Дэйв Голдберг - Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса

Черные дыры — объекты на удивление простые, по крайней мере те из них, которые не вращаются, а здесь я буду говорить только о таких. Они состоят из бесконечно компактной «сингулярности» в центре и внешних границ, которые называются горизонтом событий — точкой невозврата. Черные дыры по астрономическим масштабам совсем крохотные. Если наше Солнце схлопнется в черную дыру, ее радиус будет меньше, чем у города Филадельфии [74] Возможно, вас утешит знание, что Солнце никогда не схлопнется в черную дыру по своей воле: оно для этого слишком маленькое. Кончают свои дни в виде черной дыры лишь звезды примерно в десять раз массивнее. Цифры я привожу лишь для сравнения. Правда, лично мне непонятно, почему перспектива превращения Солнца в красного гиганта, а потом в нейтронную звезду утешительнее, чем в черную дыру. В любом случае от Земли останется пшик. . Даже черная дыра массой в четыре миллиона солнечных, которая расположена в центре Млечного пути, с запасом впишется в орбиту Меркурия.

Черные дыры — это такие космические медведи. Твари это опасные, но не тронут, если к ним не соваться. Если бы Солнцу предстояло превратиться в черную дыру, Землю туда не засосало бы . Просто примерно через 8 минут и 19 секунд после превращения — столько времени требуется свету, чтобы долететь до нас — вы бы увидели, как Солнце гаснет и исчезает, а потом замерзли бы насмерть. Однако в последние свои часы вы наверняка будете возмущены тем обстоятельствам, что Дж. Дж. Абрамс вас обманывал. Землю не затянет в черную дыру, оставшуюся от Солнца — она будет вращаться себе по орбите вокруг пустого на вид участка неба, как всегда. Только заледенеет.

Однако вблизи черной дыры, там, где гравитация сильнее, все обстоит совсем иначе. Ближайшая к Солнцу планета — Меркурий, поэтому он сильнее всех нас ощутит на себе воздействие гравитации. И хотя Меркурий всего вдвое ближе к Солнцу, чем Земля, его орбита отчасти показывает, где Эйнштейн был прав, а Ньютон заблуждался.

Ньютон, как и Кеплер, обнаружил, что все планеты теоретически должны вращаться вокруг Солнца по идеальным эллипсам. Однако с Меркурием что-то не заладилось: его перигелий смещается примерно на 2 градуса в столетие. На практике это означает, что орбита Меркурия — не идеальный эллипс, а узор в виде розетки. Этот эффект почти целиком объясняется простым ньютоновым воздействием остальных планет, особенно Юпитера. Однако небольшая доля смещения, примерно 43 угловые секунды в сто лет, в рамках теории Ньютона объяснить невозможно. Прецессию Меркурия можно как-то истолковать лишь в том случае, если вы понимаете, что пространство-время вблизи Солнца искажается.

Если бы Солнце было черной дырой, мы могли бы подобраться гораздо ближе, и воздействие гравитации было бы гораздо зрелищнее. Как мы уже видели, рядом с массивными телами время течет медленнее, чем вдали от них. На горизонте событий черной дыры замедление времени становится буквально бесконечным. Да-да, вы не ослышались: бесконечным.

Предположим, у вас есть приятельница, которой вы не прочь пожертвовать ради науки. Давайте возьмем Алису: похоже, она не питает отвращения к кроличьим норам и всему такому прочему. Возьмите веревку попрочнее и подвесьте Алису над самым горизонтом событий. С точки зрения Алисы пройдет всего несколько минут, но к тому моменту, как она взберется обратно, в остальной вселенной, вероятно, пройдут тысячи лет. Не исключено, что к этому времени Землей будут править немытые обезьяны!

Спагеттификация

А теперь предположим, что Алиса решила не ждать, когда вы плавно спустите ее, а пожертвовать собой и прыгнуть в черную дыру «солдатиком». Разъясню еще раз: я не предлагаю ни вам, ни вашим друзьям подходить к черной дыре так близко, чтобы можно было провести подобный эксперимент. Вы не успеете узнать ничего интересного о течении времени, потому что вас раздерут в клочки приливные силы. Это называется спагеттификация — да, представьте себе, это научный термин.

Когда Алиса приблизится к черной дыре, гравитация будет действовать на ее ноги капельку сильнее, чем на голову. Поначалу это не создаст особых трудностей, но чем ближе будет Алиса к черной дыре, тем сильнее станет спагеттификация.

Для сравнения, горизонт событий у черной дыры с массой Солнца примерно три километра — в самый раз для славной оздоровительной прогулки. Если бы мы подвесили Алису в 1400 километрах над горизонтом событий, разница в гравитации между ее головой и ногами составила бы ускорение в 20 g , а человеческий организм такого вынести уже не может.

Оказывается, более или менее независимо от массы черной дыры с точки зрения Алисы пройдет примерно одна пятая секунды от того момента, когда она ощутит заметное неудобство, до того, как ее кости разнесет в пыль.

Однако можно и не мучиться — если черная дыра достаточно велика. Черная дыра массой в 10 000 масс Солнца гораздо безопаснее, чем ее менее массивные сестры. Приливные эффекты так слабы, что Алиса сможет миновать горизонт событий и остаться в живых. Независимо от того, как Алиса попадет туда, если она провалится за горизонт событий, черная дыра станет тяжелее на массу Алисы. Так они и растут.

Наверное, то, как растут черные дыры, требует некоторых разъяснений. Во-первых, черные дыры в большинстве своем не склонны к людоедству. В дикой природе их рацион состоит в основном из пыли, газа, звезд и — в зависимости от размеров — черных дыр поменьше.

Во-вторых, гравитация получается не только из массы. Не забывайте, масса и энергия эквивалентны, поэтому любая разновидность энергии в конечном итоге способна породить гравитацию. Я могу посветить в недра черной дыры фонариком — и она и в самом деле станет чуточку массивнее. Однако у этой медали есть и обратная сторона: испуская излучение, Солнце очень медленно и очень понемногу теряет массу [75] Гораздо больше массы Солнце теряет потому, что непрерывно извергает поток частиц под названием «солнечный ветер», однако крошечную долю потерянной массы действительно составляет потерянная энергия. . Дело просто в том, что масса — самый действенный способ доставить энергию в систему. Правая сторона формулы E = mc² — огромное число даже при небольшой массе, так что нечего удивляться, что вклад массы в гравитацию обычно привлекает к себе больше всего внимания.

Третье мое предупреждение состоит в том, что когда именно Алиса упадет в черную дыру, во многом зависит от вашей точки зрения. Время поблизости от черной дыры идет медленно, а если подобраться очень близко, то и бесконечно медленно. Выясняется, что из-за этого черная дыра заключает с нами односторонний договор с сильным перекосом.