Генрих Эрлих - Легко ли плыть в сиропе. Откуда берутся странные научные открытия

В Новом Завете, а именно в Апокалипсисе, появляется огненное озеро, в которое после Страшного суда сбрасывают души грешников. В нем же оказываются главные действующие лица последних времен: зверь и лжепророк. Еще один обитатель ада – древний змей, он же диавол, сатана, Князь мира сего: его туда помещает и заключает в оковы на некий срок, по разным версиям, либо сам Христос во время своего сошествия в ад, либо грозный ангел. По окончании срока заточения он выйдет из ада, обольстит людей, устроит бунт, проиграет и окажется в одном озере со своими предшественниками.

Согласно еще одному апокрифу – Евангелию от Никодима (ад здесь предстает и как место для душ грешников, и как его владыка, аналогично Аиду), Христос во время сошествия разбивает старые ворота, лишает Гадеса (Аида) его владений и выводит из них души праведников, чьи имена перечислены в некоей книге. Интересно, что операция по выводу душ, так называемое боронование ада, проходит не единожды: в том же апокрифе Гадес жалуется, что Христос уже изымал из его чертогов душу Лазаря.

В переводе на физический язык ад состоит из низкоэнергетической части (пещеры) и двух высокоэнергетических частей, одна из которых (огненная бездна) лишена границы, а вторая (озеро) ограничена как минимум по двум координатам – длине и ширине. Внутри находится три вида материи – ангелы и некие бестелесные образования двух типов: духи исполинов и души людей, причем последние способны совершать путешествие в обе стороны – и в ад, и из ада. Вероятность перемещения зависит от содержащейся снаружи информации о них, а при определенных обстоятельствах возможна передача информации изнутри наружу. Интересна и та особенность, что нигде не сказано об ограничении способности преисподней к размещению вновь прибывающей материи.

И вот тут просвещенного читателя должно осенить: "Где-то я все это уже читал!" Скорее всего, свое удивление читатель придержит при себе, но вот американский телепроповедник Джек Ван Импе, отвечая 31 марта 2001 года на двенадцатой минуте своей проповеди на вопрос "Как оно там, в центре черной дыры?", определил ситуацию одной фразой: "Там все, как в аду". Эта простая констатация принесла ему и его соведущей Рокселле Ван Импе Игнобелевскую премию по астрофизике за 2001 год. Впрочем, физики особого внимания на прозрение Ван Импе не обратили, а продолжили выстраивать многострочные уравнения, описывающие искажения метрики пространства при участии разного рода гамильтонианов с квантово-механическими добавками. А зря. Посмотрим на черную дыру глазами Ван Импе.

Согласно классическому описанию, следующему из общей теории относительности Альберта Эйнштейна, черная дыра возникает при условии, что деформация пространства-времени, вызванная концентрацией массы-энергии, превосходит некий предел. Граничное значение определено простейшим решением уравнения Эйнштейна, которое получил Карл Шварцшильд: деформация на границе черной дыры такова, что свет не может ее покинуть и движется по окружности. Это приводит к тому, что из черной дыры наружу ничто выйти не может и сторонний наблюдатель ее не видит. Более того, для него на границе дыры – так называемом горизонте событий – время останавливается.

Внутри черной дыры пространство чрезвычайно искривлено и где-то, а также когда-то в глубине этого странного пространства-времени находится сингулярность: в ней обрываются так называемые мировые линии, то есть траектории в пространстве-времени, по которым движутся все материальные тела. Фактически это бездна, поскольку в ней пропадают сами понятия пространства и времени. Поскольку в сингулярности деформации пространства-времени бесконечны, приближаясь к ней, любой материальный, то есть конечный объект когда-нибудь обязательно подвергнется такому столь высокоэнергетическому воздействию, что обратится в ничто, причем случится это за конечное время.

Сильная деформация пространства внутри черной дыры ведет к серьезным проблемам с вычислением объема. В обычном, недеформированном мире всё просто: перемножаем высоту на ширину и длину и получаем объем. Внутри дыры не так. В частности, проблема состоит в том, что радиальная координата (а расчеты внутри дыры ведут в сферической системе, которая задана радиусом и двумя углами) – это не только способ измерения расстояния от поверхности дыры в ее глубь, но еще и способ измерения времени; фактически внутренность дыры – это растущий четырехмерный цилиндр. Его надо нарезать на слои равного значения времени и потом из них складывать объем дыры, что не раз делалось разными способами и с разными количественными результатами.

В некоторых случаях внутри черной дыры с массой, равной массе Солнца, помещалась целая вселенная – и даже наша Вселенная, по мнению некоторых теоретиков, уместилась бы внутри какой-нибудь черной дыры, причем в качестве ее границы мы видим ту самую сингулярность, с которой все и началось почти 14 млрд лет тому назад. Более консервативная оценка дает просто гигантский, но конечный объем. Например, черная дыра, находящаяся в центре Галактики, имеет видимый снаружи радиус 10 6км, а возраст – 10 9лет. Подставляя эти данные в формулу, Мариос Христодулу и Карло Ровелли из Тулонского университета подсчитали, что ее объем сейчас равен 10 34км 3, то есть она способна вместить миллионы Солнечных систем [40] M. Christodoulou and C. Rovelli. How big is a black hole? arXiv:1411.2854v3 [gr-qc] 16 Mar 2015. . Таким образом, рассуждения о плотности вещества в черной дыре при ее переменном объеме, как и мысли о том, хватит ли места для поглощаемой материи, лишены смысла.

Наличие внутри дыры сингулярной бездны совсем не радует физиков. Наученные горьким опытом краха классической физики в начале XX века, они знают: когда что-то становится бесконечным, значит, проблема не с физической реальностью, а с теорией, которая перестает эту реальность описывать. Причина в данном случае понятна: деформация пространства-времени с некоторого момента оказывается неподъемной для существующих методов расчета. Чтобы исправить ситуацию, физики обращаются к квантовой механике и пытаются придумать теорию квантовой гравитации. Она еще не создана, однако отдельные интересные идеи на этом пути удается сформулировать.

Возможно, самым значимым на этом пути стало явление Стивена Хокинга, который сумел вывести часть материи из черной дыры с помощью излучения, названного его именем. Сделал он это, развивая идеи советских физиков В. Н. Грибова, Я. Б. Зельдовича и А. А. Старобинского. Суть их состоит вот в чем. В основе квантовой механики лежит представление о том, что положение каждого объекта задается не конкретным числом, а вероятностью его нахождения в данном месте или состоянии, но точному определению мешает соотношение неопределенности, выраженное через постоянную Планка. С ее помощью удается задать масштаб, на котором еще имеет смысл говорить о непрерывном пространстве-времени. Соответствующие числа называют планковским масштабом: планковская длина 1,6∙10 −35м, время 5,4∙10 −44с, масса 2,1∙10 −8кг. На планковском масштабе расстояний и времен вакуум становится пеной из виртуальных частиц, которые порождаются парами «частица – античастица» и мгновенно исчезают, как будто ничего и не было. Если же такая пара возникнет вблизи горизонта событий черной дыры, то одна из частиц может туннелировать внутрь, и тогда оставшейся снаружи частице не с кем станет сливаться. Она и полетит прочь, унося часть энергии, а стало быть, и массы черной дыры.