Поскольку черные дыры являются местом средоточия и квантовых эффектов, и гравитации, они служат олицетворением квантовой гравитации. Речь больше не идет о крошечных атомах. Это монстры, которые могут проглотить Солнечную систему. Самое очевидное место проявления квантовых гравитационных эффектов — центр этих объектов, где материя настолько плотно упакована, что наталкивается на предел плотности, налагаемый атомарной структурой пространства. Однако периметр дыры создает свои проблемы, вроде открытого Хокингом парадоксального поведения, которое сигнализирует о нарушении локальности в больших масштабах, как и в малых. «Когда-то в области гравитации считали, что реальным объектом для беспокойства является сингулярность, — говорит Гиддингс. — Однако сейчас, с информационным парадоксом, любопытные вещи должны происходить на горизонте. Фокусирование внимания на сингулярности и происходящем на коротких расстояниях оказалось неоправданным. Интересно и происходящее на больших расстояниях».

Различные типы нелокальности, о которых я говорю, сходятся в черных дырах. Например, парадокс Хокинга связан с квантовой запутанностью, которую физики начали исследовать лишь недавно. Общая теория относительности говорит, что черная дыра — не материальный объект вроде звезды или планеты. Это в основном вакуум — пустота. Горемыка, попавший в нее, увидит только пустое пространство. Тем не менее за невзрачным фасадом кроется бешеная активность. В соответствии с квантовой теорией поля вакуум может быть лишен частиц, но не всего остального — в нем присутствуют поля, успокоенные, правда. Суперзапутанность всех областей пространства приводит к тому, что колебания полей полностью взаимно подавляются, оставляя лишь тревожную тишину вроде той, что слышна в наушниках с шумоподавлением — не столько отсутствие звука, сколько активное представление его.

Если что-то нарушает баланс, то скрытая активность вакуума вырывается наружу. И это происходит на глазах у мудрого наблюдателя, который удерживается от падения в черную дыру. По отношению к человеку, который падает в нее, внешний наблюдатель должен поддерживать ускорение в наружном направлении, например усиливая тягу реактивного двигателя, которая преодолевает гравитационное засасывание. По логике теории относительности для человека в ракете время будет течь иначе, чем для падающей внутрь жертвы, иначе будут колебаться и поля, поскольку колебание — процесс, происходящий во времени. В действительности он не будет думать, что поля исчезают. Поля не успокаиваются; частицы летят во всех направлениях. Некоторые вылетают в открытое пространство, унося энергию из дыры до тех пор, пока она не прекратит существование. Этот наблюдатель снимает наушники с шумоподавлением и слышит рев, который является оборотной стороной безмолвия.

Это еще не парадокс, а просто новое воплощение идеи Хокинга о разрушении черных дыр. Реальный вопрос таков: что происходит с объектами, которые проваливаются в черную дыру? Гибель дыры должна приводить к их освобождению, но как? Возможно, они вырываются в виде тех вылетающих частиц. Если собрать такие частицы и сложить их вместе, то, может быть, удастся восстановить все объекты, поглощенные дырой. Для этого частицы должны быть запутанными друг с другом так, чтобы коллективно они сохраняли все свойства всего попавшего в дыру. В этом-то и загвоздка. Мы хотим, чтобы запутанность выполняла двойную обязанность: сохраняла пустоту вакуума, воспринимаемую падающим внутрь наблюдателем, и одновременно хранила память о жертвах дыры. Возможно, это чересчур. Запутанность — ограниченный ресурс, во многом такой, как энергия, и ее, по всей видимости, недостаточно для выполнения обеих задач. Либо дыра — это не вакуум (в этом случае общая теория относительности несправедлива), либо падение в дыру необратимо (в этом случае квантовой теории поля конец). Теоретики ищут выходы из этой ситуации, например, предполагают, что запутанность можно структурировать и таким образом сбалансировать обе потребности. Если это не удастся, для выхода из тупика потребуется новая физика — нелокальные эффекты, которые превратят дыру в улицу с двусторонним движением или уничтожат разницу между внутренним и внешним пространством. «Это означает жесткое крушение локальности», — говорит Полчински.

Еще одна головоломка возникает, когда вы спрашиваете, как дыра хранит попавшие в нее объекты (или части, на которые она разрывает их) до момента высвобождения. Дыра должна расти, чтобы вместить эти объекты, а она не растет в той мере, какую предполагает локальность. Черные дырыдолжны быть похожи на чемоданы. Представьте, что у вас есть старый чемодан с 10 отделениями, каждое из которых вмещает пару носков, а потом вы покупаете новый чемодан в два раза больше по размерам и в восемь раз больше по объему. Вы ожидаете, что в новом чемодане будет 80 отделений и что он вместит 80 пар носков. В этом контексте локальность означает, что индивидуальные отделения будут иметь тот же размер, а в новом чемодане их просто будет больше. Преимущество заключается не просто в том, что вы можете уложить в него больше одежды, а в том, что эта одежда будет более разнообразной. Физики говорят, что более внушительный чемодан имеет более высокую энтропию. Энтропию обычно описывают как неупорядоченность, однако ее можно представить и как потенциал разнообразия, т.е. разнообразие путей, которыми можно упаковать чемодан без перегруза, без разбухания и других изменений внешнего вида.

При такой логике удвоение радиуса черной дыры должно увеличивать ее объем в восемь раз, пропорционально должна возрастать и вместимость. Этого, однако, не происходит. Когда черная дыра удваивается в радиусе, ее масса возрастает лишь в два раза, а энтропия — в четыре раза. Вместимость дыры меньше, чем предсказывают теории, основанные на локальности. Это все равно что открыть новый чемодан и обнаружить в нем всего 40 отделений вместо 80 обещанных в магазине. Вы наверняка почувствуете себя обманутым.

Четырехкратное увеличение энтропии означает, что внутренняя сложность дыры возрастает в зависимости не от объема, как предсказывает локальность, а от площади ее горизонта. Фактически увеличение ширины и длины дыры повышает ее вместимость, но дополнительная высота не дает ничего, словно это измерение иллюзорно. Объект выглядит трехмерным, однако ведет себя как двумерный. И то, что справедливо для черных дыр, справедливо и для других мест, поскольку все может превратиться в черную дыру при достаточно сильном сжатии. Пространство словно насмехается над нами. Оно предлагает так много места для вещества, но на деле не содержит его столько, сколько способно вместить. А когда вы пытаетесь наполнить его, то странным образом не можете сделать этого. Возникает вопрос, есть ли здесь пространство на самом деле или это обман вроде зеркальных стен, заставляющих маленькую квартирку на Манхэттене казаться просторным пентхаусом.

Обманчивость черных дыр — это уменьшенная версия того, что происходит во вселенных с границей. Опять же, объем пространства может коллапсировать на ее внешней поверхности. Эта догадка не просто уничтожает нашу концепцию пространства, а говорит о том, чем можно заменить ее.

Технически граница и объем эквивалентны и не имеют преимущества друг перед другом. Однако многие физики считают, что они не совсем идентичны, что граница — это фундаментальная реальность, а объем — ее производное. Это предположение известно как «голографический принцип», поскольку граница действует подобно листу пленки, способному создавать трехмерную сцену, аналогичную маленькой серебристой картинке на обратной стороне вашей кредитной карты. Голограмма создает объем потому, что она представляет собой искусно выполненную фотографию, передающую глубину сцены. Аналогичным образом поля на границе пространства размещены так искусно, что могут воспроизвести всю вселенную.

Если бы существовал приз за самую несуразную метафору в физике, то голографический принципмог бы серьезно претендовать на него. Справедливости ради стоит отметить, что он отражает, как измерение пространства вроде бы испаряется. Кроме того, голограммы таинственны. Они заставляют вас воскликнуть: «Ничего себе!» — именно такую реакцию на исчезновение измерения хотели бы видеть физики. Однако непонятно, что фактически означает голографический принцип. Как Вселенная вокруг нас может быть голографической проекцией? Что представляет собой проектор? Главное, думаю, не зацикливаться на мелочах метафоры. Суть в том, что пространство, которое мы наблюдаем, может быть продуктом некоей глубинной структуры. Проходя по комнате, мы не скользим пассивно в уже существующем пространстве. Что-то все время происходит. Работает некий механизм, эдакие вращающиеся колеса в таинственных глубинах природы, который создает впечатление пребывания «здесь» и пребывания «там». Когда вы протягиваете руку за карандашом, а дотянуться до него не можете, что-то мешает вам, создавая нечто, воспринимаемое как расстояние. А стоит задать вопрос, что это за механизм, как мы попадаем на передний край современной физики. «На первый взгляд совершенно непонятно, как это происходит, — говорит Дэниел Кабат, теоретик из колледжа Лемана в Нью-Йорке. — Даже на второй взгляд это непонятно… Физика локальна. Иными словами, мы можем сказать, что разговариваем в этой комнате или что объекты занимают разные, совершенно определенные положения. Понять, как это появляется из подобной концептуальной модели, довольно сложно».

Физики, как и все остальные люди, воспринимают абстрактные понятия через конкретные примеры, а голографический принцип приподнялся над уровнем простого любопытства только тогда, когда Хуан Малдасена представил свою идею AdS/CFT-соответствия. AdS обозначает внутренность более многомерного шара, упрощенного типа ограниченной вселенной. CFT обозначает поверхность этого шара. «Соответствие» означает, что эти две области эквивалентны. Проводя измерения на границе, вы можете понять, что происходит внутри.

Попробуем разобраться, что это означает. Область, где господствует гравитация (описанная эйнштейновской общей теорией относительности и ее квантовой разновидностью), эквивалентна области, где господствуют только негравитационные силы (описанные квантовой теорией поля с калибровочной инвариантностью). Анализ, сделанный Малдасеной, таким образом, приводит к долгожданному объединению этих двух направлений физики, по крайней мере в такой идеализированной шарообразной вселенной. Исторически физики пытались обнаружить единство в результате поиска все более мелких строительных блоков, таких как атомы и частицы. Применяя подход Малдасены, они ищут уже не сущности, которые меньше, а сущности, которые не существуют в одном и том же пространстве.

Я знаю нескольких теоретиков, которых не смущает Малдасена и то, что он сделал (хотя они могут и не соглашаться с тем, что предложенная теоретическая структура имеет отношение к реальному миру). Один из них говорит, что однажды подвозил Малдасену на своем автомобиле и ужасно боялся. Если бы они разбились, то его вспоминали бы только в связи с этим событием. Он вошел бы в историю как человек, убивший Хуана Малдасену.

Используя голографический принцип, теоретики могут понять, какие неизвестные пока виды процессов способны давать начало пространству. Несмотря на обычные научные оговорки насчет того, что требуются дальнейшие исследования и т.п., решение загадок нелокальности уже намечается. Сквозь туман начинают проглядывать очертания горы.