Если черная дыра вращается, сферическая симметрия вокруг нее нарушается, появляется предпочтительное направление в пространстве — ось вращения. Поэтому поиск метрики для таких случаев потребовал много времени. Только в 1963 году справиться с этой задачей удалось Рою Керру. Его работа, которую мы называем решением Керра, — не просто математический шедевр. Ее практическое значение огромно. Ведь вряд ли реальная черная дыра будет сильно заряжена: притягивая и поглощая частицы с противоположным зарядом, она очень быстро утратит любой заряд. Зато реальные черные дыры вращаются, причем очень быстро. Практически все черные дыры во вселенной точно определяются метрикой Керра.

Впервые физики задумались о черных дырах еще в 1915 году, но чтобы полностью понять эту идею, потребовалось много лет. Ученым было трудно отличить реальные особенности физики от артефактов, связанных с системами координат. Например, было ясно, что непосредственно на радиусе Шварцшильда наблюдатель будет испытывать бесконечное гравитационное замедление времени: время для него просто застынет. Поэтому сжатие материи до размеров черной дыры должно, по идее, приводить к появлению «застывшей звезды», всегда остающейся в границах этого радиуса. Но мы уже знаем, что наблюдатель, проникший за горизонт событий, будет падать в черную дыру — двигаться к сингулярности.

Полное понимание горизонта событий было достигнуто в конце пятидесятых, чем мы обязаны работе Дэвида Финкельштейна, Мартина Крускала и других ученых. В активном изучении общей теории относительности началась новая эпоха, наиболее яркими представителями которой стали Джон Уилер в США, Деннис Сиама в Великобритании, а также Яков Зельдович в СССР. Благодаря Уилеру термин «черная дыра» обрел популярность. В шестидесятых и семидесятых больших успехов в этом вопросе добились Пенроуз, Хокинг и их коллеги.

Важным успехом в те годы стала теорема о площади, доказанная Хокингом в 1971 году. Она гласит, что площадь горизонта событий одной или нескольких черных дыр со временем только увеличивается, но никогда не уменьшается. Как в любой хорошей теореме, здесь не обошлось без допущений: например, было принято, что реальные частицы имеют только положительную массу (иначе можно было бы сжать черную дыру, направив в нее частицы с отрицательной массой). И, разумеется, все рассуждения ведутся в терминах классической физики, ведь с квантовой точки зрения черная дыра должна терять энергию на излучение и все-таки сжиматься, хотя бы и очень медленно.

Чтобы оценить значение теоремы о площади, следует задуматься о слиянии двух черных дыр, когда пространство-время сотрясается от их быстрого перемещения и возникают гравитационные волны, уносящие в окружающий мир часть их общей энергии. Впрочем, теорема гарантирует, что на волны затрачивается не очень много энергии, ведь площадь горизонта событий объединенной черной дыры будет не меньше суммы площадей исходных горизонтов.

Вы можете спросить, почему мы говорим о площади горизонта событий, а не о массе черный дыры? Ведь если радиус Шварцшильда равен r = 2GM, то площадь горизонта — A = 4?r2 = 16?G2M2 — зависит от массы. Все дело в том, что масса может уменьшаться, например, у вращающихся черных дыр.

Площадь горизонта событий вращающейся черной дыры зависит как от массы, так и от частоты вращения. Как выяснилось, такую черную дыру можно использовать как источник энергии: достаточно подавать туда материю с противоположным моментом импульса, как предложил Роджер Пенроуз (процесс Пенроуза). Представьте себе, насколько могучей стала бы наша цивилизация, будь к нашим услугам огромная черная дыра! Однако согласно теореме Хокинга, постоянное увеличение площади горизонта в конечном итоге остановит вращение, источник иссякнет.

Кое-что в теореме о площади вызывает определенное беспокойство. Ведь если площадь горизонта событий со временем только растет, мы можем разглядеть в этом свойстве стрелу времени. Как же так? Уравнение Эйнштейна не делает различий между прошлым и будущим.

Проблема здесь чисто техническая. Стрела времени заложена не в общую теорию относительности саму по себе, а в ее следствия, которые мы применяем, рассматривая черные дыры. Мы как бы подразумеваем, что в прошлом на ее месте была звезда или другой астрофизический объект, который (двигаясь в будущее) сколлапсировал в черную дыру. Путем математических рассуждений мы можем обратить время вспять и вернуться к тому моменту, когда на том же месте существовала белая дыра — противоположность черной, окруженная горизонтом событий сингулярность, источник материи, которая, покидая дыру, не может туда вернуться. Ученые не верят в существование белых дыр, но в современной космологии считается, что наша Вселенная в далеком прошлом возникла из сингулярности Большого взрыва. У этих теорий есть много общего: Вселенная в чем-то похожа на белую дыру.

Такие аналогии наводят на мысли о глубокой связи черных дыр с термодинамикой (из-за которой и появляется стрела времени). В начале семидесятых физики обратили внимание на сходство теоремы Хокинга («площадь горизонта всегда увеличивается») со вторым законом термодинамики («энтропия всегда увеличивается»).

Впрочем, в ту пору на это сходство смотрели лишь как на забавное совпадение, не более. Когда Яаков Бекенштейн, аспирант Джона Уилера, предположил, что черные дыры обладают энтропией и что она пропорциональна площади горизонта событий, известные ученые высмеяли его работу. И не без оснований, ведь если объект обладает энтропией, он должен иметь и температуру. (В классической термодинамике температура системы постоянного объема равна производной энергии по энтропии.) Температура предполагает наличие теплового излучения, а если так, черные дыры не могут быть черными.