Упасть в черную дыру — это не шутка. Как только физики осознали, что такие объекты действительно существуют, пришло понимание и их смертельной опасности. Однако считалось, что пересекающий точку невозврата космонавт не почувствует ничего особенного (это верно только для сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре галактик. — Примеч. пер.). Согласно общей теории относительности Эйнштейна, в пространстве ничем не отмечена та граница, за которой у путешественника уже не будет ни шанса вернуться назад. Все, кто пересечет горизонт событий черной дыры, будут неотвратимо падать и падать к ее центру, в черную бездну.

Какие законы формируют Вселенную со всем ее содержимым? Ответ, который дают практически все успешные физические теории со времен Галилея, состоит в построении динамики, т. е. описания того, как будет развиваться с течением времени физическая система, для которой задано ее состояние в некоторый момент времени. Эти теории ничего не говорят нам о том, на что похож наш мир, вместо этого они утверждают следующее: «если мир был таким-то в один момент времени, то он будет выглядеть так-то в некоторый более поздний момент». Подобная теория ничего не скажет нам о том, как устроен мир, если мы не сообщим ей, как он был устроен раньше.

Когда-то считалось, что квантовая теория устанавливает абсолютный предел нашим знаниям и развитию техники, но сегодня она расширяет вычислительную мощь компьютеров и возможности человеческого разума.

Объединение сил природы может оказаться не таким сложным, как полагали физики. В один из солнечных весенних дней один из нас (Ланс Диксон), направляясь в аэропорт Хитроу, спустился в лондонскую подземку на станции «Майл-энд». Глядя на незнакомца — одного из более чем 3 млн пассажиров, ежедневно пользующихся лондонским метрополитеном, — он вдруг задумался: какова вероятность, что этот незнакомец выйдет, скажем, в Уимблдоне? Как можно ее вычислить при условии, что человек может направиться по любому из маршрутов? Размышляя об этом, он понял, что вопрос этот сродни сложным задачам, с которыми сталкиваются ученые, работающие в области физики элементарных частиц, в попытке предсказать результат столкновения частиц в современных экспериментах.

Представьте себе, что мир не трехмерен, а двумерен. Какой в этом случае была бы сила гравитации? Неожиданные ответы на этот вопрос указывают физикам путь к единой теории природы. С момента своего становления как науки физика занимается поиском единства в природе. Исаак Ньютон показал, что та же сила, которая заставляет падать яблоко, удерживает планеты на их орбитах. Джеймс Клерк Максвелл объединил теории электричества, магнетизма и оптики в единую теорию электромагнетизма. Спустя столетие физики добавили к ней слабые ядерные силы и создали теорию электрослабого взаимодействия. Альберт Эйнштейн соединил пространство и время в единый континуум пространства-времени.

Рассмотрены разные подходы к решению проблемы образования наблюдаемого хаббловского потока материи - проблемы, берущей начало с пионерских работ Сахарова. С помощью экстраполяции космологической стандартной модели в прошлое определены геометрические свойства и условия существования ранней Вселенной. Обсуждается новая концепция космогенезиса, основанная на геодезически полных геометриях чёрных/белых дыр с интегрируемой сингулярностью.

Современная теоретическая физика наводит на мысль, что течение времени это не более чем иллюзия: просто есть вся вселенная, без наделения каким-либо особым значением текущего момента времени. Эта статья показывает, что такая точка зрения, по существу представляемая обычными пространственно-временными диаграммами, основана на обратимых по времени микрофизических законах, которые не в состоянии схватить существенные черты необратимой во времени природы декогеренции и процесса квантового измерения, а также и макро-физического поведения и развития возникающих сложных систем, в том числе жизни, которые существуют в реальной Вселенной. Когда они будут приняты во внимание, неизменный вид блок-Вселенной в пространстве-времени лучше всего заменить на развивающуюся блок-Вселенную, которая расширяется с течением времени, с потенциально возможным будущим, которое постоянно становится определенным прошлым; само по себе пространство-время эволюционирует, как и те сущности, которые находятся в нем. Однако на этот раз эволюция не связана с какой-либо предпочтительной гиперповерхностью в пространстве-времени, а, скорее это связано с эволюцией собственного времени вдоль семейства мировых линий. Изначально фундаментальная физика не должна считать время необратимым при эволюции физических состояний: это постоянное и необратимое развитие самого времени.

Если эксперимент, подготовка к которому идет в окрестностях Чикаго, окажется успешным, то, возможно, будут переписаны существующие законы физики. Крейг Хоган (Craig Hogan) считает, что мир нечеток, и это не метафора. Физик из Чикагского университета и директор Центра астрофизики элементарных частиц Национальной лаборатории ускорителей им. Энрико Ферми (Фермилаба), расположенного в Батавии, штат Иллинойс, полагает, что если бы каким-то образом удалось вглядеться в мельчайшую ячейку пространства-времени, то мы обнаружили бы, что Вселенная насквозь пронизана внутренней дрожью, подобной шипению электростатических помех в коротковолновом радиоприемнике. Этот шум производят непостоянно рождающиеся и умирающие частицы или какая-нибудь другая квантовая пена, о которой физики спорили в прошлом. Шум Хогана проявится в том случае, если мир не гладкий и непрерывный, вроде матового экрана, на котором пляшут поля и частицы, как мы долго считали. Он возникает, если мир состоит из отдельных блоков. Кусочков. Песчинок. Обнаружение шума Хогана будет означать, что Вселенная — цифровая.

Изучение черных дыр среднего размера, массой чуть меньше миллиона солнечных масс, возможно, даст ключ к пониманию того, как образовались их более крупные собратья и галактики. Уже десять лет как астрономы выяснили, что в центре почти всех крупных галактик расположены огромные черные дыры — космические объекты с таким сильным гравитационным полем, что даже свет не в силах из них вырваться. Находясь в финальной стадии своей эволюции, звезды могут превращаться в небольшие черные дыры с массой, превышающей массу нашего Солнца в 3-100 раз, но такие черные дыры с массой, сравнимой с массой звезд, — просто лилипуты по сравнению с чудовищными великанами, расположенными в центрах галактик, масса которых измеряется миллионами и миллиардами Солнц.

Несмотря на очевидную практическую полезность концепции времени, часто утверждают, что времени не существует. Я придерживаюсь противоположной точки зрения: давайте представим, что время действительно существует, и Вселенная описывается квантовым состоянием, подчиняющимся обычной, зависящей от времени, квантовой механике. Согласование эту простой картины с известными фактами о нашей Вселенной оказывается нетривиальной задачей, но, принимая ее всерьез мы можем обнаружить глубокие факты о фундаментальной природе реальности. Стрела времени находит правдоподобное объяснение во «Вселенной Гераклита», описываемой квантовым состоянием вечно эволюционирующем в бесконечномерном гильбертовом пространстве.