Что скрывают черные дыры?

Как-то в конце 1960-х годов один из самых известных физиков прошлого столетия Джон Уилер (1911-2008) выступал в научно-популярной радиопередаче ВВС. Он долго и красочно рассказывал о разных космических чудесах, а в конце перешел к больному для него вопросу о всяческих «некорректных наблюдениях и мифических объектах».

 Здесь американский ученый с жаром набросился на гипотезу существования «застывших» (темных, замерзших) звезд, которая была ему особенно не по душе. Выражая свое презрительное отношение к этим «физико-математическим фантазиям», он назвал их «черными дырами». Так, с легкой руки Уилера образный термин «черная дыра» появился в СМИ, а потом и в научных работах.

Бездонные провалы пространства-времени

Черной дырой мы сегодня называем результат удивительнейшего природного явления – падения «внутрь самих себя» массивных небесных тел. На латыни collapsus означает «упавший», поэтому и черные дыры астрономы часто называют «коллапсарами». Им присущ такой сверхсильный «концентратор» поля тяготения, что ничто, включая свет, не может вырваться из них наружу.

Исторически черным дырам предшествовали темные звезды, открытые «на кончике пера» британским астрономом Джоном Мичеллом (1724-1793 годы). Основываясь на теории всемирного тяготения Ньютона, Мичелл описал такие звезды, сила притяжения которых удерживала даже лучи света. Естественно, что заметить такую абсолютно черную звезду было бы невозможно. Свои расчеты Мичелл изложил на одном из заседаний Лондонского королевского общества в 1784 году и сразу же попал под огонь критики. Ведь таких феноменов астрономия того времени не знала!

Так идея темных звезд, или, как их сегодня называют, «ньютоновских» черных дыр, была надолго похоронена в научных архивах. О ней вспомнили только в эпоху Альберта Эйнштейна (1879-1955 годы) и его теории всемирного тяготения. Теория Эйнштейна связала гравитацию с искривлением пространства и сразу же привлекла внимание многих физиков. Его коллега по Берлинской академии наук Карл Шварцшильд (1873-1916 годы) сумел показать, что иногда очень концентрированные гигантские массы могут образовывать как бы бездонную воронку пространства-времени.

Вблизи коллапсара Шварцшильда должны были бы происходить удивительные вещи: сердце человека начинало бы биться все реже и реже, его часы − безнадежно отставать, а свет вокруг − краснеть. Сам поток времени замедлялся бы, вплоть до застывания вблизи условной границы черной дыры, как река в мороз. Ну а что же мы увидим в глубине космического провала коллапсара?

Увы, там происходят настолько странные вещи, что их просто невозможно популярно описать. Впрочем, многие физики хоть и спорят о внутреннем строении черных дыр, теоретически уже нашли им применение.

Метро между галактиками

Более 30 лет назад знаменитый астроном и научный фантаст Карл Саган решил написать роман о межзвездных путешествиях и при этом не заниматься пустым фантазированием, а создать на страницах своей книги «настоящий» внепространственный туннель. Для обсуждения деталей он обратился к видному физику-теоретику Кипу Торну, и тот с энтузиазмом принялся за вычисления.

Торн и его сотрудники убедительно доказали математически, что пространственно-временной канал можно не только искусственно создать, но и поддерживать в «рабочем» состоянии. Созданная таким образом «червоточина» в пространстве-времени связала бы не только отдаленные уголки нашей Галактики, но и метагалактические просторы.

Сотрудничество Сагана и Торна привело к появлению научно-фантастического бестселлера «Контакт», вскоре положенного в основу очень зрелищного одноименного фильма. Там действительно присутствует своеобразное «метро» между галактиками, по которому путешествует главная героиня. Между тем Уилер критиковал не только черные дыры, но и всяческие подпространственные переходы между ними. С большим сарказмом он называл их «кротовыми норами», «червоточинами» и «червячными ходами». Просто удивительно, но и эти выражения сначала попали в лексикон журналистов, а затем перекочевали в научные работы.

В научно-фантастической литературе часто рассказывается о самых экзотичных способах преодолеть пространство и время. Родилась даже своеобразная тактика будущих «звездных войн», когда боевой флот землян «ныряет» в подпространство черной дыры и неожиданно выныривает прямо у баз враждебных инопланетян, мгновенно промчавшись биллионы парсеков.

Впрочем, судя по астрономическим наблюдениям, черные дыры потребуют титанических усилий для своего «приручения», ведь они являются опаснейшими космическими объектами, формирующими «рельеф» Вселенной.

«Космические каннибалы»

Часто астрономы фиксируют чудовищные всплески энергии, приходящие из далекого космоса. Это могут быть отголоски драматических процессов гибели планет и звезд в провалах черных дыр. Космические монстры разрывают газовое тело неосторожно приблизившейся звезды и целиком «проглатывают» более мелкие небесные тела – планеты, кометы и астероиды.

Черная дыра притягивает обращенную к ней сторону близко пролетающей звезды гораздо сильнее, чем противоположную. Такая мощная приливная сила растягивает звезду и вызывает падение газа из звезды в черную дыру. Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик.

Среди черных дыр встречаются и большие непоседы, стремительно перемещающиеся внутри звездных островов галактик. Вместе со своими оседлыми собратьями эти «космические каннибалы» постоянно не только поглощают планетарные системы, вроде нашей Солнечной, но и заглатывают пылегазовые облака, тянущиеся между звездными скоплениями.

Астрономы давно заметили, что в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы составляют немногим более нескольких миллионов солнечных масс. Черные дыры в центрах гигантских галактик включают в себя миллиарды солнечных масс. Все дело в том, что окончательная масса черной дыры формируется в процессе формирования галактики. В некоторых случаях черные дыры увеличиваются не только за счет поглощения газа отдельной галактики, но и путем слияния галактик, в результате чего их черные дыры объединяются.

В самом центре Млечного Пути располагается ядро нашей Галактики, в котором скрыт таинственный объект Стрелец А*. Астрономы считают, что это главный претендент на роль черной дыры массой около четырех миллионов солнечных масс. Периодически этот наш местный «каннибал» пожирает ту или иную звезду. И вот тогда специальные рентгеновские телескопы регистрируют «предсмертный крик» светила в виде импульса рентгеновского излучения. Это в его помощью изучают наши внутренние органы в рентген-кабинете.

Впрочем, черные дыры могут быть и вполне миролюбивыми, образуя двойные звездные системы с обычными светилами. Однако эта идиллия тоже заканчивается трагически, и через сотни миллионов, а может и миллиарды лет дистанция между черной дырой и звездой сократится до критического предела. Движение звезды станет неустойчивым и после нескольких оборотов вокруг черного монстра она исчезнет в его чреве.

Загадка Тунгусского метеорита

В принципе, можно создать и искусственную черную дыру. Для этого надо сжать любую массу до размеров гравитационного радиуса (радиус сферы, на которой сила тяготения, создаваемая массой внутри этой сферы, стремится к бесконечности. – Прим. ред.), а дальше она уже сама начнет катастрофически сжиматься − коллапсировать. Правда, сделать это очень даже непросто, ведь чем меньше масса, тем меньше гравитационный радиус. Например, гравитационный радиус Земли равен примерно одному сантиметру, а для того чтобы превратить в черную дыру Луну, ее пришлось бы сжать до размера крупной молекулы.

Тем не менее, с помощью моделей микроскопических дыр, или, как их чаще называют, микроколлапсаров, иногда пытаются объяснить всяческие загадочные явления. Так, есть гипотеза, что знаменитый Тунгусский метеорит был не чем иным, как миниатюрной черной дырой, блуждающей по просторам Вселенной. Можно было бы, конечно, просто отмахнуться от подобных выдумок, но тут возникают любопытные детали: полное отсутствие остатков метеорита, необычный характер взрыва и противоречивые наблюдения траектории полета.

Есть идеи, что подобный микроколлапсар имел и вполне земное происхождение. Дело в том, что именно в период падения Тунгусского метеорита великий американский изобретатель Никола Тесла (1856-1943 годы) испытывал на удивительной башне Вондерклиф некий волновой резонатор, который с помощью «стоячих волн мирового электрического эфира» должен был передавать энергию в масштабах всей планеты.

Городские легенды рассказывают, как над Подкаменной Тунгуской вспыхнул колоссальный плазмоид, мгновенно коллапсировавший в черную мини-дыру. Этот процесс вызвал ураган энергии, зафиксированный как тунгусское чудо.

Существует и вариант этой гипотезы, в котором сам Тунгусский метеорит представлял собой именно миниатюрную черную дыру, с огромной скоростью пронизавшую нашу планету.

Насколько же правдоподобны выводы физиков-теоретиков? Существуют ли в действительности червячные ходы в пространстве-времени или же это всего лишь своеобразная «физико-математическая фантастика»? И самый главный вопрос: можно ли предложить какие-либо реальные эксперименты по созданию искусственных подпространственных кротовых нор, ведущих в пространство иных измерений?

БАК – машина судного дня или генератор микроколлапсаров?

Расчеты показывают, что микроскопические черные дыры вполне могут возникать в экспериментах на ускорителях элементарных частиц, таких как широко известный Большой адронный коллайдер (БАК), запущенный в ЦЕРН. Принцип действия БАК теоретически довольно прост: представьте себе трубу, в которой две гигантские пушки стреляют навстречу друг другу особыми снарядами – элементарными частицами, из которых состоят атомы. Встречаясь, эти микроскопические снаряды рассыпаются фейерверком всяческих осколков, среди которых могут быть и микроскопические черные дыры. Если физики БАК обнаружат эти микрообъекты, то научная сенсация намного превзойдет недавнее открытие «частицы бога» − бозона Хиггса.

Некоторые ученые считают, что микроколлапсары – очень опасные объекты, которые могут привести к планетарной катастрофе. Запуск БАК сопровождали протестные акции, а группа физиков даже подала в суд на ЦЕРН как на организацию, подвергающую человечество смертельной опасности.

В конце концов страсти несколько улеглись, поскольку физики наглядно показали, что каждый миг на земную поверхность обрушиваются лавины космических частиц, намного превышающих по энергии продукты столкновений в БАК. Тем не менее, потоки космических лучей сверхвысоких энергий не представляют никакой опасности и не порождают микроскопические черные дыры.

С другой стороны, компьютерные модели показывают, что если бы Землю посетила мини-дыра, то она тут же провалилась бы к центру нашей планеты и стала бы вращаться вокруг него, поглощая магму. Но каким бы зловещим ни казался этот процесс, для того чтобы он как-то проявился на поверхности, потребуется несколько миллиардолетий. Так что, вполне возможно, мы уже давно живем с черной дырой под ногами…

Будущее Вселенной и жизнь в черной дыре

Неизвестно, будет ли существовать через миллиарды лет человечество, но в оптимальном варианте астрономы далекого будущего смогут наблюдать совсем иную Метагалактику – видимую Вселенную. Большинство звезд сгорит, а солнцеподобные светила превратятся в сверхплотные карлики. В то же время более массивные звезды станут черными дырами, которые еще меньше и имеют такое сильное гравитационное поле, что даже свет не может его преодолеть. Однако эти остатки будут по-прежнему вращаться вокруг центра Галактики с периодом около 100 миллионов лет. Столкновения между остатками выбросят некоторые из них прочь из Галактики. Остальные установятся на более близких к центру орбитах и в конце концов соберутся вместе, образовав в центре Галактики гигантскую черную дыру, которая однажды поглотит всю материю.

Что же это будет – конец жизни и разума в нашей Вселенной?

Не будем спешить, ведь некоторые современные теории предсказывают, что и в страшных глубинах черных дыр могут существовать целые планеты, неопределенно долго вращающиеся вокруг центральной точки. По предварительным расчетам, такие планеты даже могут быть ярко освещены за счет фотонов, попавших извне в ловушку дыры и вращающихся вместе с другими телами на той же стабильной орбите.

Осталось решить только последний вопрос: а может ли на планетах черной дыры существовать жизнь? По мнению отдельных теоретиков, возможно и такое. Более того, спасаясь от космических катаклизмов, наша будущая высокоразвитая цивилизация может найти реальное убежище в недрах сверхмассивной черной дыры, занимающей ядро Млечного Пути.

Разумеется, колонизаторам черных дыр придется решить ряд грандиозных задач, таких как противодействие колоссальным приливным силам и защита от сильнейших потоков радиации. Однако с точки зрения эволюции разума цивилизация, сумевшая проникнуть внутрь черной дыры, будет обладать поистине сказочными технологиями, способными решить самые фантастические проблемы.

Возможно, уже через несколько тысячелетий человеческая цивилизация будет совершенно свободно открывать порталы в иные миры. При этом могут возникнуть самые разные варианты: червоточины между удаленными частями нашей Галактики, подпространственные туннели между галактиками на самом краю Вселенной, мосты между прошлым и будущем, кротовые норы в иные миры.

Тогда человечеству будущего не страшны никакие космические катастрофы, и оно сможет свободно путешествовать по различным вселенным, выбирая благоприятное место обитания. Более того, разобравшись с тем, как рождаются вселенные и почему у них бывают различные свойства, сверхцивилизация может заняться через горловины черных дыр поиском готовых и созданием новых миров, более приспособленных для жизни и не подверженных разного рода катаклизмам.

Итак, что же скрывают в себе черные дыры? Путь в иные миры, безграничную энергетику будущего, последний вздох Вселенной или цивилизации иномирян?

Возможно, что ответы на часть этих вопросов будет знать уже нынешнее поколение студентов и школьников. Нам же остается только ждать того волнующего момента, когда астрономы наконец-то смогут приступить к непосредственному изучению «кандидатов в гравитационные коллапсары».