Всем привет!
Звездануло меня рассказать вам, что такое сингулярность и чёрные дыры.
Здесь будет текст подкаста, но если кому-то приятнее смотреть на ютубе – пожалуйста:
А если кому-то хочется послушать в формате подкаста – вам сюда. Ссылки на стриминги есть там же:
Ну да ладно, погнали!
Начну с сингулярности. Вообще, это слово обозначает просто единство и видов сингулярности очень много. Я в подкасте буду рассматривать гравитационную и космологическую сингулярность. Остальное можете из любопытства почитать на досуге.
Итак, космологическая сингулярность – это состояние Вселенной ДО момента Большого взрыва, то есть, ДО того, как она стала расти. Учёные не могут никак собрать в этот момент уравнения, которые описывали бы пространство и время. Они вообще стараются не говорить про сингулярность точными терминами. Догадки, предположения, неявные формулировки – пожалуйста. Короче, она всех конкретно подзадолбала и, хотя никто ничего не знает, пользуются ей вполне успешно.
По всяким расчётам выходит, что в космологической сингулярности материя бесконечно плотная и бесконечно горячая. И это же становится противоречием, сейчас объясню, почему.
Смотрите, температура возникает, когда частицы бьются друг об друга. То есть, если происходит столкновение частиц с выделением какой-то энергии. Так вот, в бесконечно плотном веществе места, чтобы двигаться у частиц нет, а значит, биться они друг об друга не могут и температуре просто неоткуда взяться.
Давайте для наглядности представим бильярдный стол – это будет пространство, а шары выступят в роли частиц. При ударе двух шаров повышается температура системы, то есть, стола и шаров. Бесконечная плотность – это ситуация, когда весь стол плотнячком забит этими шарами и даже между ними что-то вроде песка. Смогут шары биться друг об друга? Хренушки. Откуда тогда температуре взяться? А вот по уравнениям она там есть. И не какая-то там приемлемая, а целая бесконечность… А еще бесконечная плотность означает, что вещество настолько плотное, что даже объёма не должно занимать. То есть, это со всех сторон точка безразмерная. То есть, пространства в принципе может и не быть в такой точке и сама эта точка может не находиться в пространстве, как мы его понимаем. Да, свихнуться можно. Передохните, пока...
Ладно, поехали дальше. Вообще, это скорее всего будет первый выпуск подкаста, но я уже успел записать другой - про инфляционную модель вселенной. Так вот, там будет рассматриваться именно космологическая сингулярность. А ещё там я рассказываю про то, как ВОЗМОЖНО появилось вообще пространство. И вот этот ответ на загадку космологической сингулярности ученых пока, по большей мере, устраивает. Так что послушайте на досуге тот выпуск)
Что там со вторым типом сингулярности, который мы рассматриваем? Это уже гравитационная сингулярность и она мне представляется немного лайт-версией сингулярности космологической. Суть в том, что она может находиться внутри нашего пространства-времени. То есть, даже не может, а вполне себе находится. В чёрных дырах. Недавно и снимки были и детекторы фиксировали волнения пространства. Раньше не все верили в то, что эти чёрные дыры существуют, а только недавно появились ну совсем неопровержимые улики.
Так вот, что такое чёрные дыры и что там за сингулярность. Давайте так скажу, сингулярность – это конец чёрной дыры, если он вообще существует. Поэтому давайте сначала разберемся с чёрными дырами и уже потом подойдем к сингулярности.
Помните дядьку Эйнштейна? Он сказал, что пространство нельзя рассматривать без времени и стал говорить пространство-время. Потом он сказал, что тела, которые обладают массой это пространство-время гнут. И чем тяжелее тело, тем больше гнёт. Часто это объясняют таким образом: представьте, что вы взяли покрывало и растянули его с кем-то на весу. Теперь представьте, что это пространство-время. Да, для этого бы пришлось быть пятимерными существами, но просто представьте, что это покрывало – пространство-время. Теперь в середину этого покрывала можно положить арбуз. Он будет обозначать тяжёлую звезду какую-нибудь. Покрывало прогнулось под тяжестью арбуза. Рядом положите яблоко. Яблоко скатилось к арбузу. Если мы начнём яблоко раскручивать – оно будет вертеться по определенной орбите, как наша планета вокруг солнца. Так Эйнштейн представлял себе гравитацию. Для понимания этого пока достаточно, но если будут вопросы – я попробую собрать их в отдельный выпуск и поразбирать.
Так вот, чёрная дыра образуется там, где мы положим что-то очень тяжёлое. Настолько, что покрывало просто порвётся. Строго говоря, конечно, порвётся оно, или просто растянется бесконечно вниз – это ещё не до конца понятно, но разница для нас пока очень мала. Суть в том, что чёрная дыра так сильно прогибает пространство-время, что даже свет из неё не может выбраться. Всё, что окажется на определённом расстоянии от чёрной дыры – падает в неё. И здесь мы можем уже только догадываться, что вещество внутри чёрной дыры также как и в космологической сингулярности, бесконечно плотное. Но это пока никем не доказано и научное сообщество может закидать нас тапками за такие высказывания, так что тсс…
Так что это за расстояние такое? Вообще, чёрная дыра окружена горизонтом событий. Кстати, как раз его и сняли недавно на фото, а вовсе не чёрную дырку в пространстве-времени. Вот на этом горизонте событий и заканчивается возможность избежать падения в обычную чёрную дыру.
И тут Остапа понесло. Учёные придумали вращающиеся чёрные дыры и вот тут уже нашли, как избежать печальной участи. Там целых два горизонта событий: внешний и внутренний и вот из-под внешнего еще как-то можно смотаться.
Эти способы теоретически должны сработать, но пока, ясен пень, никто ничего не проверял. Вообще, уже до дыр заездили пример с водоворотом, но если вы дочитали до сюда, то наверняка не знаете его. Итак, представьте, что человека на лодке начинает засасывать в водоворот. Что делать?
Ладно, оставим муравьёв в покое. Грести против течения тоже не надо – водоворот сильнее. Нужно наоборот грести по течению, набрать скорость и уже в конце немного свернуть от центра воронки. Этакий манёвр. В случае с чёрной дырой учёные говорят, что тоже сработает что-то такое.
Ещё они пытаются провернуть хитрые штуки с законом сохранения импульса. Давайте вкратце расскажу. Импульс – это то, как мы меряем движение какого-то тела, обладающего массой. В формуле у нас импульс равен массе тела, умноженной на его скорость. Ну и это всё имеет вектор направления, то есть величина вполне себе направленная. Так вот, закон сохранения этого импульса говорит, что сумма импульсов в системе равна нулю. Учёные придумали разделить тело, которое падает в чёрную дыру на две части. Тогда одна часть начнет падать в чёрную дыру с каким-то ускорением, а вторая-то по этому самому закону получит такой же импульс, но в обратную сторону, то есть вылетит наружу чёрной дыры.
Короче напридумывали учёные чёрных дыр, а нам теперь их как хочешь, так и понимай. Кстати, та, обычная чёрная дыра называется Шварцшильдовской, а та, которая вращается – чёрная дыра Керра. Ну так, для справки.
А вот теперь можно сказать, что сингулярность и есть та точка чёрной дыры, которая находится в центре внутри горизонта событий. И всё, что попадает в чёрную дыру падает именно туда. Там меняется пространство-время. Как раз Шварцшильд и Керр нашли решения для разных типов чёрных дыр. Поверьте, это настолько мозгодробительный матан, что без серьёзной подготовки туда лучше не соваться.
В принципе, чёрной дырой может стать вообще всё, что угодно. Нужно только хорошенько сжать. Для каждой массы есть свой радиус горизонта событий. Для наглядности, для простой чёрной дыры нашу Землю нужно сжать в шарик с радиусом в 1 сантиметр. Прикиньте, планету сжать в горошину. Ну, как-то так.
Как это происходит? Обычно, что-то либо сталкивается, либо взрывается.
Если столкнуть что-то достаточно сильно, то можно получить огромную массу на маленьком участке пространства-времени. То есть, берём два кирпича и сталкиваем их друг с другом так сильно, что они сплющиваются до охренеть каких маленьких размеров. Но если Землю надо сжать до горошины, то два кирпича вообще нужно сжать до такого радиуса, что даже под микроскопом не увидишь. Хотя, если вдруг Чак Норрис это сделает – получится чёрная дыра.
А со взрывом всё немного интереснее. Представьте себе взрыв. Удивительно, но мало кто задумывается, что взрыв направлен не только наружу, но и внутрь себя. Всё тот же закон сохранения импульса. Если что-то улетает наружу, то что-то должно вдавливаться внутрь. И тут работает та же схема. Главное сдавить до нужных размеров.
Ну что, разобрались? Готовы к сладенькому?
Помните, я говорил, что из-под горизонта событий уже не выбраться?
Так вот, Хокинг утверждал, что это вполне возможно. Только вещество будет не структурированным. Но в целом, чёрная дыра, по его мнению, будет что-то излучать до тех пор, пока не «иссякнет». Принцип, кстати, тот же, что и с разделяющимся телом в чёрной дыре. Так вот, по его словам, чёрная дыра с массой нашего солнышка будет испаряться таким образом около 10 в 66-й степени лет. Вселенной в этом году около 10 в 10 степени.
Так что вполне возможно, что там, внутри чёрной дыры вполне себе больше материи, чем в нашей Вселенной. А значит, в них могут быть другие миры. Но об этом поговорим в следующих выпусках.
А пока учёные не придумали какой-нибудь финт ушами, который позволит путешествовать за горизонт событий и обратно, за буйки лучше не заплывать.
С вами был Роман Юдаев.
До встречи в следующем выпуске.
