Що приховують чорні діри?

Якось наприкінці 1960-х років один з найвідоміших фізиків минулого століття Джон Вілер (1911-2008 роки) виступав у науково-популярній радіопередачі ВВС. Він довго і барвисто розповідав про різні космічні чудеса, а врешті перейшов до хворого для нього питання про всілякі «некоректні спостереження і міфічні об'єкти».

Тут американський вчений зі спекою накинувся на гіпотезу існування «застиглих» (темних, замерзлих) зірок, яка була йому особливо не до душі. Висловлюючи своє презирливе ставлення до цих «фізико-математичних фантазій», він назвав їх «чорними дірами». Так, з легкої руки Уілера образний термін «чорна діра» з'явився в ЗМІ, а потім і в наукових роботах.

Бездонні провали простору-часу

Чорною дірою ми сьогодні називаємо результат дивовижного природного явища - падіння «всередину самих себе» масивних небесних тел. На латині collapsus означає «впав», тому і чорні діри астрономи часто називають «колапсарами». Їм притаманний такий надсильний «концентратор» поля тяжіння, що ніщо, включаючи світло, не може вирватися з них назовні.

Історично чорним дірам передували темні зірки, відкриті «на кінчику пера» британським астрономом Джоном Мічеллом (1724-1793 роки). На основі теорії всесвітнього тяжіння Ньютона Мічелл описав такі зірки, сила тяжіння яких утримувала навіть промені світла. Природно, що помітити таку абсолютно чорну зірку було б неможливо. Свої розрахунки Мічелл виклав на одному із засідань Лондонського королівського товариства в 1784 році і відразу ж потрапив під вогонь критики. Адже таких феноменів астрономія того часу не знала!

Так ідея темних зірок, або, як їх сьогодні називають, «ньютонівських» чорних дір, була надовго похована в наукових архівах. Про неї згадали тільки в епоху Альберта Ейнштейна (1879-1955 роки) і його теорії всесвітнього тяжіння. Теорія Ейнштейна пов'язала гравітацію з викривленням простору і відразу ж привернула увагу багатьох фізиків.

Його колега по Берлінській академії наук Карл Шварцшильд (1873-1916 роки) зумів показати, що іноді дуже концентровані гігантські маси можуть утворювати ніби бездонну воронку простору-часу.

Поблизу колапсара Шварцшильда мали б відбуватися дивовижні речі: серце людини починало б битися все рідше і рідше, його годинник - безнадійно відставати, а світло навколо - червоніти. Сам потік часу сповільнювався б, аж до застивання поблизу умовної межі чорної діри, як річка в мороз. Ну а що ж ми побачимо в глибині космічного провалу колапсара?

На жаль, там відбуваються настільки дивні речі, що їх просто неможливо популярно описати. Втім, багато фізиків хоч і сперечаються про внутрішню будову чорних дір, теоретично вже знайшли їм застосування.

Метро між галактиками

Понад 30 років тому знаменитий астроном і науковий ^ Карл Саган вирішив написати роман про міжзоряні подорожі і при цьому не займатися порожнім фантазуванням, а створити на сторінках своєї книги «справжній» позапросторовий тунель. Для обговорення деталей він звернувся до видатного фізика-теоретика Кіпа Торна, і той з ентузіазмом взявся за обчислення.

Торн і його співробітники переконливо довели математично, що просторово-часовий канал можна не тільки штучно створити, а й підтримувати в «робочому» стані. Створена таким чином «червоточина» в просторі-часі зв'язала б не тільки віддалені куточки нашої Галактики, але і метагалактичні простори.

Співпраця Сагана і Торна призвела до появи науково-фантастичного бестселера «Контакт», незабаром покладеного в основу дуже видовищного однойменного фільму. Там дійсно присутнє своєрідне «метро» між галактиками, по якому подорожує головна героїня. Тим часом Вілер критикував не лише чорні діри, а й усілякі підпросторові переходи між ними. З великим сарказмом він називав їх «кротовими норами», «червоточинами» і «черв'яковими ходами». Просто дивно, але і ці вирази спочатку потрапили в лексикон журналістів, а потім перекочували в наукові роботи.

У науково-фантастичній літературі часто розповідається про найбільш екзотичні способи подолати простір і час. Народилася навіть своєрідна тактика майбутніх «зоряних воєн», коли бойовий флот землян «пірнає» в підпростір чорної діри і несподівано виринає прямо біля баз ворожих інопланетян, миттєво промчавши білліони парсеків.

Втім, судячи з астрономічних спостережень, чорні діри вимагатимуть титанічних зусиль для свого «приручення», адже вони є небезпечними космічними об'єктами, що формують «рельєф» Всесвіту.

«Космічні канібали»

Часто астрономи фіксують жахливі сплески енергії, що приходять з далекого космосу. Це можуть бути відгомони драматичних процесів загибелі планет і зірок у провалах чорних дір. Космічні монстри розривають газове тіло зірки, яка необережно наблизилася, і цілком «проковтують» дрібніші небесні тіла - планети, комети і астероїди.

Чорна діра притягує звернену до неї сторону близько пролітаючої зірки набагато сильніше, ніж протилежну. Така потужна приливна сила розтягує зірку і викликає падіння газу з зірки в чорну діру. Астрономи дійшли висновку, що чорні діри не народжуються величезними, а поступово ростуть за рахунок газу і зірок галактик.

Серед чорних дір зустрічаються і великі непосіди, що стрімко переміщаються всередині зоряних островів галактик. Разом зі своїми осілими побратимами ці «космічні канібали» постійно не тільки поглинають планетарні системи, на кшталт нашої Сонячної, а й заковтують пилогазові хмари, що тягнуться між зоряними скупченнями.

Астрономи давно помітили, що в менших галактиках чорні діри менш масивні, їх маси складають трохи більше декількох мільйонів сонячних мас. Чорні діри в центрах гігантських галактик включають мільярди сонячних мас- Вся справа в тому, що остаточна маса чорної діри формується в процесі формування галактики. У деяких випадках чорні діри збільшуються не тільки за рахунок поглинання газу окремої галактики, але і шляхом злиття галактик, в результаті чого їх чорні діри об'єднуються.

У самому центрі Чумацького Шляху розташовано ядро нашої Галактики, в якому приховано таємничий об "єкт Стрілець А *. Астрономи вважають, що це головний претендент на роль чорної діри масою близько чотирьох мільйонів сонячних мас.

Періодично цей наш місцевий «канібал» пожирає ту чи іншу зірку. І ось тоді спеціальні рентгенівські телескопи реєструють «передсмертний крик» світила у вигляді імпульсу рентгенівського випромінювання. Це з його допомогою вивчають наші внутрішні органи в рентген-кабінеті.

Втім, чорні діри можуть бути і цілком миролюбними, утворюючи подвійні зоряні системи зі звичайними світилами. Однак ця ідилія теж закінчується трагічно, і через сотні мільйонів, а може і мільярди років дистанція між чорною дірою і зіркою скоротиться до критичної межі. Рух зірки стане нестійким і після декількох обертів навколо чорного монстра вона зникне в його чреві.

Загадка Тунгуського метеорита

В принципі, можна створити і штучну чорну діру. Для цього треба стиснути будь-яку масу до розмірів гравітаційного радіусу (радіус сфери, на якій сила тяжіння, створювана масою всередині цієї сфери, прагне до нескінченності), а далі вона вже сама почне катастрофічно стискатися - колапсувати.

Правда, зробити це дуже навіть непросто, адже чим менше маса, тим менше гравітаційний радіус. Наприклад, гравітаційний радіус Землі дорівнює приблизно одному сантиметру, а для того щоб перетворити на чорну діру Місяць, його довелося б стиснути до розміру великої молекули.

Проте за допомогою моделей мікроскопічних дір, або, як їх частіше називають, мікроколапсарів, іноді намагаються пояснити всілякі загадкові явища. Так, є гіпотеза, що знаменитий Тунгуський метеорит був не чим іншим, як мініатюрною чорною дірою, що блукає по просторах Всесвіту.

Можна було б, звичайно, просто відмахнутися від подібних вигадок, але тут виникають цікаві деталі: повна відсутність залишків метеорита, незвичайний характер вибуху і суперечливі спостереження траєкторії польоту.

Є ідеї, що подібний мікроколап-сар мав і цілком земне походження. Справа в тому, що саме в період падіння Тунгуського метеорита великий американський винахідник Нікола Тесла (1856-1943 роки) відчував на дивовижній вежі Вондеркліф якийсь хвильовий резонатор, який за допомогою «стоячих хвиль світового електричного ефіру» повинен був передавати енергію в масштабах всієї планети.

Міські легенди розповідають, як над Підкамінною Тунгускою спалахнув колосальний плазмоїд, який миттєво колапсував у чорну міні-діру. Цей процес викликав ураган енергії, зафіксований як тунгуське диво.

Існує і варіант цієї гіпотези, в якому сам Тунгуський метеорит являв собою саме мініатюрну чорну діру, що з величезною швидкістю пронизала нашу планету.

Наскільки ж правдоподібні висновки фізиків-теоретиків? Чи існують насправді черв'ячі ходи в просторі-часі або ж це всього лише своєрідна «фізико-математична фантастика»? І найголовніше питання: чи можна запропонувати будь-які реальні експерименти зі створення штучних підпросторових кротових нір, що ведуть у простір інших вимірювань?

БАК - машина судного дня або генератор мікроколапсарів?

Розрахунки показують, що мікроскопічні чорні діри цілком можуть виникати в експериментах на прискорювачах елементарних частинок, таких як широко відомий Великий адронний колайдер (БАК), запущений в ЦЕРН.

Принцип дії БАК теоретично досить простий: уявіть собі трубу, в якій дві гігантські гармати стріляють один одному особливими снарядами - елементарними частинками, з яких складаються атоми. Зустрічаючись, ці мікроскопічні снаряди розсипаються феєрверком усіляких осколків, серед яких можуть бути і мікроскопічні чорні діри.

Якщо фізики БАК виявлять ці мікрооб'єкти, то наукова сенсація набагато перевершить недавнє відкриття «частинки бога» - бозона Хіггса.

Деякі вчені вважають, що мікро-колапсари - дуже небезпечні об'єкти, які можуть призвести до планетарної катастрофи. Запуск БАК супроводжували протестні акції, а група фізиків навіть подала до суду на ЦЕРН як на організацію, що піддає людство смертельній небезпеці.

Зрештою пристрасті дещо вляглися, оскільки фізики наочно показали, що кожна мить на земну поверхню обрушуються лавини космічних частинок, що набагато перевищують по енергії продукти зіткнень в БАК. Проте потоки космічних променів надвисоких енергій не становлять ніякої небезпеки і не породжують мікроскопічні чорні діри.

З іншого боку, комп'ютерні моделі показують, що якби Землю відвідала міні-діра, то вона тут же провалилася б до центру нашої планети і стала б обертатися навколо нього, поглинаючи магму. Але яким би зловісним не здавався цей процес, для того щоб він якось проявився на поверхні, буде потрібно кілька мільярдоліть. Так що, цілком можливо, ми вже давно живемо з чорною дірою під ногами...

Майбутнє Всесвіту і життя в чорній дірі

Невідомо, чи існуватиме через мільярди років людство, але в оптимальному варіанті астрономи далекого майбутнього зможуть спостерігати зовсім іншу Метагалактику - видимий Всесвіт. Більшість зірок згорить, а сонцеподібні світила перетворяться на надщільні карлики. У той же час більш масивні зірки стануть чорними дірами, які ще менше і мають таке сильне гравітаційне поле, що навіть світло не може його подолати.

Однак ці залишки будуть як і раніше обертатися навколо центру Галактики з періодом близько 100 мільйонів років. Сутички між залишками викинуть деякі з них геть з Галактики. Решта встановляться на ближчих до центру орбітах і зрештою зберуться разом, утворивши в центрі Галактики гігантську чорну діру, яка одного разу поглине всю матерію.

Що ж це буде - кінець життя і розуму в нашому Всесвіті?

Не будемо поспішати, адже деякі сучасні теорії передбачають, що і в страшних глибинах чорних дір можуть існувати цілі планети, які невизначено довго обертаються навколо центральної точки. За попередніми розрахунками, такі планети навіть можуть бути яскраво освітлені за рахунок фотонів, що потрапили ззовні в пастку діри і обертаються разом з іншими тілами на тій же стабільній орбіті.

Залишилося вирішити тільки останнє питання: а чи може на планетах чорної діри існувати життя? На думку окремих теоретиків, можливо і таке. Більше того, рятуючись від космічних катаклізмів, наша майбутня високорозвинена цивілізація може знайти реальний притулок у надрах надмасивної чорної діри, що займає ядро Чумацького Шляху.

Зрозуміло, колонізаторам чорних дір доведеться вирішити ряд грандіозних завдань, таких як протидія колосальним приливним силам і захист від найсильніших потоків радіації. Однак з точки зору еволюції розуму цивілізація, яка зуміла проникнути всередину чорної діри, буде володіти воістину казковими технологіями, здатними вирішити найбільш фантастичні проблеми.

Можливо, вже через кілька тисячоліть людська цивілізація буде абсолютно вільно відкривати портали в інші світи. При цьому можуть виникнути різні варіанти: червоточини між віддаленими частинами нашої Галактики, підпросторові тунелі між галактиками на самому краю Всесвіту, мости між минулим і майбутнім, кротові нори в інші світи.

Тоді людству майбутнього не страшні ніякі космічні катастрофи, і воно зможе вільно подорожувати різними всесвітами, вибираючи сприятливе місце проживання. Більш того, розібравшись з тим, як народжуються всесвіти і чому у них бувають різні властивості, надцивілізація може зайнятися через горловини чорних дір пошуком готових - і створенням нових світів, більш пристосованих для життя і не схильних до різного роду катаклізмів.

Отже, що ж приховують чорні діри? Шлях в інші світи, безмежну енергетику майбутнього, останній подих Всесвіту або цивілізації іномірян?

Можливо, що відповіді на частину цих питань знатиме вже нинішнє покоління студентів і школярів. Нам же залишається тільки чекати того хвилюючого моменту, коли астрономи нарешті зможуть приступити до безпосереднього вивчення «кандидатів у гравітаційні колапсари».