- Черные дыры преследуют нашу Вселенную. Темные центры притяжения, которые поглощают все на своем пути. Что бы вы увидели, если бы приблизились? И упали за точку невозврата. В другой мир искривленного пространства и времени. Какие секреты мы можем узнать о Вселенной во время путешествия к центру чудовищной черной дыры? Представьте, что вы путешествуете в самый центр нашей галактики. На расстоянии 26 000 световых лет. И находите выгодную точку обзора на ночном небе. Вы бы увидели миллионы звезд. А на горизонте поднимается странная темная сфера. Это черная дыра, объект настолько плотный, что ничто не может избежать его гравитационного притяжения, даже свет. Этот монстр в десять раз больше нашего Солнца, но в миллионы раз тяжелее. Он не единственный. Почти в каждой крупной галактике астрономы обнаружили свидетельства существования черных дыр, масса которых в миллионы и даже миллиарды раз превышает массу Солнца. Как они образовались и как стали такими большими? В поисках ответов мы начинаем понимать силы, которые формируют звезды, планеты и даже жизнь. И теперь, прослеживая жизненный цикл черных дыр, ученые находят ключи к разгадке судьбы, которая ожидает нашу галактику и вселенную в целом. Но как можно изучать то, что по своей природе ускользает от обнаружения? Иногда Вселенная открывает нам свои самые загадочные механизмы.
- 19 марта 2008 года астрономы по всему миру получают предупреждение, отправленное с орбитальной обсерватории Swift. Он зафиксировал вспышку гамма-излучения, разновидность света сверхвысокой энергии, которая является признаком катастрофического события. Swift автоматически передал информацию на Землю. И через несколько секунд роботизированные телескопы в Северной и Южной Америке обратили свой взор на восходящее светило. Астрономы просматривают данные, чтобы увидеть, насколько яркой и мощной стала вспышка. Тем временем в гигантских обсерваториях в Чили и в Техасе они сосредотачиваются на нем, используя специальные приборы для разделения света на все его различные длины волн. Это говорит им о том, как далеко прошел свет, чтобы достичь Земли. Они обнаружили, что он прилетел с расстояния в семь с половиной миллиардов световых лет, на полпути через видимую Вселенную. Том Вестранд возглавляет проект роботизированного телескопа в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико.
Он отслеживает высокоэнергетические гамма-всплески более десяти лет и никогда не видел ничего подобного. Это был самый яркий объект, когда-либо обнаруженный человечеством. Традиционно я думаю об астрономии как о чем-то, что происходит очень медленно. Но это было нечто, что путешествовало к нам 7,5 миллиардов лет, прибыло сюда за 30 секунд.
Оно было удивительно ярким. Удивительно ярким спустя несколько минут, даже все еще демонстрируя признаки насыщения. На самом деле он был настолько ярким, что его было
видно невооруженным глазом.
- Объединив данные наземных и космических телескопов, астрономы определили, что вспышка была узким, но интенсивным лучом света и что, скорее всего, она свидетельствовала о рождении черной дыры. Этот исключительный момент является конечной точкой бурной цепи событий в ядре большой звезды. Все звезды светятся за счет сжигания легких элементов, таких как водород. В самых крупных из них интенсивное нагревание превращает эти элементы в более тяжелые, такие как углерод, кремний и наконец, железо. Подобно горячему воздуху в воздушном шаре, тепло и свет от этих ядерных пожаров создают внешнее давление, которое предотвращает коллапс массивных внешних слоев звезды внутрь. В конце концов, это топливо заканчивается. Энергия вытекает через звезду в космос. Это не может продолжаться вечно. Когда топливо заканчивается, звезда начинает сжиматься. Когда масса железного ядра увеличится примерно в 1,4 раза по сравнению с массой Солнца, оно больше не сможет противостоять давлению и разрушится. В некоторых случаях, когда вещество врезается в ядро звезды, столкновение создает мощную ударную волну, которая распространяется обратно и буквально разрывает звезду на части.
Наша галактика усеяна разрозненными остатками этих сверхновых, как показано на снимках, подобных этим, сделанным космическим телескопом Хаббл.
- Но что происходит с разрушенным ядром этих мертвых звезд? Когда большая звезда взрывается, ее веса достаточно, чтобы раздавить все атомы в ее ядре вплоть до их ядер, в результате чего образуется сверхплотный уголек, называемый нейтронной звездой. Плотность нейтронной звезды подобна тому, как если взять гору и раздавить ее до размеров шарика примерно такого размера. Нейтроны могут выдерживать невероятное давление. Но если на них упадет достаточное количество вещества, превышающее критический порог, они могут быть раздавлены до нуля. Когда это происходит, рождается черная дыра.
- Черная дыра - это сила тяжести, доведенная до предела. Ее масса буквально упакована в точку и заключена в темную сферу, называемую горизонтом событий. Эта сфера - точка невозврата. Любой газ, звезды или планеты, которые попадают внутрь, исчезают навсегда. Черная дыра - это область пространства и времени, которая одновременно черная и пустая. Она черная, потому что свет не может вырваться из нее. Гравитационные шары снова стали легкими, но они пустые, потому что объект или система, которые коллапсировали или сформировались в первом пространстве, превратились в ничто. Распространенная идея о том, что черная дыра просто состоит из очень уплотненной материи, неверна. Это просто-напросто неверно. Возможно, она была создана из очень уплотненной материи, но материи больше нет. Она была полностью разрушена. Ее больше не существует. И все же она оставляет после себя мощное наследие - свою гравитацию. Согласно Альберту Эйнштейну, гравитация - это не просто сила притяжения планет и солнц. Это искривление пространства и времени, то, что ученые называют пространством-временем, в присутствии массивных объектов. Планета, например, выходит на орбиту, когда попадает в искривленное пространство, окружающее звезду, подобно шарику, вращающемуся вокруг колеса рулетки.
- При массе звезды, сжатой до точки, черная дыра представляет собой глубокий прокол в пространстве-времени. Когда рождается черная дыра, энергия преобразуется из энергии вещества в энергию искривленного пространства-времени. Таким образом, это трансформация формы энергии из одной в другую, но энергия по-прежнему сохраняется. То, с чем вы
остаетесь - это искривленное пространство-время, содержащее в себе огромное количество энергии. Обладая такой энергией, черная дыра может оказывать глубокое воздействие на окружающую среду. На нашей планете Земля мы знаем, что гравитация - это сила, которая все разрушает. При ударе высвобождается энергия, грохот, треск, треск, треск, треск. Когда материя падает на черную дыру, высвобождаемая энергия может достигать астрономических масштабов. Когда мы смотрим на то, как они влияют на остальную Вселенную, мы смотрим на то, что происходит вокруг них, что происходит, когда вещество использует этот огромный гравитационный потенциал, эту огромную гравитационную дыру, которую они образуют, и как это используется для получения энергии. Такие выбросы энергии являются частью растущего числа свидетельств того, что черные дыры, известные тем, что прячутся в темноте, имеют историю вспышек, которые распространились по всему космосу и сформировали известную нам Вселенную. Ученые следуют за этой энергией, как за цепочкой подсказок, ведущих все ближе к темному сердцу черной дыры. Астрономы когда-то считали черные дыры редкостью и экзотикой во Вселенной, где, казалось бы, доминируют звезды и галактики. В результате исследований галактик и черных дыр, простирающихся вглубь Вселенной, появился радикально новый взгляд. Гигантские черные дыры скрываются в полосах пыли и клубящихся газовых облаках в центрах почти каждой крупной галактики. Это ключ к пониманию того, что они, должно быть, эволюционировали рука об руку, каждый формируя историю жизни другого. Они пытаются воссоздать эту общую историю с помощью того, что составляет целую новую отрасль науки.
Включая историю галактик, подобных нашей собственной. Великолепный вид на первое поколение звезд.
- Эти звезды были горячими и быстрыми и всего за несколько миллионов лет некоторые из них взорвались мощными сверхновыми. От этих звезд, вероятно, произошло первое поколение черных дыр. Космолог Тициана Ди Маттео участвует в изучению того, что оставили во Вселенной эти ранние черные дыры. Ее компьютерная программа моделирует действие гравитации на газ, образование звезд, галактик и черных дыр. Ее цель - создать виртуальную вселенную, которая эволюционирует подобно реальной, с черными дырами и галактиками, возникающими и растущими вместе. Наша галактика Млечный Путь расположена в тихой части Вселенной, вокруг нее относительно немного других галактик. Переместитесь через космическую пустоту на расстояние 50 миллионов световых лет, и вы столкнетесь с большим скоплением Девы, заполненным тысячами галактик. Недавние
исследования с помощью телескопа показывают, что этот регион является частью более крупной структуры галактик, напоминающей обширную паутину. Чтобы ее виртуальная вселенная выглядела именно так, Тициане нужно знать, какие космические условия в первую очередь привели к возникновению черных дыр и галактик. Итак, это прекрасная задача,
потому что мы начинаем с чрезвычайно четко определенных начальных условий. Мы знаем начальное состояние Вселенной, а это большая редкость в астрофизике, в космологии, в любой отрасли физики. Подробности о том, какой была Вселенная в самые ранние времена, появились благодаря прорывной обсерватории под названием WMAP. Они обнаружили
пятнистый узор в своего рода излучении, возникшем вскоре после Большого взрыва. Астрономы полагают, что этот узор является источником структуры паутины, которую они видят в свои телескопы. Это определяет начальную точку моделирования Тицианы. Вдобавок ко всему, теперь нам нужно создать правильную физику, чтобы взять эти начальные условия, развить их и сделать вселенную такой, какой она выглядит сегодня. Она приводит в движение свою виртуальную вселенную.
- Она охватывает область в форме куба со стороной более 100 миллионов световых лет. В результате получается сложная космическая паутина, гравитация которой собирает материю в нити и узлы в самых крупных масштабах. В местах, где нити сходятся, впервые начинают появляться галактики и черные дыры. Вещество, поступающее из больших
масштабов, также позволит черной дыре расти, потому что этот газ транспортировался из больших масштабов полностью в галактику, а из галактики полностью в центр и следовательно, питал и увеличивал эти центральные черные дыры с очень высокой скоростью. В этой последовательности, полученной из ее моделирования, круги указывают
на появление черных дыр в данных. Она обнаружила, что по мере того, как эти черные дыры набирают массу, гравитация притягивает их к наиболее плотным областям, где некоторые из них становятся больше, чем все остальные. Как эти несколько избранных черных дыр могли расти так быстро? Орбитальная рентгеновская обсерватория "Чандра" недавно обнаружила свидетельства существования центров галактик во времена ранней Вселенной. На этих снимках показана ее замечательная находка - настоящие пары сверхмассивных черных дыр, начинающие то, что астрономы считают танцем смерти. В большинстве случаев их поступательный импульс просто заставляет их вращаться друг вокруг друга, как планеты вокруг Солнца. Эта орбита может продолжаться миллиарды лет. Чтобы стать большой, одна черная дыра должна притянуть другую достаточно близко, чтобы
поглотить ее. Альберт Эйнштейн показал, как они это делают. Он предсказал, что когда массивные тела ускоряются или вращаются вокруг друг друга, они могут всколыхнуть обычно гладкую ткань пространства-времени. Это похоже на удар камня о пруд. Часть энергии удара передается волнам, которые распространяются наружу вдоль поверхности. Аналогичным образом, титаническое столкновение черных дыр вызвало бы волны, гравитационные волны, распространяющиеся по Вселенной.
- Итак, у вас есть два торнадо, встроенных в третий торнадо большего размера, и они собираются столкнуться вместе, и вы хотите знать, что происходит, когда эти торнадо создаются не из кружащегося воздуха, а из кружащегося искривленного пространства и времени. Это моделирование показывает, что происходит. Когда две черные дыры сближаются, они превращают пространство в бурлящее море гравитационных волн. Эти волны уносят энергию с самой орбиты. Это позволяет паре притягивать друг друга
и сливаться в одно целое. Мы возвращаемся к половине возраста Вселенной и все эти черные дыры поглощают большое количество газа. Итак, это веселое время, своего рода золотой век для роста большинства черных дыр. Причина этого в том, что большинство их крупных слияний происходит во Вселенной примерно в это время. Это моделирование показывает, как галактика, подобная нашей, могла сформироваться в результате шквала слияний и столкновений. Вначале гравитация притягивала участки звезд и газа друг к другу. Новое более крупное пятно привлекло еще больше других. На самом деле вселенная усеяна галактиками, которые разрывают друг друга на части и сталкиваются друг с другом.В суматохе каждого нового слияния очередная жертва попадает в пасть растущей черной дыры. И в самых густонаселенных регионах Вселенной небольшой процент этих монстров смог вырасти до размеров и свирепости, которые мы едва ли можем себе представить. И все же, среди всего этого насилия есть ключи к пониманию того, как Вселенная и даже такие места, как Земля, стали такими, какие они есть. Астрономы долгое время ломали голову над классом сверх ярких световых маяков из далекой Вселенной, называемых квазарами. Со временем они связали их с излиянием энергии из центров галактик и растущими черными дырами. Но как может что-то, что не излучает света, сиять так ярко?
Две минуты! Шанс разгадать эту тайну собрал толпу возле Космического центра Кеннеди НАСА во Флориде. 80 секунд! Рейнджеры вперед!
- В носовой части ракеты, расположенной прямо над пляжем, установлен космический исследователь следующего поколения. Десять, девять, восемь, семь, шесть, пять, четыре, три, два, один, вперед! Ноль! Ракета "Дельта" на месте. Гамма-лучевой телескоп "Поиск космического гамма-телескопа Ферми" является частью более масштабных усилий по изучению роли черных дыр в формировании Вселенной. Для меня идея о том, что мы стоим здесь, на этой планете, в нашем собственном маленьком уголке нашей галактики,
мы можем оглядываться вокруг и проводить значимые измерения, дает теоретическое представление обо всей Вселенной, в которой мы живем. На мой взгляд, это то, чем все человечество может по праву гордиться. Черные дыры, которые интересуют Стива Ритца, научного сотрудника проекта, и его команду, являются одними из крупнейших в мире. Считается, что энергия, которую они излучают, проистекает из периодов быстрого роста в центре галактического безумия кормления. Миллиарды лет назад в местах, где
Вселенная была насыщена материей, гравитация притягивала стаи молодых галактик, устремляющихся навстречу друг другу. В центре выросла большая галактика, и когда другая галактика упала на нее, она выбросила материю в центральную черную дыру. Подпитываемая таким образом, черная дыра могла бы вырасти до размеров нашего Солнца в несколько миллиардов раз. Этот сумасшедший рост, через который проходят черные дыры, особенно на ранней стадии, был бы редким событием. Не везде во Вселенной, особенно когда вселенная еще молода, будут такие огромные потоки газа, которые позволят черной дыре расти так быстро. И когда сверхмассивная черная дыра растет, она вымещает свою ярость на окружающей вселенной. Вы можете увидеть доказательства на этом снимке, сделанный телескопом. На нем видны мощные энергетические лучи или струи, исходящие из центров галактик и часто простирающиеся в космос на десятки тысяч световых лет.
- Такие вспышки могут оказать глубокое влияние на галактики-хозяева и за их пределами. Исследуя скопление галактик Персей, рентгеновская обсерватория "Чандра" обнаружила огромные горячие полости, выдолбленные из окружающего газа. Виновником, по их мнению, является струя излучения, исходящая из большой центральной галактики. Вырываясь
наружу, эта струя создала ударные волны такой мощности, что вытолкнула огромные объемы газа за пределы центральной области. А без этого газа новые звезды образоваться не могут. Это объясняет, почему некоторые из крупнейших галактик заполнены старыми звездами, которые, скорее всего, родились до того, как их черные дыры начали извергаться. В то же время струя черной дыры может передать окружающим регионам тяжелые элементы, необходимые для формирования солнечных систем и планет, подобных нашей. Мы видим, как эти струи частиц уносятся прочь из галактики и они загадочны, потому что мы знаем, что когда они направлены примерно в нашем направлении, они являются очень мощными излучателями гамма-лучей очень высокой энергии. Телескоп Fermi присоединяется к растущему парку обсерваторий в космосе, способных считывать высокоэнергетические рентгеновские лучи и гамма-лучи, связанные с этими струями. Это скорее похоже на то, как если бы вы увидели след от пуль и попытались проследить за результатами судебной экспертизы до того, из какого пистолета могла быть выпущена пуля, где находился пистолет, каковы были свойства пороха и так далее. В данном случае пушка - это таинственная вращающаяся область пространства-времени, черная дыра. Но что позволяет пушке стрелять и создавать струю? Черная дыра также обладает тем свойством, что, вращаясь вокруг своей оси, как вращается Земля, она вовлекает пространство в вихревое движение, подобно воздуху в торнадо. Быстрее вблизи горизонта, медленнее дальше, точно так же, как воздух в торнадо вращается быстрее вблизи ядра, чем дальше. В центре этого космического торнадо газ и звезды втекают в дыру по быстро вращающемуся диску. Вращательное движение генерирует магнитные поля, которое закручивается по мере закручивания материи.
- Эти поля направляют часть поступающей материи наружу в виде пары высокоэнергетических струй. Таким образом, мы можем извлекать энергию вращения черной дыры, природа может извлекать ее. И количество энергии, которое вы получаете, неизмеримо больше, чем вся энергия, которую вы можете получить от сжигания всего ядерного топлива внутри звезд. Именно уравнения Альберта Эйнштейна описывают источник этой невероятной мощности - экстремальное искривление пространства непосредственно за пределами черной дыры. То, что мы можем узнать из этих уравнений, не ограничивается горизонтом событий. Они также могут позволить нам мысленно проникнуть в область внутри черной дыры. Скорее всего, мы никогда непосредственно не увидим, как эти уравнения работают и не доживем до того, чтобы рассказать. Исследователь будущего, собирающий данные, будет искушать судьбу, подлетая слишком близко. Если монстр представляет собой коллапсировавшую звезду, масса которой в несколько раз превышает массу Солнца, его гравитация резко возрастает. Сила притяжения на носу космического корабля намного больше, чем на хвосте. Гравитация разрывает ее в клочья. По иронии судьбы, в сверхмассивную черную дыру можно было бы попасть мягче. Ее больший размер означает, что гравитация более распределена. То, что вы обнаружите, если окажетесь внутри, - это самое экстремальное место назначения во всей Вселенной. Эндрю Гамильтон, профессор астрофизики, исследовал, что происходит, когда материя попадает внутрь черной дыры. Используя уравнения Эйнштейна, он и другие ученые полагают, что падение в черную дыру эквивалентно движению вниз по реке и кувырканию через водопад. Подобно космической пропасти, самая внешняя область черной дыры, горизонт событий - это то место, куда безжалостно врывается само пространство.
- Что подразумевается под космическим падением или каким-либо действием? Просто если вы помещаете объекты в пространство, то они будут двигаться определенным образом. И если вы помещаете объекты вблизи черной дыры по мере их приближения к горизонту, они неизбежно должны приближаться к скорости света, чтобы оставаться в состоянии покоя, в противном случае они упадут за горизонт. Если черная дыра вращается, центральная область ограничена так называемым внутренним горизонтом. В случае, определяемом только уравнениями Эйнштейна, объект может вращаться с такой скоростью, что его выбрасывает наружу. Если внутри черной дыры нет ничего, кроме самой пространственно-временной структуры, то нет ничего противоречивого в том, что пространство проваливается внутрь, разворачивается и снова выходит наружу, потому что пространство не имеет субстанции, поэтому нет проблем с тем, что оно движется само по себе. Это было бы похоже на реку, несущуюся по водопаду, ударяющуюся о камни внизу, а затем текущую обратно вверх. В странном мире общей теории относительности вы провалились в область, область черной дыры, где пространство падало быстрее света. И теперь пространство развернулось и выталкивает вас наружу быстрее света. Представьте, что вы прокладываете курс космического корабля в это перевернутое царство. Если бы
вы пережили падение к горизонту событий, вы бы преодолели его с ускорением. Ты плывешь по течению, достигаешь скорости света у горизонта.
- Теперь вы все еще можете видеть объекты внешнего мира, даже когда находитесь внутри горизонта, но люди не могут видеть вас, потому что пространство сокращается быстрее света. Чтобы понять хаотическую область внутри, Гамильтон использовал уравнения Эйнштейна в проекте по визуализации внутренней анатомии черной дыры. Подобраться так
близко можно было только на космическом корабле, приводимом в движение чистой математикой. Проходя через горизонт событий, мы приближаемся к центральной зоне. Когда мы разворачиваемся, нас выбрасывает из своего рода космического тоннеля, известного как червоточина. В его конце мы проходим через так называемую белую дыру. Подобно персонажам научно-фантастического рассказа, мы попадаем в другое время или место, возможно, в другую вселенную. Этот странный проход - работа теории. На самом деле он не мог образоваться среди всей этой турбулентности. В тот момент, когда вы вводите какую-либо реальную материю, вещество, которое пытается попасть внутрь, имеет тенденцию сталкиваться с веществом, которое снова выходит наружу. Глубоко внутри черной дыры есть турбулентный хаотический рубеж. В водопаде эта зона столкновения находится там, где вода разбивается о камни и рикошетом попадает в нисходящий поток. Здесь повышается турбулентность. Весь порядок исчезает. В черной дыре зона столкновения - это внутренний горизонт, где вихревая материя окутывает центральное ядро. Это конец пути для космического корабля. Он мгновенно испаряется. Главной характеристикой этой области вблизи внутреннего горизонта является то, что потоки энергии проходят друг через друга, и они проходят друг через друга очень быстро. Этот встречный поток материала начинает нарастать до такой степени, что становится самогравитацией и эта гравитация ускоряет эти потоки еще быстрее, проходя друг через друга. В известном нам мягком мире энергия, выделяемая гравитацией, быстро рассеивается. Все, что падает, переходит в состояние покоя. Внутри черной дыры энергия не рассеивается. Вместо этого она накапливается сама по себе, достигая экстремального состояния, известного как плотность Планка.
- Чтобы понять, что это такое, представьте, что вы берете всю материю, которую мы можем видеть в наши телескопы, все триллионы и триллионы триллионов звезд, составляющих все галактики во Вселенной и разрушаете ее. До размера шарика, нет, не останавливайтесь на достигнутом, продолжайте движение, измельчите его до размеров, меньших, чем
размер атома. Это плотность планка и именно такая плотность образуется внутри черной дыры. Это самое экстремальное место в нашей Вселенной после Большого взрыва. В этом состоянии температура повышается в триллион, триллион раз выше, чем в центре нашего Солнца. Было бы трудно представить, какое разрушительное воздействие оказало бы высвобождение этой энергии. К счастью, экстремальная гравитация плотно удерживает ее в пределах горизонта событий черной дыры. Несмотря на бушующий внутри
хаос, считается, что сверхмассивная черная дыра в нашей галактике относительно спокойна.
- Отошел ли он от дел, или энергия вращающегося пространства вблизи горизонта событий каким-то образом высвободится? Астрономы считают, что впереди нас ждут неспокойные времена. Галактика Андромеда расположена в двух с половиной миллионах световых лет от нашего Млечного Пути. Ученые подсчитали, что она приближается к нам со скоростью более 322 000 км в час. Потребуется около 5 миллиардов лет, чтобы достичь нас. К тому времени Солнце вступит в свои сумеречные годы, увеличившись до огромных размеров и опалив Землю. Но вот-вот развернется гораздо более масштабная галактическая катастрофа. Моделирование столкновения Млечного пути с туманностью Андромеды показывает вероятную цепочку событий. Сначала они сближаются. Их взаимная гравитация разрывает их на части. Ученые говорят, что велика вероятность того, что нашу Солнечную систему отбросит к дальним краям этого водоворота. Когда галактики, наконец, сближаются, две ненасытные сверхмассивные черные дыры в их центрах по спирали устремляются друг к другу. Из всей этой суматохи затем возникнет новая, более крупная черная дыра.
- Кто знает, будем ли мы поблизости, чтобы стать свидетелями ее рождения? Поскольку астрономы прогнозируют дальнейшую эволюцию нашей галактики, они задаются вопросом, останутся ли материя и энергия, заключенные в ее центральной черной дыре, там навсегда? Или черная дыра, как и все другие космические тела, каким-то образом подвержена разрушительному воздействию времени? Мы живем в то время, когда большая часть энергии Вселенной вырабатывается звездами. Через миллионы лет по всей Вселенной звезды израсходуют свое топливо и начнут исчезать. Самые крупные звезды падают к центрам галактик, где их поглощают сверхмассивные черные дыры.По мере распада Вселенной наступает долгая эпоха, в которой доминируют остатки умирающих звезд и черных дыр. Далекое будущее Вселенной - это то, в котором звезды перегорели и образовали нейтронные звезды или белые карлики и некоторые черные дыры. И в конечном итоге, в течение длительных периодов времени, черные дыры сливаются вместе, образуя черные дыры большего размера. Со временем большая часть вещества внутри галактик попадет в эти черные дыры, и они станут последними бастионами нашей Вселенной.
- Как долго они продержатся? Ответ может исходить из теории, предложенной космологом Стивеном Хокингом. Стивен Хокинг применил квантовую физику к черным дырам и предсказал, что они не будут черными, а будут светиться тепловым излучением очень своеобразным образом. И конечно, если выделяется тепло, выделяется тепловая энергия, эта энергия должна откуда-то поступать. Энергия, по словам Хокинга, будет поступать от крошечных частиц, появляющихся из космического вакуума сразу за горизонтом событий. Некоторые из этих частиц излучаются прочь, забирая у черной дыры незначительное количество массы, подобно воде, испаряющейся из океана. Со временем излучение становится все сильнее и сильнее, поскольку черная дыра сжимается и наконец, взрывается. Когда умирает последняя черная дыра, это конец Вселенной, какой мы ее знаем.
- Как мы можем узнать, верна ли теория, и они действительно распадаются? Если в результате Большого взрыва образовались черные дыры с массой, примерно равной массе горы Эверест, то эти черные дыры должны были бы взорваться примерно сейчас. И радиоастрономы посмотрели, могут ли они увидеть какой-то электромагнитный импульс, связанный с этим. Они ничего не обнаружили. Могут быть и другие способы увидеть распад черной дыры. Со всего космоса струи черных дыр выбрасывают частицы со скоростью, очень близкой к скорости света. Эти частицы, называемые космическими лучами, врезаются в атмосферу нашей Земли с энергией, достаточной для создания миниатюрных черных дыр. Эти мини-монстры немедленно распадались бы в виде потока частиц, но их очень трудно наблюдать. Мы все менее историчны. Имитации выглядят хорошо.
- Что, если бы вы могли произвести столкновения такой мощности в лаборатории на Земле и в контролируемых условиях фактически создать черную дыру? Если бы вы могли затем наблюдать распад, это дало бы уникальную возможность заглянуть в будущее черных дыр. Мы начнем коллимацию в синих кольцах. Есть надежда, что, взяв два маленьких
фрагмента очень быстрого протона с очень высокой энергией и столкнув их друг с другом, вы сможете поместить достаточно энергии в достаточно маленькое пространство, чтобы фактически создать условия, при которых образовалась бы черная дыра. Предполагается, что черные дыры очень маленькие. Они предназначены для очень горячего. Поэтому, по сути, они сразу же излучают себя. В Брукхейвенской национальной лаборатории в штате Нью-Йорк физики используют передовые технологии для распространения атомов золота в противоположных направлениях по гигантским тоннелям длиной почти 4 км. Они разгоняют эти атомы с точностью до крошечной доли скорости света. Когда атомы сталкиваются, образуется огненный шар. Сложные датчики регистрируют разбрызгивание субатомных частиц, горячий суп из глюонов и кварков. Создаем температуру,
приближающуюся к 2 триллионам градусов по Цельсию. Это в 100 000 раз горячее, чем внутри Солнца. Это горячее, чем взрыв сверхновой. Это тверже, чем поверхность черной дыры. Это тверже, чем нейтронная звезда.
- На самом деле, мы считаем, что нигде во Вселенной нет такой температуры, которая была последней при такой температуре во Вселенной. 1 микросекунда, 1 миллионная доля секунды после Большого взрыва. Как будто они запускают Вселенную в обратном направлении, возвращая нас к тому моменту, когда она была чрезвычайно горячей и плотной. Похоже, для создания черной дыры потребуется еще больше энергии. На самом деле, больше, чем может вместить любой земной коллайдер. То есть, если только в нашей Вселенной и в гравитации нет чего-то большего, чего мы не знаем. Эффективность нашей инъекции выглядит хорошей. Орбита выглядит хорошей. Общая теория относительности Эйнштейна - это та, которую мы находим во всех учебниках. И это та, которую мы все вроде как обязались защищать, но было бы опрометчиво утверждать, что это последнее
слово в вопросе о гравитации. И безусловно, существуют альтернативные теории, и некоторые из них довольно популярны. И некоторые из этих теорий, это нестандартные теории гравитации, предсказывают, что вы могли бы создать черную дыру, столкнув вместе субатомные частицы. Некоторые ученые полагают, что им, возможно, удастся создать такую систему на новой и более мощной системе в Европе под названием Большой адронный коллайдер. Ключ заключается в том, является ли мир, который мы знаем, частью более сложной космической реальности. За пределами трех пространственных измерений плюс время, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни. Если это так, то мы были бы подобны насекомым, живущим на двумерной поверхности пруда, не подозревающие о глубокой и сложной реальности, скрывающейся под ней.
- Что мы можем жить на поверхности пруда, счастливо занимаясь своими делами, но не осознавать, что под водой что-то, скажем, подводная рыба, может плавать по воде, вызывая возмущения, которые распространяются вплоть до того места, где мы находимся. Мы могли бы почувствовать, как это происходит, мы могли бы, по сути, увидеть, как меняется наша вселенная вокруг нас, но мы оглядываемся в поисках причины этого и не узнаем, в чем она заключается. Идея в том, что ряд дополнительных измерений на самом деле пересекает наш мир. Десять, двенадцать ли. Хорошо. Когда частицы сталкиваются при очень высоких энергиях, эти дополнительные измерения усиливают гравитационную силу между частицами, достаточную для создания микрочерной дыры. Ученые поймут, что черная дыра существует, когда увидят поток частиц, предсказанный теорией Хокинга. И на мгновение это откроет окно в более глубокую космическую реальность. Сама идея о том, что мы могли бы проникнуть в эту глубинную сферу, показывает, насколько богатыми стали исследования черных дыр.
- Теория Эйнштейна показала, как черные дыры могут генерировать экстремальные энергии, заставлять Вселенную колебаться, изгибаться и скручиваться в узлы. Признание того, что черные дыры имеют фундаментальное значение для функционирования нашей Вселенной, является главным научным открытием нашего времени. И если окажется, что у них действительно конечная продолжительность жизни, их смерть будет сигнализировать о конце нашей Вселенной. По некоторым оценкам, временной горизонт крупнейших черных дыр составляет несколько лет. Возьмите единицу и добавьте к ней 100 нулей. Это непостижимый промежуток времени, но он далек от вечности. Вполне возможно, что часы в нашей Вселенной тикают. Сигнал тревоги прозвучит, когда взорвется последняя черная дыра.
