Глава 4. Загадки чёрных дыр

Глава 4. Загадки чёрных дыр

Чёрные дыры поглощают пространство.

Ли Смолин, физик-теоретик

В 1757 году один из индийских правителей вероломно напал на английский гарнизон в калькуттском Форт Уильяме. В неравном бою англичане потерпели поражение, и тех из них, которые остались в живых, индийцы затолкали в совершенно немыслимую маленькую камеру для такого количества людей. В помещении площадью 30 квадратных метров находилось 146 заключённых! Не выдержав тесноты и духоты, они все через день умерли. По аналогии с камерой в индийской тюрьме, которая получила мрачное название «чёрной дыры Калькутты», учёные назвали странные космические объекты, которые обладая способностью к чудовищному сжатию, навсегда хоронят в своих недрах втянутую туда силами гравитации материю.

Интересно, что существование чёрных дыр предсказывалось задолго до создания теории относительности. 27 ноября 1783 года преподобный Джон Митчелл ознакомил со своими расчётами, выполненными в лучших традициях ньютоновской механики, лондонское Королевское научное общество. Из этих расчётов следовало, что должны существовать массивные объекты, поглощающие в себя свет, чтобы никогда его уже не выпустить наружу. Маститые учёные скучно поулыбались и перешли к следующему вопросу повестки дня…

В очередной раз о возможности существования чёрных дыр заговорили в 1915 году, когда Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности. Но довольно долгое время сама эта возможность воспринималась учёными, как научный курьёз. Без экспериментальных данных гениям, оказывается, тоже доверяют не очень охотно.

Первое важное свидетельство существования чёрных дыр появилось в 1971 году, когда с помощью спутников в созвездии Лебедя был обнаружен источник рентгеновского излучения, названный Лебедем Х-1. Он обращался по орбите вокруг голубой сверхгигантской звезды, в 30 раз превышающей по массе Солнце. На первый взгляд, ничего особенного в открытии двойной звезды не было — на сегодняшний день таких объектов обнаружено во Вселенной уже несколько сотен. Из них порядка 150 двойных звёздных систем испускают рентгеновское излучение. Почти во всех случаях оно вызывается горячим газом, попадающим на нейтронную звезду со звезды — «компаньона».

Но в случае с Лебедем Х-1 наблюдения показали, что источник рентгеновского излучения должен был иметь массу, которая бы в 10 раз превышала массу нашего Солнца. А это для нейтронной звезды слишком много. «Природа Лебедя Х-1 представляется достаточно определённой, — отмечал по этому поводу доктор Питер Стенфорд из Муллардской лаборатории космических исследований в Лондоне. — Суть явления заключается в том, что газ с видимой звезды-«компаньонки» втягивается в исключительно сильное гравитационное поле, окружающее чёрную дыру, и нагревается до десятков миллионов градусов, испуская при этом рентгеновское излучение».

Вслед за первым открытием последовало другое. Стенфорд и его коллеги исследовали другой, ещё более интригующий объект, получивший название Х-Персея. Здесь была обнаружена чёрная дыра, превышающая по массе наше Солнце в 40 раз. В последующие годы открытия чёрных дыр посыпались, как из рога изобилия.

Что-же мы знаем сегодня о чёрных дырах? Не пересказывая необъятную литературу, им посвящённую, укажем несколько важных для нашего исследования моментов.

1. Чёрная дыра — конечная стадия эволюции массивных звёзд, сверхплотное тело, «завёрнутое» в искривлённое им пространство, как кокон.

2. Из объяснения природы сверхсветимости квазаров, данного Яковом Зельдовичем и Эдвином Сэлпитером с привлечением представлений о чёрных дырах, вытекает, что те непрерывно поглощают материю.

3. А в конце 1997 г. выяснилось, что не только материю. Американские астрофизики обнаружили, что газопылевые диски вокруг чёрных дыр совершают прецессионное вращение. Интерпретация авторов оказалась весьма своеобразной: чёрная дыра всасывает в себя окружающее её пространство! «Так поток нечистот, вливаясь в реку, увлекает за собой часть воды», — прокомментировал открытие немецкий научный обозреватель Рюдригер Фаас.

Но на этом парадоксальные свойства чёрных дыр не исчерпывается. С этими загадочными объектами связан и так называемый «информационный парадокс».

Согласно классической модели чёрной дыры абсолютно неважно, из чего она была построена: протонов и электронов в любой пропорции, газа, планет или звёзд. Чудовищное тяготение превращает весь этот материал в некую абсолютно однородную структуру. Та же участь ждёт и вещество, попадающее в «чёрную дыру» уже после её возникновения. Таким образом, согласно общепринятой до недавнего времени у астрофизиков версии, все чёрные дыры внутри совершенно одинаковы и отличаются друг от друга лишь массой, а также диаметром так называемого горизонта событий, в пределах которого ничто не может покинуть этот объект. По вычислениям знаменитого физика Стивена Хоукинга получается, что попавшая в чёрную дыру частица никак на неё не влияет. Кроме, разумеется, соответствующего увеличения массы.

Но эта теория породила противоречие с одним из законов квантовой механики — законом обратимости. Он гласит, что теоретические вычисления должны быть в состоянии проследить любой процесс, вплоть до условий, которые «запустили» его. Если все чёрные дыры одинаковы, то ни одна из них даже теоретически не может быть прослежена в обратном направлении — к её уникальному началу, и любая информация о частицах, которые создали дыру, должна считаться потерянной навсегда. Другими словами, получается, что чёрная дыра уничтожает информацию.

В начале 2004 года группа учёных из университета Огайо (США), возглавляемая Самиром Матуром, усомнилась в таком положении дел, обратившись к широко известной теории суперструн. Здесь будет уместным для дальнейшего понимания материала сделать некоторое отступление и пояснить основные положения и краткие выводы из теории суперструн.

Дело в том, что теория относительности Эйнштейна очень плохо ведёт себя на сверхмалых расстояниях. Если следовать Эйнштейну, то на расстояниях порядка радиуса ядра все силы устремляются в бесконечность. Поэтому потребовалось модифицировать теорию гравитации и сделать её квантовой. Это философски оправдано: если вся материя обладает квантовыми свойствами и при этом взаимодействует с гравитацией, то и сама гравитация имеет не волновую, как мы учим в школе, а квантовую природу. Наподобие электромагнитного поля с фотоном, единицей излучения гравитационного поля оказывается частица гравитон. И если существуют взаимодействующие друг с другом фотоны и гравитоны, то устойчивую теорию Вселенной можно построить, лишь допустив существование особых объектов, из которых построены все элементарные частицы. Эти двумерные объекты и называются суперструнами. Они могут вести себя самым загадочным образом: переплетаться, свиваться кольцами, образовывать спирали. А мы в нашем масштабе воспринимаем эту «игру» струн, как частицы, составляющие мир.

Так вот, коллектив учёных, возглавляемый С.Матуром, вычислил, как поведут себя струны, объединённые в очень массивный и протяжённый объект, своего рода гигантскую элементарную частицу. Оказалось, что струны могут формировать весьма сложную, упругую и эластичную структуру большой протяжённости. Постепенно наращивая массу вещества в своей модели, С. Матур, получил, в конце концов, чёрную дыру. Что интересно — так это, то, что по диаметру она оказалась в точности соответствующей поперечнику горизонта событий для дыры той же массы, но рассчитанной по классической модели. Новая структура чёрной дыры получила название «Пушистый клубок». В разных чёрных дырах этот клубок может иметь самые разнообразные формы — словно миллионы лиц или художественных полотен. Чёрные дыры, по версии профессора Матура, уникальны и неповторимы. Но это значит, что в этих объектах ничего не растворяется бесследно, но в запутанном переплетении струн остаётся информация о частицах, породивших космического монстра. Другими словами, информация, попавшая в чёрную дыру, в ней всё-таки сохраняется. Возникает резонный вопрос: «Для чего?» Согласно той же теории суперструн, частицы приобретают в недрах чёрной дыры такую колоссальную энергию, что она их просто выбрасывает… в 9-мерное пространство! По аналогии с тем, как несущегося с бешеной скоростью мотоциклиста может свалить лёгкий толчок вбок.

Таким образом, мы видим, что современная физика вплотную подошла к пониманию природы чёрных дыр. В свете всего вышеизложенного нами об этих удивительных объектах, логичным и допустимым будет считать, что они выполняют во Вселенной вполне определённую функцию, а именно — являются своеобразными тоннелями, через которые информация из нашей трёхмерной Вселенной отправляется в многомерный мир — океан Абсолюта. Именно через чёрные дыры навсегда покидают физическую Вселенную отработавшие свою эволюционную программу структурные элементы информационного поля — просветлённые брамфатуры.