Черная дыра: куда она ведет и что может быть на ее другом конце
Александр Алексеенко - 22.09.19 Вы готовы прыгнуть в черную дыру? Вы можете гарантировать себе, что выживите? Где вы окажетесь и что сможете рассказать, если сумеете вернуться обратно? Простой ответ на все эти вопросы, как выяснили корреспонденты ИА «Экспресс-Новости» из рассказа профессора Ричарда Масси: «Кто знает?». Как научный сотрудник Королевского общества в Институте вычислительной космологии в Университете Дарема, Масси полностью осознает, что загадки черных дыр уходят глубоко в неизведанное:
«Падение через горизонт событий буквально выходит за пределы завесы – как только кто-то падает за нее, никто не может отправить сообщение обратно. Они будут разорваны на куски огромной гравитацией, поэтому я сомневаюсь, что любой, кто провалится, получит что-нибудь».
Если это звучит как разочаровывающий ответ, то этого следовало ожидать. С тех пор, как общая теория относительности Альберта Эйнштейна предполагала, что черные дыры связывают пространство и время с действием силы тяжести, стало известно, эти объекты являются результатом смерти массивной звезды, оставляющей позади небольшое, плотное остаточное ядро. Если предположить, что это ядро в три раза больше массы Солнца, гравитация сокрушит его до такой степени, что она сама упадет в одну точку, понимаемую как бесконечно плотное ядро черной дыры.
Получающаяся в результате необитаемая черная дыра будет иметь такое мощное гравитационное притяжение, что даже свет не сможет ее избежать. Итак, если вы окажетесь на горизонте событий – точке, в которой свет и материя могут проходить только внутрь, как это было предложено немецким астрономом Карлом Шварцшильдом, – то спасения не будет. По словам Масси, приливные силы приведут ваше тело к нитям атомов («спагеттификация»), и объект в конечном итоге будет разрушен в сингулярности. Идея о том, что вы могли бы появиться где-то – возможно, на другой стороне – кажется совершенно фантастической.
Как насчет червоточины?
На протяжении многих лет ученые изучали возможность того, что черные дыры могут стать червоточинами для других галактик. Они могут даже быть, как некоторые предполагали, путем к другой вселенной. Такая идея уже давно возникла: Эйнштейн объединился с Натаном Розеном, чтобы теоретизировать мосты, которые соединяют две разные точки в пространстве/времени в 1935 году. Но в 1980-х годах он получил некоторое новое признание, когда физик Кип Торн поднял дискуссию о том, могут ли объекты физически проходить через них.
«Чтение популярной книги Кипа Торна о червоточинах – это то, что сначала вдохновило меня на изучение физики в детстве. Но вряд ли червоточины существуют», – сказал Масси.
Действительно, Торн, который предоставил свой экспертный совет производственной команде для голливудского фильма «Интерстеллар», писал: «Мы не видим в нашей вселенной никаких объектов, которые могли бы стать червоточинами при старении». Также Торн отмечал, что путешествия через эти теоретические туннели, скорее всего, останутся научной фантастикой, и, конечно, нет никаких убедительных доказательств того, что черная дыра могла бы допустить такой проход.
Проблема состоит еще и в том, что мы не можем подойти поближе, чтобы увидеть сами. Мы даже не можем сфотографировать что-то, что происходит внутри черной дыры – если свет не может избежать огромной гравитации, тогда ничто не может быть сфотографировано камерой. В настоящее время теория предполагает, что все, что выходит за пределы горизонта событий, просто добавляется к черной дыре. Более того, поскольку время искажается вблизи этой границы, это будет происходить невероятно медленно, поэтому ответы не будут быстрыми.
«Я думаю, стандартная история такова: черные дыры ведут к концу времени. Наблюдатель не увидит, как их друг-космонавт упадет в черную дыру. Они просто краснеют и тускнеют, когда приближаются к горизонту событий (в результате гравитационного красного смещения). Но друг падает прямо в место за пределами "навсегда". Что бы это ни значило», – заявил Дуглас Финкбейнер, профессор астрономии и физики в Гарвардском университете.
Может быть, черная дыра ведет к белой дыре
Если черные дыры ведут в другую часть галактики или другую вселенную, на другой стороне должно быть что-то противоположное им. Может ли это быть белой дырой? – теория, выдвинутая российским космологом Игорем Новиковым в 1964 году. Новиков предположил, что черная дыра связана с белой дырой, существующей в прошлом. В отличие от черной дыры, белая дыра позволит свету и материи уйти, но свет и материя не смогут проникнуть в наш мир.
Ученые продолжили исследовать потенциальную связь между черными и белыми дырами. В своем исследовании 2014 года физики Карло Ровелли и Хэл М. Хаггард утверждали, что «существует классическая метрика, удовлетворяющая уравнениям Эйнштейна вне конечной области пространства-времени, где вещество коллапсирует в черную дыру и затем выходит из временной дыры». Другими словами, все материальное, что черные дыры поглотили, может быть выброшено, а сами черные дыры могут стать белыми дырами, после того как они умрут.
Космолог Кембриджского университета и физик-теоретик Стивен Хокинг в 1970-х годах исследовал возможность того, что черные дыры испускают частицы и излучение в результате квантовых колебаний. Он отмечал, что черная дыра не вечна, подсчитав, что она теряет энергию, сжимается и исчезает. Учитывая его заявление о том, что испускаемое излучение будет случайным и не содержит информации о том, что упало, черная дыра при взрыве сотрет множество информации.
Это означало, что идея Хокинга противоречила квантовой теории, согласно которой, информация не может быть уничтожена. Физика утверждает, что информацию становится все труднее найти, потому что, если она потеряна, становится невозможным узнать прошлое или будущее. Идея Хокинга привела к «информационному парадоксу черной дыры», и она давно озадачила ученых. Некоторые говорят, что Хокинг был просто неправ, и сам он даже заявил во время научной конференции в Дублине в 2004 году, что допустил ошибку.
Итак, вернемся ли мы к концепции черных дыр, испускающих сохраненную информацию и выбрасывающих ее обратно через белую дыру? Может быть. В своем исследовании 2013 года Хорхе Пуллин из Университета штата Луизиана и Родольфо Гамбини из Университета Республики в Монтевидео, Уругвай, применили петлевую квантовую гравитацию к черной дыре и обнаружили, что гравитация увеличивается в направлении ядра, но уменьшается и уменьшается все, что входило в другую область вселенной. Результаты внесли дополнительный вклад в идею о том, что черные дыры служат порталом. В этом исследовании сингулярность не существует, и поэтому она не образует непроницаемого барьера, который в конечном итоге разрушает все, с чем он сталкивается. Это также означает, что информация не исчезает.
Может быть, черные дыры никуда не денутся
И все же физики Ахмед Альмейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли все еще верили, что Хокинг мог что-то предпринять. Они работали над теорией, которая стала известна как брандмауэр AMPS, или гипотеза брандмауэра черной дыры. По их расчетам, квантовая механика могла бы реально превратить горизонт событий в гигантскую стену огня, и все, что соприкасалось, сгорело бы в одно мгновение. В этом смысле черные дыры никуда не ведут, потому что ничто не может проникнуть внутрь.
Это, однако, нарушает общую теорию относительности Эйнштейна. Тот, кто пересекает горизонт событий, на самом деле не должен испытывать каких-либо больших трудностей, потому что объект будет находиться в свободном падении, и, исходя из принципа эквивалентности, этот объект – или человек – не будет испытывать экстремальных эффектов гравитации. Он мог бы следовать законам физики, существующим в других местах вселенной, но даже если бы он не противоречил принципу Эйнштейна, он подорвал бы квантовую теорию поля или предположил, что информация может быть потеряна.
Черная дыра неопределенности
В 2014 году Хокинг опубликовал исследование, в котором он отказался от существования горизонта событий. То есть, нечего там сжигать – говоря, что гравитационный коллапс создаст «видимый горизонт». Этот горизонт приостановил бы световые лучи, пытающиеся отойти от ядра черной дыры, и сохранялся бы в течение «периода времени». В его переосмыслении видимые горизонты временно сохраняют материю и энергию, прежде чем растворяться и высвобождать их позже по линии. Это объяснение лучше всего согласуется с квантовой теорией, которая говорит, что информация не может быть уничтожена, и, если она когда-либо будет доказана, предполагает, что из черной дыры может вырваться что угодно.
Хокинг зашел так далеко, что сказал, что черных дыр может даже не существовать. «Черные дыры должны быть переопределены как метастабильные связанные состояния гравитационного поля», – писал он. Не было бы никакой сингулярности, и хотя видимое поле двигалось бы внутрь под действием силы тяжести, оно никогда не достигло бы центра, и не было бы объединено в плотной массе. И все же, все, что испускается, не будет в форме проглоченной информации. Было бы невозможно выяснить, что произошло, посмотрев на то, что выходит. Это само по себе вызывает проблемы – не в последнюю очередь, скажем, для человека, который оказался в таком тревожном положении. Они никогда не будут чувствовать то же самое снова!
Одно можно сказать наверняка, эта конкретная загадка поглотит еще много научных часов на долгое время. Ровелли и Франческа Видотто недавно предположили, что компонент темной материи может быть образован остатками испаренных черных дыр. И статья Хокинга о черных дырах описывает, как частицы с нулевой энергией остаются вокруг точки невозврата. Горизонт событий – идея, которая предполагает, что информация не потеряна, а захвачена. Это идея заставляет ученых говорить, что есть какой-то путь, который будет рассматриваться как ответ на вопрос, куда ведут черные дыры. Если бы мы только могли найти способ пройти в него…
Комментарии