Нереальная реальность. Вся трилогия в одной книге - Андрей Кананин

Если проникнуть за горизонт событий можно только в одну сторону, то к голой сингулярности можно приблизиться, изучить, а потом вернуться обратно. Кроме того, из этой модели следует, что загадочные процессы, происходящие внутри сингулярности, теоретически способны оказывать влияние на внешний мир.

Указанная теория подтверждена вполне корректными математическими расчётами. Возможное существование голой сингулярности ставит с ног на голову сами основы современной науки ввиду одного крайне неприятного факта. Дело в том, что в ней нарушаются базовые принципы общей теории относительности Эйнштейна.

Голая сингулярность делает природу полностью непредсказуемой. Это малоприятный факт для науки. Если голая сингулярность может наблюдаться снаружи, то из неё в буквальном смысле слова в следующее мгновение может неожиданно появиться, например, ваш сосед, живой динозавр или старый ботинок. Когда сингулярность скрыта за горизонтом событий, тогда столь странные явления невозможны. Никто не способен преодолеть горизонт.

Но, если в природе существуют голые сингулярности, а это возможно, то «неадекватность» их поведения разрушит предсказуемость законов всего Мироздания.

Конечно, нарушение постулатов теории относительности внутри сингулярности само по себе не означает, что теория Эйнштейна неверна. Сингулярность может быть особой точкой-границей пространства-времени, где заканчивается понятная нам физическая реальность. Остаётся надеяться, что полная теория квантовой гравитации даст ответы на поставленные вопросы.

В конце концов, все мы с вами возникли из одной космологической сингулярности – Большого Взрыва. И это понимание особо располагает к дальнейшему изучению этого невероятно загадочного космического явления.

Глава 15. Чёрные дыры

В космосе очень мало массивных звёзд. Лишь одна из трёх тысяч способна стать сверхновой. Но, когда это случается, после взрыва большой звезды на её месте остается исключительно загадочный объект – чёрная дыра.

Материальные плотные остатки взорвавшейся звезды гравитационно нестабильны. При взрыве сверхновой внешняя оболочка звезды разлетается, а внутренняя масса моментально обваливается в центр и, испытывая катастрофическое гравитационное сжатие, образует чёрную дыру.

В центре чёрной дыры концентрируется столь огромная энергия и масса, что пространство-время закручивается в конфигурацию с бесконечной кривизной и образуется сингулярность. Ткань пространства-времени как бы прокалывается в этом месте.

Появляется чрезвычайно компактный объект. И вот почему.

Для того, чтобы оторваться от поверхности Земли и улететь в межпланетное пространство, необходимо достичь второй космической скорости. Она составляет примерно 11 километров в секунду. Именно такую скорость развивают при взлёте с поверхности нашей планеты современные космические корабли.

Но, если умудриться сжать Землю до размера апельсина, то для отрыва от её поверхности надо будет развить скорость в 70 тысяч километров в секунду. Это почти что 25% от скорости света.

Если продолжать сжимать Землю до того момента, когда она превратиться в маленький шарик диаметром в сантиметр, то даже луч света, имеющий скорость 300 000 километров в секунду, не сможет оторваться от её поверхности. Земля станет невидимой чёрной точкой.

Объект, который не способен излучать свет, кажется внешнему наблюдателю абсолютно тёмным. Собственно, отсюда и появилось название «чёрная дыра».

Чёрная дыра размером с апельсин в пять раз тяжелее Земли.

В традиционном описании чёрная дыра состоит из двух частей. В её центре находится объект бесконечно малых размеров, в котором не действуют законы физики – сингулярность. Вокруг имеется область пространства-времени, которую ничто, даже свет, не способен покинуть. Граница этой области – горизонт событий. Чёрная дыра посредством горизонта событий разделяет сингулярность и «обычный», классический космос, что не позволяет им влиять на причинно-следственные связи в наблюдаемом мире.

Радиус горизонта событий чёрной дыры называется радиусом Шварцшильда13 в честь учёного впервые рассчитавшего соответствующие уравнения. У чёрной дыры с массой Земли радиус Шварцшильда составляет всего 9 миллиметров, а с массой Солнца примерно 3 километра.

Чёрные дыры стремительно вращаются, некоторые со скоростью свыше полутора миллионов километров в час. Гравитационное притяжение чёрной дыры настолько огромно, что никакой сигнал не способен покинуть пределы радиуса Шварцшильда.

Если объект пролетает мимо чёрной дыры на безопасном расстоянии, то он отклоняется от неё, как от обычной звезды. Однако, стоит только переступить порог, называемый горизонтом событий, как тут же любое тело попадает в гравитационную ловушку и обратного пути никогда не будет.

Чёрная дыра поглощает абсолютно всё, что только существует во Вселенной. Попав в ловушку, вернуться назад невозможно. Потому что для этого необходимо превысить скорость света. А это противоречит законам физики.

Важно понимать, что, хотя горизонт событий представляет собой внешнюю границу чёрной дыры, но это не оболочка и тем более не твёрдая поверхность. Это абстрактная сфера, радиус которой тем больше, чем больше масса чёрной дыры. А сама чёрная дыра пустая вплоть до самого центра, где сконцентрировано всё её вещество.

Именно в точке сингулярности оно сжато до предельно допустимой в природе плотности.

Там в одном кубическом сантиметре содержится 1093 грамм материи. Подобную плотность очень трудно себе представить.

Существует два типа чёрных дыр.

Первые – звёздные, которые я только что описал, образуются после гибели звёзд.

Но, есть и чёрные дыры второго типа – галактические. Они располагаются в центрах галактик, и их масса может составлять миллиарды солнечных масс.

Такие чёрные дыры образуются, когда вблизи галактического ядра собирается огромное количество зарождающихся звёзд. Большое скопление материи приводит к естественному образованию чёрной дыры, которая поглощает юные звёзды и постепенно наращивает свою массу. Когда «добыча» иссякает, чёрная дыра вступает в стадию относительно стабильного существования.

Наличие чёрной дыры в центре Млечного Пути установлено экспериментально. Её масса составляет около 2.5 миллиона солнечных масс.

По космическим меркам это не очень большой объект. Чёрная дыра в центре соседней Туманности Андромеды весит 30 миллионов солнц.

Астрономы обнаружили вблизи «нашей» галактической чёрной дыры звезду, которая обращается около неё со скоростью в 2% от скорости света. Это быстрее, чем скорость вращения электрона вокруг ядра в атоме. Только вообразите себе, насколько огромной должна быть сила гравитационного воздействия, чтобы целая звезда так быстро вертелась вокруг единого центра притяжения.

Но, конечно, самое необычное свойство чёрной дыры – нарушение вблизи неё привычного течения времени. Это не фантастическая гипотеза, а прямое следствие теории относительности Эйнштейна.

Гравитация вблизи чёрной дыры настолько сильная, что ход времени часов чрезвычайно замедляется. Над горизонтом событий они будут идти в десять тысяч раз медленнее, чем на Земле. В самой непосредственной близости от чёрной дыры время практически останавливается.

По часам наблюдателя может пройти лишь несколько дней, но вся остальная Вселенная состарится на сотни миллиардов лет и вступит в завершающую фазу своей эволюции. В чёрной дыре мгновение становится практически бесконечным. К этому удивительному факту я ещё неоднократно буду обращаться в ходе дальнейшего повествования.

Все чёрные дыры удивительно похожи друг на друга. У каждой из них есть всего три отличительных особенности.

Во-первых, это масса.

Во-вторых, электрический заряд.

В-третьих, скорость вращения.

И это всё. Две чёрные дыры с одинаковыми массой, зарядом и вращением совершенно неотличимы друг от друга. У них нет «индивидуальных» свойств.

Когда эти особенности чёрных дыр стали известны, многие физики были весьма озадачены. Ведь те же самые характеристики свойственны всего лишь ещё одним объектам во Вселенной. Но каким!

Именно этими свойствами – массой, зарядом и спином – отличаются друг от друга элементарные частицы. Подобная схожесть невольно заставляет выдвинуть гипотезу – а не являются ли чёрные дыры сверхмассивными элементарными частицами?

И если это так, то совершенно непонятны физические и философские последствия этого вывода.

Высказывались предположения, что чёрные дыры и элементарные частицы могут быть двумя сторонами одной медали – двумя разными аспектами фазового перехода единой материи.

Примерно аналогичное свойство присуще воде, которая может быть газообразной, жидкой и твёрдой. Стороннему несведущему наблюдателю было бы сложно догадаться, что лёд, жидкость и пар – суть одно и то же в разных фазовых состояниях. Может быть, подобный подход применим и к чёрным дырам?