html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Девять сомнительных фактов о черных дырах

Иллюстрация: Jean-Pierre Luminet

Очень хотелось назвать заметку «Все, что нужно знать о черных дырах», но помешали два обстоятельства.

Во-первых, о черных дырах практичному человеку не нужно знать ничего: эти знания бесполезны. Причем бесполезны они по глубочайшим теоретическим причинам: все, что может случиться с вами в черной дыре, никак не скажется на Вселенной снаружи*, а потому этот опыт в принципе не может быть использован.

Во-вторых, как бы вам ни хотелось, вопреки практическому расчету, что-то о них разузнать наверняка, это пока за пределами возможностей науки (почему — см. ниже). И тем не менее любой редактор научно-популярного ресурса скажет вам: если надо подстегнуть интерес к изданию, просто поместите на обложку картинку с черной дырой, и люди к вам потянутся. Примерно из этих соображений мы и публикуем сегодня эту в высшей степени бесполезную заметку. Итак, вот они, наши тщательно отобранные девять фактов.

1. О черных дырах ничего не известно наверняка

Физики и астрономы любят говорить о черных дырах с таким выражением лица, как будто уж кто-кто, а они-то знают о них не понаслышке. Увы, это не так. Черные дыры — предсказание общей теории относительности Эйнштейна. Но вот всю остальную современную физику принято формулировать в терминах квантовой теории поля. Эта теория, если опошлить ее максимально возможным образом, говорит о том, что в мире нет ничего, кроме квантовых полей. Мы с вами, кстати, тоже состоим из квантовых полей. И уж если стричь все на свете под одну гребенку, то квантовым полем должна быть и гравитация (включая черные дыры). Но тут, как назло, квантовая теория начинает бастовать и включать в себя гравитацию никак не желает.

Это не значит, что Стивен Хокинг, например, рассуждая о черных дырах, выдумывает что-то из головы. И он, и остальные физики в этом случае поступают так: берут готовое кривое пространство-время, которое следует из теории Эйнштейна, в качестве декорации, и запускают туда действующих лиц — уравнения теории поля. В большинстве случаев это работает настолько хорошо, что никаких расхождений с опытом найти невозможно (если бы их нашли, это бы как раз дало хоть какие-то подсказки насчет того, в чем засада с квантовой гравитацией). Хорошо оно работает потому, что гравитация обычно довольно слаба и потому гораздо менее важна, чем все остальное, что происходит в мире; потому ее и можно считать просто фоном или декорацией, а все остальное — настоящим действием. Но вот в черной дыре все как раз наоборот: гравитация там важнее всего на свете — да что говорить, там по сути вообще ничего не происходит, кроме гравитации, см. п. 3). А потому можно только надеяться, что предсказания, полученные с таким произвольным допущением, не слишком расходятся с реальностью.

Все нижеизложенное следует воспринимать в свете этой оговорки.

2. Черные дыры, похоже, действительно существуют

В этом сходится подавляющее большинство ученых — физиков, космологов и астрономов. Самая популярная у публики черная дыра находится в центре нашей галактики и имеет массу в 4 миллиона солнечных масс. А еще, говорят, бывают черные дыры звездной массы, образующиеся при коллапсе звезд: эхо от столкновения таких дыр, то есть гравитационные волны, поймали год назад физики из коллаборации LIGO, о чем «Сноб» должным образом известил читателей.

Однако вся уверенность в существовании черных дыр строится на косвенных уликах. Есть довольно много наблюдаемых астрономических явлений, которые в точности соответствуют тому, что астрономы ожидали бы увидеть при наличии где-то там черной дыры (с поправкой на п. 1, разумеется). Недавний пример: ученые из Физтеха совместно с китайскими коллегами предложили механизм, объясняющий природу высокоэнергичных космических лучей в нашей галактике. Лучи эти обязаны своим происхождением так называемым «пузырям Ферми», а те, в свою очередь, возможно, естественный продукт жизнедеятельности нашей прославленной черной дыры в центре мироздания. Если вдруг окажется, что черных дыр на самом деле не бывает, множество ученых безмерно удивятся, а потом бросятся пересматривать свои монографии и отзывать статьи из научных журналов. Вариант крайне маловероятный, но чего только в науке не случается.

3. Черные дыры внутри пустые, но сложные

В черные дыры сваливается уйма всякой космической дряни, от пыли и газа до целых звезд и незадачливых инопланетных астронавтов. Отсюда можно бы предположить, что из этой дряни они и состоят, но нет. Черная дыра устроена весьма банально: внутри она пустая. В этой пустоте скрывается «сингулярность», то есть загадочное место, где все разумные величины превращаются в бесконечность. А поскольку внутри дыры пространство еще и бесконечно искривлено, то расстояние от горизонта до этой самой сингулярности тоже, вообще говоря, может быть бесконечно большим (а точнее, просто неопределенным). Все, что когда-то упало в дыру: материя, излучение и даже такие экзотические «вещи», как вращение или электрический заряд, — превращается в гравитацию. Заряд и вращение, впрочем, в результате остаются, но вот больше ничего там точно нет. Это свойство было переформулировано физиком Джоном Уилером в виде следующей теоремы: «У черной дыры нет волос».

И тем не менее однажды эти безволосые дыры безмерно удивили Яакова Бекенштейна и Стивена Хокинга: из их расчета следовало, что энтропия черной дыры — это максимальное количество энтропии, которое только можно втиснуть в некий объем пространства. А энтропия — это вообще-то число способов, которыми можно перестроить объект, чтобы он сохранил свои внешние свойства. У черной дыры, как выясняется, число таких способов очень, очень велико. Как ученые представляют себе пустое место, построенное триллиардами разных способов? Пока никак. Они договорились на данном этапе ничему не удивляться, а просто ждать, пока кто-нибудь придумает квантовую теорию гравитации.

4. Время для спасения друга из черной дыры, возможно, ограниченно

В традиционном мифе о черной дыре — а тут мы имеем дело именно с мифами, см. п. 1, — триллер про падение в черную дыру в принципе не может закончиться трагично. Согласно этому мифу, для героя, падающего в дыру, события в остальной Вселенной будут казаться все более стремительными, пока на горизонте он в один миг не увидит все будущее мироздания. Тем временем для внешних наблюдателей все наоборот: незадачливый герой по мере приближения к горизонту событий все больше замедляется и тормозит, пока наконец не застывает намертво на самом горизонте. С нашей точки зрения он горизонт так и не пересечет (хотя будет выглядеть все более тускло и красновато). А значит, у нас есть ровно все время во Вселенной, чтобы организовать экспедицию по спасению, а потом еще одну, и еще одну, и никогда не настанет момент, когда капитан спасательного корабля усталым движением выключит свет в рубке... С другой стороны, сам герой уже в момент пересечения горизонта будет знать, чем все закончится, причем этот спойлер его не обрадует.

На самом деле даже грубые прикидки показывают, что с субъективным временем не все так просто. А если говорить о нормальной современной физике, то мы точно не сможем спасти друга после того, как черная дыра испарится (что неизбежно произойдет согласно Хокингу) и вся информация о нем перекодируется в излучение. Это произойдет за конечное время даже по нашим часам.

А еще кое-кто из физиков подозревает, что пересечь горизонт вообще невозможно для физического наблюдателя: его сожгут выскоэнергичные частицы, мечущиеся вдоль горизонта. За обоснование этой идеи Джозеф Полчинский получил в прошлом году Мильнеровскую премию; мы писали об этом в одной из заметок на сайте. Таким образом, судьба упавшего в дыру космонавта на данном этапе совершенно непредсказуема.

5. Если упали в дыру, не суетитесь

Если вы случайно пересекли горизонт событий, то назад выхода нет; но, возможно, есть способ как-то устроить свою жизнь внутри горизонта? Например, выйти на устойчивую орбиту вокруг сингулярности? На первый взгляд, нет.

Есть такое странное следствие из теории Эйнштейна: то, что для одного наблюдателя пространство, для другого время. Именно поэтому при быстром движении линейка становится короче, а время растягивается, так что можно вернуться на Землю через пару веков, как герои коммунистической фантазии Стругацких. Так вот, внутри дыры ваш световой конус (не спрашивайте!) наклоняется в сторону сингулярности так сильно, что она оказывается для вас не «где-то рядом», а «впереди во времени». А потому неизбежна, как судьба. Праздные физики-релятивисты подсчитали, что в черной дыре солнечной массы время вашей счастливой жизни составит примерно одну миллионную секунды.

А если, попав в дыру, предпринять решительные действия, например, врубить полную тягу, это время может сократиться еще сильнее. Как было сказано, от сингулярности вас отделяет не пространство, а время. А время по теории Эйнштейна медленнее всего течет, если отдаться на волю гравитационным полям. Любое движение его только сокращает. А потому, если вам дороги эти последние мгновения — еще бы не дороги, вы ведь напоследок видите то, о чем не узнает никто из живущих! — просто расслабьтесь.

Впрочем, все вышесказанное относится к классической «шварцшильдовской» черной дыре, которая не заряжена и не вращается (и которых, весьма возможно, вообще не бывает). Московский физик Вячеслав Докучаев недавно рассчитал, что в общем случае внутри горизонта могут существовать стабильные орбиты, и по ним, при удачном стечении обстоятельств,  вполне могут даже летать планеты с инопланетянами. Возможно, Вячеслав сделал этот расчет лишь для того, чтобы не лишать упавшего в дыру последней надежды; потому мы и сочли своим долгом донести до читателя его выводы.

6. Ньютон и Лаплас не открывали черную дыру

Продвинутый читатель, возможно, где-то слышал, что существование черных дыр можно предсказать из теории Ньютона, и якобы Джон Митчелл и Пьер-Симон Лаплас это сделали еще в XVIII веке. На самом деле ничего такого не было.

Речь идет о «черной звезде» — настолько плотной штуке, что вторая космическая скорость для нее равна скорости света. Фотоны, испускаемые такой звездой, вылетают из нее со скоростью света, но падают обратно на поверхность. Сенсация (несостоявшаяся) в том, что радиус такой штуки легко посчитать на основе школьной физики, и он оказывается в точности равен шварцшильдовскому радиусу черной дыры. То есть вроде как Эйнштейн не открыл ничего нового?

Еще как открыл. «Черная звезда» — просто черная, и кроме этого ничем не интересна. Фотоны из нее, допустим, не вылетают, но мы с вами легко бы выбрались. Вторая космическая скорость — вещь совершенно невинная: с такой скоростью надо кинуть камень, чтобы он улетел в открытый космос. Но нам ничего не стоит начать двигаться прочь от этой звезды — как и от нашей Земли — с любой скоростью, с какой нам разрешают врачи, хоть пять километров в час. Если у нас есть ракетный двигатель и много топлива, мы даже при таком черепашьем движении рано или поздно выйдем из-под влияния гравитации любого классического небесного тела.

А вот с черной дырой этот фокус не пройдет. Вырваться из нее не могут не только брошенные камни или фотоны, но и вообще никакой объект ни с каким двигателем или топливом, что и придает этим дырам в наших глазах неизъяснимую и завораживающую прелесть.

7. Черные дыры пожароопасны

Наверное, ни к чему было упоминать об этом в беседе с нашим просвещенным читателем, но все же отметим, что черные дыры ничего не засасывают специально, а просто притягивают разные штуки в зависимости от массы и расстояния, как обычные астрономические объекты. Не так уж они и страшны, как может показаться. Если, например, наша Луна превратится в черную дыру и опустится на Москву, чтобы ее поглотить, то в городе Санкт-Петербурге будет ощущаться лишь приятное увеличение гравитации примерно в полтора раза. Ну да, питерцам придется ходить по набережным или мостам, слегка наклоняясь к северо-западу, но оно ведь того стоит.

С другой стороны, при пожирании черной дырой даже не всей Москвы, а одного лишь Кремля вместе с Боровицким холмом выделится энергия, соразмерная взрыву Чиксулубского метеорита, сгубившего динозавров (да и то если у этой дыры не будет слишком уж сильного магнитного поля). То есть непонятно, радоваться ли петербуржцам или все-таки беспокоиться.

8. Черные дыры иногда испаряются, а иногда растут

Если вы где-то читали, что черные дыры со временем испаряются, имейте в виду, что это скорее теоретическое предсказание, чем практически значимый факт. Ну да, они должны бы вроде испаряться, причем тем быстрее, чем меньше дыра. Увы, у мировой науки нет ни малейших данных о том, что где-то на свете существуют дыры массой меньше нескольких солнечных. А те дыры, которые вроде как есть, имеют температуру, которую мы бы с вами назвали «почти абсолютный ноль». Для таких дыр даже космический микроволновой фон с температурой минус двести семьдесят по Цельсию — как приятный теплый душ. Они с удовольствием поглощают его и день ото дня только тяжелеют, а никоим образом не испаряются. Конечно, если подождать еще много миллиардов лет, ситуация изменится, но нам-то что в том проку?

9. Черные дыры могут служить народному хозяйству

Британский физик и математик Роджер Пенроуз придумал, как можно извлекать энергию из черных дыр: надо просто бросить тело этак по касательной, чтобы оно ушло от дыры с большей энергией, чем обладало до этого. Такой фокус, правда, прокатывает только с вращающимися черными дырами. Но если дыра попалась удачная и вращается быстро, то в полезную для народа энергию можно перевести больше четверти ее массы. Если бы такой удачной дырой оказалась та, что находится в центре нашей галактики, то доберись мы до нее — и потребности человечества в энергии были бы удовлетворены на миллиард триллионов триллионов лет** вперед. При условии, конечно, что эти потребности останутся на нынешнем уровне.

Следует, однако, понимать, что источник этот невозобновляемый: подоить данную черную дыру на предмет энергии можно лишь один раз, а потом она перестанет вращаться и станет бесполезной. Ищи потом замену в другой галактике.

Вот какие чудеса открываются, если долго и неотвязно размышлять о черных дырах. Потому, наверное, люди так и любят читать про эти дыры, что это их как-то подталкивает к осознанию чудесности Божьего мира.

То есть он чудесен и без дыр, но дыры упрощают понимание этого факта***.

 

Примечания

* Когда рассуждаешь о черных дырах, ни в чем нельзя быть уверенным наверняка: физики продолжают вести споры о том, как упавшая в дыру информация может выйти наружу в виде хокинговского излучения, а когда дыра через квадрильоны лет испарится полностью, снаружи, очевидно, окажется и ваш бесценный опыт. Ученым будущего останется только его расшифровать.

** Основную часть расчета выполнили Пенроуз и Хокинг, а мы в редакции «Сноба» только подставили цифры в формулу.

*** Автор глубоко признателен за критику астрофизику Сергею Попову, который нашел в первом варианте этой заметки много дурацких ошибок, а автор их исправил, как мог.

По мнению уважаемого Сергея Попова, такие статьи вообще не следует публиковать, потому что изложить подобный материал корректно может только «суперспециалист в данной области». Но если так рассуждать, придется поставить крест на 99% популяристики. Спор этот идет не первый век: подобно Сергею, средневековые богословы запрещали переводить Библию на европейские языки, чтобы избежать искажений. Они, как и уважаемый Сергей, полагали, что лучше уж полное невежество, чем искаженное и опошленное знание. Но эта точка зрения постепенно сдает позиции. Сейчас принято думать, что искаженное и опошленное знание все же лучше полного невежества. Именно такое знание мы и несем читателю в меру своих сил.

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с snob.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • snob.ru
          • домен snob.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции