Итоги Итоги - Итоги № 6 (2014)

Ничто, в котором всё

Согласно традиционным представлениям каждая черная дыра обладает точкой гравитационной сингулярности — там значения величин, описывающих гравитационное поле, становятся неопределенными. Эту точку окружает невидимая граница — тот самый горизонт событий, гипотетическая сфера, внутри которой действующие гравитационные силы достигают такой величины, что ничего не может ее покинуть — ни материя, ни энергия, ни информация. Даже фотон, двигающийся со скоростью света, не может вырваться из внутренней области черной дыры. Размер этой области пространства определяется радиусом, который носит труднопроизносимое имя Шварцшильда. Так звали выдающегося немецкого астрофизика, который в 1916 году предсказал существование у черных звезд критического радиуса, и это стало его последним открытием: в том же году Шварцшильд скончался. Интересно, что эту фундаментальную работу он написал во фронтовом госпитале в России, где находился по поводу полученного на фронтах Первой мировой тяжелого заболевания, от которого так и не оправился. Гравитационный радиус коллапсирующей звезды назвали в его честь.

Но в 1973 году советские ученые Алексей Старобинский и Яков Зельдович математически доказали, что вращающиеся черные дыры могут иметь слабое излучение. Через год Хокинг представил решение для общего случая. Из его расчетов следовало, что снаружи черной дыры в ближайших окрестностях горизонта событий возможно образование реальной пары «частица — античастица». При этом античастица, падающая внутрь сферы, будет уменьшать массу черной дыры, а частица, улетающая от горизонта событий в сторону наблюдателя, — создавать видимое тепловое излучение. Это таинственное явление назвали излучением Хокинга.

При этом получалось, что спектр такого излучения подобен излучению абсолютно черного тела, а температура обратно пропорциональна массе черной дыры. С точки зрения квантовой механики это означает, что черная дыра теряет информацию о том, что поглотила. Иначе говоря, бедолага, попавший в окрестности черной дыры, рискует исчезнуть без следа. Это окончательно запутало ситуацию: такой эффект, если он существует, противоречит постулату о сохранении информации, одним из проявлений которого служит закон сохранения энергии. Это явление получило название информационного парадокса черных дыр.

Теперь же Стивен Хокинг провозглашает, что на самом деле никакого горизонта событий нет — есть лишь некий видимый горизонт, который, по его мнению, только временно задерживает материю, энергию и информацию, после чего снова может выпустить их, но уже в сильно искаженном виде. По сути, видимый горизонт представляет собой некую поверхность, которая сдерживает лучи света, пытающиеся покинуть черную дыру. Стремясь удержать внутри себя свет, горизонт событий со временем бы сокращался и исчез, а видимый горизонт будет разбухать до тех пор, пока не выплюнет в космическое пространство все, что до этого проглотил. Хокинг даже сравнил астронавта, который попадет в окрестности такого объекта и вылетит из него, со спагетти.

Но эта картина совсем не соответствует тому, что мы привыкли понимать под черной дырой. Ведь у такого объекта уже не может быть того мощного гравитационного ядра, без которого дыра не дыра, и, соответственно, не должно быть точки сингулярности, где способно пропадать все, что туда попало. Так что же это тогда за объекты?

Черная кошка в темной комнате

Попытки пролить свет на природу этих темных объектов ученые предпринимают не первый год. Поскольку увидеть их еще никому не удавалось, находятся скептики, по-прежнему выражающие сомнения в том, что эти объекты вообще существуют. Наиболее весомые основания для сомнений в существовании черных дыр дает сравнение двух теорий гравитации — общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, на которую пытается опираться Хокинг, и релятивистской теории гравитации (РТГ) российского академика Анатолия Логунова. Об ОТО наслышаны даже школьники, а вот о РТГ знают не все. Это, безусловно, несправедливо, хотя, как и всякая физическая теория, она небезупречна. «Однако ОТО, благодаря которой появилась на свет теория черных дыр, содержит в себе куда больше белых пятен, — полагает академик Логунов. — На мой взгляд, к ней относятся догматически даже ученые, занимающиеся гравитацией, принимая ее положения на веру. А между тем стоило бы разобраться».

Посягнув на святое, Логунов с коллегами заметили в ОТО ряд несоответствий. Это касается практически всех фундаментальных постулатов, в частности законов сохранения, равенства гравитационной и инертной масс и много чего еще. Так родилась РТГ, в корне отличающаяся от ОТО. Есть, впрочем, и сходство: обе теории одинаково предсказывают (и это подтверждено многочисленными наблюдениями) искривление луча света вблизи массивных тел и смещение перигея планет — ближайшей точки орбиты небесного тела — к центру притяжения. Другие же предсказания принципиально расходятся. К примеру, это касается черных дыр, которых, как утверждает Логунов, не существует: «В рамках РТГ в отличие от ОТО черные дыры возникнуть не могут, так как сжатие массивных тел приводит к гравитационному замедлению, а потом сжатие останавливается».

По мнению академика, сверхмассивные черные дыры — не реальный физический объект, а не очень удачная рабочая гипотеза. Когда-то их существование предсказал Эйнштейн, однако его черные дыры выглядели куда проще, чем теперешние, обрастающие все новыми заморочками. «Основаниями для их «открытия» послужили наблюдательные факты — скрытая масса галактик и мощные рентгеновские источники в их ядрах, которые действительно существуют, — рассуждает Логунов. — Однако с запуском ультрафиолетовых космических телескопов выяснилось, что в галактике Млечный Путь барионной (обычной, состоящей из нейтронов, протонов и электронов. — «Итоги») материи вполне достаточно, чтобы все объяснить. Просто недостающая (скрытая) масса газа излучает в УФ-диапазоне и прежними телескопами не могла быть зафиксирована. Что же касается мощного рентгеновского излучения из глубоких слоев галактики, то оно может быть объяснено излучением при столкновениях разогнавшегося до околосветовых скоростей межгалактического газа с межзвездным газом галактики». Из всего этого академик делает вывод: черных дыр не существует. А есть стабильные звезды с экстремальным красным смещением и радиусом чуть больше радиуса Шварцшильда, которые фактически неотличимы от кандидатов в черные дыры, но ими не являются.

Там, за горизонтом

Ничего не зная о предсказаниях российского физика, ученые из Кливлендского университета два года назад вывели математические формулы, из которых также следует, что черных дыр не существует. Именно так, по их мнению, можно объяснить парадокс возникновения пары «частица — античастица» в районе предполагаемого горизонта событий, когда одна из них падает внутрь, а другая улетает от объекта куда подальше. Долгое время физики ломали головы над тем, как такое может быть. Каким образом один и тот же объект может быть всепоглощающим и излучающим? Тем более что давно стало общим местом говорить и писать о черных дырах как о неких фантастических, удивительных и совершенно невероятных объектах.