Чёрная дыра в космологии — это, по сути, совокупность сильно сжатой массы. Проще говоря, если добавлять всё больше и больше массы к звезде или планете, или чему-то ещё — природа гравитации создаст притяжение настолько сильное, что даже лёгкие частицы не смогут ускользнуть.
Точка, откуда свет уже не может уйти, называется «горизонтом событий» чёрной дыры. Через этот горизонт или границу не может пройти никакая информация. Так сказать, дальнейших событий нет...
Самый центр чёрной дыры, где вся масса имеет наибольшее сжатие, называется сингулярностью.
Что означает «просто» сжатая масса? Если бы мы заменили наше Солнце чёрной дырой аналогичной массы, как это повлияло бы на нашу Землю? Загорать бы мы уже не смогли, но, в остальном, изменилось бы немного. Фактически, Земля продолжала бы вращаться по орбите, как будто ничего не произошло. И так продолжалось бы вечно, пока что-то не нарушило бы этот баланс...
Чёрные дыры и их гравитация не так уж и отличаются от других небесных тел. Небесные тела имеют массу. Чёрные дыры — это просто наиболее экстремальные скопления массы. Как правило, говорят о трёх видах чёрных дыр.
- Звёздная чёрная дыра — самая популярная и известная форма. Мы определяем их как средние по размеру. Их масса обычно примерно в 20 раз больше массы Солнца, а объём составляет около 15 км в диаметре. Такие чёрные дыры образуются, когда массивная звезда «схлопывается» сама по себе. Этот коллапс может вызвать сверхновую, которая выкинет часть вещества звезды в космос. Но в её прежнем центре вы найдете нашего новорождённого друга.
- Сверхмассивная чёрная дыра — это те объекты, которые вы найдёте в центре большинства галактик, и их размер варьируется. Они значительно массивнее звёздных черных дыр — по крайней мере, в сто тысяч раз или около того, или даже в миллиард раз. Они образуются одновременно с формированием окружающей их галактики. Но механизм их образования до сих пор не совсем понятен. Возможно, они возникают как звёздные черные дыры, а затем быстро продолжают питаться окружающим хаосом...
- Первичная чёрная дыра — самая маленькая. Мы называем их так, потому что их расцвет пришёлся на начало Большого взрыва. Их гипотетическое существование является следствием всего произошедшего хаоса. Они могли быть размером не больше атома, с массой большой горы или среднего человека.
Мы не можем с научной уверенностью сказать, что происходит в центре чёрных дыр. Что бы там ни было, наша физика не может этого описать или предсказать.
Это не значит, что сингулярность волшебна. Рассуждения о червоточинах или межпространственных воротах чаще всего бессмысленны и необоснованны. Наше понимание геометрии Вселенной бессильно в этих сингулярностях. Вероятно, это пока неизвестная категория сжатия массы, экзотическая форма материи или другое логическое продолжение наших нынешних представлений.
Решение этой проблемы придёт в уравнениях великого объединения, так сказать «теории всего». Мы найдем это с помощью комбинации квантовой механики и общей теории относительности. Эти теории — короли в описании квантового мира и макромира, но попытка их скомбинировать вместе пока терпит неудачу. Некоторые из наиболее популярных кандидатов на «теорию всего» — теория струн и теория квантовой гравитации.
Излучение Хокинга
Представьте себе пару виртуальных частиц, случайно возникающих где-то в космосе. Это происходит постоянно, что описывается тем, что мы называем квантовыми флуктуациями. Это реальное явление с наблюдаемыми (и подтверждёнными) эффектами. Пара является аннигиляторами друг друга. Это отрицательная и положительная энергия, равная нулю.
Если это происходит на краю черной дыры — на горизонте событий — эти пары частиц разделяются, прежде чем у них появляется шанс уничтожить друг друга. Одна из них падает в чёрную дыру, а другая улетает. Та, что улетает — это положительная энергия, а та, что падает — отрицательная энергия (антиматерия). Это и есть излучение Хокинга.
Улетевшие частицы будут обнаруживаемым излучением. Пока обнаружение безуспешно, но считается, что в конечном итоге это подтвердится.
Это явление приведёт к чистому отрицательному энергетическому воздействию на дыру — дыра получает отрицательную энергию. Это фактически означает, что черная дыра будет терять энергию, несмотря на то, что получает одну из расщеплённых частиц. Со временем этот чистый отрицательный эффект уменьшит дыру до точки, в которой она полностью исчезнет. Дыры испаряются.
Это излучение Хокинга — единственное, что во Вселенной может разрушить чёрную дыру. Это займёт много времени (триллионы лет), но, согласно этой ещё не подтверждённой гипотезе, это неизбежно.
Поглотит ли какая-нибудь чёрная дыра Вселенную?
Ответ состоит в том, что геометрическое расширение пространства может происходить как внутри дыры, так и снаружи. Это не окажет на нас воздействия, пока мы «слоняемся» вне дыры. Точно так же, как мы слоняемся в саду с очень глубоким колодцем...
Другой ответ, в настоящее время поддерживаемый нашими теориями, гласит, что чёрные дыры углубляют свои «колодцы» и растягивают пространство-время вместе с ними. Это в некоторой степени изменяет их горизонт событий, но не каким-либо экспоненциально неконтролируемым образом. Держитесь подальше от колодца, и всё будет хорошо...
Представьте себе вселенную всего с двумя объектами и ничего больше: бейсбольным мячом и бейсбольной битой. Оставьте их на противоположных концах известной Вселенной. На расстоянии 93 миллиарда световых лет друг от друга. Оставьте их в покое, достаточно надолго... И в конце концов они притянутся и встретятся друг с другом.
Если Закон всемирного тяготения работает с бейсбольной битой, почему чёрные дыры не сделают то же самое?
Современные космологи говорят нам, что Вселенная расширяется быстрее, чем гравитация стягивает самые дальние углы вместе. Это расширение подпитывается тем, что мы называем тёмной энергией, и это расширение превышает скорость света.
Следовательно, в реальной вселенной упомянутые мяч и бита никогда не встретятся, потому что пространство расширяется быстрее, чем работает сила притяжения. Однако внутри и вокруг галактик сила гравитации побеждает. Здесь она самая сильная. Вне галактик начинает побеждать расширение пространства.
Если экстраполировать это дальше, мы получим вечно расширяющуюся Вселенную с бесчисленными черными дырами там, где раньше были галактики. Или у нас будут галактики, которые имеют орбиты вокруг чёрных дыр. Кроме того, межзвездные кометы, планеты-изгои и так далее могут оставаться таковыми навсегда, если их пути находятся в стороне от притяжения галактик...
По материалам публикации (англ.).
