Бунецький Дмитро
Катерина Степаненко
редактор Нещодавно знаменитий фізик Стівен Хокінг шокував всіх , опублікувавши дослідження , присвячене новому погляду на чорні діри – найзагадковіші об'єкти в нашому Всесвіті ( якщо не брати до уваги величезні області порожнечі – войди, квазари і інші інопланетні пустощі ) . І вихід цей веде ... в інший Всесвіт . " Сегодня" вивчила роботу Хокінга , дізналася , якого кольору волосся у чорних дір , зібрала міфи і з'ясувала , що станеться з людиною, яка потрапила за горизонт подій.
КОЛАПСАРИ: КОЛИШНІ ЗІРКИ
У деякому царстві, деякій державі ... Маю на увазі, при деякій гравітації, деякому лінійному розмірі простору, в деяких класичних теоріях (теорія відносності в допомогу) друга космічна швидкість (дозволяє відірватися від об'єкта) на радіусі Шварцшильда (гравітаційний радіус, умовна сфера, яка визначає межі поля тяжіння) перевищує швидкість світла. З цього випливає, що навіть найшвидші фотони не можуть вийти назовні, не кажучи вже про будь-яке тіло, що туди потрапило. Виняток робиться лише для невідкритих поки тахіонів (частки часу), швидкість яких вище швидкості світла. У теорії струн і створили свою чорну діру, скрутивши кілька струн – гіпотетичних об'єктів – в спіраль. Але недавнє відкриття гравітаційних хвиль змусило всіх довіритися класичній теорії.
Для нашої з вами планети гравітаційний радіус мізерно малий. Але тіла важче – більше 2,5 сонячних мас – справжні космічні перевертні. У більшості зірок горіння – це термоядерна реакція перетворення водню в гелій. А їх гравітаційне стиснення врівноважується газовим тиском і тиском світла, який випромінюють внутрішні шари. Коли водень закінчується, ядро остигає і внутрішній тиск пропадає. Гравітація починає стискати ядро, розігріваючи його, через що гелій трансмутірует в берилій, берилій – в вуглець і так далі, аж до заліза. Коли закінчуються і ці реакції, ядро знову остигає і колапсує. Цей процес триває до тих пір, поки на тому самому радіусі Шварцшильда кривизна простору не стає нескінченною. Величезна маса ділиться на практично нульовий обсяг – і вуаля, ось вам готова чорна діра, яка продовжує пилососити весь навколишній космос в пошуках всього, що можна поглинути. Власне, процес поглинання і допоміг астрономам виявити ці об'єкти – в бездонний гравітаційний колодязь валиться розігнана майже до світлової швидкості речовина, яка фонить на весь Всесвіт в гамма і рентгенівському випромінюванні.
Вперше про чорні діри заговорив в 1784 році священик Джон Мічелл , його теорію опублікували , і забули до ХХ століття.
Він написав листа в Королівське суспільство , де містився розрахунок , з якого випливало , що для тіла з радіусом в 500 Сонць і щільністю Сонця друга космічна швидкість буде дорівнювати швидкості світла . Світло не зможе покинути це тіло , і воно буде невидимим . Мічелл припустив : в космосі таких об'єктів безліч. У 1796 році французький астроном П'єр – Симон Лаплас включив обговорення цієї ідеї в свою працю , на чому все і закінчилося .
Аж до ХХ століття, коли Ейнштейн у своїй теорії відносності вивів парочку забавних рівнянь, перше з яких вирішив Карл Шварцшильда в 1915 році. З них випливало, що чорні діри – як математичний казус, все-таки існують. Звичайно, на початку минулого століття у людства не було ні найменшої можливості заглянути в далекий космос і побачити подібний об'єкт на власні очі (навіть зараз їх зображень не існує), але любителі наукової екзотики вхопилися за ідею. Достеменно невідомо, хто придумав саму назву, але популяризував його Джон Арчибальд Вілер, який вперше публічно вжив його в популярній лекції "Наш Всесвіт: відоме і невідоме". До цього подібні об'єкти називали "сколапсовані зірки" або "колапсари", а також "застиглі (заморожені) зірки".
ХОКІНГ: ВИХІД В ІНШИЙ СВІТ
Стівен Хокінг разом з колегами створив чергову революційну теорію , апогеєм якої став знаменитий вже жарт : "Опинилис я в чорній дірі ? Не впадайте у відчай , вихід є " .
Раніше чорні діри були простими і зрозумілими . Як тільки об'єкт потрапляв в дірку , вся інформація про нього зникала . Вчені порівняли цю інфу з волоссям і довгий час вважали , що чорна діра , грубо кажучи , лиса . Що , м'яко кажучи , суперечить фізичним законам Всесвіту , де ніщо не зникає безслідно . Зараз вчені передумали і вирішили : волосся є . І частина все – таки пробивається назовні у вигляді фотонів ( що не мають кольору , так що волосся у чорної діри невидиме ) , енергія яких дорівнює нулю .
На цьому і заснована нова теорія Хокінга . Якщо інформація все ж виривається назовні , то чисто теоретично , потрапивши в чорну діру , можна з неї вибратися . Питання тільки один – куди саме вибратися ? Сам фізик заявив , що сунутися в дірки все – таки не варто : є шанс потрапити в зовсім інший просторово – часовий континуум . Тому він особисто від подібних подорожей утримається .
Але факт залишається фактом. Чорні діри певного типу (вони повинні бути великого розміру і обертатися) можуть служити порталами. Оскільки ніхто не взявся перевірити, куди саме вони ведуть, нам залишається лише будувати теорії. Наприклад, є теорія феєрверку, в якій мовиться, що Великих вибухів було неміряно і кожен з них створив власний Всесвіт. Відповідно до теорії бран, наш чотиривимірний простір поділений на ділянки цими самими бранами – прокладками в порожнечі, які і є Всесвітами. А їх зіткнення породжує Великі вибухи.
Є і багатосвітова концепція Еверетта ( з якої в корені був незгодний Ейнштейн , заявляючи , що " Бог не грає в кості зі всесвітом ) , в якій мовиться : все ми живемо в імовірнісному світі . Кожна наша дія як би ділить простір – час на два Всесвіти . В одному ця дія була , в другому – ні . Так що число континууму, враховуючи кількість дій , які були чи не були здійснені , прямує до нескінченності . Ось вам і відмінні місця для подорожей .
Проблема лише в тому , що перевірити ці теорії практично нереально – летіти до найближчої чорної діри зі швидкістю світла доведеться 6-8 тисяч років . Так що залишається задовольнятися гіпотезами . Принаймні поки що.
ОСНОВНІ МІФИ ПРО ЧОРНІ ДІРИ
1. Чорну діру можна створити в земних умовах .
Можна, можливо. Чисто теоретично . Якщо накачати помітну енергію в украй малий обсяг , зіштовхуючи атомні частки , наприклад , у Великому адронному колайдері.
2. Чорні діри засмоктують все – і вас в тому числі.
Точно так же , як і зірки з тією ж масою . Поки ви не потрапили за горизонт подій ( умовна сфера , за якою простір вже скручений в нескінченність ) , є всі шанси звалити , як роблять релятивістські струмені ( потоки плазми ).
3. У ВАК створять чорну діру , яка знищить Землю.
Ні . По-перше , чорна діра розміром з атом водню ( для чого буде потрібно запхати в неї величезну масу ) буде поглинати нашу планету стільки років , що наші нащадки плюнуть і переїдуть . По- друге , нашу атмосферу регулярно обстрілюють космічні промені з енергіями вище , ніж коллайдеру снилося – і до сих пір нічого не сталося . По-третє , маленькі чорні діри швидко втрачають масу через випромінювання Хокінга . Так що всім – спокійно !
4. Наше Сонце стане чорною дірою.
Не стане. Малувато маси . Щоб стати чорною дірою , Сонце має бути мінімум в 2,5 рази важче і , відповідно , в 30 разів більше . Сонце перетвориться на червоного гіганта , а потім в білого карлика . Земля , природно , загине , але у нас є купа часу , щоб звідси втекти.
5. Падаючи в чорну діру , можна побачити майбутнє.
Просто ні. На цю тему зробили стільки досліджень з вражаючою кількістю цифр і формул , що це навіть не смішно .
6. Чорні діри вічні .
По-перше , вони випаровуються завдяки тому ж випромінюванню Хокінга , по-друге , ніщо не вічне .
7. Чорна діра — чорна.
Так . Але побачити це можна тільки на тлі світиться об'єкта – зірки – супутника , наприклад . У всіх інших випадках ми бачимо не саму дірку , а сліди поглинання маси – аккреаціонний диск і релятивістські джети , які д ууууже яскраві .
ЩО ВСЕРЕДИНІ: СВІТ ПОДІЛИТЬСЯ НАВПІЛ
Попереджаю : людям зі слабкими нервами це краще не читати . Тому що кількість неймовірних подій , які відбудуться в цьому тексті , зашкалює .
Перед нами – горизонт подій . Це зовнішня поверхня чорної діри , сфера , де гравітаційне поле і зусилля світла , що намагається покинути об'єкт , врівноважуються . За ним – найпотужніше викривлення простору – часу , яке впирається в нескінченне викривлення , іменоване сингулярностью . Сингулярність плює на простір , час і закони фізики . Це трохи страшно , але ми стрибаємо , залишаючи на орбіті друга , який за нами простежить .
Спочатку друг побачить , як ми витягнемо в довжину і звузимось в ширину , сповільнюючи швидкість . Потім , на горизонті подій , зупинимося , розтягнемось по поверхні цієї сфери і підсмажимось з допомогою випромінювання Хокінга , перетворившись в шар попелу , який і відправиться далі . Друг дзвонить патологоанатому , історія закінчена .
Чи ні? Тому що ми нічого цього не відчуємо завдяки стану вільного падіння . Ні гравітації , ні спеки , ні уповільнення часу , тому що весь цей горизонт подій існує тільки для спостерігача . Ми ж , радісно посміхаючись , мчимо назустріч тій самій гравітаційній сингулярності . В процесі попиваємо кави ( якщо захопили з собою термос ) і милуємося викривленим космосом навколо . Тут , втім , варто зробити уточнення – це працює з величезними чорними дірами , гравітація маленьких нерівномірна , і порве нас на частини .
Звичайно , вибратися назовні вже не вийде ( хіба що вдасться осідлати потік тахіон ів, які , нагадаю , для цього варто відкрити ) . Найцікавіше , що до сингулярності нас тягне вже не простір – він закінчився десь там , за горизонтом , а час . Повернутися назад не можна , тому що машини часу у вас немає , а без неї боротися з часом неможливо .
Так хто ж правий? Ви, затишно розташувався на півдорозі до нескінченного викривлення простору часу, або ваш друг, який збирає попіл? Квантова фізика говорить, що обидва. З точки зору одного ви не можете перетнути горизонт подій, тому що інформація не губиться безповоротно. З вашої точки зору ви можете перетнути горизонт подій, тому що інакше порушиться теорія відносності. Таким чином, ви перебуваєте в двох місцях одночасно – в єдиному екземплярі. А все тому, що реальність залежить від спостерігача і в момент перетину горизонту подій вона як би "роздвоюється". І вся вищеописана психоделічна галюцинація – результат серйозних багаторічних досліджень найрозумніших людей на планеті.
Головні теми