Человек перед Вселенной. Космос и картина мира

Игорь Ярмизин

В книге в доступной форме рассказывается о современной картине мира, которая во многом выглядит еще более фантастичной, нежели потусторонние миры Средневековья. А как каждый из нас связан с Космосом? Насколько реальны угрозы с его стороны? Одиноки ли мы во Вселенной и наша Вселенная в пространстве?Книга может служить учебным пособием как для учителей и школьников, так и для всех интересующихся астрономией.

Глава 3. Черные дыры

Первый в истории снимок черной дыры в галактике М87. Для сравнения в центре кружком обведена вся Солнечная система

В Космосе очень много странностей. Но, пожалуй, самое загадочное явление — это черные дыры. «Алиса в стране чудес» по сравнению с ними просто произведение социалистического реализма.

Если очень коротко, то это звезды с массой более трех Солнц на поздней стадии эволюции. Существование таких объектов предсказал еще Эйнштейн, но он так и не смог поверить, что они реально существуют. А вот поди ж теория и здесь оказалась верной. (Хотя справедливости ради отмечу, что самым первым о существовании черных дыр догадался вовсе не Эйнштейн и даже не Роберт Оппенгеймер в 1933 году, как принято считать, а еще в 1784 году английский священник Джон Митчелл). Правда, первый такой объект открыли только в 1962 году, а на сегодняшний день только в нашей галактике их насчитывается сто миллионов (!).

На первый взгляд, устроена «дыра» более чем просто. В центре — точка сингулярности, в которой сконцентрирована практически вся масса и о которой толком ничего не известно. Далее — пустота, затем — горизонт событий, за который ничего, даже свет, не может вырваться. Рядом с горизонтом событий царит сутолока и невероятная давка, как в метро в час пик. Дело в том, что черная дыра притягивает к себе всю близлежащую материю, — газ, частицы, неосторожно подобравшиеся к ее «владениям» звезды… Разрывает их и поглощает. Чтобы оценить размер «аппетита» достаточно представить, что, например, сверхмассивная черная дыра J2157—3602, расположенная в 12 миллиардах световых лет от Земли, каждые пару дней «съедает» объем вещества весом с Солнце! А некоторые ее «коллеги» заглатывают огромные звезды целиком, будто какую-то индейку! Сопротивление бесполезно, ибо само пространство искривляется таким образом, что звезду буквально засасывает внутрь монстра, как воду в слив раковины.

Но подобно тому, как любой, пусть и самый толстый человек не может кушать бесконечно, так и черная дыра время от времени оказывается «сытой» и даже переевшей. Будущая «пища» толчется на орбите, вблизи горизонта событий, разогревается, светится (та же J2157—3602 блистает ярче целой галактики) и время от времени выбрасывается в Космос в виде мощнейших джетов, — струй раскаленной материи, вырывающейся с околосветовой скоростью.

Но неосторожная звезда или планета рискует не только быть «съеденной». Иногда события развиваются прямо противоположным образом: их могут не поглотить, а отбросить. Так недавно была обнаружена звезда S5-HVS1, которую сверхмассивная черная дыра Стрелец А, выбросила в Космос, и она сейчас летит прочь из Галактики с колоссальной скоростью — 6 млн километров в час. Увы, остаток своей жизни звезда-изгнанница будет вынуждена провести в полном одиночестве, плывя в абсолютно пустом межгалактическом пространстве.

Может возникнуть вопрос, — не представляют ли черные дыры опасности для нашей планеты, коли они «пасутся» в количестве сотни миллионов штук на необозримых просторах Млечного Пути. Ответ прост: представляют. Тем более, что большинство из них блуждает, оставаясь невидимыми. Более того, даже наш центр, самый массивный объект в Галактике — Стрелец А — был открыт только в XXI веке. Да и сегодня он хранит множество тайн. Например, до последнего времени он считался тихим и мирным, однако, неожиданно в 2019 году почти моментально увеличил яркость в 75 раз (!). Причина точно не определена, но ученые не исключают, что она может заключаться в соседней звезде, которая иногда, не ведая страха, подходит к монстру почти вплотную (по космическим меркам, разумеется). Не исключено, что поплатилась за излишнюю смелость.

Так что небесные тела, тем более, такие скрытные как черные дыры, постоянно преподносят сюрпризы. Для нас они оборачиваются все новыми и новыми открытиями (например, в 2019 году неподалеку от Стрельца А нашли ее «компаньона» с массой в 32 тысячи солнечных). Но общее количество найденных черных дыр все же смехотворно мало по сравнению с теоретически предсказанным их количеством. Что имеет значение вовсе не только с точки зрения перспективных ученых изысканий. Увы, совершенно не исключена ситуация, когда в один далеко не прекрасный момент мы обнаружим такую «соседку» где-нибудь в окрестностях Солнечной системы. Это вам не пресловутое «глобальное потепление», эта проблема посерьезнее будет. Ибо что делать с таким «подарком судьбы» — совершенно непонятно. Никаких способов противодействия ему у человечества нет. Разве что молиться.

*** *** ***

А теперь давайте постараемся чуть более подробно разобраться в этих загадочных объектах. Чисто физически «дыры» характеризуются просто чудовищной плотностью вещества. Для сравнения: если бы Солнце смогло стать черной дырой, то диаметр у него был бы всего 3 километра, а Земля со всеми горами, океанами и континентами так и вовсе превратилась бы в горошину, имея в поперечнике всего 9 миллиметров. Причем эти цифры характеризуют размер горизонта событий, а не точки сингулярности. Не будем забывать, что почти вся масса, как уже говорилось, сконцентрирована в ней.

Черные дыры «разговаривают»: впервые на них обратили внимание, услышав звук, зловещее шипение, исходившее откуда-то из центра галактики. А некоторые не только «разговаривают», но еще и бешено вращаются. Так, недавно была открыта сверхмассивная черная дыра (т.е. массой от нескольких миллионов Солнц), вращающаяся со скоростью 87% от световой, т.е. 260 тысяч км/с.

Но такой размер черной дыры вовсе не уникален. Давайте лучше познакомимся с настоящим монстром — SDSS J140821.67+025733.2. Это очень далёкий квазар в созвездии Девы. Его вес в 196 миллиардов раз (!) превышает массу Солнца. Диаметр этой чёрной дыры составляет около 0,123 светового года, — почти в 100 раз больше диаметра орбиты Плутона. Своим светом квазар затмевает буквально все. Еще бы, он ярче Солнца в полквадриллиона раз и ярче сотен миллиардов звёзд нашего Млечного Пути в 40 000 раз! Просто невероятный масштаб.

А теперь постараемся представить себе. Начинается коллапс звезды, о котором мы уже говорили. Только на этот раз очень массивной. Вот, сбросив внешние слои, она начала сжиматься. Проходит стадии белого карлика, нейтронной звезды… Но из-за огромной массы силы гравитации очень велики, а потому сжатие продолжается. И вот — щелк, что-то происходит, — и все рушится в бездну. Теперь вместо привычных нам объектов вроде звезд, пусть даже совсем маленьких, но с очень большой плотностью, как нейтронные, происходит скачок, привычное нам видимое материальное тело исчезает, и мы получаем нечто. Нечто, заключающееся в неопределенно маленькой сингулярной точке, где сконцентрирован вес нескольких звезд, а иногда нескольких миллионов или миллиардов звезд. Нечто столь могущественное, что подчиняет себе и пространство, и время. Нечто зловеще шипящее — черную дыру.

Черные дыры — это миры, где очень маленькое и очень большое неотличимы, а реальность и иллюзия — одно и то же (впрочем, в нашем мире дела обстоят аналогично, только мы этого не замечаем, но разговор об этом еще впереди). Их поверхность состоит из коллапсирующего вещества, в котором время переходит в материю и наоборот. Это пятое состояние вещества после твердого, жидкого, газообразного и плазмы. Пока о нем нам мало что известно, но сам феномен интереснейший и кто знает, какие области практического применения со временем может открыть его изучение.

Недавно ученые установили, что хотя объект, падающий в черную дыру, пропадает в ней, но информация, содержащаяся в нем, остается на поверхности, в двухмерном пространстве. Т.е. как бы двухмерная матрица трехмерного мира объектов. Разумеется, пока это все теоретические построения, и тем не менее. О том же самом, но уже применительно ко всей Вселенной, мы еще поговорим, когда будем обсуждать рассмотрение нашего мира как голограммы.

Край черной дыры называется горизонтом событий, это черта, за которой возврата нет. За ней — море света, не имеющего возможность вырваться за горизонт. Здесь, как у Гете, «… царствуют Боги, здесь нет пространства, еще меньше времени». На границе двух миров стоит огненная стена. Firewall. В буквальном смысле. Она сжигает все, что пытается ее пересечь.

Здесь пространство обрушивается в бездну. Здесь нет времени. Здесь самый краткий миг — это бесконечность. Здесь нам предстает мир, сотканный из невообразимых парадоксов. Так ход времени останавливается. Но только для нас, сторонних наблюдателей. А для странника, проникшего туда, за горизонт, время наоборот бежит бесконечно быстро. Окунувшись в этот стремительный поток, он сможет увидеть все будущее, ожидающее нас. Его взору предстанет вся история окружающего нас мира, вплоть до уничтожения Земли, превращения Солнца в белого карлика, смерти галактик и, может быть, всей Вселенной.

В этом мире свет движется по замкнутым траекториям, не в силах преодолеть притяжения. Здесь парадокс — это норма, здесь средневековых демонов, чертей и колдунов вы будете ностальгически вспоминать как невинную детскую забаву человечества, притягательную как милость домашнего уюта. Здесь смертельная опасность таится даже не в каждом шаге, а на каждом миллиметре пространства. Например, ни в коем случае нельзя близко подходить к горизонту событий, смельчак, желающий «подергать тигра за усы», может поплатиться. Ибо каким-то мистическим образом «дыра» уже знает о своей жертве, знает, что при поглощении масса ее возрастет, и, предвкушая это событие, заранее увеличивает радиус горизонта событий как соответствующий новой, увеличенной массе. А вам после рокового шага, увы, надеяться уже не на что, спагеттизация неизбежна. «Спагеттизация» — это официальный термин, означающий превращение человека т.н. приливными силами (гравитацией) в подобие спагетти, только очень тонких, толщиной в один атом.

А внутри черной дыры все еще чудеснее. На так называемом горизонте Коши, расположенном между горизонтом событий и точкой сингулярности, гравитация становится столь чудовищной, что время останавливается. Здесь настоящее, прошлое и будущее слиты в одном бесконечном мгновении «сейчас», и их можно увидеть. Здесь перестают действовать земные представления и законы, в том числе логика, а дальше начинается настоящая фантастика. К примеру, существуют предположения, что «оттолкнувшись» от горизонта Коши можно через белую дыру¹ попасть в параллельную Вселенную.

А сейчас попытаемся представить себя в космическом корабле. Наши часы остановились. Наступила вечность. Мы оставили позади точку невозврата, за которой начинаются иные миры. Наша скорость превышает скорость света, и спустя минуту мы уже оказываемся в черной дыре, где можно видеть все прошлое Вселенной. Постепенно «сбрасываем» скорость до световой, и достигаем т.н. внутреннего горизонта. Это самое неистовое место во Вселенной. Частицы там разлетаются во всех направлениях разом, а энергии хватило бы для всего чего угодно, даже для Большого Взрыва.

За внутренним горизонтом наступает некоторое успокоение. Силы уравновешивают друг друга, и мы продолжаем полет к сингулярности. Здесь наше понимание физики, природы Вселенной заканчиваются.

Вокруг сингулярности есть своя зона, в которую можно как войти, так и выйти. Причем, выйти еще раньше, чем вошли, раньше даже, чем построили вашу ракету, и вы отправились в полет. Если лететь дальше через сингулярность, то мы можем попасть в белую дыру или червоточину, откуда путь один — в иные миры и иные измерения.

Так что черная дыра — это машина времени и космический музей. Она — настоящий хранитель истории. Там можно просмотреть «фильмы» обо всех исторических событиях сразу.

Честно говоря, черные дыры многие физики очень недолюбливают. По мере изучения уж очень много у них обнаруживается свойств не просто необычных, а граничащих, по выражению академика Черепащука, с какой-то чертовщиной. Отсюда и настороженность к ним: во-первых все-таки все мы люди со своим обычным опытом, а во-вторых, ни одному серьезному ученому не хочется прослыть этаким чудаком или падким до сенсаций фантазером.

Стоит, однако, отметить еще пару моментов: во-первых, зачастую теории предсказывают нам то, во что мы не можем поверить, но они оказываются правы (как в случае Эйнштейна и черных дыр, о чем уже говорилось), а во-вторых, многое, о чем шла речь, не только теоретические построения, но и экспериментально доказанные факты. Например, зависимость скорости течения времени от гравитации экспериментально подтверждена при помощи атомных часов и горы. На горе время идет быстрее на 1 миллиардную секунды, т.к. дальше от центра Земли, и притяжение слабее. Но в земных условиях такие изменения ничтожны, а в черной дыре — просто колоссальны.

Звезды, планеты, черные дыры и даже мельчайшие тела искривляют пространство, время (даже на крыше дома оно идет быстрее, чем в подвале), свет. Вся Вселенная буквально пронизана силовыми линиями. Мы перемещаемся в их хитросплетениях, словно в зарослях. Забытые, потерянные, ведомые иллюзиями свободы и собственной воли, направляющими нас в столь же иллюзорном мире. ХХ век подтвердил его иллюзорность на микроуровне, проделать то же самое в макро — и мегамасштабах — задача наступившего столетия.

Но вот что особенно важно, что хотелось бы подчеркнуть. Мы говорим о самых разных, порой весьма экзотических объектах. Но всегда надо держать в уме одно общее правило: в природе ничего не бывает просто так. Если объект существует, значит, он для чего-нибудь нужен! Вот и черные дыры, поначалу казавшиеся просто экзотикой, как недавно выяснилось, играют исключительно важную роль. Коротко говоря, сверхмассивные черные дыры — это центры масс, вокруг которых формируются галактики. Только благодаря им Вселенная имеет структуру. Чем больше галактика, тем больше черная дыра.

Таким образом, самая разрушительная сила в Космосе одновременно и самая созидающая. Скорее всего, эта роль не единственная, но о гипотетической «транспортной» функции в иные миры мы уже говорили, а о том, какие еще у черных дыр могут быть предназначения можно только догадываться.

Конец ознакомительного фрагмента.

Примечания

1

Белая дыра антипод «черной», т.е. не притягивает вещество, а наоборот, отталкивает, выбрасывает. Существует пока только как виртуальный, математический объект.