Черные дыры хранят в себе множество тайн. В них неустанно борются теория петлевой квантовой гравитации и общая теория относительности. Многие люди уверены, что знают о черных дырах все, что нужно. Сегодня я докажу вам, что это не так. Вы никогда не задумывались, существуют ли черные дыры на самом деле, если их никто не видел? Если это действительно так, то что они из себя представляют? Черное пятно в космосе, постоянно крутящееся и нещадно засасывающее материю вокруг себя? Это не совсем так, но обо всем по порядку. Для начала поговорим о том, что мы изучили еще меньше, чем черные дыры. Как вы думаете, что это? Конечно же, гравитация. Если вы сейчас подумали что-то вроде: «я знаю, что такое сила притяжения, я учил это в школе на физике», то вы снова не правы.
Гравитация это нечто большее, чем просто сила притяжения. Это основа основ современной физики. Альфа и Омега, начало и конец всего. Это точка пересечения тех самых теорий, которые я упоминал в начале. Думаю, вы уже достаточно заинтригованы, так что пора начинать.
Черные дыры и гравитация
Казалось бы, как квантовая теория и общая теория относительности (дальше просто ОТО, иначе вам надоест это читать) вообще спорить одна с другой. Ведь первая описывает поведение крайне малых объектов, другая – больших.
Так-то оно так, но, доходя до тех самых крайне малых масштабов, в физике начинается неистовая вакханалия, при которой эти две теории опровергают друг друга. Знаете, тот самый момент, когда в финале должен выжить лишь один из героев? Вот это он. Если будет доказана первая, вторая просто канет в лету вместе с годами исследований и законов. Если окажется права вторая, случится то же самое с первой.
В бескрайней Вселенной есть лишь одно место, где этот спор может наконец решиться. И вы уже наверняка догадываетесь, какое. Черные дыры и гравитация непременно связаны, так как достижение той самой крайне малой гравитации возможно лишь на границе черной дыры. Есть лишь одна маленькая неурядица, которая мешает ученым начать исследования: черных дыр никто и никогда не видел.
Что такое черная дыра?
Мы привыкли, что все во Вселенной происходит по определенным законам. Каждый процесс неизменно играет свою роль, не выходя за рамки сценария. Вот только гравитация сама себе сценарист и может менять все так, как ей вздумается.
Сила гравитации правит балом во всем космическом пространстве, но может это и не сила вовсе? Эйнштейн связывал ее с деформацией времени и пространства. Так что может в итоге может оказаться так, что гравитацию невозможно описать стандартной моделью физики частиц.
Все же знакомы с процессом смерти гигантских звезд? Когда из-за нехватки топлива она больше не способна оказывать давление на собственную силу тяжести, и ее ядро сжимается до невероятно малых размеров. Сама звезда при этом взрывается, и остается лишь маленький суперплотный шарик, который продолжает коллапсировать со временем.
И кто, скажите мне, способен этому коллапсу помешать? Есть ли хоть одна сила в космосе, способная противостоять гравитации? Нет, и скорее всего, мы никогда о такой не узнаем.
До каких пор будет сжиматься это самое ядро? До тех самых, пока не уменьшится до бесконечно малой точки в пространстве с бесконечно большой массой, которую мы называем, как? Правильно, сингулярность. И это явление тоже можно смело называть черной дырой. Вот вы и узнали, что такое черная дыра. А чего вы ожидали? То, что вы привыкли считать черной дырой, огромное черное пятно, лишь ее тень. Если уже это вас шокировало, то дальше лучше не читайте.
Черные дыры не засасывают все вокруг
Все мы привыкли думать, что черная дыра – это всепоглощающее нечто. Но на самом деле черные дыры не засасывают все вокруг. Хорошо, не обязательно засасывают.
Если вы будете вращаться вокруг черной дыры, вы не обязательно начнете засасываться внутрь. Центробежная сила не даст вам просто взять упасть внутрь. Это случится лишь тогда, когда вы начнете экстренно тормозить, пытаясь прервать это вращение.
И когда вы, упадете, ваша скорость начнет возрастать до такой степени, что очень скоро достигнет скорости света. В этот момент ОТО и должна отойти на задний план. Ведь согласно теории Эйнштейна, скорость света является максимальной из возможных.
Здесь на сцену выходит квантовая гравитация, которая… тоже не может ничего сделать. Чтобы вы понимали, свет – это способ передачи информации из микромира в макро. Лишь свет задает лимит того, как быстро могут соединиться причина и следствие. Двигаясь быстрее скорости света, у вас появится возможность изменять события еще до того, как они произойдут. Однако, у таких действий имеются свои последствия:
- Если вы примите скорость света внутри черной дыры, вам понадобится двигаться еще быстрее, чтобы вылететь оттуда. ОТО говорит, что это невозможно, поэтому принято считать, что ничто не способно выйти из черной дыры, даже свет. Ничто не способно преодолеть горизонт событий – тот самый барьер, который ничто не может перейти.
- Это же нарушит и передачу информации на квантовом уровне.
Пока никто так и не придумал способ, которым можно было бы изменить теорию квантовой гравитации так, чтобы преодолеть горизонт событий стало возможным. Физики уже много лет бьются над решением этой задачи, но пока безуспешно.
Существуют ли черные дыры?
Вот мы здесь обсуждаем все это: сингулярность, горизонт событий, но важно понимать, что вся паника оправдана лишь в том случае, если такие объекты вообще имеют место быть. Так существуют ли черные дыры?
В прошлом веке учеными было доказано, что существуют двойные звезды, которые на самом деле являются черными дырами.
Позже в центрах некоторых галактик были найдены следы существования нереально больших темных скоплений массы. Что это, если не сверхмассивные черные дыры?
При детальном изучении этих открытий они действительно кажутся весьма убедительными. Но это все еще косвенные доказательства. Если бы мы могли уловить гравитационные волны этих объектов, это бы уже кое-что прояснило, но горизонт событий все еще невозможно обнаружить, и самих черных дыр мы никогда не наблюдали. Возможно, они и правда крайне малых размеров, либо находятся слишком далеко, а может, они просто слишком черные, чтобы заметить их во тьме космоса. Вы, конечно, можете посмеяться над этим, но вспомните, что из этих объектов не выходит даже свет, так что, даже если бы мы точно знали, куда смотреть, вряд ли бы увидели.
Как выглядит черная дыра?
Знаете, как говорят, если долго всматриваться в бездну, она начнет смотреть на тебя. С черной дырой все примерно так же. Если вы посмотрите в черную дыру, вас может охватить невероятный ужас. Потому что это самая черная тьма, которая только возможна во Вселенной. После близкого контакта с таким зрелищем, вы этого уже никогда не забудете и начнете бояться темноты. При условии, что выживите, конечно.
Однако вокруг черной дыры все может быть иначе. Газы, которые она поглощает, закручиваются в спираль, поэтому вокруг может быть очень даже ярко.
Плюс ко всему эти самые газы благодаря собственным магнитным полям начинают нагреваться, излучая ультрафиолет и рентгеновские лучи.
Тут же подключается и радиоактивное излучение, производящееся раскаленными электронами внутри магнитных полей.
Итак, как выглядит черная дыра? Она оказаться светящимся по краям кольцом, окруженным огнем. Зрелище кажется довольно эффектным. Ну и не будем забывать о горизонте событий, который жадно поглощающим каждый фотон света, проходящий на довольно близком расстоянии.
Материя вокруг черной дыры также будет искривлена. Это касается и поглощаемого света. Он будет образовывать кольца вокруг дыры. Когда поток света несколько раз обойдет черную дыру, некоторые из его фотонов могут вылететь, а другие упасть внутрь, оказавшись в горизонте событий. Следуя по тому же пути, что и этот поток света, у вас будет возможность заглянуть внутрь черной дыры, чтобы увидеть тот самый горизонт событий. Это будет что-то очень темное, точнее сказать, это будет ничто.
Если бы вам удалось сфотографировать черную дыру, то на этом снимке красовалась бы тень, окруженная светом. И тень эта будет казаться гораздо больше, чем есть на самом деле. Все потому, что черная дыра – это очень большая линза.
Вокруг тени будет непрерывно двигаться свет. Это будет происходить до тех пор, пока все фотоны не убегут или не упадут внутрь. Возможно, вы даже увидите несколько таких фотонных колец вокруг горизонта событий, но вам все равно будет казаться, что они находятся около тени дыры из-за эффекта линзы.
Фантазия или реальность?
Сможем ли мы когда-либо увидеть черную дыру? Или хотя бы представить ее модель? Черная дыра – фантазия или реальность?
Ответы на эти вопросы слишком тяжело найти сейчас. Нам известно, что во Вселенной могут две сверхмассивные черные дыры, которые мы могли бы увидеть с помощью наших технологий. Расположены они относительно не далеко друг от друга. Работы в этой области уже ведутся.
Фото черной дыры
Если нам когда-либо удастся лицезреть горизонт событий, мы сможем наконец решить вечный спор ОТО и квантовой гравитации. Ну, или это хотя бы докажет, что такие проблемы вполне реальны.
Для этого нам все еще нужно получить хоть какие-нибудь фотографии теней черных дыр или исследовать небесные тела вокруг них. В любом случае, без фото черной дыры, нам в этой области делать пока нечего.
