Одинокая черная дыра весом с астероид несется сквозь космическое пространство, проходит через атмосферу Земли и, не встречая сопротивления, пронзает человеческое тело. Что произойдет в этот момент? Почувствуете ли вы что-нибудь или даже не заметите этого космического вторжения?
В 2025 году физик Роберт Шеррер из Университета Вандербильта опубликовал исследование, в котором впервые подробно рассмотрел, что произойдет, если первичная черная дыра (ПЧД) пройдет сквозь человеческое тело. Ученый не просто удовлетворил свое любопытство — он попытался найти ответ на серьезный научный вопрос: могут ли наблюдения (или их отсутствие) за подобными столкновениями помочь ограничить теории о черных дырах как кандидатах на роль темной материи.
Черные дыры: от теории к наблюдениям
Прежде чем погрузиться в детали взаимодействия черных дыр с человеческим телом, давайте совершим небольшой экскурс в историю. Еще в XVIII веке Джон Мичелл и Пьер-Симон Лаплас теоретически предсказали существование "темных звезд" — объектов, настолько массивных, что даже свет не может покинуть их поверхность. Однако лишь в XX веке, с появлением общей теории относительности Эйнштейна, концепция черных дыр обрела математический фундамент.
Долгое время черные дыры оставались чисто теоретическими объектами. Ситуация кардинально изменилась в последние годы. В 2016 году детекторы LIGO впервые зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух черных дыр, а в 2019 и 2022 годах коллаборация Event Horizon Telescope опубликовала первые в истории изображения сверхмассивных черных дыр в центрах галактик M87 и Млечный Путь.
Но все эти наблюдения касались черных дыр звездных масс или сверхмассивных черных дыр. А что насчет объектов поменьше? Могут ли существовать черные дыры размером с яблоко? Или с песчинку? Теория говорит: да, могут. И наиболее вероятным кандидатом на эту роль выступают первичные черные дыры.
Первичные черные дыры образовались не в результате коллапса звезд, а гораздо раньше — в первые мгновения после Большого взрыва. В тот период Вселенная была чрезвычайно плотной и горячей. Флуктуации плотности могли приводить к тому, что некоторые области становились настолько плотными, что коллапсировали в черные дыры.
Важное отличие ПЧД от "обычных" черных дыр состоит в том, что они могут иметь практически любую массу. Существует нижний предел массы для ПЧД — из-за излучения Хокинга. Теоретически, все черные дыры испаряются, излучая энергию, и чем меньше черная дыра, тем быстрее идет этот процесс. Черные дыры с массой менее 10^15 грамм должны были полностью испариться за время существования Вселенной.
Размеры таких микроскопических черных дыр впечатляют своей миниатюрностью. Для черной дыры массой 10^17 грамм радиус Шварцшильда будет порядка 10^-11 сантиметров — меньше атома в целом.
Черные дыры и темная материя: астероидное окно
Одна из самых захватывающих гипотез о первичных черных дырах заключается в том, что они могут составлять значительную часть темной материи — таинственной субстанции, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, но проявляет себя гравитационно. Темная материя составляет примерно 85% всей материи во Вселенной, но мы до сих пор не знаем, из чего она состоит.
Большинство кандидатов на роль темной материи — это гипотетические элементарные частицы. Но первичные черные дыры предлагают альтернативу: темная материя может состоять не из новых частиц, а из компактных объектов, созданных из обычной материи, но в экстремальных условиях ранней Вселенной.
Однако не любые черные дыры могут быть темной материей. Астрономические наблюдения накладывают жесткие ограничения на возможные массы ПЧД. Это оставляет нам так называемое "астероидное окно" — диапазон масс от 10^17 до 10^22 грамм, где ПЧД все еще могут составлять значительную часть темной материи.
Интересно, что именно в этом диапазоне масс находятся черные дыры, которые теоретически могли бы причинить вред человеку при прямом столкновении. Совпадение? Давайте разберемся детальнее.
Что произойдет, если первичная черная дыра пройдет сквозь вас
В повседневной жизни мы привыкли думать о черных дырах как о космических пылесосах, затягивающих все на своем пути. Однако это не совсем верно. Гравитационное притяжение черной дыры подчиняется тем же законам, что и притяжение любого другого объекта той же массы. Для микроскопической черной дыры с массой в астероидном диапазоне гравитационное притяжение на расстоянии нескольких сантиметров или метров будет ничтожно малым. Однако если такая черная дыра пройдет непосредственно сквозь ваше тело, ситуация может быть совсем иной.
Шеррер в своем исследовании рассматривает два основных механизма воздействия ПЧД на человеческое тело. Первый — это ударная волна, генерируемая прохождением черной дыры через ткани тела. Второй — приливные силы, которые могут разрывать клетки вблизи траектории черной дыры.
Черная дыра, двигаясь через космическое пространство, имеет скорость порядка 200 км/с (характерная скорость для объектов темной материи в нашей галактике). Это намного превышает скорость звука в человеческом теле, которая составляет примерно 1,5 км/с. Таким образом, ПЧД будет создавать сверхзвуковую ударную волну.
Чтобы оценить энергию, которая будет выделяться при прохождении черной дыры через тело, Шеррер использует специальную формулу. За порог серьезного повреждения принимается энергия пули калибра .22 — примерно 100 Джоулей.
В результате вычислений выясняется, что минимальная масса черной дыры, способная причинить серьезный вред или смерть через механизм ударной волны, составляет примерно 1,4×10^17 грамм. Это удивительно близко к нижней границе "астероидного окна" для черных дыр как кандидатов на роль темной материи!
Что касается приливных сил, то для разрыва клеток мозга необходима масса ПЧД от 7×10^18 до 7×10^19 грамм. Это значение на порядок-два выше, чем необходимая масса для причинения вреда через ударную волну. Таким образом, ударная волна оказывается доминирующим механизмом воздействия первичной черной дыры на человеческое тело.
На грани фантастики: насколько вероятна встреча с первичной черной дырой
Итак, мы выяснили, что первичная черная дыра массой больше 1,4×10^17 грамм теоретически может причинить серьезный вред человеку или даже убить его. Возникает естественный вопрос: насколько реальна такая угроза?
Чтобы оценить вероятность столкновения человека с первичной черной дырой, Шеррер использует простую физическую модель. Если предположить, что первичные черные дыры составляют всю темную материю во Вселенной (что является максимально возможной оценкой), то частота столкновений первичных черных дыр с людьми составляет примерно 10^-18 событий в год.
Чтобы понять, насколько это мало, представьте, что вам нужно ждать столкновения с черной дырой в течение 10^18 лет. Для сравнения: возраст нашей Вселенной составляет "всего" около тринадцати с половиной миллиардов лет. То есть вероятность подобного события настолько ничтожна, что ею можно полностью пренебречь.
Этот результат вполне логичен, если вспомнить две особенности первичных черных дыр. Во-первых, даже если они составляют всю темную материю, их количество в окрестностях Земли все равно будет относительно невелико из-за очень большой массы каждой отдельной черной дыры. Во-вторых, черные дыры взаимодействуют с материей только гравитационно, а гравитация, как известно, является самым слабым из всех фундаментальных взаимодействий.
Наверное, самым удивительным результатом исследования Шеррера является вывод о том, насколько "безобидными" могут быть микроскопические черные дыры. Черная дыра массой 10^16 грамм (это примерно масса средней горы) могла бы пройти сквозь человеческое тело, не причинив практически никакого вреда. Процесс был бы совершенно незаметен для человека.
Практическое значение исследования
На первый взгляд может показаться, что исследование Шеррера имеет чисто теоретический интерес. В конце концов, если вероятность столкновения человека с первичной черной дырой настолько мала, стоит ли вообще об этом беспокоиться? Однако это исследование имеет несколько важных практических аспектов.
Во-первых, оно помогает лучше понять возможные свойства темной материи. Хотя результаты показывают, что наблюдение (или отсутствие наблюдения) столкновений ПЧД с людьми не может дать нам никаких ограничений на свойства этих объектов, сам факт установления этого вывода ценен для науки.
Во-вторых, исследование расширяет наше понимание гравитационных эффектов в экстремальных условиях. Гравитация — самая слабая из фундаментальных сил природы, и наблюдать ее эффекты в "чистом виде" на малых масштабах крайне сложно.
В-третьих, работа Шеррера показывает, что прохождение ПЧД через Землю должно создавать обнаружимые сейсмические возмущения, а также оставлять микроскопические туннели в материи. Это дает направления для дальнейших исследований и, возможно, для создания экспериментальных установок, способных зарегистрировать такие события.
Что если мы все-таки обнаружим следы прохождения первичной черной дыры через Землю? Это было бы революционным открытием, подтверждающим существование этих экзотических объектов и дающим мощный аргумент в пользу гипотезы о том, что они могут составлять значительную часть темной материи.
Заключение: стоит ли бояться невидимого врага
Итак, может ли микроскопическая черная дыра убить человека? Теоретически — да, если ее масса превышает примерно 1,4×10^17 грамм. Практически — вероятность такого события настолько мала, что ею можно полностью пренебречь.
Исследование Шеррера дает нам еще один повод задуматься о удивительных свойствах Вселенной, в которой мы живем. Мир вокруг нас полон экзотических объектов и явлений, большинство из которых мы никогда не сможем непосредственно наблюдать или испытать на себе. И это, пожалуй, к лучшему — по крайней мере, в случае с первичными черными дырами.
Возможно, где-то в глубинах космоса первичные черные дыры действительно существуют, невидимо пронизывая галактики и время от времени проходя сквозь звезды, планеты и даже живые существа. Но даже если это так, мы можем спать спокойно — шансы на то, что одна из них пройдет сквозь вас или меня, практически равны нулю.