все более быстрым течением, которое завершается водосливом. Река содержит точку невозврата, за которой мускульная сила любого гребца не сможет преодолеть течение. Если лодка пройдет точку невозврата, ее судьба решена: она будет унесена через водослив. Но ничто в реке не отмечает эту точку невозврата, и лодка может спокойно проплыть мимо этой точки, не заметив никаких изменений. То же самое и с горизонтом событий, окружающим черную дыру.

В середине 1970-х Стивен Хокинг представил физике информационный парадокс черной дыры. Хокинг показал, что черные дыры на самом деле излучают: квантовые эффекты вблизи поверхности горизонта событий означают, что частицы могут покинуть окрестности горизонта. Черные дыры испускают так называемое излучение Хокинга, и это излучение несет с собой информацию и энергию. Этот эффект приводит к тому, что черная дыра теряет энергию, что, в свою очередь, означает, что она сжимается. В конце концов, черная дыра испаряется. Вопрос в том, что происходит с информацией, которая находилась внутри черной дыры? Если информация уносится излучением Хокинга, то информация должна была быть клонирована: информация не могла вырваться из-за горизонта событий. Но наличие двух копий информации нарушает квантовую теорию, потому что это означало бы, что вероятности не суммируются до единицы. Так, может быть, информация исчезает, когда черная дыра испаряется? Но исчезновение информации нарушает квантовую теорию, потому что это означало бы, что вероятности не суммируются до единицы. Мы имеем парадокс: квантовая теория и общая теория относительности, по-видимому, дают противоречивые описания того, что происходит с любой информацией, которая может упасть в черную дыру.

В начале 1990-х Леонард Сасскинд и его коллеги предложили нечто под названием комплементарность в качестве решения информационного парадокса черной дыры. Идея Сасскинда заключалась в том, что в некотором смысле проблема заключается в перспективе: наблюдатели внутри и снаружи горизонта событий видят разные вещи. Наблюдатель вне черной дыры видит, как информация собирается на горизонте событий, а затем в конечном итоге покидает черную дыру в виде излучения Хокинга. Наблюдатель внутри черной дыры видит информацию как находящуюся внутри горизонта событий. Поскольку два наблюдателя не могут общаться, парадокс избегается. Предложение Сасскинда в некотором смысле позволяет информации быть как внутри, так и снаружи горизонта событий таким образом, что это не нарушает требований квантовой теории. Его предложение получило поддержку в 1997 году, когда Хуан Малдасена предложил идею,[14] называемую AdS/CFT соответствием. Идея гласит, что теория струн (которая автоматически содержит гравитацию) эквивалентна квантовой теории без гравитации в пространстве меньшего числа измерений. Статья Малдасены оказала огромное влияние, потому что она позволяет физикам решать проблемы, которые иначе были бы слишком сложными: если проблема неразрешима в одном режиме, просто переключитесь на другой режим, где она может быть разрешима, выполните там работу, а затем вернитесь в исходный режим. Как бы безумно это ни звучало, AdS/CFT соответствие утверждает, что трехмерное внутреннее пространство черной дыры с гравитацией эквивалентно квантовой теории без гравитации, которая находится прямо над двумерной поверхностью горизонта. Множество теоретических работ, основанных на этом соответствии, казалось, подтверждали предложение о комплементарности. Казалось, что информация не теряется, квантовая теория спасена, и информационный парадокс решен.

Однако в 2012 году четыре физика (Ахмед Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли, известные под общим названием AMPS) обнаружили нечто тревожное, когда попытались описать процесс испарения черной дыры в терминах комплементарности. Согласно их анализу, когда черная дыра прошла примерно половину процесса испарения, она потеряла так много информации через излучение Хокинга, что оставшейся информации на двумерной поверхности горизонта недостаточно для представления трехмерного внутреннего пространства черной дыры с гравитацией. Это проявляется в явлении, которое AMPS назвали файерволом: наблюдатель, падающий в черную дыру, сгорает дотла на поверхности чуть выше горизонта событий. Но этот эффект просто не должен происходить согласно общей теории относительности: ничто в пространстве не должно отмечать «поверхность невозврата». Таким образом, парадокс вернулся, и стал еще хуже, потому что теперь у нас есть три элемента, борющихся за внимание: квантовая теория, общая теория относительности и комплементарность. На момент написания ситуация является запутанной. Ясность в конечном итоге вернется — возможно, с вкладом из отдельной области науки, такой как теория информации — и, разрешив парадокс файервола, мы больше узнаем о некоторых фундаментальных концепциях физики.

Парадоксу близнецов и парадоксу файервола предшествует парадокс, названный в честь Генриха Ольберса,[15] который рассмотрел вопрос, задаваемый бесчисленным количеством детей — «Почему ночное небо темное?» — и показал, что темнота ночи глубоко таинственна. Его рассуждения основывались на двух предпосылках. Во-первых, Вселенная бесконечна в своем протяжении. Во-вторых, звезды разбросаны случайным образом по всей Вселенной. (Ольберс не знал о существовании галактик, которые не были признаны звездными скоплениями до примерно 75 лет после его смерти, но его рассуждения это не затрагивает. Его аргумент работает точно так же для галактик, как и для звезд.) Из этих предпосылок он пришел к неудобному выводу: в каком бы направлении вы ни смотрели, ваша линия обзора должна в конечном итоге упереться в звезду — следовательно, ночное небо должно быть ярким.

Парадокс Ольберса Предположим, все звезды имеют одинаковую внутреннюю яркость. (Следующий аргумент проще при этом предположении, но вывод никоим образом от него не зависит.) Теперь рассмотрим тонкую оболочку звезд (назовем ее оболочкой А) с Землей в центре и другую тонкую оболочку звезд (оболочку В), также с центром на Земле, с радиусом в два раза больше, чем у оболочки А. Другими словами, оболочка В в два раза дальше от нас, чем оболочка А.

Звезда в оболочке В будет казаться в ¼ раза ярче, чем звезда в оболочке А. (Это закон обратных квадратов: если расстояние до источника света увеличивается в 2 раза, видимая яркость источника света уменьшается в 2 × 2 = 4 раза.) С другой стороны, площадь поверхности оболочки В в 4 раза больше, чем у оболочки А, поэтому она содержит в 4 раза больше звезд. В четыре раза больше звезд, каждая из которых в ¼ раза ярче: общая яркость оболочки В точно такая же, как общая яркость оболочки А! Но это работает для любых двух оболочек звезд. Вклад в яркость ночного неба от далекой оболочки звезд такой же, как от близкой оболочки. Если Вселенная бесконечна в своем протяжении, то ночное небо должно быть бесконечно ярким.

Этот аргумент не совсем верен: свет от чрезвычайно далекой звезды будет перехвачен промежуточной звездой. Тем не менее, в бесконечной Вселенной с равномерным распределением звезд любая линия обзора в конечном итоге наткнется на звезду. Далекое от того, чтобы быть темным, все ночное небо