Математические особенности устройства нашей Вселенной заставляют некоторых космологов задуматься: а не родилась ли она сама в черной дыре? Об этом рассказывает National Geographic.
Вселенная и ее границы
Ночью, глядя на звезды, легко представить себе бесконечный космос. Но физики знают: у Вселенной есть пределы.
Во-первых, у нее было начало — субатомная точка, сингулярность. Состояние бесконечной плотности и температуры, которое развернулось во время Большого взрыва.
Во-вторых, наблюдаемая часть космоса ограничена горизонтом событий — рубежом, за которым мы не видим ничего. Это происходит потому, что пространство расширяется быстрее света и уводит галактики слишком далеко, даже для самых мощных телескопов.
Эти два элемента — сингулярность и горизонт событий — характерны и для черных дыр. Эти гравитационные «монстры» проглатывают свет, газ и пыль. И у них, как и у Вселенной, есть горизонт событий и центральная сингулярность. Поэтому ученые все чаще задаются вопросом: не находимся ли мы внутри подобного объекта?
«Это вполне разумная мысль. Вопрос лишь в том, как сложить все детали воедино», — говорит астрофизик Института Периметра в Канаде Нияйш Афшорди.
Как возникла идея
Математика, лежащая в основе космологии и черных дыр, общая — все это выводы из общей теории относительности Эйнштейна. Эта теория описывает, как массивные тела искривляют ткань пространства-времени и управляют гравитацией.
Любопытный факт: радиус наблюдаемой Вселенной совпадает с радиусом Шварцшильда черной дыры с массой, равной массе нашего космоса. Эта симметрия вдохновила физиков в 1970-х. Теоретик Радж Кумар Патрия и математик Ай. Дж. Гуд первыми детально проработали гипотезу.
Через два десятилетия Ли Смолин предложил еще более смелую версию: каждая черная дыра в нашей Вселенной порождает новую Вселенную внутри себя, со слегка измененными физическими законами. Этот процесс он назвал «космологическим естественным отбором»: вселенные эволюционируют и «размножаются» одна через другую.
Зеркала или противоположности?
Многие физики признают: связь между черными дырами и Вселенной очевидна. Но есть и важные различия.
«Математически они очень связаны. Они как бы противоположности друг другу», — отмечает физик-теоретик из Института Периметра Газаль Гешнизджани.
Вселенная началась с сингулярности и с тех пор расширяется. Черные дыры, напротив, завершаются сингулярностью, где все сжимается в точку.
У черной дыры горизонт событий — это граница, точка невозврата. За ней все обречено упасть внутрь. Хотя в культуре их часто изображают как космические пылесосы, на самом деле вокруг них можно существовать: корабль способен двигаться по орбите, пока не пересечет горизонт.
У Вселенной есть похожая особенность: ее постоянное расширение приводит к тому, что на больших расстояниях галактики ускользают от нас быстрее скорости света. В телескоп они исчезают за горизонтом — словно падают в обратную, вывернутую наизнанку черную дыру.
Как это проверить
Что мы могли бы наблюдать, если бы действительно жили внутри черной дыры? Прежде всего, должна проявляться направленность — например, вращение галактик в одном предпочтительном направлении или ось в реликтовом излучении.
«Вы ожидали бы некий градиент по нашей Вселенной. Одно направление в сторону центра черной дыры, другое — наружу», — поясняет Афшорди.
Однако наблюдения показывают, что в самых больших масштабах космос однороден и изотропен. Это космологический принцип: Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях. Такая равномерность плохо согласуется с идеей рождения в хаосе коллапсирующей звезды, из которой формируется черная дыра.
Еще одна трудность — сама сингулярность черной дыры. Она — конечная точка для всего, что падает внутрь. Вселенная же, напротив, расширяется и движется прочь от этой точки.
Теория, которой не хватает
Чтобы ответить на эти вопросы, физикам нужна единая теория квантовой гравитации. Общая теория относительности прекрасно описывает крупные объекты. Квантовая механика — микромир. Но сингулярность объединяет обе крайности: бесконечно маленькое и невообразимо большое.
Ни одна из теорий по отдельности не работает в этих условиях. Попытки объединить их в универсальную модель ведутся десятилетиями, но окончательного решения пока нет. По этой же причине ученые не могут точно сказать, что происходит внутри черной дыры или что было до Большого взрыва.
Несмотря на трудности, космологи считают изучение этой идеи полезным. Это не просто философия. Поиск ответов может заставить пересмотреть существующие модели и, возможно, дать новый взгляд на природу реальности.
PS: Ставьте лайк и подписывайтесь на «Ведомости» в Telegram и MAX
