Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Недавние расчеты предложили такое объяснение. В первой волне формирования галактик через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва фоновое излучение поначалу препятствовало образованию звезд. Если они все-таки возникали, это был стремительный бурный процесс, оставивший после себя множество маленьких черных дыр, которые в условиях высокой плотности среды сливались в «семена» черных дыр – от 10 4до 10 6солнечных масс [244]. Вследствие стремительного скачка черные дыры смогли дорасти за следующие полмиллиарда лет до сверхмассивного уровня (миллиард или больше солнечных масс).

Гипотеза обратной связи увязывает наблюдения воедино. Черная дыра имеет симбиотические отношения с родительской галактикой. Она не может вырасти или зажечься, как квазар, не получая газ из центральных областей галактики. Однако когда она активна, то выделяет так много энергии, что выталкивает газ из центральных областей галактики и подавляет формирование звезд. В активной фазе, продолжительностью 10 млн лет, квазар излучает 10 53Дж энергии. Это примерно равно гравитационной энергии, удерживающей звезды на орбитах в большой галактике. Очевидно, энергии квазара хватит, чтобы разрушить галактику. За счет обратной связи квазары отталкивают газ и глушат собственную активность. Обратная связь сводит в единое целое эволюцию внутренней области галактики и черной дыры в ее центре, и это объясняет замеченную астрономами корреляцию между массой черной дыры и массой звезд с гораздо большими масштабами распределения [245].

В общем, в первые нескольких миллиардов лет после Большого взрыва галактики и черные дыры вошли в фазу интенсивного строительства. Под управлением темной материи галактики росли иерархически: мелкие объекты формировались первыми и со временем сливались, образуя более крупные. Темпы формирования звезд и слияний достигли максимума, после чего стали медленно снижаться по мере сокращения запаса топлива и увеличения Вселенной. Проект строительства черных дыр развивался иначе. Самые глубокие гравитационные потенциалы быстро образовали крупнейшие галактики и самые массивные черные дыры. Сегодня мы наблюдаем их в форме эллиптических галактик, давно истощивших свой газ, с прячущимися в центре мертвыми квазарами. Между тем мелкие гравитационные потенциалы образовали галактики среднего размера – такие как Млечный Путь, которые «вырастили» у себя менее массивные черные дыры, – с более долгим периодом роста и активности [246]. Золотая пора сотворения галактик и черных дыр давно миновала (илл. 42). Когда наступят сумерки Вселенной, будут умирать последние звезды и почти перестанут образовываться новые – им на смену и единственным развлечением станут редкие случаи столкновения двух зрелых галактик и слияния их массивных черных дыр.

Является ли Вселенная черной дырой? Между ними есть некоторые внешние признаки сходства. Масса и радиус наблюдаемой Вселенной удовлетворяют отношению шварцшильдовских массы и радиуса черной дыры. Вселенная имеет горизонт событий, представляющий собой границу между галактиками, которые мы можем видеть, и галактиками, невидимыми для нас, поскольку их свету не хватило времени достичь нас за период существования Вселенной.

Наблюдаются и принципиальные отличия. Самое очевидное: у черной дыры есть внутренности – запечатанное в пределах горизонта событий пространство и время – и внешняя часть. Вселенная по определению есть все пространство и время, так что у нее нет ничего «снаружи». Кроме того, горизонт событий черной дыры является односторонним барьером: хотя никакая информация не может просочиться наружу, мы могли бы пройти сквозь горизонт событий и узнать, что там внутри. В нашей ускоряющейся Вселенной горизонт событий, удаленный на 16 млрд световых лет, отделяет события, которые мы никогда не увидим, сколько бы ни ждали. Мы можем увидеть, что происходило в галактиках перед тем, как они пересекли горизонт событий; все последующее навсегда исчезает от нашего взгляда [247]. Нед Райт, профессор астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, емко выразил это в своих ответах на часто задаваемые вопросы о космологии: «Большой взрыв на самом деле не имеет ничего общего с черной дырой. Большой взрыв – это сингулярность, распространившаяся на все пространство в одно мгновение времени, а черная дыра – это сингулярность, распространившаяся на все время в одной точке пространства» [248]. Иначе говоря, наша Вселенная в прошлом имела сингулярность, из которой возникло все, а черная дыра имеет сингулярность, в которой объекты могут исчезнуть в будущем.

О черных дырах также вспоминают при попытках объяснить существование Вселенной. Это умозрительная космология, так что пристегните ремни! Теория Большого взрыва опирается на эпизод инфляции, период экспоненциального расширения через 10 –35после Большого взрыва, в течение которого Вселенная раздулась от размера меньше протона до примерно метра в поперечнике. Некоторые наблюдения свидетельствуют в пользу инфляции, но до сих пор отсутствует убедительная теория вызвавших ее причин.

В занимательной статье, опубликованной в 2010 г., ученые попытались устранить необходимость в инфляции, распространив теорию гравитации на новый тип элементарных частиц. Теория обратилась к идее силы отталкивания – так называемой торсионной силы. Торсионная сила при нормальных плотностях и температурах незаметна, но в условиях Большого взрыва она обеспечила бы формирование Вселенной из внутренности черной дыры. В таком случае наша Вселенная являлась бы пространственно-временным континуумом, исторгнутым черной дырой [249]. Побочным преимуществом этой идеи является объяснение стрелы времени. Время для нас течет вперед вследствие асимметричного по времени потока материи на горизонт событий из родительской Вселенной. Это значит, что по другую сторону горизонта событий, в родительской Вселенной, время течет в обратном направлении. Возникает немыслимая ситуация: события, случившиеся после Большого взрыва, в родительской Вселенной развиваются в обратном порядке.

Еще более сумасшедшая теория, опубликованная в 2014 г., воспользовалась инструментарием теории струн. Попытавшись обойтись без сингулярности Большого взрыва, ученые Института теоретической физики «Периметр» в Ватерлоо (Канада) выдвинули теорию, согласно которой наша Вселенная возникла в результате формирования черной дыры во вселенной большей размерности. В нашей трехмерной Вселенной черные дыры имеют двухмерные горизонты событий. В четырехмерной вселенной горизонт событий черной дыры должен иметь три измерения. Ниайеш Афшорди и его коллеги предполагают, что наша Вселенная начала существовать, когда звезда в четырехмерной вселенной коллапсировала в черную дыру. Большой взрыв – мираж, отзвук более многомерного события. Они объясняют это при помощи платоновской аллегории с пещерой: «Двухмерные тени – единственное, что видят пленники, – их единственная реальность. Оковы не позволяют им увидеть настоящий мир, имеющий на одно измерение больше, чем мир, который они знают. ‹…› Узники у Платона не понимают, какие силы управляют Солнцем, как мы не понимаем четырехмерной объемной Вселенной» [250].