыры, а не падает в нее
(предполагается, что жизненные процессы в его организме не нарушатся при
столь крутой смене нормального процесса нарастания энтропии на
противоположный).
Я вынужден заявить, что такую возможность могу рассматривать только как
еще более абсурдную, чем даже обращение энтропии при максимальном
расширении реколлапсирующей вселенной! Возможно, не следует предполагать,
что обращение энтропии произойдет внезапно, как только астронавт
пересечет горизонт (и только с этого момента коллапсирующий аспект его
граничных условий решительно перевесит аспект расширения). В таком случае
странное поведение энтропии должно было бы проявиться задолго до
реального пересечения астронавтом горизонта, а тогда он мог бы
передумать: включить ускорение в сторону от дыры и, избежав захвата ею,
получить возможность рассказать о своих удивительных открытиях остальному
миру! Это рассуждение с черной дырой приложимо в действительности и к
реколлапсирующей вселенной. Нет необходимости ждать реколлапса всей
вселенной, чтобы нелепости этой точки зрения начали себя обнаруживать.
(Может оказаться, что некоторые приверженцы этой точки зрения вообще не
склонны признавать реальность черных дыр. У меня нет желания приводить
здесь доводы, на мой взгляд весьма убедительные, в пользу существования
черных дыр, и я сошлюсь только на работы [7, 511.)
Можно было бы выдвинуть аргумент, что пространство-время, изображенное на
рис. 4, основано на слишком сильном и нереалистическом предположении о
сферической симметрии. На самом деле это не так: отказ от сферической
симметрии не внесет качественных отличий в нашу картину при условии, что
делается (достаточно сильное) предположение о космической цензуре. Я
предпочту отложить более подробное обсуждение этого вопроса до разд. 3.2.
Сейчас же мне достаточно того, что я снова могу вернуться к общепринятому
взгляду и сделать вывод, что расширение вселенной само по себе не несет
какой-либо ответственности за факт возрастания энтропии в нашей
Вселенной.
Я вовсе не хочу сказать, что рассматриваю соответствие между этими двумя
Важнейшими фактами как совершенно случайное. Отнюдь нет. Позднее я как
раз и попытаюсь доказать, что оба они являются следствиями особого
свойства «большого взрыва» — свойства, какого не следует ожидать у
сингулярности реколлапса.
2.7. ЧЕРНЫЕ ИЛИ БЕЛЫЕ ДЫРЫ?
Общая теория относительности является теорией, симметричной по времени.
Поэтому каждому решению ее уравнений (с симметричными по времени
уравнениями состояния), асимметричному по вре-
252
Р. Пенродз
мени, должно соответствовать другое решение, в котором имеет место
обратное упорядочение по времени *). Одним из наиболее известных решений
является то, которое соответствует (сферически-симметричному) коллапсу
звезды (описываемой, скажем, с помощью тензора энергии-импульса Таь для
«пыли»), которая превращается
Рис. 5. Черные и белые дыры (диаграммы Финкельштейна).
о — коллапс в черную дыру; б — взрыв белой дыры Наблюдатель смотрит
справа сверху.
при этом в черную дыру [7, 54, 55]. Обращение по времени этого процесса и
есть то, что называют «белой дырой»; она в конечном счете взрывается,
порождая облако материи. Пространственно-временные диаграммы этих двух
процессов приведены на рис. 5.
Разные авторы [52, 53] пытались привлечь белые дыры для объяснения
квазаров и других необычных астрономических явлений. Напомню, что при
(классическом) коллапсе в черную дыру процесс стартует от совершенно
обычного распределения материи, подчиненной детерминистическим
эволюционным уравнениям. На определенной стадии может образоваться
ловушечная поверхность, ведущая к существованию абсолютного горизонта
событий, за который частицы могут упасть, но ни одна не может вырваться
обратно. После того как вся имеющаяся материя будет поглощена,
устанавливается дыра, которая остается неизменной до скончания времени
(этим концом может стать реколлапс вселенной). (Здесь игнорируются
квантовомеханические процессы Хокинга [56], которые мы вскоре обсудим.)
Следовательно, белая дыра возникает в начале
