Лиза Рэндалл - Достучаться до небес: Научный взгляд на устройство Вселенной

Таким образом, если теории, связанные с дополнительными измерениями, верны, то черные дыры могут возникать внутри любых астрономических объектов — даже Земли или Солнца. Гиддингс и Мангано рассчитали, что в некоторых системах (частота образования черных дыр зависит от числа дополнительных измерений) черные дыры увеличиваются слишком медленно и не представляют опасности: даже через миллиарды лет развития черные дыры в большинстве своем остаются крохотными. В других моделях черные дыры могут поглотить достаточно вещества и стать крупными, но обычно они несут на себе электрический заряд. Если бы они и в самом деле представляли опасность, то, зародившись внутри Земли или Солнца, оказались бы в ловушке, и оба названных объекта давно исчезли бы. А раз Земля и Солнце вроде бы остаются на месте, то получается, что заряженные черные дыры — даже те, что стремительно поглощают вещество — не могут представлять опасности.

Таким образом, единственным потенциально опасным сценарием остается тот, в котором черные дыры не несут заряда, но могут расти достаточно быстро, чтобы представлять угрозу. В этом случае гравитационное притяжение Земли — единственная сила, способная замедлить их экспансию — оказалось бы недостаточно сильным и не смогло бы их остановить. Такие черные дыры могли бы пройти Землю насквозь, и мы уже не можем ссылаться на существование Земли, делая выводы об их потенциальной опасности. Однако Гиддингс и Мангано исключили и эту возможность, потому что другие, гораздо более плотные астрономические объекты — а именно нейтронные звезды и белые карлики — обладают достаточным гравитационным притяжением, чтобы захватить и остановить черные дыры.

Космические лучи со сверхвысокой энергией при столкновении с веществом плотных звезд с сильным гравитационным полем давно уже породили бы черные дыры именно того типа, которые потенциально могут возникнуть в коллайдере. Нейтронные звезды и белые карлики намного тяжелее Земли — их плотность настолько велика, что одной силы тяжести хватило бы, чтобы остановить черную дыру и удержать ее внутри. Если бы черные дыры действительно рождались при таких столкновениях и к тому же представляли бы опасность, они давно уничтожили бы эти объекты — а мы достоверно знаем, что они существуют миллиарды лет. К тому же на небе их много — а значит, черные дыры, если и существуют, то опасности определенно не представляют. Даже если они появлялись, то, должно быть, исчезали почти мгновенно — или в худшем случае оставляли после себя крохотные безобидные стабильные следы. У них просто не хватило бы времени нанести какой‑либо вред.

В дополнение к сказанному следует заметить, что в процессе поглощения вещества и уничтожения космических объектов черные дыры испускали бы большое количество видимого света, который никто никогда не видел. Существование Вселенной в том виде, какой мы ее знаем, и отсутствие каких бы то ни было сигналов, свидетельствующих о разрушении белых карликов, — это, на мой взгляд, весьма убедительное доказательство того, что черные дыры, родившиеся в БАКе, безопасны. Состояние Вселенной позволяет нам сделать вывод о том, что Земле от родившихся в БАКе черных дыр ничего не угрожает.

Можете вздохнуть с облегчением. А я тем не менее продолжу тему черных дыр — на этот раз с собственной точки зрения — точки зрения человека, который работает в близкой области и занимается, в частности, темой дополнительных пространственных измерений, необходимых для рождения низкоэнергетических черных дыр.

Я заинтересовалась этим вопросом давно, еще до того, как пресса раздула тему черных дыр в Большом адронном коллайдере. У меня во Франции есть друг и коллега, работавший прежде в Европейском центре ядерных исследований. Теперь он занят в проекте под названием Auger [35] Назван в честь французского физика Пьера Виктора Оже. — Прим. пер. и изучает космические лучи при их прохождении через атмосферу в направлении земной поверхности. Он жаловался мне на то, что БАК отнимает у других исследователей ресурсы, которые позволили бы изучать те же энергетические диапазоны не в коллайдере, а непосредственно в составе космических лучей. Но, поскольку эксперименты с космическими лучами намного менее управляемы и точны, чем эксперименты в искусственной среде, то единственными событиями, которые там можно зафиксировать, были бы те, что оставляют после себя автограф: к примеру, испаряющиеся черные дыры.

Вместе с Патриком Мидом, работавшим тогда в Гарварде, мы решили вычислить число подобных событий, которые им, возможно, удастся зарегистрировать. Тщательные расчеты показали, что их намного меньше, чем в первоначальном прогнозе физиков. Нас не тревожила перспектива катастрофических событий ни на Земле, ни в космосе, и вы, я надеюсь, согласитесь, что реальной угрозы с этой стороны не существует.

Когда мы убедились, что проект Auger не обнаружит никаких черных дыр, даже если объяснение определенных явлений в физике частиц посредством дополнительных измерений верно, нам захотелось проверить предсказания некоторых физиков о том, что в БАКе черные дыры будут появляться регулярно и в большом количестве. Мы выяснили, что и эти предположения ошибочны. Хотя при приблизительных оценках действительно получалось, что в таких сценариях БАК будет порождать многочисленные черные дыры, наши расчеты показали, что на самом деле все обстоит иначе.

Нас с Патриком не тревожила перспектива образования опасных черных дыр. Мы хотели понять, смогут ли в БАКе образоваться маленькие, безобидные, стремительно испаряющиеся многомерные черные дыры (по которым можно было бы судить о существовании гравитации высших измерений). У нас получилось, что это будет происходить очень редко, если вообще будет. Разумеется, возникновение крохотных черных дыр, если оно возможно, стало бы фантастическим подтверждением теории, которую предложили мы с Раманом. Но я как ученый обязана уважать научные расчеты. Наши результаты не позволяли нам ожидать слишком многого. Мы с Патриком (как и большинство остальных физиков) не надеемся, что в коллайдере будут формироваться даже совсем маленькие черные дыры.

Именно так устроена наука. У кого‑то возникает идея, он прорабатывает ее грубо и приближенно, а затем через какое‑то время сам он или кто‑то другой возвращается к этой идее вновь и проверяет детали. Тот факт, что первоначальную гипотезу после дополнительной проверки пришлось переработать, не свидетельствует о ее несовершенстве — это всего лишь признак того, что наука — дело сложное, а прогресс в ней часто достигается небольшими шажками. На промежуточных этапах иногда делаются самые разные поправки, и лишь потом мы окончательно останавливаемся на лучшем варианте — теоретически и экспериментально. Как ни печально, мы с Патриком не успели закончить вычисления вовремя и предотвратить тем самым шумиху в прессе, связанную с черными дырами, а также упомянутый в начале главы судебный иск.