Заметки о странной литературе. База. Ч. VIII

Глава 1. Истоки и философские основания: от античной мысли до формализма общей теории относительности

Идея множественности миров, скрытых от нашего непосредственного восприятия, уходит корнями в античную натурфилософию. Уже в V веке до н. э. атомисты Левкипп и Демокрит, а затем Эпикур и его римский последователь Тит Лукреций Кар в поэме «De rerum natura» («О природе вещей»), выдвинули концепцию бесконечной Вселенной, состоящей из пустоты и неделимых частиц — атомов. Из этого следовал вывод о существовании бесчисленных миров, подобных нашему или отличных от него, которые рождаются и гибнут в бесконечном пространстве. Эта ранняя форма «мультиверса» была, по сути, метафизическим постулатом, основанным на принципе изономии (равновероятности): если атомы бесконечны, то и комбинации их должны повторяться бесконечное число раз. Данная идея заложила философский фундамент для будущих представлений о том, что наша наблюдаемая Вселенная может быть не единственной.

Корни концепции чёрных дыр также прослеживаются вглубь веков, однако её научная предыстория начинается в эпоху Просвещения, когда ньютоновская механика и корпускулярная теория света позволили сформулировать идею «тёмной звезды». Английский священник и естествоиспытатель Джон Мичелл (John Michell) в 1783 году в работе «On the Means of Discovering the Distance, Magnitude, &c. of the Fixed Stars» («О способах определения расстояния, величины и прочего у неподвижных звёзд»), представленной Лондонскому королевскому обществу, высказал мысль о том, что если звезда будет достаточно массивной и компактной, то её гравитационное притяжение окажется настолько сильным, что даже световые корпускулы не смогут её покинуть, и такая звезда будет невидима для удалённого наблюдателя. Независимо от Мичелла, Пьер-Симон Лаплас (Pierre-Simon Laplace) в первом издании своего трактата «Exposition du Syst;me du Monde» («Изложение системы мира», 1796 год) привёл аналогичные расчёты для тела с плотностью Земли и диаметром в 250 солнечных, заключив, что «самые крупные светящиеся космические тела могут быть для нас в принципе невидимы». Важно отметить, что эти ранние спекуляции были основаны на корпускулярной теории света и ньютоновской гравитации; после утверждения волновой теории света в XIX веке они были надолго забыты как физический курьёз, чтобы возродиться уже в совершенно ином теоретическом контексте.

Метафизическая подоплёка этих ранних идей заключалась в том, что видимая Вселенная могла быть лишь частью более обширной, скрытой от глаз реальности. Эта мысль подрывала наивный реализм, согласно которому наблюдаемый мир исчерпывает собой всё сущее. Философски это перекликалось с кантианским различением «вещей-для-нас» (феноменов) и «вещей-в-себе» (ноуменов), где ноуменальная реальность может быть принципиально недоступна чувственному созерцанию, но постижима разумом. Именно этот интеллектуальный импульс — стремление заглянуть за завесу видимого — станет движущей силой для всех трёх концепций, рассматриваемых в данной работе.

Решающий поворот произошёл с созданием Альбертом Эйнштейном (Albert Einstein) общей теории относительности (ОТО), основные уравнения которой были представлены в 1915 году в работе «Die Feldgleichungen der Gravitation» («Уравнения гравитационного поля»). ОТО радикально изменила метафизику пространства и времени, превратив их из пассивного вместилища материи в динамическую субстанцию — пространственно-временной континуум, искривляемый массой и энергией. Это открыло путь к математическому описанию объектов и структур, немыслимых в рамках ньютоновской парадигмы.

Первым и наиболее прямым следствием ОТО стало переоткрытие чёрных дыр на новом, релятивистском фундаменте. Уже в 1916 году, всего через несколько месяцев после публикации Эйнштейна, немецкий астроном Карл Шварцшильд (Karl Schwarzschild), находясь на фронте Первой мировой войны, нашёл первое точное решение уравнений поля для случая сферически-симметричного невращающегося тела. Его работа «;ber das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie» («О гравитационном поле точечной массы в теории Эйнштейна»), опубликованная в том же году, содержала математическое описание горизонта событий — сферы с радиусом, получившим впоследствии название радиуса Шварцшильда (r_s = 2GM/c;). С точки зрения метафизики, решение Шварцшильда впервые с математической строгостью продемонстрировало, что пространство-время может обладать областью, причинно отрезанной от внешнего наблюдателя: информация и материя могут войти внутрь, но ничто не может выйти наружу. Это была радикальная реализация идеи «ноуменального» объекта, о котором можно судить лишь по его гравитационному воздействию на окружение, но который сам по себе остаётся принципиально ненаблюдаемым. Однако и сам Шварцшильд, и физическое сообщество того времени рассматривали эту математическую особенность скорее как формальный артефакт, нежели как описание реального астрофизического объекта. Лишь значительно позже, в 1939 году, Дж. Роберт Оппенгеймер (J. Robert Oppenheimer) и Хартланд Снайдер (Hartland Snyder) в работе «On Continued Gravitational Contraction» («О непрерывном гравитационном сжатии») показали, что коллапс массивной звезды может привести к образованию горизонта событий, окончательно утвердив физическую реальность чёрных дыр в рамках ОТО.

Параллельно с развитием теории гравитации происходила революция в физике микромира, которая привела к появлению концепции антивселенной. В 1928 году Поль Адриен Морис Дирак (Paul Adrien Maurice Dirac) опубликовал работу «The Quantum Theory of the Electron» («Квантовая теория электрона»), в которой вывел релятивистское волновое уравнение для электрона, ныне известное как уравнение Дирака. Это уравнение предсказывало существование состояний с отрицательной энергией, что первоначально представляло теоретическую трудность. Дирак интерпретировал эти состояния как заполненный «море» электронов, а «дырку» в этом море — как частицу с положительным зарядом, которую он первоначально отождествил с протоном. Однако в 1931 году в работе «Quantised Singularities in the Electromagnetic Field» («Квантованные сингулярности в электромагнитном поле») он предположил существование антиэлектрона — частицы с массой электрона, но противоположным зарядом. Экспериментальное открытие позитрона Карлом Андерсоном (Carl Anderson) в 1932 году блестяще подтвердило эту гипотезу, а в 1933 году, в своей Нобелевской лекции «Theory of Electrons and Positrons» («Теория электронов и позитронов»), Дирак уже прямо высказал гипотезу о возможном существовании целых миров из антивещества: «Если мы принимаем точку зрения о полной симметрии между положительными и отрицательными зарядами, мы должны рассматривать вопрос о том, существуют ли где-либо в природе звёзды, состоящие в основном из антипротонов и антинейтронов». Этот шаг имел колоссальное метафизическое значение: фундаментальная симметрия законов природы, казалось, требовала равноправия вещества и антивещества не только на уровне элементарных частиц, но и в космологических масштабах. Так родилась концепция антимира — гипотетического космического объекта (звезды, галактики или даже целой вселенной), состоящего из антивещества и, возможно, обладающего собственным «антивременем» и «антипространством».

Наконец, в том же 1935 году, который можно считать annus mirabilis для всех трёх концепций, Альберт Эйнштейн и Натан Розен (Nathan Rosen) опубликовали работу «The Particle Problem in the General Theory of Relativity» («Проблема частицы в общей теории относительности»). В ней, стремясь построить свободную от сингулярностей модель элементарной частицы на основе уравнений ОТО, они ввели понятие «моста» (Einstein–Rosen bridge) — структуры, соединяющей две различные области пространства-времени, или даже две отдельные вселенные. Суть этой конструкции заключалась в том, что математическое решение уравнений поля, описывающее чёрную дыру, может быть продолжено за горизонт событий в другую, асимптотически плоскую область пространства-времени. Таким образом, то, что представлялось сингулярностью в координатах Шварцшильда, оказывалось горловиной, связующей два «листа» реальности. Метафизически эта идея была ошеломляющей: она не только предполагала существование иных вселенных, но и указывала на потенциальную возможность связи между ними. Сам Эйнштейн и Розен, впрочем, использовали эту конструкцию скорее как математический инструмент для устранения точечных сингулярностей в теории, нежели как предсказание реальных астрофизических туннелей. Тем не менее, работа заложила формальный фундамент для будущей концепции кротовых нор, которую позже, в 1957 году, разовьёт и окрестит термином «wormhole» Джон Арчибальд Уилер (John Archibald Wheeler).

Таким образом, к концу 1930-х годов в теоретической физике оформились три великие идеи, каждая из которых по-своему бросала вызов устоявшимся представлениям о реальности. Чёрные дыры, возрождённые ОТО, демонстрировали существование областей пространства-времени, причинно изолированных от внешнего мира. Антимиры, порождённые квантовой теорией поля, утверждали космическую симметрию вещества и антивещества. Кротовые норы (пока в форме мостов Эйнштейна–Розена) обещали связь между, казалось бы, несвязанными областями мироздания. Их общей философской основой служил переход от аристотелевской картины уютного, конечного и иерархически упорядоченного космоса к образу Вселенной, управляемой математическими законами, которые допускают — и даже требуют — существования объектов и целых миров, лежащих за гранью возможного опыта.


Глава 2. Конкуренция идей и становление теорий (1940-е – 1980-е годы)

Идея о космологической симметрии вещества и антивещества получила наиболее полное выражение в трудах Ханнеса Альфвена и Оскара Клейна. В 1966 году Альфвен опубликовал книгу «Worlds-Antiworlds: Antimatter in Cosmology» («Миры-антимиры: антиматерия в космологии»), где изложил основы того, что позже стало известно как космология Альфвена-Клейна. Ключевой постулат этой теории заключался в том, что во Вселенной на самых больших масштабах существуют равные количества вещества и антивещества, а расширение наблюдаемой Вселенной объясняется не гипотетическим Большим взрывом, а аннигиляцией вещества и антивещества, которые были разделены электромагнитными полями в первичной плазме. Эта модель бросала вызов набиравшей силу теории горячей Вселенной, предлагая альтернативный, вечный и бесконечный космос.

Однако решающий удар по идее глобальной симметрии вещества и антивещества был нанесен с совершенно иных позиций. В 1967 году Андрей Дмитриевич Сахаров в работе «Нарушение СР-инвариантности. С-асимметрия и барионная асимметрия Вселенной» (опубликована в «Письмах в ЖЭТФ») не просто констатировал наблюдаемый факт отсутствия антивещества, но и сформулировал условия, необходимые для возникновения подобной асимметрии в ходе эволюции Вселенной. Сахаров указал три необходимых условия: несохранение барионного числа, нарушение С- и СР-симметрии, а также отклонение от термодинамического равновесия на ранних стадиях расширения. Это была поистине революционная работа. Если теории Альфвена и Клейна исходили из философской предпосылки о фундаментальной симметрии мира, требующей равноправия вещества и антивещества, то Сахаров, напротив, возвел наблюдаемую асимметрию в ранг фундаментальной проблемы, требующей динамического объяснения. Критика симметричных моделей, таким образом, исходила не столько от конкретных оппонентов, сколько от самой логики развития науки, которая сочла условия Сахарова более убедительной исследовательской программой, нежели поиск гипотетических островов антивещества. Последователи же Сахарова, такие как Вадим Кузьмин и Валерий Рубаков, в 1970-х и 1980-х годах развили его идеи, встроив механизмы генерации барионной асимметрии в конкретные модели физики элементарных частиц, в частности в теорию великого объединения, что окончательно закрепило за моделью асимметричной Вселенной статус ортодоксии.

Параллельно с этими космологическими баталиями происходило становление теории черных дыр как полноценной области астрофизики. Ключевую роль здесь сыграл Джон Арчибальд Уилер. Именно он на конференции в 1967 году ввел в широкий научный обиход сам термин «черная дыра» (black hole), заменив им громоздкие описательные конструкции вроде «коллапсирующая звезда» или «гравитационная могила». Этот акт именования имел глубокое значение: он превратил абстрактную математическую конструкцию в интуитивно понятный, хотя и парадоксальный физический объект, который можно и нужно искать во Вселенной. Теоретический фундамент под это название был подведен ранее, в 1963 году, когда новозеландский математик Рой Керр нашел решение уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры. Это решение (метрика Керра) стало решающим шагом к реалистичности, ибо все известные астрономические объекты вращаются. Керр показал, что сингулярность в центре такой дыры имеет форму не точки, а кольца.

Вслед за этим последовала серия фундаментальных теорем, превративших черные дыры из математического курьеза в объект со строгими физическими законами. В 1965 году Роджер Пенроуз опубликовал работу «Gravitational Collapse and Space-Time Singularities» («Гравитационный коллапс и пространственно-временные сингулярности»), в которой доказал, что образование сингулярности в процессе гравитационного коллапса является неизбежным и родовым свойством общей теории относительности, а не артефактом идеализированных моделей. Это положило начало глобальному анализу структуры пространства-времени. Затем, в конце 1960-х — начале 1970-х годов, усилиями Уилера, Вернера Израэля, Брэндона Картера и других была доказана знаменитая теорема об «отсутствии волос» (no-hair theorem). Согласно ей, стационарная черная дыра полностью и исчерпывающе характеризуется всего тремя параметрами: массой, моментом вращения и электрическим зарядом, и не несет никакой информации о том, какие объекты в нее упали. Эта удивительная простота и «лысость» черных дыр породила глубокий философский вопрос о судьбе информации, которая станет центральным в следующем периоде.

В Советском Союзе также кипела работа. Яков Борисович Зельдович и Игорь Дмитриевич Новиков внесли огромный вклад в становление релятивистской астрофизики. В 1964 году Новиков выдвинул гипотезу «белых дыр» — гипотетических объектов, из которых вещество и свет могут только выходить, являя собой обращенную во времени черную дыру. Вместе с Зельдовичем они не только детально разрабатывали теорию внутреннего строения черных дыр, но и, что крайне важно, указали на их возможные астрофизические проявления. В частности, они предсказали, что черные дыры могут быть мощными источниками рентгеновского излучения в тесных двойных системах, закладывая основы методологии их поиска. Именно такой подход — сочетание абстрактной теории с программой наблюдательного поиска — превратил черные дыры из спекулятивных объектов в реальные цели для астрономии.

Подлинную революцию в нашем понимании черных дыр произвел в 1974 году Стивен Хокинг. В своей работе «Black Hole Explosions?» («Взрывы черных дыр?»), опубликованной в журнале Nature, он применил методы квантовой теории поля к пространству-времени черной дыры и пришел к поразительному выводу: черные дыры не являются абсолютно черными. Из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий они должны испускать частицы, как если бы были нагретым телом. Это явление, позже названное излучением Хокинга, означало, что черные дыры обладают энтропией и температурой и могут постепенно испаряться, вплоть до полного исчезновения. С метафизической точки зрения это открытие соединило три фундаментальных столпа физики — общую теорию относительности, квантовую механику и термодинамику — в одном объекте. Черная дыра перестала быть просто «гравитационной могилой» и стала динамической, термодинамической системой.

Критика идей Хокинга была столь же фундаментальной, сколь и его открытие. Многие физики, включая Джона Уилера и Кипа Торна, первоначально отнеслись к идее с недоверием, так как она, казалось, нарушала базовый принцип, согласно которому ничто не может покинуть черную дыру. Хокинг в ответ уточнял, что излучение рождается не внутри горизонта, а вблизи него, и представляет собой квантовый туннельный эффект. Однако самый глубокий парадокс был сформулирован самим Хокингом в 1976 году: если черная дыра испаряется полностью, то информация о веществе, упавшем в нее, оказывается безвозвратно утерянной. Это противоречило фундаментальному принципу квантовой механики — унитарности, требующей сохранения информации. Так возник «информационный парадокс», который вызвал многолетнюю полемику. Главным оппонентом Хокинга в этом вопросе выступил в 1990-х годах Леонард Сасскинд, утверждавший, что информация должна каким-то образом сохраняться и возвращаться с излучением. Сам Хокинг долгое время придерживался мнения, что информация теряется, пока в 2004 году не изменил свою точку зрения, признав правоту Сасскинда. Последователями идей Хокинга о термодинамике черных дыр стали практически все современные физики-теоретики; его работа 1974 года положила начало целому направлению — квантовой гравитации, а термодинамика черных дыр ныне является неотъемлемой частью любой теории, претендующей на объединение квантовой механики и ОТО.

Наконец, в этот же период теория кротовых нор претерпела важнейшую трансформацию, превратившись из статичного «моста» в потенциально проходимый туннель. Отправной точкой для всей современной науки о кротовых норах стала работа Джона Уилера 1955 года «Geons», где он впервые использовал термин «wormhole» для описания квантово-механических флуктуаций пространства-времени, соединяющих различные области. Однако в полной мере гипотеза о макроскопических проходимых кротовых норах оформилась лишь в 1988 году, когда Кип Торн и его аспирант Майкл Моррис опубликовали в American Journal of Physics статью «Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity» («Кротовые норы в пространстве-времени и их использование для межзвездных путешествий: инструмент для преподавания общей теории относительности»). Торн и Моррис поставили вопрос: что требуется для того, чтобы гипотетическая высокоразвитая цивилизация могла построить и поддерживать кротовую нору, через которую мог бы безопасно пройти человек? Ответ, который они математически строго вывели из уравнений Эйнштейна, оказался неутешительным: для удержания горловины такой норы от гравитационного коллапса требуется «экзотическая материя», обладающая отрицательной средней плотностью энергии, то есть материя, которая «весит» меньше, чем вакуум. Такая материя не запрещена фундаментально, так как известны квантовые эффекты (например, эффект Казимира), порождающие локальные области с отрицательной энергией. Однако ее существование в макроскопических количествах и стабильном состоянии является скорее исключением, чем правилом.

Практически одновременно с публикацией статьи Торна и Морриса последовала и фундаментальная критика самой возможности существования проходимых кротовых нор. Основной удар наносился по необходимости экзотической материи. Многие физики указывали, что все известные формы материи удовлетворяют «энергетическим условиям», которые как раз и запрещают существование стабильных кротовых нор. Торн и Моррис в своем ответе подчеркивали, что их работа не является предсказанием естественного существования кротовых нор, а представляет собой исследование вопроса о том, «что именно законы физики разрешают делать сверхцивилизации для их создания», и что сама квантовая теория поля дает примеры нарушения энергетических условий. Последователями этого направления стали многие физики, увлеченные возможностью межзвездных путешествий и путешествий во времени. В частности, Мэтт Виссер в 1989 году предложил модель кротовой норы с «тонкими стенками», где экзотическая материя сосредоточена лишь на ребрах кубической горловины, минимизируя контакт с ней путешественника. Кип Торн и его группа, а затем и Игорь Новиков, глубоко исследовали связь между кротовыми норами и возможностью создания машины времени, породив новую волну дискуссий о защищенности хронологии и принципе самосогласованности Новикова.


Глава 3. Эра наблюдений и квантового синтеза (1990-е — 2020-е годы)

Центральным событием этого периода для теории чёрных дыр стало прямое экспериментальное обнаружение гравитационных волн. После десятилетий разработки и совершенствования лазерно-интерферометрических детекторов коллаборация LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) 14 сентября 2015 года зарегистрировала сигнал, получивший обозначение GW150914. Официальное объявление об открытии было сделано 11 февраля 2016 года в статье «Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger» («Наблюдение гравитационных волн от слияния двойной системы чёрных дыр»), опубликованной в журнале Physical Review Letters. Сигнал представлял собой характерную картину нарастания частоты и амплитуды, известную как «чирп», за которой следовало быстрое затухание — «рингдаун». Форма сигнала в точности совпадала с предсказаниями общей теории относительности для финальных стадий сближения и слияния двух чёрных дыр массами примерно в 36 и 29 масс Солнца, в результате которого образовалась вращающаяся чёрная дыра массой около 62 солнечных масс, а энергия, эквивалентная трём солнечным массам, была излучена в виде гравитационных волн за доли секунды. Это открытие имело эпохальное значение: оно не только стало первым прямым детектированием гравитационных волн, предсказанных Эйнштейном столетием ранее, но и представило окончательное и неопровержимое доказательство существования астрофизических чёрных дыр звёздных масс. Второе событие, GW151226, было зарегистрировано 26 декабря 2015 года, а его публикация состоялась 15 июня 2016 года, подтвердив, что подобные слияния не являются исключительной редкостью. Руководитель московской группы LIGO Валерий Митрофанов тогда подчеркнул: «Второе детектирование гравитационных волн от сливающихся чёрных дыр детекторами LIGO очень важно. Фундамент для создания гравитационно-волновой астрономии становится крепче и надёжнее», а его коллега Сергей Вятчанин добавил: «Гравитационные волны — эти летящие кусочки кривизны пространства-времени — из экзотики стали источником новой информации о Вселенной и открыли эру гравитационной астрономии».

Дальнейший прогресс наблюдательной астрофизики чёрных дыр был ознаменован проектом «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT), который объединил сеть радиотелескопов по всему миру в единый интерферометр со сверхдлинной базой, чтобы достичь углового разрешения, достаточного для прямой визуализации горизонта событий сверхмассивной чёрной дыры. 10 апреля 2019 года коллаборация EHT опубликовала первое в истории изображение тени чёрной дыры в центре галактики M87 в серии статей в журнале The Astrophysical Journal Letters. На снимке отчётливо видно яркое кольцо фотонов, искривлённых гравитационным полем, окружающее тёмную центральную область — тень чёрной дыры, форма и размер которой в точности соответствовали предсказаниям ОТО для чёрной дыры Керра с массой около 6,5 миллиардов солнечных. Этот визуальный образ стал иконой современной науки и окончательно утвердил статус чёрных дыр как непосредственно наблюдаемых объектов, а не только теоретических конструкций.

Одновременно с экспериментальным триумфом в области теории чёрных дыр развернулась драматическая интеллектуальная битва, известная как «война за чёрные дыры» (Black Hole War). В центре этой полемики стоял информационный парадокс. Стивен Хокинг в 1975 году показал, что квантовые эффекты заставляют чёрную дыру излучать, а в 1976 году сформулировал парадокс: если чёрная дыра испаряется полностью, то информация о веществе, упавшем в неё, исчезает безвозвратно, что нарушает фундаментальный принцип квантовой механики — унитарность эволюции. В середине 1990-х годов Леонард Сасскинд, используя идеи теории струн и голографический принцип, выступил с утверждением, что информация не теряется, а каким-то образом сохраняется на горизонте событий и возвращается в излучении Хокинга. Эта полемика, в которую оказались вовлечены многие ведущие физики-теоретики, включая Герарда 'т Хоофта, Джона Прескилла и других, стала одной из центральных тем теоретической физики на рубеже веков. Сам Сасскинд подробно описал эту борьбу в книге «The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics» («Битва за чёрную дыру: Моё сражение со Стивеном Хокингом за то, чтобы сделать мир безопасным для квантовой механики»), опубликованной в 2008 году. В ней он сформулировал своё кредо: «Я верю, что чёрные дыры не уничтожают информацию, как долгое время утверждал Хокинг, и причина в том, что сильные гравитационные эффекты подрывают утверждение о независимости степеней свободы внутри и снаружи чёрной дыры». Кульминацией этого противостояния стало историческое пари 1997 года между Хокингом и Кипом Торном, с одной стороны, и Джоном Прескиллом — с другой, которое сам Хокинг разрешил в 2004 году, признав правоту Прескилла и Сасскинда и объявив, что информация действительно сохраняется и возвращается. Этот момент ознаменовал важнейший сдвиг в понимании квантовой природы гравитации.

Дальнейшее развитие событий показало, что проблема далека от окончательного разрешения. В 2012 году группа физиков во главе с Ахмедом Алмхейри, Дональдом Марольфом, Джеймсом Салли и Джозефом Полчински сформулировала парадокс файрвола, или брандмауэра. Их статья «Black Holes: Complementarity or Firewalls?» («Чёрные дыры: дополнительность или брандмауэры?») показала, что попытка одновременно сохранить унитарность, принцип эквивалентности Эйнштейна и локальность квантовой теории поля приводит к неизбежному противоречию. Авторы указали, что если информация покидает чёрную дыру через излучение, то запутанность между излучением и горизонтом должна нарушаться, что приводит к возникновению высокоэнергетической стены, «файрвола», на горизонте событий. Это, в свою очередь, противоречит принципу эквивалентности, согласно которому свободно падающий наблюдатель не должен замечать ничего особенного при пересечении горизонта. Этот парадокс вызвал взрывной рост публикаций и породил множество предложений по его разрешению. Одним из наиболее влиятельных стал голографический принцип, наиболее полно реализованный в рамках соответствия AdS/CFT (анти-де Ситтер / конформная теория поля), предложенного Хуаном Малдасеной в 1997 году. Согласно этому подходу, гравитационная физика в объёме пространства-времени полностью эквивалентна квантовой теории поля на его границе. Поскольку эволюция в квантовой теории поля всегда унитарна, информация в процессе испарения чёрной дыры не может теряться. В 2015 году Хокинг совместно с Эндрю Строминджером и Малкольмом Перри предложил идею «мягких волос» (soft hair) — новых сохраняющихся величин на горизонте, которые могут служить носителями информации. Их статья «Soft Hair on Black Holes» появилась в начале января 2016 года, а 6 июня того же года была опубликована в Physical Review Letters. Хотя сама по себе эта работа не содержала упоминаний об альтернативных вселенных, в августе 2015 года в своей лекции Хокинг высказал гипотезу о том, что чёрные дыры могут служить порталами в другие вселенные, что породило новую волну обсуждений. Таким образом, к концу 2010-х годов чёрные дыры, получив статус наблюдаемых объектов, превратились в центральную лабораторию для поисков квантовой теории гравитации, а информационный парадокс остаётся движущей силой теоретических исследований.

В области кротовых нор период с 1990-х годов ознаменовался переходом от классических моделей, требующих экзотической материи, к квантовым и голографическим конструкциям. После выхода статьи Торна и Морриса в 1988 году дискуссия о проходимых кротовых норах сосредоточилась на проблеме нарушения энергетических условий. В 1990-х годах Мэтт Виссер и Дэвид Хохберг детально исследовали квантовые ограничения на существование кротовых нор и показали, что квантовые эффекты, такие как поляризация вакуума в искривлённом пространстве-времени, действительно могут порождать локальные области с отрицательной плотностью энергии, но лишь в микроскопических масштабах. В конце 1990-х и в 2000-е годы значительный импульс развитию темы придало открытие ускоренного расширения Вселенной, интерпретированного как проявление тёмной энергии. Поскольку тёмная энергия обладает отрицательным давлением, она оказалась кандидатом на роль той самой экзотической материи, которая теоретически могла бы поддерживать горловину кротовой норы открытой. Однако расчёты показали, что её плотность слишком мала для создания стабильных макроскопических туннелей.

Подлинный прорыв произошёл в начале 2020-х годов, когда развитие квантовых вычислений и идей квантовой гравитации позволило физикам осуществить то, что ещё недавно казалось чистой фантазией: лабораторное моделирование кротовой норы на квантовом компьютере. Группа учёных из Калифорнийского технологического института в 2022 году опубликовала в журнале Nature статью, в которой описан эксперимент по симуляции динамики проходимой кротовой норы на квантовом процессоре Google Sycamore. Ключевым инсайтом стало теоретическое открытие того, что гравитационное описание прохождения сигнала через кротовую нору математически эквивалентно процессу квантовой телепортации. В эксперименте учёные поместили кубит закодированной информации в специальную квантовую систему и затем наблюдали, как информация передаётся через вторую систему. Несмотря на то, что системы не были физически связаны, информация передалась благодаря феномену квантовой запутанности, причём динамика процесса в точности соответствовала той, которую можно было бы ожидать от сигнала, проходящего сквозь кротовую нору: «Мы нашли квантовую систему, которая демонстрирует ключевые свойства гравитационной червоточины, но при этом достаточно мала для реализации на современном квантовом оборудовании». В эксперименте использовался компьютеризированный эквивалент отрицательной энергии — гипотетический вид энергии с отрицательной массой, что соответствует предсказаниям для реальной кротовой норы. Это исследование не создало реальную кротовую нору в пространстве-времени, но оно убедительно продемонстрировало, что квантовая запутанность и кротовые норы могут быть двумя сторонами одной медали, описывая один и тот же физический феномен на разных языках — гравитационном и квантовом.

Последователями этого направления стали многие физики, работающие на стыке квантовой информации и квантовой гравитации. Дальнейшие эксперименты, проведённые в 2023-2024 годах, включали попытки моделирования более сложных топологий и даже подобий «путешествий во времени» на квантовых компьютерах, хотя интерпретация этих результатов остаётся предметом острых дискуссий. В целом, к середине 2020-х годов кротовые норы из математической абстракции превратились в мощную концептуальную метафору, связывающую квантовую информацию с геометрией пространства-времени, а их лабораторное моделирование стало одним из самых захватывающих направлений на переднем крае фундаментальной физики.

Что касается проблемы антивещества и антивселенной, то здесь развитие шло по двум основным направлениям: экспериментальному поиску следов первичного антивещества в космосе и теоретическому совершенствованию моделей бариогенезиса, объясняющих наблюдаемую асимметрию. В 1990-е и 2000-е годы эксперименты на ускорителях, в частности на Теватроне и Большом электрон-позитронном коллайдере, позволили детально изучить свойства античастиц и подтвердить, что СР-симметрия действительно нарушается, хотя и в недостаточной степени для объяснения космологической асимметрии в рамках Стандартной модели. Это дало мощный стимул для развития моделей бариогенезиса за пределами Стандартной модели. Как отмечается в современной литературе, «Минимальная стандартная модель физики частиц потенциально содержит все эти ингредиенты. Однако, оказывается, что невозможно создать наблюдаемую асимметрию между материей и антиматерией в рамках этой модели, так как значения параметров Стандартной модели приводят к слишком низкой величине барионной асимметрии Вселенной. Это является явным указанием на физику вне Минимальной Стандартной модели».

Среди наиболее перспективных направлений выделяются лептогенезис, предложенный Масатакой Фукугитой и Цутому Янагидой в 1986 году, связывающий барионную асимметрию с нарушением CP-инвариантности в секторе нейтрино и распадами тяжёлых стерильных нейтрино; бариогенезис в теориях великого объединения через распады сверхтяжёлых частиц; электрослабый бариогенезис, основанный на фазовых переходах в ранней Вселенной; а также экзотические модели, использующие испарение первичных чёрных дыр, эффекты в моделях с дополнительными измерениями пространства и даже гипотетические взаимодействия с тёмной материей. Общим для всех этих подходов является признание условий Сахарова, сформулированных в 1967 году, в качестве необходимых критериев, которым должна удовлетворять любая успешная теория: несохранение барионного числа, нарушение C- и CP-симметрий и отклонение от термодинамического равновесия в ранней Вселенной.

Параллельно с этим не прекращались и попытки обнаружить остатки первичного антивещества в современной Вселенной. Значительные усилия были направлены на поиск антиядер в космических лучах с помощью магнитного альфа-спектрометра AMS-02, установленного на Международной космической станции в 2011 году. За годы работы AMS-02 зафиксировал несколько событий, интерпретированных как ядра антигелия, что вызвало большой интерес научного сообщества. Происхождение этих антиядер остаётся предметом дискуссий: согласно одной из гипотез, они могли быть выброшены целыми звёздами, состоящими из антивещества. В 2021 году появились работы, указывающие на обнаружение возможных кандидатов в «антизвёзды». Группа астрономов под руководством Симона Дюпорка (Simon Dupourqu;) проанализировала данные космического гамма-телескопа Fermi, рассмотрела около 5800 источников гамма-излучения и у 14 из них обнаружила избыток гамма-фотонов в той области энергий, которая может указывать на аннигиляцию антивещества. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review D в 2021 году. Опираясь на эти данные, авторы оценили возможное количество антизвёзд в Млечном Пути: если они существуют в плоскости Галактики, то на 400 тысяч обычных звёзд может приходиться одна антизвезда; если же они распределены в гало, их доля может быть значительно выше — вплоть до одной на десять звёзд. Независимые исследования указывают на то, что доля антизвёзд в окрестностях Солнца не превышает 4;10;; от числа обычных звёзд, но для компактных объектов ограничения слабее — их доля может составлять несколько процентов.

Однако следует подчеркнуть, что эти результаты пока не являются общепризнанными доказательствами; астрономам ещё предстоит надёжно подтвердить, что зарегистрированные гамма-лучи не порождены иными астрофизическими процессами. Тем не менее, сама возможность существования островов антивещества продолжает стимулировать как наблюдательные, так и теоретические исследования. Метафизически это означает, что идея Дирака о симметрии вселенной, высказанная почти столетие назад, продолжает жить, пусть и в более скромной, локальной форме: не как глобальная антивселенная, а как локальные острова антивещества, которые могли уцелеть после эпохи бариогенезиса. Успехи наблюдательной космологии, и в особенности точные измерения анизотропии космического микроволнового фона спутником «Планк», наложили жёсткие ограничения на долю антивещества в наблюдаемой Вселенной: параметр плотности барионов ;Bh; ограничен в диапазоне 0,02149–0,02397, что в сочетании с теорией первичного нуклеосинтеза однозначно указывает на то, что наблюдаемая Вселенная состоит почти исключительно из вещества, а необходимая величина барионной асимметрии составляет nB ; 10;;;. Это означает, что если антивещество и существует в значительных количествах, оно должно быть скрыто в областях, причинно не связанных с нашей, либо его следы слишком слабы для обнаружения современными инструментами.