Що знаходиться в тунелі чорної дірки, куди він веде? Куди ведуть чорні дірки? Реакція на випромінюване світло

Як частина космічної матрьошки, наш всесвіт може знаходитися всередині чорної дірки, яка сама по собі є частиною великого всесвіту. Всі чорні дірки, виявлені у нашому Всесвіті - від мікроскопічних до надмасивних - можуть бути дверними отворами в альтернативні реальності.

Одна з останніх «галюциногенних» теорій свідчить, що чорна дірка є тунелем між всесвітами – щось на зразок червоточини. Чорна діра не колапсує в одну точку, як передбачалося, а переходить у «білу дірку» на іншому кінці чорної дірки.

У статті, опублікованій у журналі Physics Letters B, фізик з Університету Індіани Нікодем Поплавський представив нову математичну модель спіралеподібного руху матерії, що падає у чорну дірку. Його рівняння показують, що такі червоточини є життєздатними альтернативами сингулярності простору-часу, які, як припускав Альберт Ейнштейн, знаходяться в центрі чорних дірок.

Згідно з рівняннями загальної теорії відносності Ейнштейна, сингулярності створюються, коли матерія в регіоні стає занадто щільною, як у надщільному серці чорної дірки.

Теорія Ейнштейна передбачає, що сингулярності не займають простору, нескінченно щільні і нескінченно гарячі - що, в принципі, підтримується численними непрямими доказами, але досі залишається важко зрозумілою багатьом ученим.

Якщо Поплавський правий, може й розуміти не доведеться.

Відповідно до нових рівнянь, матерія, яку поглинає і, мабуть, знищує чорна діра, стає будівельним матеріалом для галактик, зірок та планет в іншій реальності.

Чи можуть червоточини вирішити загадку Великого Вибуху?

Поплавський каже, що розуміння чорних дірок як червоточин може пояснити певні загадки у сучасній космології. Наприклад, теорія великого вибуху стверджує, що всесвіт почався з сингулярності. Але вчених не влаштовує пояснення, як така сингулярність могла утворитися спочатку. Якщо наш всесвіт народився з білої діри, а не із сингулярності, «це вирішує проблему сингулярностей чорних дірок та сингулярності великого вибуху».

Червоточини також можуть пояснювати гамма-сплески, другі за силою вибухи у всесвіті після Великого Вибуху. Гамма-сплески виникають на периферії відомого всесвіту. Їх пов'язують із надновими, чи смертю зірок, у далеких галактиках, та їх точні джерела є загадкою. Поплавський припускає, що сплески можуть бути викидами речовини з альтернативних всесвітів. Матерія проникає до нашого всесвіту через надмасивні чорні дірки - червоточини - у серцях галактик, хоч і незрозуміло, як це можливо.

«Ідея божевільна, але хто знає?», – каже вчений.
Існує щонайменше один спосіб перевірити теорію Поплавського. Деякі з чорних дір у нашому всесвіті обертаються, і якщо наш всесвіт народився всередині такої ж обертової чорної дірки, значить, вона має успадкувати обертання батьківського об'єкта. Якщо майбутні експерименти покажуть, що наш всесвіт обертається у передбачуваному напрямку, це може бути непрямим доказом теорії червоточинів.

Чи можуть червоточини виробляти «екзотичну матерію»?

Теорія червоточин може також пояснити, чому деякі особливості нашого всесвіту відхиляються від того, що передбачає теорія, згідно з фізиками. Грунтуючись на Стандартній моделі фізики, після Великого Вибуху кривизна Всесвіту має збільшуватися з часом, тому через 13,7 мільярда років, тобто сьогодні, ми повинні сидіти на поверхні замкнутого сферичного Всесвіту.

Однак спостереження показують, що Всесвіт плоский у всіх напрямках. Крім того, дані світла від юного Всесвіту показують, що температура після великого вибуху була приблизно однакова скрізь. Це означає, що найдальші об'єкти, які ми бачимо на протилежному кінці всесвіту, були досить близькими один до одного і перебували в рівновазі, як молекули газу в герметичній камері.

І знову ж таки, спостереження не відповідають передбаченням, оскільки протилежні об'єкти у відомому всесвіті настільки далекі один від одного, що час, який знадобиться на подорож між ними на швидкості світла, перевищує вік всесвіту.

Щоб пояснити розбіжності, астрономи розробили інфляційну теорію.

Інфляція говорить про те, що незабаром після того, як був створений Всесвіт, він спостерігав швидкий ривок зростання, протягом якого сам простір розширювався зі швидкістю, що перевищує світлову. Всесвіт розтягнувся від розмірів атома до астрономічних пропорцій за секунду.

Всесвіт тому здається плоским, оскільки ми знаходимося на сфері, яка надзвичайно велика на наш погляд; так і Земля здається плоскою для того, хто стоїть у полі.

Інфляція також пояснює, як об'єкти, які знаходяться далеко один від одного, колись могли бути досить близькими, щоб взаємодіяти. Але навіть припустити, що інфляція реальна, астрономи щосили намагаються пояснити, чим її викликали. І тут на допомогу приходить нова теорія червоточин.

Згідно з Поплавським, деякі інфляційні теорії кажуть, що подія була викликана «екзотичною матерією», теоретичною субстанцією, яка відрізняється від нормальної матерії частково тому, що відштовхується, а не притягується під дією сили гравітації. На основі цих рівнянь Поплавський дійшов висновку, що така екзотична матерія могла виникнути, коли деякі з перших масивних зірок колапсували і перетворилися на червоточини.

«Можливо, мала місце деяка взаємодія екзотичної матерії, яка утворила червоточини, та екзотичної матерії, яка викликала інфляцію», - каже він.
Рівняння червоточин - «добре рішення»

Нова модель не стала першою, яка припустила, що інші всесвіти існують усередині чорних дірок. Демієн Іссон, фізик-теоретик з університету Арізони, раніше вже припускав таке.

"Що нового? Те, що рішення червоточин в ОТО є переходом від зовнішньої частини чорної діри до нутрощів нового всесвіту», - говорить Іссон, який не брав участі в дослідженні Поплавського. – «Ми просто припускали, що таке рішення могло бути, але Поплавський його знайшов».
Проте ідея здається Іссону дуже спірною.

"Чи це можливо? Так. Чи ймовірний такий сценарій? Навіть не знаю. Але це однозначно цікаво.
Майбутня робота у сфері квантової гравітації – дослідження гравітації на субатомному рівні – уточнить рівняння та потенційно підтвердить чи спростує теорію Поплавського.

Теоретично червоточин немає нічого дивного

Загалом теорія червоточин цікава, але не проривна, не проливає світло на походження всесвіту, вважає Андреас Альбрехт, фізик з Каліфорнійського університету в Девісі, який також не брав участі у дослідженні.

Стверджуючи те, що наш всесвіт був створений зі шматка матерії від батьківського всесвіту, теорія просто зрушує подію виникнення всього сущого в альтернативну реальність. Іншими словами, вона не пояснює, як виник батьківський всесвіт або чому наш має саме такі властивості - більше того, властивості повинні успадковуватися, а значить батьківський всесвіт буде таким же.

"Є кілька актуальних проблем, які ми намагаємося вирішити, і незрозуміло, до чого все це призведе", - каже він, наголошуючи на дослідженні Поплавського.
Проте, Альбрехт не знаходить ідею червоточин, що пов'язують всесвіт, «краще», ніж ідею сингулярностей у чорних дірах, і він не збирається відмовлятися від нової теорії тільки тому, що вона виглядає трохи рушеною.

"Все, чим займаються люди в цій сфері, досить дивно", - каже він. - «Ви не маєте права стверджувати, що переможе менш дивна ідея, тому що цього не станеться, за жодних обставин».

Незважаючи на величезні досягнення у галузі фізики та астрономії, є чимало явищ, суть яких до кінця не розкрита. До таких явищ належать загадкові чорні дірки, вся інформація про які має лише теоретичний характер і не може бути перевірена практичним шляхом.

Чи існують чорні дірки?

Ще до появи теорії відносності астрономами було висловлено теорію існування чорних воронок. Після публікації теорії Ейнштейна було переглянуто питання гравітації і у проблемі чорних дірок з'явилися нові припущення. Побачити цей космічний об'єкт нереально, адже він поглинає весь світ, що у його простір. Вчені доводять наявність чорних дірок, спираючись на аналіз руху міжзоряного газу та траєкторії пересування зірок.

Утворення чорних дірок веде до зміни навколо них просторово-часових характеристик. Час ніби стискується під впливом величезної гравітації та сповільнюється. Зірки, що опинилися на шляху чорної вирви, можуть ухилятися від свого маршруту і навіть змінювати напрямок руху. Чорні дірки поглинають енергію своєї зірки-двійника, чим також виявляють себе.

Як виглядає чорна дірка?

Інформація, що стосується чорних дірок, здебільшого має гіпотетичний характер. Вчені вивчають їх за їх впливом на простір та випромінювання. Побачити чорні дірки у всесвіті неможливо, адже вони поглинають весь світ, що потрапляє у навколишній простір. Зі спеціальних супутників було зроблено рентгенівське зображення чорних об'єктів, на якому видно яскравий центр, що є джерелом випромінювання променів.

Як утворюються чорні дірки?

Чорна діра в космосі є окремим світом, що має свої унікальні характеристики та властивості. Властивості космічних дірок зумовлені причинами їхньої появи. Щодо появи чорних об'єктів існують такі теорії:

Вони є результатом колапсів, які у космосі. Це може бути зіткнення великих космічних тіл або вибух наднових зірок.
Вони виникають внаслідок обтяження космічних об'єктів за збереження їх розмірів. Причину такого явища не визначено.

Чорна вирва – це об'єкт у космосі, що має відносно невеликий розмір при величезній масі. Теорія чорної діри говорить, що кожен космічний об'єкт потенційно може стати чорною лійкою, якщо в результаті якихось явищ він втрачатиме свої розміри, але зберігатиме масу. Вчені навіть говорять про існування безлічі чорних мікродир - мініатюрних космічних об'єктах з відносно великою масою. Така невідповідність маси та розміру призводить до посилення гравітаційного поля та появи сильного тяжіння.

Що знаходиться у чорній дірі?

Чорний таємничий об'єкт можна назвати діркою лише з великою натяжкою. Центром цього явища є космічне тіло, що має підвищену гравітацію. Результатом такої гравітації стає сильне тяжіння до поверхні цього космічного тіла. При цьому утворюється вихровий потік, в якому обертаються гази та крихти космічного пилу. Тому чорну дірку правильніше називати чорною лійкою.

Дізнатися на практиці, що всередині чорної діри неможливо, тому що рівень гравітації космічної воронки не дозволяє жодному об'єкту вирватися із зони її впливу. На думку вчених, усередині чорної діри повна темрява, адже кванти світла зникають у ній безповоротно. Передбачається, що всередині чорної вирви спотворюється простір і час, закони фізики та геометрії в цьому місці не діють. Такі особливості чорних дірок можуть призводити до утворення антиречовин, які на даний момент не знайомі вченим.

Чим небезпечні чорні дірки?

Іноді чорні діри описуються як об'єкти, що поглинають навколишні предмети, випромінювання та частки. Таке уявлення неправильне: властивості чорної дірки дозволяють їй вбирати лише те, що потрапляє до зони її впливу. Вона може втягувати у себе космічні мікрочастинки та випромінювання, що походить від зірок-двійників. Навіть якщо планета знаходиться поблизу чорної діри, вона не буде поглинена, а продовжить рухатися своєю орбітою.

Що буде, якщо потрапити до чорної діри?

Властивості чорних дірок залежить від сили гравітаційного поля. Чорні вирви притягують до себе все, що потрапляє в зону їхнього впливу. У цьому змінюються просторово-часові характеристики. Вчені, які вивчають усе про чорні діри, розходяться на думці щодо того, що відбувається з предметами в цій вирві:

одні вчені припускають, що всі предмети, що потрапляють у ці дірки, розтягуються або розриваються на шматки і не встигають досягти поверхні об'єкта, що притягує;
інші вчені стверджують, що у дірах викривляються всі звичні характеристики, тому предмети там хіба що зникають у часі та просторі. Тому чорні дірки іноді називають воротами в інші світи.

Види чорних дірок

Чорні вирви діляться за видами, виходячи зі способу їх утворення:

Чорні об'єкти зоряних мас зароджуються наприкінці життя деяких зірок. Повне згоряння зірки та закінчення термо ядерних реакційпризводить до стиснення зірки. Якщо ж при цьому зірка зазнає гравітаційного колапсу, то зможе трансформуватися в чорну вирву.
Надмасивні чорні вирви. Вчені стверджують, що серцевиною будь-якої галактики є надмасивна вирва, утворення якої є початком появи нової галактики.
Первинні чорні дірки. Сюди можуть відноситися дірки різної маси, включаючи мікродірки, що утворилися через розбіжності у щільності матерії та силі гравітації. Такі дірки – це вирви, що утворилися на початку зародження Всесвіту. Сюди ж відносяться такі об'єкти, як волохата чорна діра. Відрізняються ці дірки наявністю променів, схожих на волоски. Передбачається, що ці фотони та гравітони зберігають частину інформації, що потрапляє у чорну дірку.
Квантові чорні дірки. З'являються як наслідок ядерних реакцій і живуть нетривалий час. Квантові вирви становлять найбільший інтерес, тому що їх вивчення може допомогти відповісти на питання щодо проблеми чорних космічних об'єктів.
Деякі вчені виділяють такий вид космічних об'єктів, волохата чорна діра. Відрізняються ці дірки наявністю променів, схожих на волоски. Передбачається, що ці фотони та гравітони зберігають частину інформації, що потрапляє у чорну дірку.

Найближча чорна діра до Землі

Найближча чорна діра віддалена від Землі на 3000 світлових років. Вона називається V616 Monocerotis, або V616 Mon. Її вага сягає 9-13 мас Сонця. Бінарний партнер цієї дірки – зірка у півмаси Сонця. Ще одна відносно близька до Землі вирва - Cygnus X-1. Вона знаходиться від Землі в 6 тисячах світлових років і важить у 15 разів більше Сонця. Ця чорна космічна діра теж має свого бінарного партнера, рух якого допомагає відстежити вплив Cygnus X-1.

Чорні дірки - цікаві факти

Вчені розповідають про чорні об'єкти такі цікаві факти:

Якщо брати до уваги, що ці об'єкти є центром галактик, то для пошуку найбільшої вирви слід виявити найбільшу галактику. Тому найбільша чорна діра у всесвіті – вирва, що знаходиться в галактиці IC 1101 у центрі скупчення Abell 2029.
Чорні об'єкти насправді виглядають різнокольоровими. Причина цього у їх радіомагнітному випромінюванні.
У середині чорної діри немає постійних фізичних чи математичних законів. Все залежить від маси дірки та її гравітаційного поля.
Чорні вирви поступово випаровуються.
Вага чорних вирв може доходити до неймовірних розмірів. Маса найбільшої чорної дірки дорівнює 30 мільйонам мас Сонця.

Як вчених минулих століть, так дослідників нашого часу найбільшою загадкою космосу є чорна діра. Що всередині цієї зовсім незнайомої фізики системи? Які закони там діють? Як іде час у чорній дірі, і чому звідти не можуть вирватися навіть кванти світла? Зараз ми спробуємо, звичайно ж, з погляду теорії, а не практики, розібратися в тому, що всередині чорної діри, чому вона, у принципі, утворилася і існує, як вона притягує об'єкти, що її оточують.

Для початку опишемо цей об'єкт

Отже, чорною дірою називається певна область простору у Всесвіті. Виділити її як окрему зірку чи планету неможливо, тому що це не тверде та не газове тіло. Не маючи базових розуміння того, що такий простір-час і як ці виміри можуть видозмінюватися, неможливо осягнути те, що знаходиться всередині чорної діри. Справа в тому, що ця область не є лише просторовою одиницею. який спотворює як три відомі нам виміри (довжину, ширину і висоту), так і тимчасову шкалу. Вчені впевнені в тому, що в районі горизонту (так називається область, що оточує дірку) час набуває просторового значення і може рухатися як уперед, так і назад.

Пізнаємо таємниці гравітації

Якщо ми бажаємо розібратися в тому, що всередині чорної дірки, детально розглянемо, що таке гравітація. Саме це явище є ключовим у розумінні природи так званих «кротових нір», з яких не вибирається навіть світло. Гравітацією називається взаємодія між усіма тілами, які мають матеріальну основу. Сила такого тяжіння залежить від молекулярного складу тіл, від концентрації атомів, і навіть їх складу. Чим більше частинок сколапсовано у певній ділянці простору, тим більша гравітаційна сила. Це нерозривно пов'язане з Теорією Великого вибуху, коли наш Всесвіт був розміром з горошину. Це був стан максимальної сингулярності, і в результаті спалаху квантів світла простір почав розширюватися за рахунок того, що частинки відштовхувалися одна від одної. З точністю навпаки описується вченими чорна діра. Що всередині такої штуковини відповідно до ТБЗ? Сингулярність, яка дорівнює показникам, властивим нашому Всесвіту в момент зародження.

Як потрапляє матерія у «кротову нору»?

Існує думка, що людина ніколи не зможе зрозуміти, що відбувається всередині чорної дірки. Тому що, потрапивши туди, він буде буквально розчавлений гравітацією та силою тяжіння. Насправді, це не зовсім так. Так, дійсно, чорна діра є область сингулярності, де все стисло до максимуму. Але це зовсім не «космічний пилосос», який здатний затягнути у себе всі планети та зірки. Будь-який матеріальний об'єкт, що опинився на горизонті подій, спостерігатиме за сильним спотворенням простору і часу (поки що ці одиниці стоять окремо). Евклідова система геометрії почне давати збої, іншими словами, перетнуться, обриси стереометричних фігур перестануть бути звичними. Що стосується часу, то воно поступово сповільнюватиметься. Чим ближче ви наближатиметеся до дірки, тим повільніше йтиме годинник щодо Земного часу, але ви цього не помітите. При попаданні в «кротову нору» тіло падатиме з нульовою швидкістю, але при цьому дана одиниця дорівнюватиме нескінченності. кривизни, що прирівнює нескінченне до нуля, що остаточно зупиняє час у сфері сингулярності.

Реакція на випромінюване світло

Єдиним об'єктом у космосі, що притягує світло, є чорна дірка. Що в ній знаходиться і в якому воно там вигляді - невідомо, але вважають, що це непроглядна темрява, яку уявити собі неможливо. Світлові кванти, потрапляючи туди, не просто зникають. Їх маса множиться на масу сингулярності, що робить її ще більше і збільшує її. Таким чином, якщо всередині «кротової нори» ви увімкнете ліхтарик, щоб озирнутися, він не світитиметься. Випромінювані кванти постійно множитимуться на масу дірки, і ви, грубо кажучи, лише посилите своє становище.

Чорні дірки на кожному кроці

Як ми вже розібралися, основою освіти є гравітація, величина якої там у мільйони разів перевищує земну. Точне уявлення про те, що таке чорна діра, подарував світові Карл Шварцшильд, який, власне, і відкрив той самий обрій подій і точку неповернення, а також встановив, що нуль у стані сингулярності дорівнює нескінченності. На його думку, чорна діра може утворитися у будь-якій точці простору. При цьому певний матеріальний об'єкт, що має сферичну форму, має досягти гравітаційного радіусу. Наприклад, маса нашої планети має вміститися в обсязі одного горошку, щоб стати чорною діркою. А Сонце повинно мати діаметр 5 кілометрів при своїй масі - тоді його стан стане сингулярним.

Обрій освіти нового світу

Закони фізики та геометрії відмінно діють на землі та в відкритому космосіде простір наближається до вакууму. Але вони втрачають свою значущість на горизонті подій. Саме тому з математичної точки зору неможливо розрахувати, що усередині чорної дірки. Картинки, які можна вигадати, якщо викривляти простір відповідно до наших уявлень про світ, напевно далекі від істини. Встановлено лише, що час тут перетворюється на просторову одиницю і, швидше за все, до існуючих вимірів додаються ще якісь. Це дає можливість вважати, що всередині чорної дірки (фото, як відомо, цього не покаже, оскільки світло там з'їдає саме себе) утворюються зовсім інші світи. Ці Всесвіти можуть складатися з антиречовини, яка нині незнайома вченим. Також існують версії, що сфера неповернення - це лише портал, який веде або до іншого світу, або до інших точок нашого Всесвіту.

Народження та смерть

Куди більш ніж існування чорної дірки є її зародження або зникнення. Сфера, що спотворює простір-час, як ми вже з'ясували, утворюється в результаті колапсу. Це може бути вибух великої зірки, зіткнення двох і більше тіл у космосі тощо. Але як матерія, яку теоретично можна було б обмацати, перетворилася на область спотворення часу? Загадка знаходиться у процесі роботи. Але за нею слідує друге питання - чому такі сфери неповернення зникають? І якщо чорні дірки випаровуються, то чому з них не виходить те світло і вся космічна матерія, яку вони втягнули? Коли речовина у зоні сингулярності починає розширюватися, гравітація поступово знижується. В результаті чорна діра просто розчиняється, і на її місці залишається звичайний вакуумний космічний простір. З цього випливає ще одна загадка - куди поділося все те, що в неї потрапило?

Гравітація – наш ключ до щасливого майбутнього?

Дослідники впевнені, що енергетичне майбутнє людства може сформувати саме чорна діра. Що всередині цієї системи поки що невідомо, але вдалося встановити, що на горизонті подій будь-яка матерія трансформується в енергію, але, звичайно ж, частково. Наприклад, людина, опиняючись біля точки неповернення, віддасть 10 відсотків своєї матерії для її переробки в енергію. Цей показник просто колосальний, він став сенсацією астрономів. Справа в тому, що на Землі матерія переробляється в енергію лише на 0,7 відсотка.

Якщо Поплавський правий, може й розуміти не доведеться.

Чи можуть червоточини вирішити загадку Великого Вибуху?

Чи можуть червоточини виробляти «екзотичну матерію»?

Щоб пояснити розбіжності, астрономи розробили інфляційну теорію.

Теоретично червоточин немає нічого дивного

У фантастичному фільмі «Інтерстеллар» сюжет крутиться навколо колосальної «чорної діри». Існування цих космічних об'єктів дійсно залишається однією з найцікавіших загадок Всесвіту. І, можливо, розібравшись, як вони влаштовані, людство отримає доступ до світів, про які поки що навіть не підозрює.

Смерть зірки

Відкриття «чорних дірок» безпосередньо пов'язане з новим баченням фізичного устрою Всесвіту, яке запропонував Альберт Ейнштейн у 1915 році, показавши, що масивні тіла викривляють час та простір. Згодом його теорія отримала численні експериментальні докази. Пояснити, як виглядає таке викривлення непросто, тому фізики вдаються до аналогії, представляючи простір як гумову поверхню, на яку тиснуть металеві кульки. Причому чим масивніша кулька, тим більше вм'ятина під нею. У реальному чотиривимірному просторі «вм'ятина» перетворена на п'ятий вимір, наявність якого ми визначаємо лише побічно — за спотворенням променя або затримкою радіосигналу, що проходить поряд із Сонцем чи зірками.

Зрозуміло, що «вм'ятина», створювана Сонцем, порівняно невелика (її радіус лише на 50 кілометрів більше радіусу нашого світила), проте практично відразу після того, як Ейнштейн сформулював постулати своєї революційної теорії, німецький астрофізик Карл Шварцшильд математично довів, що де то у Всесвіті можуть бути об'єкти з масою, яка настільки викривляє простір, що з неї не може вирватися навіть світло. Такі об'єкти з часом почали називати «чорними дірками» з легкої рукиамериканця Джона Уїлера.

Довгий час "чорні дірки" залишалися в очах вчених гарною гіпотезою. 1939 року молодий фізик Роберт Оппенгеймер, майбутній «батько» американської атомної бомби, показав, що за певних умов зірка може перетворитися на реальну «чорну діру». Астрономи незабаром встановили, що до кінця свого «життя» зірки поводяться по-різному. Наприклад, Сонце, поступово вигоряючи, почне розширюватися, а потім перетвориться на білого карлика розміром із Землю, який за мільярди років охолоне, ставши темним щільним згустком матерії. Ті зірки, маса яких набагато більша за Сонце, спалюють своє паливо значно швидше, а потім схлопуються (колапсують), утворюючи нейтронну зірку або «чорну діру». Нейтронні зірки майже повністю складаються з атомних ядер, а «чорні дірки» - із викривленого простору та викривленого часу. Хоча «чорна діра» не містить матерії, вона має поверхню – її називають «горизонтом подій», через який ніщо не здатне вийти назовні.

Згодом «чорні дірки» навчилися виявляти за впливом, який вони мають на навколишній простір. Таких об'єктів знайдено близько тисячі, але астрономи кажуть, що їхня сотня мільйонів. З'ясувалося, що в центрах галактик теж є гігантські «чорні дірки», які, можливо, з'явилися в результаті схлопування масивних газових хмар.

Відкриття Хокінга

Зрозуміти, як влаштовані «чорні дірки», намагалося багато фізиків. Найбільших успіхів на цій ниві досяг англієць Стівен Хокінг. У 1975 році він не тільки зумів ув'язати існування «чорних дірок» із модною квантовою механікою, а й показав, як вона має взаємодіяти із зовнішнім світом.

До Хокінга вважалося, що «чорна діра» лише поглинає матерію, нічого не віддаючи натомість. Вивчаючи поведінку квантових полів поблизу «чорної дірки», Хокінг припустив, що вона обов'язково випромінює частки у зовнішній простір і тим самим втрачає масу. Цей ефект нині називається «випромінюванням Хокінга» (або «випаровуванням Хокінга»). Хокінг вирахував, що таке випромінювання матиме тепловий спектр - відповідно, його можна буде виявити за певною температурою. Однак температура ця настільки мала, що астрономи не можуть зафіксувати її для «чорних дірок», що спостерігаються, тому гіпотеза Хокінга не підтверджена спостереженнями.

Теорія «чорних дірок», створена Стівеном Хокінгом, заперечується низкою вчених. Справа в тому, що в класичному уявленні «чорна діра» може тільки зростати, поглинаючи нові маси матерії. З цього випливає, що інформація, як одна з характеристик матерії всередині «чорної дірки», не знищується, а зберігається вічно або переходить з нашого Всесвіту до якогось іншого. Хокінг стверджує, що «дірка» завжди залишається у вихідному стані, руйнуючи інформацію і скидаючи надлишок маси у вигляді випромінювання. Таким чином, дві моделі вступають у конфлікт, а від того, хто матиме рацію, залежить побудова моделі квантової гравітації, що безпосередньо веде до створення горезвісної «теорії всього», яка колись переверне наші уявлення про Всесвіт.

У 2004 році Стівен Хокінг заявив, що вирішив суперечність між моделями. Його нове відкриття базується на тому, що в реальних процесах освіти та випаровування «чорних дірок» інформація таки не знищується. Відбувається це тому, що тих «дір», які описані в рамках численних теорій, просто не існує в природі. Те, що спостерігають астрономи в центрах галактик, - «чорні діри, що здаються», тобто об'єкти, багато в чому схожі на придумані фізиками моделі, але не володіють справжнім «горизонтом подій». Грубо кажучи, згідно з колишньою теорією (її ще називають «концепцією стіни вогню»), астронавт, що падає в «чорну дірку», буде миттєво випарований на «горизонті подій», а згідно з новою, він проникне всередину, але набуде якихось особливих фізичних властивостей.

Втім, і нове відкриття викликало різку критику колег. Виявляється, Хокінг прийняв як даність деяку кількість припущень, які самі поки що потребують обґрунтування, тому говорити про те, що тема остаточно закрита передчасно.

Двері в інший світ

У гучному науково-фантастичному фільмі Крістофера Нолана «Інтерстеллар» наочно показано, як проникнення в «чорну дірку» та вивчення її внутрішніх властивостей вплине на сучасну фізику. Фактично йдеться про технології управління гравітацією та надсвітлові польоти. Більше того, у фільмі навіть показані люди майбутнього – істоти, які освоїли простір із більшою кількістю вимірів, ніж наш.

Всі ці ідеї привніс у кінострічку відомий фізик Кіп Торн (до речі, він один із тих, хто зумів обґрунтувати теоретичну можливість побудови «машини часу»). У 1991 році він уклав парі зі Стівеном Хокінгом з приводу існування «голих сингулярностей», тобто об'єктів, що мають усі властивості центру «чорної дірки», але не мають «горизонту подій». Причому Торн стверджував, що такі об'єкти можуть бути насправді, а Хокінг вважав їх фантазією. І лише через п'ять років суперечка була вирішена на користь Торна: техасець Меттью Чоптюк за допомогою математичного моделювання довів, що при схлопуванні гравітаційної хвилі можна досягти такого стану, коли виникає щось на кшталт кипіння простору та часу. Воно породжує нові гравітаційні хвилі, поки зрештою не утворюється нескінченно мала гола сингулярність.

Кіп Торн уточнює, що в природі «голих сингулярностей» не буває: закони фізики забороняють їхнє спонтанне виникнення. Проте якась могутня цивілізація, що вивчила «чорні дірки» і зуміла сконструювати технологію генерації гравітаційних хвильцілком може створити штучну «голу сингулярність». І тоді така цивілізація не тільки отримає можливість подорожувати нашим Всесвітом швидше за швидкість світла, а й проникне в інші всесвіти. Можливо, повідомляє далі Торн, така цивілізація вже діє у нашому космосі, спостерігає за нами та готова втрутитися, якщо у нас щось піде не так. Його ідея звучить як вигадка, але хто може знати напевно?

Антон Первушин