2. Начнём с конечного результата, или лошадь впереди телеги

Весной 1979 года я оказался в Дубне под Москвой, в Объединённом институте ядерных исследований. Там в течение трёх месяцев писал дипломную работу и впервые попал в настоящий водоворот большой науки: семинары, конференции, встречи, юбилейные заседания.

Из множества услышанных тогда историй особенно запомнились две. Обе позднее неожиданно оказались связаны для меня с вопросом о гравитационном коллапсе.

Первая прозвучала на одном из юбилеев, посвящённых тридцатилетию испытания первой советской атомной бомбы.

Один из ближайших сотрудников Курчатова рассказал любопытный эпизод из истории атомного проекта.

После успешного испытания из правительства пришло поручение руководителям проекта представить предложения о наградах: кому какие звания присвоить, кого чем наградить, кому предоставить квартиры, дачи, машины, премии и другие блага.

Казалось бы, после решения задач неизмеримо более сложных распределить награды между участниками проекта не составляло труда.

Но произошло обратное.

Несколько групп учёных и инженеров, годами работавших вместе над общей чрезвычайно трудной задачей, очень быстро перессорились. Каждый считал вклад своей группы наиболее важным, каждый мог привести аргументы, почему именно его работа была решающей.

Когда руководители этих групп собрались у Курчатова, они признались, что договориться не могут, и фактически попросили его принять решение самому.

Тогда Курчатов предложил неожиданно простой критерий.

Он сказал примерно следующее:

— Давайте начнём с конечного результата. Представим, что бомба не взорвалась. Кто из нас отвечал бы за неудачу первым?

Все сразу перестали спорить.

Первые несколько человек были очевидны. Руководитель проекта и ответственные за ключевые направления заплатили бы за провал гораздо больше остальных — возможно, свободой, положением, имуществом, а в ту эпоху последствия могли быть и значительно тяжелее.

— Вот им, — заключил Курчатов, — и должны полагаться высшие награды.

Следующая группа людей в случае провала понесла бы несколько меньшую ответственность — следовательно, и награды должны быть ступенью ниже.

Затем ещё одна ступень.

И так далее.

Спор закончился почти мгновенно.

Оказалось, что определить собственную меру заслуг трудно, но определить меру ответственности в случае неудачи все способны значительно объективнее.

Эта история запомнилась мне на всю жизнь.

С тех пор, когда возникают споры о значимости вкладов, заслугах и приоритетах, я часто вспоминаю этот принцип:

начать с конечного результата.

Что именно было бы потеряно, если бы данного результата не оказалось?

Кто и за что действительно отвечал?

Иногда такая постановка вопроса расставляет всё по местам лучше множества формальных критериев.

Кандидат — ещё не открытие

Второй эпизод произошёл на юбилейном заседании, посвящённом столетию Эйнштейна, в большом зале Физического института в Москве.

Там выступали всемирно известные физики. Многие из них были для меня почти легендарными фигурами: раньше я знал их только по книгам и статьям.

Особенно запомнилась полушутливая дискуссия между Яковом Зельдовичем и Виталием Гинзбургом.

Зельдович увлечённо рассказывал о нейтронных звёздах и о недавно открытых компактных объектах, которые, по его словам, скорее всего являются чёрными дырами.

В начале доклада он говорил осторожно — кандидаты в чёрные дыры.

Но вскоре стал для краткости говорить просто: эта чёрная дыра, масса чёрной дыры, вращение чёрной дыры.

Тогда Гинзбург поднялся и напомнил, что наблюдаются всё-таки только кандидаты.

До тех пор, пока не получено прямого подтверждения главного отличительного признака, превращать гипотезу в установленный факт преждевременно.

Зельдович засмеялся и пояснил, что слово «кандидаты» он опускает только затем, чтобы не повторять его в каждом предложении.

Зал тоже рассмеялся.

Диалог был длиннее, но смысл мне запомнился именно таким.

И в нём была важная черта научной культуры того поколения: даже убеждённые сторонники определённой теоретической картины ещё отчётливо различали то, что предполагается теорией, и то, что действительно установлено наблюдениями.

Это различие кажется элементарным.

Но именно элементарные вещи со временем иногда начинают забываться.

Как исчезло слово «кандидат»

Прошли десятилетия.

Слова «кандидат в чёрные дыры» постепенно стали употребляться всё реже.

Причём произошло это не потому, что кто-то получил возможность непосредственно увидеть внутренность такого объекта или однозначно подтвердил весь предполагаемый сценарий его образования.

Просто язык постепенно изменился.

Сначала ради краткости.

Потом по привычке.

А затем сама привычка стала восприниматься как доказательство.

Компактные массивные объекты всё чаще начали называть чёрными дырами уже без каких-либо оговорок.

В научной литературе это можно ещё объяснить принятой терминологией внутри определённой модели. Но затем та же терминология перешла в учебники, популярную литературу, средства массовой информации и стала восприниматься как обозначение непосредственно наблюдаемого факта.

Для меня позднее это стало одним из наиболее показательных примеров того, как незаметно может измениться логический статус научного утверждения.

Сначала:

если теория верна, такой объект должен быть чёрной дырой.

Потом:

наблюдаемый объект хорошо соответствует некоторым предсказаниям модели чёрной дыры.

Затем:

наблюдается чёрная дыра.

Это уже три разных утверждения.

Но в массовом восприятии различие между ними исчезло.

Когда и я перестал сомневаться

Любопытно, что в молодости я сам прошёл тот же путь.

В 1983 году, приехав в Киев по делам диссертации, я попал на международный симпозиум по гравитации и астрофизике. Одну из основных секций вёл Зельдович.

Я слушал доклады и был удивлён полной уверенностью выступавших в существовании чёрных дыр.

Однако авторитет участников был настолько велик, а общая атмосфера настолько однозначна, что вскоре и я перестал видеть здесь какую-либо проблему.

Если все специалисты уверены, значит, думал я, вопрос уже практически решён.

Остаётся лишь выяснять детали.

Я тогда занимался совсем другими задачами и всерьёз гравитацией ещё не интересовался.

Через несколько лет, когда разработал первый вариант своих идей, позднее приведших к диффузионной трактовке квантовой механики, я снова оказался в Москве и решил обсудить их с Зельдовичем.

Но меня интересовала не только сама квантовая механика.

Был вопрос, которого я тогда совершенно не мог понять: что происходит с учётом гравитации на чрезвычайно малых, планковских расстояниях?

В квантовой теории непрерывно возникают виртуальные частицы и флуктуации энергии. Но на планковских масштабах их энергия должна становиться настолько большой, а соответствующая гравитация настолько сильной, что, казалось бы, должны возникать миниатюрные области сильного гравитационного коллапса — своего рода мини-чёрные дыры.

Если это действительно происходит, то что тогда представляет собой пространство на таких масштабах?

Если не происходит — что препятствует их образованию?

И как вообще должны сочетаться здесь квантовые процессы и общая теория относительности?

Эти вопросы казались мне чрезвычайно важными, поскольку я как раз хотел понять физические процессы на очень малых расстояниях.

Я пришёл в небольшой кабинет Зельдовича, кратко рассказал свои соображения о квантовой механике и затем попытался перейти к этой проблеме.

Он внимательно выслушал, кое-что уточнил, но обсуждения, на которое я надеялся, не получилось. Мои рассуждения были тогда ещё во многом наивными, а сам вопрос оказался гораздо менее ясным, чем я предполагал.

Зельдович сказал примерно то, что позднее я услышал и от Гинзбурга: такие вопросы мало кто действительно понимает, а существующих мнений много и они нередко противоречат друг другу.

Подробно обсуждать мою трактовку квантовой механики Зельдович тоже не стал и посоветовал обратиться к Гинзбургу.

Я позвонил Гинзбургу прямо с уличного телефона.

Коротко рассказал ему и о своей идее, и о том же затруднении: что должно происходить на планковских расстояниях, где квантовые флуктуации уже нельзя отделить от чрезвычайно сильной гравитации?

Он тоже выслушал меня, задал несколько вопросов, но по существу ответ оказался похожим: ясного общепринятого понимания здесь нет, существует множество различных и противоречивых представлений.

Что касается моей работы по квантовой механике, Гинзбург сказал, что этой тематикой занимается один из его учеников и лучше обсудить всё с ним.

На этом мои попытки продолжить разговор тогда практически закончились.

В молодости подобные эпизоды воспринимаются болезненнее, чем позднее. Кажется, что важный вопрос обязательно должен заинтересовать известного учёного просто потому, что он важный.

Со временем понимаешь: у каждого свой круг задач, своё время, свои приоритеты. А некоторые фундаментальные вопросы могут десятилетиями оставаться настолько неясными, что даже крупнейшие специалисты предпочитают не давать на них определённого ответа.

Для меня же вопрос о том, что происходит с гравитацией на самых малых расстояниях, никуда не исчез.

Напротив, именно желание когда-нибудь разобраться с ним позднее заставило меня сначала гораздо глубже заняться самой классической общей теорией относительности.

Квантовая гравитация должна была всё решить

В те годы фундаментальная физика жила ожиданием квантовой теории гравитации.

Казалось, что именно она должна решить все глубокие проблемы — и структуру пространства-времени на малых расстояниях, и сингулярности, и внутренность чёрных дыр.

Поэтому классическая теория гравитации Эйнштейна многими воспринималась как уже практически завершённая глава физики.

Я тоже так думал.

Мне казалось, что основные вопросы классической гравитации давно решены, а настоящие загадки начинаются лишь там, где необходимо объединить гравитацию с квантовой теорией.

Лишь значительно позднее я понял, насколько это представление было преждевременным.

Прежде чем исправлять теорию Эйнштейна, следовало сначала совершенно точно выяснить:

а что она сама действительно предсказывает?

Начать с конца

К вопросу о гравитационном коллапсе я всерьёз вернулся в конце 1990-х годов.

И здесь мне неожиданно пригодилась старая история о Курчатове.

Я начал с конечного результата.

Картина чёрной дыры приводила к множеству труднейших фундаментальных вопросов. В стандартном изложении коллапс заканчивается образованием горизонта и внутренней области, причинная структура которой радикально отличается от обычной. Затем возникает проблема сингулярности, а при попытке учитывать квантовые процессы появляются новые парадоксы.

Джон Уилер, один из основателей гипотезы о чёрных дырах, называл гравитационный коллапс одним из величайших кризисов физики.

И тогда я поставил вопрос с другого конца:

какой должна быть теория гравитации, чтобы чёрная дыра вообще не образовывалась?

Сегодня такая постановка кажется мне слишком сложной.

Но тогда она выглядела естественно.

В течение нескольких лет я изучал различные возможности изменения теории гравитации, рассматривал известные альтернативы и придумывал собственные варианты.

Некоторые казались очень заманчивыми.

Однако один за другим они оказывались несостоятельными.

Теорию приходилось усложнять, вводить дополнительные предположения, новые механизмы, новые поля или новые ограничения.

А результат всё равно оставался неудовлетворительным.

Не надо было менять Эйнштейна

И затем произошло самое неожиданное.

Постепенно выяснилось, что менять общую теорию относительности вообще не требуется.

Проблема заключалась не в самой теории Эйнштейна, а в том, как интерпретировался процесс коллапса.

Когда я стал последовательно рассматривать движение коллапсирующей звезды в мировом времени и сопоставлять состояния различных её частей в один и тот же момент этого времени, картина радикально изменилась.

То, что раньше представлялось неизбежным падением вещества через гравитационный радиус, оказалось процессом всё более сильного замедления.

По мере приближения к критической области ход собственного времени вещества относительно мирового времени всё сильнее замедляется.

Коллапс не завершается прохождением поверхности звезды через её собственный гравитационный радиус.

Он асимптотически застывает.

Звезда превращается не в чёрную дыру, а в гравитационно застывший объект.

Позднее я назвал такой объект фрозаром — от английского frozen star, «застывшая звезда».

Это был неожиданный результат.

Я несколько лет искал способ изменить теорию Эйнштейна так, чтобы избежать образования чёрных дыр.

А оказалось, что делать этого не надо.

Нужно было только последовательно применить саму теорию.

От конца к началу

Окончательно эта картина сложилась у меня примерно к 2004 году.

После этого ещё около двух лет я перепроверял расчёты, изучал литературу и рассматривал возможные возражения.

Первые статьи о новой трактовке гравитационного коллапса появились в 2006 году.

С тех пор основные её принципы для меня не изменились.

Изменялись детали.

Расширялся круг рассматриваемых систем.

Появлялись новые следствия.

Но исходная идея оставалась той же:

при последовательном описании коллапса в общей теории относительности образуется не чёрная дыра, а фрозар — объект, чьё дальнейшее сжатие относительно мирового времени всё сильнее замедляется.

Так старая шутка о том, что иногда полезно начать с конечного результата, неожиданно оказалась для меня рабочим методом исследования.

Я начал с вопроса:

что нужно изменить в законах природы, чтобы чёрных дыр не было?

А пришёл к значительно более простому вопросу:

что будет, если вообще ничего не менять и последовательно применить теорию Эйнштейна?

Иногда мы ищем новое там, где сначала следовало внимательнее разобраться со старым.

В данном случае именно это и оказалось главным.

Я начал с конца — и только после этого добрался до начала.