Черные дыры долго считались космическими тупиками: всё, что пересекает горизонт событий, исчезает навсегда. Но оксфордский физик Влатко Ведрал предлагает взглянуть на них иначе — как на самый мощный инструмент, который человечество могло бы когда-нибудь заполучить. Если его рассуждения верны, эти объекты способны не только разгонять межзвёздные корабли, но и работать как компьютеры невообразимой производительности. И тогда возникает интригующий вопрос: а не используют ли их уже продвинутые инопланетные цивилизации? И если да, то можем ли мы подслушать их вычисления?

От гипотезы 1783 года до фотографии горизонта

Идея черных дыр старше, чем кажется. Ещё в 1783 году английский астроном Джон Мичелл предположил, что гравитация массивной звезды может быть настолько сильной, что скорость убегания превысит скорость света. Математическую основу под эту догадку подвёл немецкий физик Карл Шварцшильд: в 1916 году, находясь на фронте Первой мировой, он вывел из общей теории относительности Эйнштейна радиус, при котором объект становится черной дырой. Сегодня этот радиус называют радиусом Шварцшильда или горизонтом событий — границей, из-за которой не вырваться даже свету. Сам термин «черная дыра» придумал американский физик Джон Уилер в 1960-х.

Теория оформилась в 1939 году, когда Роберт Оппенгеймер — тот самый, что позже прославится атомной бомбой — вместе со студентом Хартландом Снайдером описал, как массивная звезда коллапсирует в черную дыру. Но прямых доказательств существования этих объектов не было ещё десятилетия. Проблема в том, что черная дыра не излучает свет, а почти вся астрономия построена на улавливании света и определении по нему свойств источника.

Сегодня доказательств три, и все они косвенные. Во-первых, астрономы получили изображения аккреционных дисков — вещества, которое черная дыра затягивает и которое разогревается до рентгеновского свечения. Это не фотография в привычном смысле, а реконструкция на основе данных радиотелескопов. Во-вторых, детекторы зафиксировали гравитационные волны от слияния черных дыр; характеристики процесса настолько точно совпали с предсказаниями теории, что за это открытие присудили несколько Нобелевских премий. В-третьих, черные дыры выдают себя влиянием на соседние звёзды: измеряя их движение, учёные видят, что рядом находится невидимый массивный объект.

Гравитационная рогатка мощнее любой планеты

Ведрал задаётся не только вопросом «существуют ли черные дыры?», но и «могут ли они пригодиться технологически?». Ответ, по его мнению, положительный. Взять хотя бы межзвёздные путешествия. Вся современная космонавтика держится на гравитационных манёврах: зонды разгоняются, пролетая позади планет, которые «тащат» их за собой по орбите и затем выбрасывают в нужном направлении. Если бы у нас были две черные дыры, вращающиеся друг вокруг друга, эффект оказался бы несравнимо мощнее. Но есть нюанс: ближайшая известная черная дыра находится примерно в 1500 световых годах от Земли. Чтобы воспользоваться такой рогаткой, нужно либо сначала добраться до неё, либо научиться создавать черные дыры искусственно.

Компьютер из горизонта событий

Если же инженерное создание черных дыр станет реальностью, откроется куда более захватывающая перспектива — использовать их как вычислительные машины. Черные дыры способны упаковывать больше информации, чем любой другой известный объект. Израильский физик Якоб Бекенштейн показал, что один бит информации можно закодировать на площади Планка горизонта событий. Это означает, что квадратный метр горизонта вмещает порядка 10^69 бит. Для сравнения: лучшие современные компьютеры оперируют примерно триллионом бит. А скорость переключения битов, по расчётам физика Сета Ллойда, достигает 10^33 операций в секунду на джоуль — на много порядков выше, чем у любой земной техники.

Принцип работы такого компьютера выглядит так: мы готовим вещество в нужном информационном состоянии, оно коллапсирует в черную дыру, и в процессе коллапса выполняется вычисление. Но как прочитать ответ, если из черной дыры ничто не выходит? Здесь в игру вступает Стивен Хокинг. В 1974 году он показал, что квантовые черные дыры должны испускать излучение, названное его именем. При этом информация, попавшая внутрь, не уничтожается, а преобразуется — её полное количество сохраняется. Значит, достаточно дождаться испарения черной дыры, и измерение хокинговского излучения даст результат вычисления.

Подслушать чужие вычисления

До создания таких машин нам, мягко говоря, далеко: мы пока даже теоретически не до конца понимаем черные дыры, не говоря об их конструировании. Но нельзя исключать, что где-то во Вселенной существует цивилизация, которая уже освоила эту технологию. Грузинские физики Гия Двали и Заза Османов недавно предположили, что если такие «пользователи» есть, мы могли бы их обнаружить.

Идея изящна. Разведывательные службы вроде ЦРУ могут подслушивать нас, отслеживая тепловое излучение домов: последовательности нулей и единиц в компьютерах выдают себя тем, что единица обычно требует больше энергии, чем ноль. Аналогично обработка информации в черной дыре должна порождать радиационную сигнатуру, отличную от любого естественного источника. Зафиксировав такой сигнал, мы не только узнали бы о существовании иного разума, но и, читая чужие вычисления, могли бы освоить новую физику и на её основе создать гораздо более совершенные устройства.

Двойная удача

Если сценарий Ведрала и его коллег верен, обнаружение инопланетного «чернодырного компьютера» стало бы двойным прорывом: первое подтверждение внеземного разума и одновременно ключ к технологиям, о которых мы пока не смеем мечтать. Впрочем, пока это скорее мысленный эксперимент, чем наблюдательная программа. Но сама постановка вопроса показательна: черные дыры, некогда считавшиеся тупиком физики, всё больше выглядят как её передний край. Возможно, когда-нибудь наши потомки будут использовать их не только для вычислений, но и для путешествий к звёздам — если, конечно, сначала не найдут способ подслушать, как это делают другие.