Оказались в черной дыре? Не отчаивайтесь, выход есть.
|
|
Тайны и мифы черных дыр: новая теория Хокинга и «репортаж из-за горизонта событий» 
Какого цвета волосы у черных дыр
Недавно знаменитый физик Стивен Хокинг шокировал всех, опубликовав исследование, посвященное новому взгляду на черные дыры — самые загадочные объекты в нашей Вселенной (если не считать огромные области пустоты — войды; квазары и прочие инопланетные шалости). И выход этот ведет… в иную Вселенную. «Сегодня» изучила работу Хокинга, узнала, какого цвета волосы у черных дыр, собрала мифы и выяснила, что произойдет с человеком, который попал за горизонт событий.
КОЛЛАПСАРЫ: БЫВШИЕ ЗВЕЗДЫ
В некотором царстве, некотором государстве… В смысле, при некоторой гравитации, некотором линейном размере пространства, в некоторых классических теориях (теория относительности в помощь) вторая космическая скорость (позволяет оторваться от объекта) на радиусе Шварцшильда (гравитационный радиус, условная сфера, определяющая границы поля притяжения) превышает скорость света. Из этого следует, что даже самые быстрые фотоны не могут уйти наружу, не говоря уже о любом теле, туда попавшем. Исключение делается лишь для не открытых пока тахионов (частицы времени), скорость которых выше скорости света. В теории струн и создали свою черную дыру, скрутив несколько струн — гипотетических объектов — в спираль. Но недавнее открытие гравитационных волн заставило всех довериться классической теории.
Для нашей с вами планеты гравитационный радиус ничтожно мал. Но тела потяжелее — больше 2,5 солнечных масс — настоящие космические оборотни. В большинстве звезд горение — это термоядерная реакция превращения водорода в гелий. А их гравитационное сжатие уравновешивается газовым давлением и давлением света, который излучают внутренние слои. Когда водород заканчивается, ядро остывает и внутреннее давление пропадает. Гравитация начинает сжимать ядро, разогревая его, из-за чего гелий трансмутирует в бериллий, бериллий — в углерод и так далее, вплоть до железа. Когда заканчиваются и эти реакции, ядро снова остывает и коллапсирует. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на том самом радиусе Шварцшильда кривизна пространства не становится бесконечной. Огромная масса делится на практически нулевой объем — и вуаля, вот вам готовая черная дыра, которая продолжает пылесосить весь окружающий космос в поисках всего, что можно поглотить. Собственно, процесс поглощения и помог астрономам обнаружить эти объекты — в бездонный гравитационный колодец валится разогнанное почти до световой скорости вещество, которое фонит на всю Вселенную в гамма- и рентгеновском излучении.
Впервые о черных дырах заговорил в 1784 году священник Джон Мичелл, его теорию опубликовали, и забыли до ХХ века.
Он написал письмо в Королевское общество, где содержался расчет, из которого следовало, что для тела с радиусом в 500 Солнц и плотностью Солнца вторая космическая скорость будет равна скорости света. Свет не сможет покинуть это тело, и оно будет невидимым. Мичелл предположил: в космосе таких объектов превеликое множество. В 1796 году французский астроном Пьер-Симон Лаплас включил обсуждение этой идеи в свой труд, на чем все и закончилось.
Аж до ХХ века, когда Эйнштейн в своей теории относительности вывел парочку забавных уравнений, первое из которых решил Карл Шварцшильд в 1915 году. Из них следовало, что черные дыры — по крайней мере, как математический казус, все-таки существуют. Конечно, в начале прошлого века у человечества не было ни малейшей возможности заглянуть в далекий космос и узреть подобный объект воочию (даже сейчас их изображений не существует), но любители научной экзотики ухватились за идею. Доподлинно неизвестно, кто придумал само название, но популяризовал его Джон Арчибальд Уилер, который впервые публично употребил его в популярной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное». До этого подобные объекты называли «сколлапсировавшие звезды» или «коллапсары», а также «застывшие (замороженные) звезды».
ХОКИНГ: ВЫХОД В ДРУГОЙ МИР
Стивен Хокинг вместе с коллегами создал очередную революционную теорию, апогеем которой стала знаменитая уже шутка: «Оказались в черной дыре? Не отчаивайтесь, выход есть».
Раньше черные дыры были простыми и понятными. Как только объект попадал в дыру, вся информация о нем пропадала. Ученые сравнили эту инфу с волосами и долгое время считали, что черная дыра, грубо говоря, лысая. Что, мягко говоря, противоречит физическим законам Вселенной, где ничто не исчезает бесследно. Сейчас ученые передумали и решили: волосы есть. И часть их все-таки пробивается наружу в виде фотонов (не имеющих цвета, так что волосы у черной дыры невидимые), энергия которых равна нулю.
На этом и основана новая теория Хокинга. Если информация все же вырывается наружу, то чисто теоретически, попав в черную дыру, можно из нее выбраться. Вопрос только один – куда именно выбраться? Сам физик заявил, что соваться в дыры все-таки не стоит: есть шанс попасть в совершенно иной пространственно-временной континуум. Поэтому он лично от подобных путешествий воздержится.
Но факт остается фактом. Черные дыры определенного типа (они должны быть большого размера и вращаться) могут служить порталами. Поскольку никто не взялся проверить, куда именно они ведут, нам остается лишь строить теории. К примеру, есть теория фейерверка, которая гласит, что Больших взрывов было немерено и каждый из них создал собственную Вселенную. Согласно теории бран, наше четырехмерное пространство поделено на участки этими самыми бранами — прокладками в пустоте, которые и являются Вселенными. А их столкновение порождает Большие взрывы.
Есть и многомировая концепция Эверетта (с которой в корне был несогласен Эйнштейн, заявляя, что «Бог не играет в кости с мирозданием), которая гласит: все мы живем в вероятностном мире. Каждое наше действие как бы делит пространство-время на две Вселенных. В одной это действие было, во второй — нет. Так что число континуумов, учитывая количество действий, которые были или не были совершены, стремится к бесконечности. Вот вам и отличные места для путешествий.
Проблема лишь в том, что проверить эти теории практически нереально — лететь до ближайшей черной дыры со скоростью света придется 6—8 тысяч лет. Так что остается довольствоваться гипотезами. По крайней мере пока.
ОСНОВНЫЕ МИФЫ О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ
1. Черную дыру можно создать в земных условиях.
Можно. Чисто теоретически. Если накачать заметную энергию в крайне малый объем, сталкивая атомные частицы, к примеру, в Большом адронном коллайдере.
2. Черные дыры засасывают все — и вас в том числе.
Точно так же, как и звезды с той же массой. Пока вы не попали за горизонт событий (условная сфера, за которой пространство уже скручено в бесконечность), есть все шансы свалить, как делают релятивистские струи (потоки плазмы).
3. В БАКе создадут черную дыру, которая уничтожит Землю.
Нет. Во-первых, черная дыра размером с атом водорода (для чего потребуется запихнуть в нее огромнейшую массу) будет поглощать нашу планету столько лет, что наши потомки плюнут и переедут. Во-вторых, нашу атмосферу регулярно обстреливают космические лучи с энергиями повыше, чем коллайдеру снилось — и до сих пор ничего не произошло. В-третьих, маленькие черные дыры быстро теряют массу из-за излучения Хокинга. Так что всем — спокойно!
4. Наше Солнце станет черной дырой.
Не станет. Маловато массы. Чтобы стать черной дырой, Солнце должно быть минимум в 2,5 раза тяжелее и, соответственно, в 30 раз больше. Солнце превратится в красного гиганта, а потом в белого карлика. Земля, естественно, погибнет, но у нас есть куча времени, чтобы отсюда сбежать.
5. Падая в черную дыру, можно увидеть будущее.
Просто нет. На эту тему сделали столько исследований со впечатляющим количеством цифр и формул, что это даже несмешно.
6. Черные дыры вечны.
Во-первых, они испаряются благодаря тому же излучению Хокинга, во-вторых, ничто не вечно.
7. Черная дыра — черная.
Да. Но увидеть это можно только на фоне светящегося объекта — звезды-спутника, к примеру. Во всех остальных случаях мы видим не саму дыру, а следы поглощения массы — аккреационный диск и релятивистские джеты, которые о-о-очень яркие.
ЧТО ВНУТРИ: МИР РАСКОЛЕТСЯ НАДВОЕ
Предупреждаю: людям со слабыми нервами это лучше не читать. Потому что количество невероятных событий, которые произойдут в этом тексте, зашкаливает.
Перед нами — горизонт событий. Это внешняя поверхность черной дыры, сфера, где гравитационное поле и усилия света, пытающегося покинуть объект, уравновешиваются. За ним — мощнейшее искривление пространства-времени, которое упирается в бесконечное искривление, именуемое сингулярностью. Сингулярность плюет на пространство, время и законы физики. Это немного страшно, но мы прыгаем, оставляя на орбите друга, который за нами проследит.
Сначала друг увидит, как мы вытянемся в длину и сузимся в ширину, замедляя скорость. Потом, на горизонте событий, остановимся, растянемся по поверхности этой сферы и поджаримся с помощью излучения Хокинга, превратившись в слой пепла, который и отправится дальше. Друг звонит патологоанатому, история закончена.
Или нет? Потому что мы, в общем-то, ничего этого не почувствуем благодаря состоянию свободного падения. Ни гравитации, ни жара, ни замедления времени, потому что весь этот горизонт событий существует только для наблюдателя. Мы же, радостно улыбаясь, несемся навстречу той самой гравитационной сингулярности. В процессе попиваем кофе (если захватили с собой термос) и любуемся искривленным космосом вокруг. Тут, впрочем, стоит сделать уточнение — это работает с огромными черными дырами, гравитация маленьких неравномерна, и порвет нас на части.
Конечно, выбраться наружу уже не получится (разве что удастся оседлать поток тахионов, которые, напомню, для этого стоит открыть). Самое забавное, что к сингулярности нас тянет уже не пространство — оно закончилось где-то там, за горизонтом, а время. Вернуться назад нельзя, потому что машины времени у вас нет, а без нее сражаться со временем невозможно.
Так кто же прав? Вы, уютно расположившийся на полпути к бесконечному искривлению пространства времени, или ваш друг, собирающий пепел? Квантовая физика говорит, что оба. С точки зрения друга вы не можете пересечь горизонт событий, потому что информация не теряется безвозвратно. С вашей точки зрения вы можете пересечь горизонт событий, потому что иначе нарушится теория относительности. Таким образом, вы находитесь в двух местах одновременно — в единственном экземпляре. А все потому, что реальность зависит от наблюдателя и в момент пересечения горизонта событий она как бы «раздваивается». И вся вышеописанная психоделическая галлюцинация — результат серьезных многолетних исследований умнейших людей на планете.
Источник:
