«Я расскажу вам о черных дырах. Говорят, что реальность иногда оказывается удивительнее, чем реальность, и в отношении черных дыр это особенно справедливо», — отметил профессор Кембриджского университета Стивен Хокинг, выступая для ВВС.
По его словам, черные дыры – явление более удивительное, чем что-либо, придуманное фантастами, но при этом их существование является доказанным научным фактом. Научное сообщество не сразу осознало, что массивные звезды могут разрушаться сами по себе, под действием собственной гравитации, и как будут вести себя оставшиеся после этого объекты.
«Большую часть жизни обычной звезды, многие миллиарды лет, она сама защищает себя от своей гравитации при помощи термального давления, вызванного атомными процессами, при которых водород превращается в гелий», — объясняет Хокинг, добавляя, что со временем звезда истощает свои запасы ядерного топлива. Звезда начинает сжиматься. В некоторых случаях она может продолжить свое существование в классе карлика.
В 1930 году Субраманьян Чандрасекар показал, что максимальная масса белого карлика – в 1,4 раза превышающая массу нашего Солнца. Похожие расчеты провел советский физик Лев Ландау для звезды, состоящей исключительно из нейтронов.
«Но что же происходит с бесчисленными звездами, чья масса превышает массу белых карликов и нейтронных звезд, когда они истощают свои запасы ядерного топлива?» — задается вопросом Хокинг.
Он перечисляет ученых, исследовавших эту проблему: Роберта Оппенгеймера, Джорджа Волкоффа и Хартланда Снайдера. В 1939 году Оппенгеймер, позже прославившийся разработками атомной бомбы, доказал, что такие звезды не смогут поддерживать себя за счет давления.
«Если пренебречь давлением, сферическая симметричная звезда сожмется до одной-единственной точки с бесконечной плотностью. Такая точка называется сингулярностью», — отмечает Хокинг.
Он рассказывает, что все теории о космосе строятся, исходя из предположения, что материя пространства и времени является гладкой и практически плоской, поэтому они ломаются на сингулярности, где изгиб пространства-времени бесконечен.
Хокинг говорит, что продолжить исследования помешала война, и возобновились исследования только после открытия квазаров – самых ярких объектов во Вселенной (считается, что квазары представляют собой активные ядра галактик со сверхмассивными черными дырами в центре — НВ).
Первый квазар, 3C273, был открыт в 1963 году. Вскоре были открыты и другие квазары, яркие, несмотря на огромные расстояния.
«Атомные процессы не могли обеспечивать такой выброс энергии, поскольку они высвобождают только незначительную долю своей массы в виде чистой энергии. Единственной альтернативой была гравитационная энергия, высвобожденная гравитационным коллапсом», — объясняет Хокинг. Были заново открыты гравитационные коллапсы звезд, а факт существования сингулярности стал очевидным.
«Уравнения Эйнштейна не могут быть определены как сингулярность. Это означает, что в этой точке бесконечной плотности нельзя предсказать будущее. Подразумевается, что в момент коллапса звезды может произойти нечто странное», — рассказывает ученый.
Он говорит, что предложенный Джоном Уилером в 1967 году термин черная дыра заменил более раннее название, застывшая звезда. Термин Уилера делал акцент на том, что остатки коллапсировавших звезд интересны сами по себе, независимо от того, как были сформированы.
«Снаружи нельзя определить, что находится внутри черной дыры. Вы можете бросать туда телевизоры, бриллиантовые кольца или даже ваших злейших врагов, но все, что запомнит дыра – это общая масса и состояние вращения»,- поясняет ученый.
Хокинг рассказывает, что у черной дыры есть граница, которая носит название горизонт событий. Здесь гравитация достаточно сильна, чтобы затянуть свет обратно и помешать ему вырваться.
«Поскольку ничто не в состоянии двигаться быстрее света, все остальное также будет затянуто внутрь. Падение за горизонт событий можно сравнить со спуском на каноэ по Ниагарскому водопаду, — делится своими соображениями ученый. – Если вы находитесь выше по течению, то можете выбраться, если будете двигаться достаточно быстро, но, как только вы пересекаете границу, пути назад нет. Чем ближе вы к водопаду, тем больше усиливается течение. Это означает, что оно тянет нос каноэ сильнее, чем корму. Есть риск, что каноэ просто разорвет».
С черными дырами, утверждает Хокинг, происходит то же самое. Если вы падаете в черную дыру ногами вперед, гравитация будет сильнее тянуть вас за ноги, поскольку они находятся ближе к дыре.
В результате вы будете растягиваться в длину и сжиматься в ширину. Если масса черной дыры всего в несколько раз превышает массу Солнца, вас разорвет задолго до того, как вы достигнете горизонта событий.
«Но если вы будете падать в большую черную дыру, масса которой в миллионы раз превышает массу Солнца, вы достигнете горизонта событий без особых затруднений. Так что, если вы решите посмотреть, как черная дыра выглядит изнутри, сначала убедитесь, что она достаточно велика. В центре нашей галактики, Млечного Пути, как раз есть подходящая – ее масса превышает массу Солнца в четыре миллиона раз», — заключает Хокинг.
Перевод НВ
Полную версию выступления Стивена Хокинга читайте на сайте ВВС
Возможные места обитания сверхцивилизаций отмечены красными точками