Куда ведут черные дыры в космосе. Куда ведут черные дыры? Стивен Хокинг открыл путь в альтернативную Вселенную
Как для ученых минувших столетий, так и для исследователей нашего времени наибольшей загадкой космоса является черная дыра. Что внутри этой совсем незнакомой для физики системы? Какие законы там действуют? Как идет время в черной дыре, и почему оттуда не могут вырваться даже кванты света? Сейчас мы попробуем, конечно же, с точки зрения теории, а не практики, разобраться в том, что внутри черной дыры, почему она, в принципе, образовалась и существует, как она притягивает объекты, которые ее окружают.
Для начала опишем этот объект
Итак, черной дырой именуется определенная область пространства во Вселенной. Выделить ее как отдельную звезду или планету невозможно, так как это не твердое и не газовое тело. Не имея базовых пониманий того, что такое пространство-время и как эти измерения могут видоизменяться, невозможно постичь того, что находится внутри черной дыры. Дело в том, что эта область не является лишь пространственной единицей. который искажает как три известных нам измерения (длину, ширину и высоту), так и временную шкалу. Ученые уверены в том, что в районе горизонта (так называется область, окружающая дыру) время принимает пространственное значение и может двигаться как вперед, так и назад.
Познаем тайны гравитации
Если мы желаем разобраться в том, что внутри черной дыры, рассмотрим детально, что такое гравитация. Именно это явление ключевое в понимании природы так называемых «кротовых нор», из которых не выбирается даже свет. Гравитацией называется взаимодействие между всеми телами, которые имеют материальную основу. Сила такого тяготения зависит от молекулярного состава тел, от концентрации атомов, а также от их состава. Чем больше частиц сколлапсировано в определенном участке пространства, тем больше гравитационная сила. Это неразрывно связано с Теорией Большого взрыва, когда наша Вселенная была размером с горошину. Это было состояние максимальной сингулярности, и в результате вспышки квантов света пространство стало расширяться за счет того, что частицы отталкивались друг от друга. С точностью до наоборот описывается учеными черная дыра. Что внутри такой штуковины в соответствии с ТБЗ? Сингулярность, которая равна показателям, присущим нашей Вселенной в момент зарождения.
Как попадает материя в «кротовую нору»?
Бытует мнение, что человек никогда не сможет понять, что происходит внутри черной дыры. Так как, попав туда, он будет буквально раздавлен гравитацией и силой тяжести. На самом деле это не совсем так. Да, действительно, черная дыра представляет собой область сингулярности, где все сжато до максимума. Но это вовсе не «космический пылесос», который способен затянуть в себя все планеты и звезды. Любой материальный объект, оказавшийся на горизонте событий, будет наблюдать сильное искажение пространства и времени (пока что эти единицы стоят отдельно). Эвклидова система геометрии начнет давать сбои, иными словами, пересекутся, очертания стереометрических фигур перестанут быть привычными. Что касается времени, то оно будет постепенно замедляться. Чем ближе вы будете приближаться к дыре, тем медленнее будут идти часы относительно Земного времени, но вы этого не заметите. При попадании в «кротовую нору» тело будет падать с нулевой скоростью, но при этом данная единица будет равняться бесконечности. кривизны, который приравнивает бесконечное к нулю, что окончательно останавливает время в области сингулярности.
Реакция на излучаемый свет
Единственным объектом в космосе, который притягивает свет, является черная дыра. Что внутри нее находится и в каком оно там виде - неизвестно, но полагают, что это кромешная тьма, которую представить себе невозможно. Световые кванты, попадая туда, не просто исчезают. Их масса умножается на массу сингулярности, что делает ее еще больше и увеличивает ее Таким образом, если внутри «кротовой норы» вы включите фонарик, чтобы осмотреться, он не будет светиться. Излучаемые кванты будут постоянно множиться на массу дыры, и вы, грубо говоря, лишь усугубите свое положение.
Черные дыры на каждом шагу
Как мы уже разобрались, основой образования является гравитация, величина которой там в миллионы раз превосходит земную. Точное представление о том, что такое черная дыра, подарил миру Карл Шварцшильд, который, собственно, и открыл тот самый горизонт событий и точку невозврата, а также установил, что ноль в состоянии сингулярности равен бесконечности. По его мнению, черная дыра может образоваться в любой точке пространства. При этом определенный материальный объект, имеющий сферическую форму, должен достичь гравитационного радиуса. Например, масса нашей планеты должна уместиться в объеме одного горошка, чтобы стать черной дырой. А Солнце должно иметь диаметр в 5 километров при своей массе - тогда его состояние станет сингулярным.
Горизонт образования нового мира
Законы физики и геометрии отлично действуют на земле и в открытом космосе, где пространство близится к вакууму. Но они полностью теряют свою значимость на горизонте событий. Именно поэтому с математической точки зрения невозможно рассчитать, что внутри черной дыры. Картинки, которые можно придумать, если искривлять пространство в соответствии с нашими представлениями о мире, наверняка далеки от истины. Установлено лишь, что время тут превращается в пространственную единицу и, скорее всего, к существующим измерениям прибавляются еще какие-то. Это дает возможность полагать, что внутри черной дыры (фото, как известно, этого не покажет, так как свет там съедает сам себя) образуются совсем иные миры. Эти Вселенные могут состоять из антивещества, которое ныне незнакомо ученым. Также существуют версии, что сфера невозврата - это лишь портал, который ведет либо в другой мир, либо в другие точки нашей Вселенной.
Рождение и смерть
Куда более чем существование черной дыры, является ее зарождение или исчезновение. Сфера, искажающая пространство-время, как мы уже выяснили, образуется в результате коллапса. Это может быть взрыв большой звезды, столкновение двух и более тел в космосе и так далее. Но каким образом материя, которую теоретически можно было бы ощупать, превратилась в область искажения времени? Загадка находится в процессе работы. Но за ней следует второй вопрос - почему такие сферы невозврата исчезают? И если черные дыры испаряются, то почему из них не выходит тот свет и вся космическая материя, которую они втянули? Когда вещество в зоне сингулярности начинает расширяться, гравитация постепенно снижается. В результате черная дыра просто растворяется, и на ее месте остается обычное вакуумное космическое пространство. Из этого вытекает еще одна загадка - куда подевалось все то, что в нее попало?
Гравитация - наш ключ к счастливому будущему?
Исследователи уверены в том, что энергетическое будущее человечества может сформировать именно черная дыра. Что внутри этой системы, пока что неизвестно, но удалось установить, что на горизонте событий любая материя трансформируется в энергию, но, конечно же, частично. К примеру, человек, оказываясь около точки невозврата, отдаст 10 процентов своей материи для ее переработки в энергию. Этот показатель просто колоссальный, он стал сенсацией у астрономов. Дело в том, что на Земле при материя перерабатывается в энергию лишь на 0,7 процента.
Куда же ведут черные дыры? Например, в альтернативную реальность. На полном серьезе астрофизики с мировым именем предполагают, что эти, возможно, самые загадочные на сегодняшний день космические объекты, могут оказаться порталами, открывающими путь к изнанке нашей Вселенной.
Разного рода чудесные свойства черным дырам приписывались чуть ли не с первого дня, как стало известно об их существовании. Но в силу малоизученности, все гипотезы оставались не более чем фантазиями. Последние теоретические выкладки настолько авторитетны, что не считаться с ними уже нельзя.
Британский ученый Стивен Хокинг давно прослыл человеком, которому удалось узнать о черных дырах больше, чем кому бы то ни было на Земле. В его новой статье в одном из ведущих научных журналов, Хокинг с коллегами рассказывает о до сих пор неизвестных свойствах этих объектов. Которые, помимо всего прочего, позволяют сделать поистине революционное предположение: "Если черная дыра будет необходимого размера и будет вращаться, то, возможно, в ней окажется проход в другую Вселенную. Хокинг говорит об этом с присущим ему юмором: "Оказались в черной дыре? Не отчаивайтесь, ".
О каких же революционных свойствах идет речь? Здесь нужно сразу оговориться, что все заключения - это сложная теория. Попробуем заглянуть в мир черных дыр на грани допустимого упрощения, пока нас самих не затянуло в дебри астрофизики. Итак, раньше черные дыры были простыми и понятными. Традиционная модель гласит - у нее только два свойства: масса и скорость вращения. Как только объект попадает в дыру, о нем исчезает вся память. Остается лишь сама черная дыра. Больше ничего.
Ученые сравнили такую информацию с волосами. Так вот, у черных дыр этих волос не было. А без них, то есть без остатков информации, черные дыры с одинаковой массой и скоростью вращения будут совершенно одинаковыми. Такие две одинаковые лысины. Такая теория, мягко говоря, противоречила физическим законам нашей Вселенной, где ничто не исчезает бесследно. Сейчас научная мысль склоняется к тому, что все значительно запутаннее. Волосы есть. И как раз в них можно запутаться.
Если информация - это волосы, то Хокинг и его коллеги признали, что часть их все-таки пробивается из лысины черной дыры наружу. Происходит это в виде частиц, именуемых фотонами. Они присутствуют во Вселенной в огромном количестве, просто их энергия близка к нулю. Поэтому заметить их при помощи современных приборов практически невозможно. Хокинг и его коллеги предположили, что эти фотоны как раз и переносят информацию о свойствах материи, "съеденной" черной дырой. Их назвали "мягкими волосами" и, в теории, по ним можно отличать дыры между собой.
"И что же мы имеем? - говорит Сергей Богачев, ведущий научный сотрудник Физического института имени Лебедева РАН. — Хорошенькое дело, волосатые черные дыры, наверное, лучше чем лысые? Но если это портал, то куда? В какую именно альтернативную Вселенную может попасть человек, угодивший в черную дыру?" Оказывается, у современной науки есть множество вариантов ответа на данный вопрос. Но ни один из них не является окончательным. Одни догадки и предположения. Но и они потрясают воображение.
Так называемая теория фейерверка выдвигает смелый тезис о том, что "большой взрыв", породивший нашу Вселенную, был не один. Их было множество, как во время салюта. И каждый из них создал свою Вселенную. Согласно теории бран, все наше родное четырехмерное пространство поделено на участки условными стенами — бранами. Это как такие прокладки в пустоте. И каждая из них и есть Вселенная. Ну а когда браны сталкиваются между собой, как раз и происходит "большой взрыв".
Еще есть теория Эверетта. По ней все мы живем в мире вероятностей, и каждое нашей действие расщепляет пространство-время, создавая копию Вселенной. То есть, в одной действие было совершено, а в другой нет. Таким образом, и появляется бесконечное число Вселенных. "Испытать все эти теории на своей шкуре у нас, ныне живущих, шансов практически ноль. Черные дыры находятся слишком далеко от нас", — говорит астрофизик Сергей Замоздра.
Две ближайшие из числа, что называется, проверенных, расположились в созвездии Лебедя в 6-8 тысячах световых лет. Есть еще один вариант несколько поближе — маленькая черная дыра в созвездии "Единорога". Но ее существование подтверждается только теоретически. Возможно, это еще и не черная дыра, а другой космический объект.
Вообще даже сами проверенные черные дыры могут иметь разную природу и сильно отличаться по свойствам. Например, черные дыры звездных масс образуются как конечный этап жизни некоторых звезд. Масса такой черной дыры варьируется от двух с половиной до пяти с половиной масс нашего солнца. Еще есть сверхмассивные дыры-гиганты, они образуют ядра галактик. Но самые страшные явления, если так можно сказать в данном контексте, это первичные черные дыры. В настоящее время носят статус гипотезы. Предположительно, они образовались в момент начального расширения галактики.
Также есть теория о квантовых черных дырах — это микроскопические объекты, которые могут возникнуть в результате ядерных реакций. Для математического описания таких объектов необходима квантовая теория гравитации, которой пока не придумали. Ну и, глядя на все это разнообразие, поневоле задаешься вопросом: "Что произойдет, если подобный монстр вдруг появится вблизи нашей солнечной системы?" Задаются, кстати, этим вопросом и серьезные ученые. И вот что у них получается.
Результатом встречи с небольшой черной дырой будет сейсмическая волна. Столкновение приведет к относительно небольшому землетрясению магнитудой около 4 баллов. Если Земля окажется рядом с более крупной дырой, то наша планета будет постепенно вытягиваться. То есть, ближняя к космическому объекту сторона нашей планеты будет притягиваться сильнее, чем дальняя — и Земля вытянется, как спагетти.
Жители Земли вполне могут и не заметить, как все вокруг растягивается все больше и больше, пока не превратится в поток субатомных частиц. А вот если наша Земля приблизится к черной дыре с квазаром, то есть миллионы Солнц окружат нашу планету со всех сторон, планета просто сгорит за доли секунды. "Космическая тема всегда приковывала к себе внимание не только ученых, но и художников. Фантасты с особым интересом рассуждают на тему далеких галактик или инопланетного разума. Нередко предположения людей искусства, необремененные научным подходом, непостижимым образом попадают в самое яблочко. Возможно, и насчет черных дыр одна из таких невероятных теорий окажется правдой", — отмечает Сергей Замоздра.
Наиболее часто в научной фантастике черные дыры предстают в качестве жуткого, устрашающего объекта. Так в романе "Гиперион" американского писателя Дэна Симмонса это космическое явление оказывается у самого центра Земли и поглощает все живое. Но помимо тотальной аннигиляции черным дырам приписываются и другие чудесные свойства. Излюбленная тема — телепортация и целые путешествия в другие галактики.
У известного фантаста Станислава Лема черные дыры используются людьми для манипуляции временем. В последнем романе Лема "Фиаско" космонавты дожидаются членов звездной команды вблизи дыры для того, чтобы время для них текло быстрее. Свою коллекцию мифов о черных дырах дарит и кинематограф. Один из ярких примеров фильм режиссера Кристофера Нолана - "Интерстеллар". В одном из ключевых эпизодов один из главных героев, покидая космический корабль, падает в черную дыру, а затем выбирается из нее.
Бесспорно, одна часть кинокартины основана на научных предположениях, другая - чистая фантастика. Пока фантастика. Кстати, тот же Хокинг также не склонен ограничивать условностями полет своей фантазии, а в его случае, еще и научной мысли. Ему же, например, принадлежит и идея практического применения черных дыр. По его расчетам, микроскопическая дыра массой с небольшую гору вырабатывает излучение мощностью около десяти миллионов мегаватт. Этого должно хватить на питание всех электроприборов Земли. Единственным местом для размещения такой мобильной электростанции может быть только земная орбита. Правда, если дыра сместится непосредственно к самой планете, электричество уже не понадобится, по крайней мере, в этой вселенной — дыра может просто поглотить Землю. Но понятно, что пока до этого еще очень далеко. И предел мечтаний хотя бы получить изображение черной дыры. Пока и это нам не под силу. Но, правда, физики из Массачусетского технологического института придумали, как сделать такой снимок.
Ученые планируют собрать данные с радиотелескопов, расположенных по всей планете, и "склеить" их в единое изображение. Штука в том, что с помощью обычных телескопов посмотреть на черную дыру невозможно. Даже ближайшая дыра так мала, что рассмотреть ее это, примерно, как увидеть грейпфрут на Луне. Для изучения таких объектов понадобится телескоп размером с Землю.
Общими силами, возможно, получится решить эту задачку. Пока свое согласие на участие в проекте дали шесть обсерваторий. Наблюдения начнутся весной 2017 года. Тогда же, возможно, мы получим новую порцию революционной информации об этих таинственных явлениях. Пока же в нашем представлении о загадочных черных дырах еще полным-полно белых пятен.
Как часть космической матрешки, наша вселенная может находиться внутри черной дыры, которая сама по себе является частью большой вселенной. Все черные дыры, обнаруженные в нашей Вселенной - от микроскопических до сверхмассивных - могут быть дверными проемами в альтернативные реальности.
Одна из последних «галлюциногенных» теорий гласит, что черная дыра является туннелем между вселенными - нечто вроде червоточины. Черная дыра не коллапсирует в одну точку, как предполагалось, а переходит в «белую дыру» на другом конце черной дыры.
В статье, опубликованной в журнале Physics Letters B, физик из Университета Индианы Никодем Поплавский представил новую математическую модель спиралевидного движения материи, падающей в черную дыру. Его уравнения показывают, что такие червоточины являются жизнеспособными альтернативами сингулярностям пространства-времени, которые, как предполагал Альберт Эйнштейн, находятся в центре черных дыр.
Согласно уравнениям общей теории относительности Эйнштейна, сингулярности создаются, когда материя в регионе становится слишком плотной, как в сверхплотном сердце черной дыры.
Теория Эйнштейна предполагает, что сингулярности не занимают пространства, бесконечно плотные и бесконечно горячие - что, в принципе, поддерживается многочисленными косвенными доказательствами, но до сих пор остается трудно понятной для многих ученых.
Если Поплавский прав, может и понимать не придется.
В соответствии с новыми уравнениями, материя, которую поглощает и, видимо, уничтожает черная дыра, становится строительным материалом для галактик, звезд и планет в другой реальности.
Могут ли червоточины решить загадку Большого Взрыва?
Поплавский говорит, что понимание черных дыр как червоточин может объяснить определенные загадки в современной космологии. К примеру, теория большого взрыва утверждает, что вселенная началась с сингулярности. Но ученых не устраивает объяснение того, как такая сингулярность могла образоваться первоначально. Если наша вселенная родилась из белой дыры, а не из сингулярности, «это решает проблему сингулярностей черных дыр и сингулярности большого взрыва».
Червоточины также могут объяснять гамма-всплески, вторые по силе взрывы во вселенной после Большого Взрыва. Гамма-всплески возникают на периферии известной вселенной. Их связывают со сверхновыми, или смертью звезд, в далеких галактиках, но их точные источники являются загадкой. Поплавский предполагает, что всплески могут быть выбросами вещества из альтернативных вселенных. Материя проникает в нашу вселенную через сверхмассивные черные дыры - червоточины - в сердцах галактик, хотя и непонятно, как это возможно.
«Идея сумасшедшая, но кто знает?», - говорит ученый.
Есть по меньшей мере один способ проверить теорию Поплавского. Некоторые из черных дыр в нашей вселенной вращаются, и если наша вселенная родилась внутри такой же вращающейся черной дыры, значит, она должна унаследовать вращение родительского объекта. Если будущие эксперименты покажут, что наша вселенная вращается в предполагаемом направлении, это может быть косвенным доказательством теории червоточин.
Могут ли червоточины производить «экзотическую материю»?
Теория червоточин может также объяснить, почему некоторые особенности нашей вселенной отклоняются от того, что предсказывает теория, согласно физикам. Основываясь на Стандартной модели физики, после Большого Взрыва кривизна Вселенной должна увеличиваться со временем, поэтому спустя 13,7 миллиарда лет, то есть сегодня, мы должны сидеть на поверхности замкнутой сферической Вселенной.
Однако наблюдения показывают, что Вселенная плоская во всех направлениях. Кроме того, данные света от юной Вселенной показывают, что температура после большого взрыва была примерно одинакова везде. Это означает, что самые дальние объекты, которые мы видим на противоположном конце вселенной, были достаточно близки друг к другу и находились в равновесии, как молекулы газа в герметичной камере.
И опять же, наблюдения не соответствуют предсказаниям, поскольку противоположные объекты в известной вселенной настолько далеки друг от друга, что время, которое понадобится на путешествие между ними на скорости света, превышает возраст вселенной.
Чтобы объяснить расхождения, астрономы разработали инфляционную теорию.
Инфляция говорит о том, что вскоре после того как была создана Вселенная, она наблюдала быстрый рывок роста, в течение которого само пространство расширялось со скоростью, превышающей световую. Вселенная растянулась от размеров атома до астрономических пропорций за долю секунды.
Вселенная потому кажется плоской, поскольку мы находимся на сфере, которая чрезвычайно большая с нашей точки зрения; так и Земля кажется плоской для того, кто стоит в поле.
Инфляция также объясняет, как объекты, которые находятся далеко друг от друга, когда-то могли находиться достаточно близко, чтобы взаимодействовать. Но если даже предположить, что инфляция реальна, астрономы изо всех сил пытаются объяснить, чем она была вызвана. И здесь-то на выручку приходит новая теория червоточин.
Согласно Поплавскому, некоторые инфляционные теории говорят, что событие было вызвано «экзотической материей», теоретической субстанцией, которая отличается от нормальной материи отчасти потому, что отталкивается, а не притягивается под действием силы гравитации. На основе этих уравнений Поплавский пришел к выводу, что такая экзотическая материя могла возникнуть, когда некоторые из первых массивных звезд коллапсировали и превратились в червоточины.
«Возможно, имело место некоторое взаимодействие экзотической материи, которая образовала червоточины, и экзотической материи, которая вызвала инфляцию», - говорит он.
Уравнения червоточин - «хорошее решение»
Новая модель не стала первой, предположившей, что другие вселенные существуют внутри черных дыр. Дэмиен Иссон, физик-теоретик из Аризонского университета, ранее уже предполагал такое.
«Что нового? То, что решение червоточин в ОТО является переходом от внешней части черной дыры к внутренности новой вселенной», - говорит Иссон, не принимавший участия в исследовании Поплавского. - «Мы просто предполагали, что такое решение могло быть, но Поплавский его нашел».
Тем не менее, идея кажется Иссону очень спорной.
«Возможно ли это? Да. Вероятен ли такой сценарий? Даже не знаю. Но это однозначно интересно».
Будущая работа в сфере квантовой гравитации - исследовании гравитации на субатомном уровне - уточнит уравнения и потенциально подтвердит или опровергнет теорию Поплавского.
В теории червоточин нет ничего удивительного
В целом, теория червоточин интересная, но не прорывная, не проливает свет на происхождение вселенной, считает Андреас Альбрехт, физик из Калифорнийского университета в Дэвисе, который также не принимал участия в исследовании.
Утверждая то, что наша вселенная была создана из куска материи от родительской вселенной, теория просто сдвигает событие возникновения всего сущего в альтернативную реальность. Другими словами, она не объясняет, как возникла родительская вселенная или почему наша обладает именно такими свойствами - более того, свойства должны наследоваться, а значит родительская вселенная будет такой же.
«Есть несколько актуальных проблем, которые мы пытаемся решить, и непонятно, к чему все это приведет», - говорит он, отмечая исследование Поплавского.
Тем не менее, Альбрехт не находит идею червоточин, связывающих вселенные, «страньше», чем идею сингулярностей в черных дырах, и он не собирается отказываться от новой теории только потому, что она выглядит слегка двинутой.
«Все, чем занимаются люди в этой сфере, довольно странно», - говорит он. - «Вы не имеете права утверждать, что победит менее странная идея, потому что этого не произойдет, ни при каких обстоятельствах».
Куда же ведут черные дыры? Например, в альтернативную реальность. На полном серьезе астрофизики с мировым именем предполагают, что эти, возможно, самые загадочные на сегодняшний день космические объекты, могут оказаться порталами, открывающими путь к изнанке нашей Вселенной.
Разного рода чудесные свойства черным дырам приписывались чуть ли не с первого дня, как стало известно об их существовании. Но в силу малоизученности, все гипотезы оставались не более чем фантазиями. Последние теоретические выкладки настолько авторитетны, что не считаться с ними уже нельзя.
Британский ученый Стивен Хокинг давно прослыл человеком, которому удалось узнать о черных дырах больше, чем кому бы то ни было на Земле. В его новой статье в одном из ведущих научных журналов, Хокинг с коллегами рассказывает о до сих пор неизвестных свойствах этих объектов. Которые, помимо всего прочего, позволяют сделать поистине революционное предположение: "Если черная дыра будет необходимого размера и будет вращаться, то, возможно, в ней окажется проход в другую Вселенную. Хокинг говорит об этом с присущим ему юмором: "Оказались в черной дыре? Не отчаивайтесь, ".
О каких же революционных свойствах идет речь? Здесь нужно сразу оговориться, что все заключения - это сложная теория. Попробуем заглянуть в мир черных дыр на грани допустимого упрощения, пока нас самих не затянуло в дебри астрофизики. Итак, раньше черные дыры были простыми и понятными. Традиционная модель гласит - у нее только два свойства: масса и скорость вращения. Как только объект попадает в дыру, о нем исчезает вся память. Остается лишь сама черная дыра. Больше ничего.
Ученые сравнили такую информацию с волосами. Так вот, у черных дыр этих волос не было. А без них, то есть без остатков информации, черные дыры с одинаковой массой и скоростью вращения будут совершенно одинаковыми. Такие две одинаковые лысины. Такая теория, мягко говоря, противоречила физическим законам нашей Вселенной, где ничто не исчезает бесследно. Сейчас научная мысль склоняется к тому, что все значительно запутаннее. Волосы есть. И как раз в них можно запутаться.
Если информация - это волосы, то Хокинг и его коллеги признали, что часть их все-таки пробивается из лысины черной дыры наружу. Происходит это в виде частиц, именуемых фотонами. Они присутствуют во Вселенной в огромном количестве, просто их энергия близка к нулю. Поэтому заметить их при помощи современных приборов практически невозможно. Хокинг и его коллеги предположили, что эти фотоны как раз и переносят информацию о свойствах материи, "съеденной" черной дырой. Их назвали "мягкими волосами" и, в теории, по ним можно отличать дыры между собой.
"И что же мы имеем? - говорит Сергей Богачев, ведущий научный сотрудник Физического института имени Лебедева РАН. — Хорошенькое дело, волосатые черные дыры, наверное, лучше чем лысые? Но если это портал, то куда? В какую именно альтернативную Вселенную может попасть человек, угодивший в черную дыру?" Оказывается, у современной науки есть множество вариантов ответа на данный вопрос. Но ни один из них не является окончательным. Одни догадки и предположения. Но и они потрясают воображение.
Так называемая теория фейерверка выдвигает смелый тезис о том, что "большой взрыв", породивший нашу Вселенную, был не один. Их было множество, как во время салюта. И каждый из них создал свою Вселенную. Согласно теории бран, все наше родное четырехмерное пространство поделено на участки условными стенами — бранами. Это как такие прокладки в пустоте. И каждая из них и есть Вселенная. Ну а когда браны сталкиваются между собой, как раз и происходит "большой взрыв".
Еще есть теория Эверетта. По ней все мы живем в мире вероятностей, и каждое нашей действие расщепляет пространство-время, создавая копию Вселенной. То есть, в одной действие было совершено, а в другой нет. Таким образом, и появляется бесконечное число Вселенных. "Испытать все эти теории на своей шкуре у нас, ныне живущих, шансов практически ноль. Черные дыры находятся слишком далеко от нас", — говорит астрофизик Сергей Замоздра.
Две ближайшие из числа, что называется, проверенных, расположились в созвездии Лебедя в 6-8 тысячах световых лет. Есть еще один вариант несколько поближе — маленькая черная дыра в созвездии "Единорога". Но ее существование подтверждается только теоретически. Возможно, это еще и не черная дыра, а другой космический объект.
Вообще даже сами проверенные черные дыры могут иметь разную природу и сильно отличаться по свойствам. Например, черные дыры звездных масс образуются как конечный этап жизни некоторых звезд. Масса такой черной дыры варьируется от двух с половиной до пяти с половиной масс нашего солнца. Еще есть сверхмассивные дыры-гиганты, они образуют ядра галактик. Но самые страшные явления, если так можно сказать в данном контексте, это первичные черные дыры. В настоящее время носят статус гипотезы. Предположительно, они образовались в момент начального расширения галактики.
Также есть теория о квантовых черных дырах — это микроскопические объекты, которые могут возникнуть в результате ядерных реакций. Для математического описания таких объектов необходима квантовая теория гравитации, которой пока не придумали. Ну и, глядя на все это разнообразие, поневоле задаешься вопросом: "Что произойдет, если подобный монстр вдруг появится вблизи нашей солнечной системы?" Задаются, кстати, этим вопросом и серьезные ученые. И вот что у них получается.
Результатом встречи с небольшой черной дырой будет сейсмическая волна. Столкновение приведет к относительно небольшому землетрясению магнитудой около 4 баллов. Если Земля окажется рядом с более крупной дырой, то наша планета будет постепенно вытягиваться. То есть, ближняя к космическому объекту сторона нашей планеты будет притягиваться сильнее, чем дальняя — и Земля вытянется, как спагетти.
Жители Земли вполне могут и не заметить, как все вокруг растягивается все больше и больше, пока не превратится в поток субатомных частиц. А вот если наша Земля приблизится к черной дыре с квазаром, то есть миллионы Солнц окружат нашу планету со всех сторон, планета просто сгорит за доли секунды. "Космическая тема всегда приковывала к себе внимание не только ученых, но и художников. Фантасты с особым интересом рассуждают на тему далеких галактик или инопланетного разума. Нередко предположения людей искусства, необремененные научным подходом, непостижимым образом попадают в самое яблочко. Возможно, и насчет черных дыр одна из таких невероятных теорий окажется правдой", — отмечает Сергей Замоздра.
Наиболее часто в научной фантастике черные дыры предстают в качестве жуткого, устрашающего объекта. Так в романе "Гиперион" американского писателя Дэна Симмонса это космическое явление оказывается у самого центра Земли и поглощает все живое. Но помимо тотальной аннигиляции черным дырам приписываются и другие чудесные свойства. Излюбленная тема — телепортация и целые путешествия в другие галактики.
У известного фантаста Станислава Лема черные дыры используются людьми для манипуляции временем. В последнем романе Лема "Фиаско" космонавты дожидаются членов звездной команды вблизи дыры для того, чтобы время для них текло быстрее. Свою коллекцию мифов о черных дырах дарит и кинематограф. Один из ярких примеров фильм режиссера Кристофера Нолана - "Интерстеллар". В одном из ключевых эпизодов один из главных героев, покидая космический корабль, падает в черную дыру, а затем выбирается из нее.
Бесспорно, одна часть кинокартины основана на научных предположениях, другая - чистая фантастика. Пока фантастика. Кстати, тот же Хокинг также не склонен ограничивать условностями полет своей фантазии, а в его случае, еще и научной мысли. Ему же, например, принадлежит и идея практического применения черных дыр. По его расчетам, микроскопическая дыра массой с небольшую гору вырабатывает излучение мощностью около десяти миллионов мегаватт. Этого должно хватить на питание всех электроприборов Земли. Единственным местом для размещения такой мобильной электростанции может быть только земная орбита. Правда, если дыра сместится непосредственно к самой планете, электричество уже не понадобится, по крайней мере, в этой вселенной — дыра может просто поглотить Землю. Но понятно, что пока до этого еще очень далеко. И предел мечтаний хотя бы получить изображение черной дыры. Пока и это нам не под силу. Но, правда, физики из Массачусетского технологического института придумали, как сделать такой снимок.
Ученые планируют собрать данные с радиотелескопов, расположенных по всей планете, и "склеить" их в единое изображение. Штука в том, что с помощью обычных телескопов посмотреть на черную дыру невозможно. Даже ближайшая дыра так мала, что рассмотреть ее это, примерно, как увидеть грейпфрут на Луне. Для изучения таких объектов понадобится телескоп размером с Землю.
Общими силами, возможно, получится решить эту задачку. Пока свое согласие на участие в проекте дали шесть обсерваторий. Наблюдения начнутся весной 2017 года. Тогда же, возможно, мы получим новую порцию революционной информации об этих таинственных явлениях. Пока же в нашем представлении о загадочных черных дырах еще полным-полно белых пятен.
Как часть космической матрешки, наша вселенная может находиться внутри черной дыры, которая сама по себе является частью большой вселенной. Все черные дыры, обнаруженные в нашей Вселенной - от микроскопических до сверхмассивных - могут быть дверными проемами в альтернативные реальности.
Одна из последних «галлюциногенных» теорий гласит, что черная дыра является туннелем между вселенными - нечто вроде червоточины. Черная дыра не коллапсирует в одну точку, как предполагалось, а переходит в «белую дыру» на другом конце черной дыры.
В статье, опубликованной в журнале Physics Letters B, физик из Университета Индианы Никодем Поплавский представил новую математическую модель спиралевидного движения материи, падающей в черную дыру. Его уравнения показывают, что такие червоточины являются жизнеспособными альтернативами сингулярностям пространства-времени, которые, как предполагал Альберт Эйнштейн, находятся в центре черных дыр.
Согласно уравнениям общей теории относительности Эйнштейна, сингулярности создаются, когда материя в регионе становится слишком плотной, как в сверхплотном сердце черной дыры.
Теория Эйнштейна предполагает, что сингулярности не занимают пространства, бесконечно плотные и бесконечно горячие - что, в принципе, поддерживается многочисленными косвенными доказательствами, но до сих пор остается трудно понятной для многих ученых.
Если Поплавский прав, может и понимать не придется.
В соответствии с новыми уравнениями, материя, которую поглощает и, видимо, уничтожает черная дыра, становится строительным материалом для галактик, звезд и планет в другой реальности.
Могут ли червоточины решить загадку Большого Взрыва?
Поплавский говорит, что понимание черных дыр как червоточин может объяснить определенные загадки в современной космологии. К примеру, теория большого взрыва утверждает, что вселенная началась с сингулярности. Но ученых не устраивает объяснение того, как такая сингулярность могла образоваться первоначально. Если наша вселенная родилась из белой дыры, а не из сингулярности, «это решает проблему сингулярностей черных дыр и сингулярности большого взрыва».
Червоточины также могут объяснять гамма-всплески, вторые по силе взрывы во вселенной после Большого Взрыва. Гамма-всплески возникают на периферии известной вселенной. Их связывают со сверхновыми, или смертью звезд, в далеких галактиках, но их точные источники являются загадкой. Поплавский предполагает, что всплески могут быть выбросами вещества из альтернативных вселенных. Материя проникает в нашу вселенную через сверхмассивные черные дыры - червоточины - в сердцах галактик, хотя и непонятно, как это возможно.
«Идея сумасшедшая, но кто знает?», - говорит ученый.
Есть по меньшей мере один способ проверить теорию Поплавского. Некоторые из черных дыр в нашей вселенной вращаются, и если наша вселенная родилась внутри такой же вращающейся черной дыры, значит, она должна унаследовать вращение родительского объекта. Если будущие эксперименты покажут, что наша вселенная вращается в предполагаемом направлении, это может быть косвенным доказательством теории червоточин.
Могут ли червоточины производить «экзотическую материю»?
Теория червоточин может также объяснить, почему некоторые особенности нашей вселенной отклоняются от того, что предсказывает теория, согласно физикам. Основываясь на Стандартной модели физики, после Большого Взрыва кривизна Вселенной должна увеличиваться со временем, поэтому спустя 13,7 миллиарда лет, то есть сегодня, мы должны сидеть на поверхности замкнутой сферической Вселенной.
Однако наблюдения показывают, что Вселенная плоская во всех направлениях. Кроме того, данные света от юной Вселенной показывают, что температура после большого взрыва была примерно одинакова везде. Это означает, что самые дальние объекты, которые мы видим на противоположном конце вселенной, были достаточно близки друг к другу и находились в равновесии, как молекулы газа в герметичной камере.
И опять же, наблюдения не соответствуют предсказаниям, поскольку противоположные объекты в известной вселенной настолько далеки друг от друга, что время, которое понадобится на путешествие между ними на скорости света, превышает возраст вселенной.
Чтобы объяснить расхождения, астрономы разработали инфляционную теорию.
Инфляция говорит о том, что вскоре после того как была создана Вселенная, она наблюдала быстрый рывок роста, в течение которого само пространство расширялось со скоростью, превышающей световую. Вселенная растянулась от размеров атома до астрономических пропорций за долю секунды.
Вселенная потому кажется плоской, поскольку мы находимся на сфере, которая чрезвычайно большая с нашей точки зрения; так и Земля кажется плоской для того, кто стоит в поле.
Инфляция также объясняет, как объекты, которые находятся далеко друг от друга, когда-то могли находиться достаточно близко, чтобы взаимодействовать. Но если даже предположить, что инфляция реальна, астрономы изо всех сил пытаются объяснить, чем она была вызвана. И здесь-то на выручку приходит новая теория червоточин.
Согласно Поплавскому, некоторые инфляционные теории говорят, что событие было вызвано «экзотической материей», теоретической субстанцией, которая отличается от нормальной материи отчасти потому, что отталкивается, а не притягивается под действием силы гравитации. На основе этих уравнений Поплавский пришел к выводу, что такая экзотическая материя могла возникнуть, когда некоторые из первых массивных звезд коллапсировали и превратились в червоточины.
«Возможно, имело место некоторое взаимодействие экзотической материи, которая образовала червоточины, и экзотической материи, которая вызвала инфляцию», - говорит он.
Уравнения червоточин - «хорошее решение»
Новая модель не стала первой, предположившей, что другие вселенные существуют внутри черных дыр. Дэмиен Иссон, физик-теоретик из Аризонского университета, ранее уже предполагал такое.
«Что нового? То, что решение червоточин в ОТО является переходом от внешней части черной дыры к внутренности новой вселенной», - говорит Иссон, не принимавший участия в исследовании Поплавского. - «Мы просто предполагали, что такое решение могло быть, но Поплавский его нашел».
Тем не менее, идея кажется Иссону очень спорной.
«Возможно ли это? Да. Вероятен ли такой сценарий? Даже не знаю. Но это однозначно интересно».
Будущая работа в сфере квантовой гравитации - исследовании гравитации на субатомном уровне - уточнит уравнения и потенциально подтвердит или опровергнет теорию Поплавского.
В теории червоточин нет ничего удивительного
В целом, теория червоточин интересная, но не прорывная, не проливает свет на происхождение вселенной, считает Андреас Альбрехт, физик из Калифорнийского университета в Дэвисе, который также не принимал участия в исследовании.
Утверждая то, что наша вселенная была создана из куска материи от родительской вселенной, теория просто сдвигает событие возникновения всего сущего в альтернативную реальность. Другими словами, она не объясняет, как возникла родительская вселенная или почему наша обладает именно такими свойствами - более того, свойства должны наследоваться, а значит родительская вселенная будет такой же.
«Есть несколько актуальных проблем, которые мы пытаемся решить, и непонятно, к чему все это приведет», - говорит он, отмечая исследование Поплавского.
Тем не менее, Альбрехт не находит идею червоточин, связывающих вселенные, «страньше», чем идею сингулярностей в черных дырах, и он не собирается отказываться от новой теории только потому, что она выглядит слегка двинутой.
«Все, чем занимаются люди в этой сфере, довольно странно», - говорит он. - «Вы не имеете права утверждать, что победит менее странная идея, потому что этого не произойдет, ни при каких обстоятельствах».
