Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

А как насчет того, чтобы снять видеоролик, что-то типа фильма «Черная дыра»?

Да, мы сможем сделать это, если вокруг черной дыры что-то вращается, как мы и ожидаем. Если вокруг черной дыры вращается газ, то ему для падения на черную дыру понадобится от четырех до двадцати семи минут в зависимости от скорости вращения черной дыры. Если мы будем наблюдать несколько дней и увидим изменения в структуре, мы сможем представить это как видеоролик.

Что вы надеетесь узнать из этого изображения?

Будет важна сама возможность просто сфотографировать черную дыру и показать тень на том месте, откуда не может вырваться свет. Кроме того, нам нужно многое узнать о структуре черной дыры в нашей собственной галактике и о том, что происходит с черной дырой, когда ей не хватает «питательного материала», что, по-видимому, имеет место в Стрельце A*.

Мы также ожидаем, что сможем проверить общую теорию относительности, которая утверждает, что кольцо света вокруг черной дыры должно быть совершенно круглым. Если теория относительности не работает в таком мощном гравитационном поле, где гравитация достигла своих пределов, тогда кольцо света не будет совершенно круглым.

На ранних порах космической молодости причуды пространства-времени могли создать кротовые норы, связывающие нас с обширной мультивселенной. Если это действительно так, теория может помочь объяснить, каким образом сверхмассивные черные дыры в центрах галактик так быстро достигли своих размеров, и это означало бы, что каждая из этих гигантских черных дыр скрывает внутри себя целую вселенную.

Идея о том, что наша Вселенная – всего лишь одна из ошеломительно большого количества вселенных, следует из космологической теории вечной инфляции. Эта теория была выдвинута в 1980-е годы для объяснения некоторых загадочных результатов наблюдений, которые не могла объяснить теория Большого взрыва. Она предполагает, что далеко-далеко за пределами нашей Вселенной пространство-время расширяется по экспоненте, удваиваясь в объеме каждую долю секунды. Время от времени новый «пузырь» пространства-времени выпадает из этого сумасшедшего процесса расширения, чтобы основать клочок более спокойного пространства, как сделала наша Вселенная почти 14 миллиардов лет назад. Но даже после того, как быстрое расширение заканчивается в новой вселенной, другие вселенные-младенцы продолжают рождаться в других местах, умножая распростертую во все стороны мультивселенную.

При отсутствии достоверных свидетельств очевидцев в ответе на этот вопрос мы должны полагаться на теорию относительности.

Теория относительности говорит, что с точки зрения стороннего наблюдателя вы никогда полностью не упадете в дыру. По мере того, как вы (вернее, ваше изображение) приближаетесь к горизонту событий, притяжение черной дыры начнет выкидывать шутки со временем. Для внешнего наблюдателя ваш образ вместо того, чтобы стремительно падать вниз, начнет замедлять падение, все медленнее и медленнее приближаясь к горизонту событий, но никогда не достигая его до конца. Вместе с тем ваш образ «краснеет», затем «инфракраснеет», а после вообще превращается в радиоволну с постоянно растущей длиной.

Лично для вас падение будет выглядеть по-другому, но подробности нам не известны. По мере того, как вы будете приближаться к дыре, россыпь звезд и галактик на небе начнет коробиться и «синеть», становясь яркой до изнеможения. Согласно вашим часам и ощущениям, вы быстро достигнете горизонта событий. Вы можете преодолеть его без единой царапины, а можете и столкнуться с «огненной стеной» и распасться на элементарные частицы. Если вы выживете, то, вероятно, дойдете почти до центра черной дыры, где градиент силы притяжения настолько силен, что разорвет вас на куски в процессе, который получил название «спагеттификация». Но некоторые теории утверждают, что вас может выбросить через кротовую нору в новую вселенную, где, скорее всего, вашим рассказам никто не поверит.

Александр Виленкин (род. 1949) из Университета Тафтса в Медфорде (штат Массачусетс, США) и его коллеги задались вопросом: смогут ли они обнаружить признаки существования мультивселенной? Они построили математическую модель и проанализировали судьбу пузырей, образованных во время инфляции. Они обнаружили, что некоторые отделившиеся пузыри будут сформированы наполовину: в них будет продолжаться инфляция, хотя и с другой скоростью. Некоторые из них попадут в наш уголок пространства, а когда он полностью прекратит раздуваться, эти «недоделанные» пузыри прочно застрянут в нем. Нам они будут казаться черными дырами. Пузыри, образовавшиеся сравнительно поздно, будут меньше; они должны будут коллапсировать в стандартные черные дыры, внутри которых не будет ничего, кроме бесконечно плотной точки – сингулярности. Но пузыри, образовавшиеся ранее, будут больше, создавая более крупные черные дыры. Внутри этих пузырей раздувающееся пространство-время может породить свою собственную мультивселенную.

Анализ предполагает, что наша Вселенная должна иметь характерное распределение черных дыр. Чем больше масса черной дыры, тем больше таких дыр должно быть в нашей Вселенной, и так до определенного критического значения, после которого число дыр должно падать. Такой подход может помочь решить многолетнюю загадку. До сих пор астрофизикам было трудно понять, как сверхмассивным черным дырам удалось дорасти до таких размеров на столь ранних этапах космической истории. В соответствии с новой теорией большие черные дыры должны были сформироваться в первые моменты Большого взрыва как отдельные вселенные-пузыри. Эти гиганты и могли стать сверхмассивными черными дырами, которые мы видим сегодня в ядрах галактик, включая наш Млечный Путь.

Данная теория также может помочь разобраться с парадоксом потери информации черной дырой, о котором физики дискутируют уже несколько десятилетий. И, конечно, наша собственная Вселенная вполне может выглядеть как черная дыра для физиков из какой-нибудь другой вселенной.

Стивен Хокинг, один из величайших физиков в мире, известен своими работами по черным дырам. В преддверии его 70-летия в 2012 году журнал New Scientist взял у него интервью по электронной почте (когда Хокингу исполнился 21 год, у него было диагностировано заболевание двигательных нейронов, и общение с ним можно было осуществить только с помощью датчика, управляемого сокращением мышц его щеки). Его ответы на вопросы дополнены комментариями журнала New Scientist .