Педро Феррейра - Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности

На моей полке стоят два учебника по общей теории относительности, выпущенные в конце золотого века. Они сильно отличаются друг от друга. Один из них называется «Гравитация» и написан Джоном Уиллером и парой его способных студентов — Чарльзом Мизнером и Кипом Торном. Его объем превышает тысячу страниц, большая черная обложка напоминает готическую телефонную книгу, он тщательно иллюстрирован и содержит все сведения о пространстве-времени, которые вам могут потребоваться. Там вы найдете весь странный материал, включая все афоризмы Уиллера, которые он изрекал во время докладов и конференций. Второй учебник написан одним из отцов стандартной модели физики частиц Стивеном Вайнбергом. Получив репутацию одного из ведущих умов в квантовой физике, он также решил заняться общей теорией относительности. Его книга «Гравитация и космология» является тщательным и продуманным введением в теорию Эйнштейна. Ее содержание в какой-то степени пересекается с содержанием первого учебника, но никакого сумасбродства в ней нет. Учитывая захватывающие открытия десятилетия, предшествующего ее выходу, книга Вайнберга содержит не очень много сведений о черных дырах. Это явление аккуратно упомянуто в конце одной из центральных глав как нечто, на что следует обратить внимание в качестве результата радикального расширения границ общей теории относительности.

Можно понять, почему некоторые продолжали относится к ситуации настороженно. Да, казалось, что все доказательства указывают на наличие повсюду плотных тяжелых объектов. И объяснить их без привлечения концепции черных дыр было непросто. Однако самих черных дыр при этом пока никто не видел. Впрочем, посмотреть непосредственно на черную дыру невозможно. Вы просто ничего не увидите — черные дыры, скрываются за сферой Шварцшильда и невидимы. Но тот факт, что мы не можем их увидеть, не означает, что их не нужно искать. Более того, большая черная дыра находится в центре нашей галактики Млечный Путь. Ее вес более чем в 100 миллионов раз превышает вес Солнца, а радиус составляет примерно 10 миллионов километров. Это много. Но так как она находится в десятках тысяч световых лет от нас, ее угловой размер на небе равен примерно стомиллионной градуса, то есть, с нашей точки зрения, меньше булавочной головки и намного меньше, чем можно рассмотреть в современный телескоп. И только благодаря уму и настойчивости астрономов мы уверены в том, что черная дыра там действительно есть.

Две группы исследователей — одна из Мюнхена, вторая из Калифорнии — настойчиво следили за движением нескольких звезд, расположенных вблизи центра Млечного Пути. За более чем десять лет они определили траектории этой группы звезд и обнаружили, что они перемещаются по сильно искривленным орбитам, явно притягиваемые большой гравитационной силой. Тщательно просчитав орбиты, астрономы смогли рассчитать не только силу гравитационного притяжения, но и местоположение гравитационного центра. Объединив результаты своих наблюдений, две группы исследователей с удивительной точностью узнали массу черной дыры и указали, в каком месте пространства-времени должна находиться сингулярность.

И это еще не все. Астрономы и релятивисты направили свои усилия на создание телескопа, позволяющего увидеть черную дыру. Так называемый телескоп горизонта событий имеет разрешение в миллиардную углового градуса, то есть долю размера черной дыры на небе, а значит, даст возможность увидеть сферу Шварцшильда — поверхность черной дыры, которая, как показали Оппенгеймер и Снайдер, является застывшим во времени мгновенным состоянием. Это будет темная тень, окруженная хаотичным водоворотом, который, по прогнозам Зельдовича и Новикова, должен окружать черную дыру, — аккреционные диски звезд, газ и пыль, увлекаемые гравитационным притяжением сингулярности.

Накапливающиеся данные крайне убедительны. Сдержанность Вайнберга понять легко, но в наше время сложно найти человека, который стал бы утверждать, что в центре Млечного Пути отсутствует черная дыра. Аналогичным образом остальные галактики должны иметь в центрах черные дыры, напоминающие массивные двигатели, окруженные гигантскими спиралями звезд.

Средства массовой информации считают все связанное с общей теорией относительности и великими идеями Эйнштейна увлекательным и заслуживающим упоминания в печати. Фотографии центра нашей галактики вызвали появление заголовков «Существование черной дыры в Млечном пути доказано» на ВВС и «Доказательства показывают на черную дыру в центре Млечного Пути» в New York Times. На момент написания этой книги новостной сайт ВВС опубликовал интервью моего оксфордского коллеги, рассказывающее о том, что ранее наблюдаемый квазар оказался сверхмассивной черной дырой с массой в миллиард Солнц. Меня изумляет, что почти через пятьдесят лет после измерений Мартина Шмидта и Техасского симпозиума черные дыры по-прежнему вызывают ажиотаж.

Месяца не проходит без новостей, рассказывающих о космологии или о черных дырах, о начале Вселенной или об отголосках других вселенных, признаках таинственной мультивселенной. Такие слова, как черная дыра, Большой взрыв, темная энергия, темная материя, мультивселенная, сингулярность, кротовые норы, глубоко проникли в массовую культуру от бродвейских постановок и песен до комедийных шоу и голливудских фильмов. Общая теория относительности бесчисленными путями просачивается в научно-фантастические романы и на телевидение. С точки зрения фантазии и творчества все это превосходит самые смелые мечты Уиллера. Буквально каждый считает себя специалистом по общей теории относительности.

Эта увлеченность радует, хотя порой случаются и курьезы. Мой сын назвал меня безответственным за желание приблизить запуск Большого адронного коллайдера, и в этом мнении он был не одинок. В средствах массовой информации неоднократно повторялось, что теория струн, которая является одним из претендентов на теорию квантовой гравитации, предсказала формирование черной дыры после запуска коллайдера. При столкновении лучей протонов среди множества попадающих на детекторы объектов должны быть микроскопические черные дыры — мини-порталы в другие измерения. Мой сын знал, что черные дыры засасывают всё вокруг себя. Это же известно всем. Так зачем же мне и остальным людям в здравом уме потребовалось создавать такие безумно опасные вещи? Это же глупо.

Один из физиков пытался остановить включение Большого адронного коллайдера через суд. Во время интервью на шоу Джона Стюарта у него спросили про вероятность катастрофы, и он нарочито демонстративно ответил: «Пятьдесят процентов». Суд он проиграл, коллайдер запустили, а мы все еще живы. К сожалению, обнаружить миниатюрные черные дыры не удалось.