№ 17/17

Время черных дыр

О черных дырах впервые заговорили более семидесяти лет назад. С тех пор утекло много воды, и уже появились толковые и подробные научные путеводители по этим достопримечательностям космоса (лучшая из них, на мой взгляд, — книга Кипа Торна «Черные дыры и туннели во времени»), и сегодня мы можем отправиться в эти «естественные лаборатории времени» во всеоружии надежных знаний. Прежде всего необходимо напомнить, что это вообще такое — «черная дыра».

Всякая достаточно тяжелая звезда, израсходовав все запасы внутреннего термоядерного топлива, обязательно рухнет («коллапсирует») внутрь самой себя, сбросив часть своего вещества в космос и собрав всю оставшуюся массу в очень небольшом объеме. Тогда где-то вблизи ее поверхности гравитационное притяжение станет таким огромным, что не позволит световым «частицам»-фотонам вырваться в космическое пространство, это понял еще в XVIII веке философ-ньютонианец Митчелл.

Это критическое расстояние называется «радиусом Шварцшильда», а сфера, описанная этим радиусом вокруг такой коллапсировавшей звезды, именуется «горизонтом», потому что все, что находится «за ней» (в данном случае — внутри нее), снаружи нельзя увидеть: оттуда не выходит ни один фотон света, ни одна частица вещества, ничего, что доставляло бы информацию о происходящем внутри. Все, что туда упало, все равно как пропало, — это бездонная дыра и к тому же черная, как смоль: все поглощает и ничего не излучает.

Теперь выберем себе одну, типичную черную дыру и мысленно перенесемся в ее окрестности. Разделимся на две группы: одна, поместившись в космическом челноке, начнет спуск к черной дыре, а другая останется вдали от нее, в космическом корабле, чтобы наблюдать за происходящим.

По мере приближения челнока к «черной дыре» гравитационное поле вокруг него будет нарастать, и, согласно Эйнштейну, ход часов на челноке будет все более замедляться сравнительно с ходом таких же часов на корабле. Приборы показывают, что сердца космонавтов бьются вдвое реже. Они сообщают, что у них прошел день, тогда как у нас — два. Что же будет дальше? С каждым следующим метром спуска челнок виден все слабее, потому что вся энергия излучаемого им света уходит на то, чтобы выбраться из гравитационной ямы черной дыры.

Но вот челнок приблизился к «горизонту» на расстояние меньше одного сантиметра! Ход времени на нем замедлился в сравнении с корабельным в миллион раз! Но что это? Он поблек настолько, что совсем пропал из глаз. Он слился с черной сферой, заполняющей горизонт! Мы так и не увидим, что произойдет с ним и с его пассажирами в тот момент, когда он наконец пересек горизонт. Утешимся тем, что мы и не могли этого увидеть никогда по той простой причине, что вблизи «горизонта» ход времени замедляется настолько, что на прохождение этого последнего сантиметра челноку — по нашим часам — потребовалось бы бесконечно большое время. Да, бесконечно большое — ведь на самом «горизонте», согласно формулам теории относительности, время останавливается вообще!

Но что же все-таки стало с нашими героями и мучениками науки? Перенесемся мысленно в их корабль. С их точки зрения, корабельные часы идут, как и шли, зато ход времени на Земле непрерывно ускоряется, частота идущих оттуда радиоволн сдвигается сначала в световой, а потом в ультрафиолетовый и даже рентгеновский диапазон, звуки убыстряются до писка и исчезают в ультразвуковом диапазоне. Со все возрастающей скоростью челнок устремляется вниз, к центру дыры, а приливные силы нарастают до такой степени, что уже не разобрать, где тут верх, где низ, все рвется и крошится до атомов, крошатся уже и сами атомы, и составляющие их микрочастицы — там, в глубинах черной дыры, не может существовать никакое вещество, там беснуется хаос, там исчезает самое пространство, превращаясь в то, что физик Уилер назвал «вероятностной пеной»…

А что со временем? Оно еще существует? Можно спросить, сколько времени будет продолжаться это безумное падение? Спросить можно — ответить труднее. На первый взгляд, расстояние от «горизонта» до центра черной дыры известно — это радиус Шварцшильда. Но на второй взгляд, становится понятно, что это не так. Ведь дыра образовалась за счет того, что звезда провалилась внутрь самой себя. Представьте себе, что вы кладете тяжеленный шар на поверхность туго натянутого резинового листа, что произойдет? Шар, если он достаточно тяжел, продавит лист и начнет уходить вниз до тех пор, пока натяжение резины не уравновесит тяжесть шара.

В случае черной дыры «лист» — это пространство, у которого нет упругости и которое поэтому не может остановить проваливающуюся в него массу звезды, стало быть… Стало быть, масса эта рухнет на бесконечную глубину!

Можно было бы сказать, что расстояние от «горизонта» до центра дыры бесконечно, но — есть одно «но»: мы не знаем, что там, в этом центре. Теоретически говоря, существуют две возможности: либо вся масса звезды стянулась в безразмерную точку, так называемую сингулярность, либо она уплотнилась до какого-то конечного размера. В первом случае расстояние до центра действительно бесконечно, а сам этот центр — действительно «особая точка», ибо там нет уже не только пространства, но и времени, там кончается все, включая сами законы природы, это «край мира». Во втором случае время там сохраняется, но в таком виде, что, как говорится, мать родная его не узнает — оно становится мнимым! Но есть еще и возможность третья: время вблизи центра черной дыры деформируется, оно искривляется, как червячная передача, как архимедов винт в мясорубке, и превращается в узкий туннель, сквозь который брезжит что-то неясное.

Чтобы выяснить, что там, следует спуститься уже не к горизонту черной дыры, а к самому ее центру, в его микроокрестности. Там, в этом микромире, свойства времени оказываются совершенно иными, нежели в макро- или мегамире. Там и только там мы сможем узнать, есть ли у времени «конец», может ли оно стать мнимым, способно ли образовать туннель в неизвестность.

Рафаил Нудельман

Глубины познания

  • Краеугольные камни преткновения
    Эйнштейн не во всем был прав, но вполне правдоподобно звучит его предупреждение: «Над тем, кто в стране искателей истины попытается изображать начальство, посмеются боги». Так что не стоит приказывать природе, каким понятиям и законам ей следует подчиняться.
  • Священная книга археологов — Библия
    Вот уже полтора столетия историки и лингвисты собирают отдельные факты, из которых складывается мозаика подлинных событий, скрытых за пышной декорацией библейских мистерий и мираклей.
  • Новые горизонты или ошибка Эйнштейна?
    Как шутят физики, в любой проблеме есть три стадии понимания: сначала все непонятно, на следующей стадии все кажется кристально ясным, а затем снова возникают вопросы и проблема выглядит даже более темной и загадочной, чем вначале.
  • Чернить теорию относительности вновь стало модно
    Не понимая теории относительности, ее критики улавливают лишь одно: что она резко противоречит их житейскому опыту, их здравому смыслу
  • Мне поклонился цветок
    Кто сказал, что растения молчат, как камни? Что им неведомы чувства и равнодушна жизнь? Беззвучная тишина, наполняющая поле или сад, разрывается от неслышной нам болтовни. Нити бесед, что ведутся под тенистыми кронами или на зеленом ковре, нам еще предстоит распутать, привлекая самые современные приборы.
  • Рука подвела…
    Порой сдается, что очарование неразгаданных тайн истории связано еще с тем, что они не поддаются окончательной разгадке.
  • Встреча с Протеем
    Читателю начинает надоедать эта «живопись словом»; он спрашивает себя: «Так где же прячутся эти таинственные протеи? Что за элементы внутри меня могут принимать то одно обличье, то другое?
  • Протеомика. Лидер науки XXI века
    Наконец-то удалось составить точную карту генома человека — получить бесконечный ряд «букв», в котором среди биологического мусора затеряны отдельные «слова», то бишь гены. Теперь многие специалисты заняты «биогерменевтикой» — они истолковывают добытую запись, отыскивая среди непонятицы знаков все новые гены.
  • Стволовые клетки — путь к вечной молодости?
    Стволовые клетки сегодня находятся в центре внимания медицины. Они способны делиться и превращаться в нейрон, клетку крови, сердца, печени, любого другого органа. Стоит научиться ими управлять — и откроются перспективы лечения многих тяжелых заболеваний.
  • Белые братья черных курильщиков
    Белых пятен на Земле почти не осталось. Едва ли не последнее крупное открытие географы совершили около четверти века назад на дне Океана, когда посреди подводных хребтов обнаружили особые гидротермальные источники — черные курильщики.
  • «Нано…»
    Главным научным прорывом 2001 года, по мнению редакции журнала «Сайенс», стала … наноэлектроника! (Барабанный гром, бурные аплодисменты, на поле научных чудес выносят первый приз.)
  • А теперь —о «баккиболлзах»
    Большое волнение физиков вызвало сообщение об открытии сверхпроводимости у весьма простого химического соединения — диборида магния.
  • E.coli + хомячок = ?
    Забавное сообщение сделали ученые Калифорнийского университета о том, что им удалось поймать бактерию Е.coli «ин флагранти», или, как говорилось в старину, «на горячем» — когда она совокуплялась с клеткой млекопитающего
  • «Роковые яйца» в широкой продаже
    Очевидно, что уже несколько десятилетий две важнейшие потребности человека — пища и здоровье — удовлетворяются с применением высоких технологий.
  • Паутина из молока
    По мнению канадских ученых из биотехнологической фирмы «Нексия», в скором будущем из молока можно будет получать… искусственную паутину.
  • Жажда цельности
    У мировосприятия всегда, даже в сугубо, казалось бы, рационалистическом его варианте и в сугубо «рационалистические» эпохи, были отчетливые подтексты не только этические, но и эстетические — собственно, эти последние даже первичнее.
  • Сила полной Луны
    В силу полной луны многие люди верят поныне. То и дело мы слышим рассказы о том, как, повинуясь зловещим ночным лучам, со своих постелей поднимаются шеренги лунатиков, неверными шагами взбираются на чердаки, встают на подоконники, вскарабкиваются на крыши.
  • Коварное слово «Я»
    Творчество поэтов-самоубийц отличается частотой употребления личного местоимения первого лица и другими лингвистическими особенностями — таковы выводы американских психологов. Они основаны на результатах компьютерного анализа нескольких сотен текстов.
  • Ждать у моря погоды
    Так повелось считать, что Океан — это нечто неизменное, неторопливое, сонное. Мерно катятся волны, изредка вспыливая штормом. Одна и та же картина повторяется изо дня в день. Что изменится за какой-то десяток лет? Океан «тяжел на подъем».
  • Парад гипотез
    Французский физик Жан Шарон полагает, что за «черными дырами», этими безднами, разверстыми в пространстве, открывается иной мир, зеркально симметричный нашему. Элементарные частицы, населяющие этот мир, свободно движутся вверх и вниз по течению времени, а вот в пространстве они неподвижны.
  • Управление поведением и сознанием человека
    Трудно и долго движемся мы к познанию того, что всегда рядом. И тем сильнее притягивает к себе предмет. Очень точно и ярко высказался по этому поводу русский физиолог Иван Павлов: «В сущности, интересует нас только одно — наше психическое содержание».
  • Тайны нашего сознания
    Мы знаем, что в традиционном обществе, у славян, в частности, существовали знахари и колдуны — они действительно были почти в каждой деревне. Если говорить о народах Сибири, то там их место занимали шаманы.
  • Человек-волк
    Тайный союз индивидуализма не приемлет. Здесь требуется полное подчинение, слияние с коллективом. Для того и надеваются маски, капюшоны, доспехи ниндзя, колпаки ку-клукс-клана — чтобы добиться не столько невидимости и метаморфоза, сколько обезличивания.
  • Почему люди верят в Бога?
    Вопрос этот может показаться равно наивным, бессмысленным и безответным. Действительно, до недавнего времени большинство ученых, занимающихся социальными науками и изучением процессов познания, его игнорировали.
  • От умножителей атомов до медицинских нанороботов
    В недавнем эксперименте группы американских ученых число атомов в пучке, проходящем через установку, было увеличено примерно в тридцать раз. Нарушение закона сохранения вещества? Ни в коем случае. Все по закону. Вспомним, что поток света тоже можно «умножать», — именно это делается в лазере. А как работает «умножитель атомов»?
  • Теплый трон Будды
    Легенда гласит, что юный царевич Гаутама Шакьямуни — его мы чтим теперь под именем Будды (от санскритского корня «будх» — будить, пробуждаться) — уже в детстве был отмечен благодатью. Там, где он ступал, вырастал цветок лотоса. Поэтому любой буддийский храм украшен этими цветами и их резными изображениями.
  • Медвежий угол Европы
    В этнографии принято игнорировать расовые признаки народа. Важны самоназвание, язык, вышивка, но не лицо. Расовые признаки, мол, перемешиваются как угодно, а культура остается. Но бывает и наоборот: цивилизация стирает культурное своеобразие местного населения, а особенности внешности сохраняются.
  • Вернер Гейзенберг и атомная бомба: новые споры
    Материалы, недавно опубликованные фондом Нильса Бора, снова всколыхнули общественность: они в очередной раз возвращают к спору о том, каково было истинное участие Вернера Гейзенберга в попытке создания «нацистской атомной бомбы» во время Второй мировой войны.
  • Может быть, Атлантида — это Европа?
    Подумать только, более десяти тысяч книг повествуют об Атлантиде, острове, который впервые описал греческий философ Платон в своих диалогах «Критий» и «Тимей».
  • Как птицы научились летать
    Американский эколог Джеймс Кэри из Калифорнийского университета выступил с утверждением, что ранними предшественниками птиц были рептилии, которые создавали и охраняли свои гнезда на земле, как нынешние крокодилы.
  • Новый взгляд на известный сюжет.
    Атомное ядро, как мы теперь знаем, тоже имеет внутреннюю структуру, ибо состоит из частиц, именуемых протонами и нейтронами, эти частицы в свою очередь состоят из кварков и т.д.
  • Что бы это значило?
    Обнаружено весьма любопытное и пока еще непонятное по значению явление: некоторые бактерии способны производить такие же белковые волокна, как те, которые у людей вызывают болезнь Альцхаймера.
  • Темная сторона Вселенной
    За последние годы мы свыклись с мыслью о том, что видимая материя составляет меньшую часть Вселенной. Какими бы громадными ни казались нам звезды и галактики, они — песчинки, брошенные в океан тьмы. И облик этого океана стал проясняться только теперь.
  • Слепой Гомер? Откуда вы это взяли?
    Могут ли слепцы создавать великие литературные произведения, поражающие читателя особо зоркой наблюдательностью и изощренной многоцветностью художественной палитры?
  • Азия — родина зверей?
    Кайнозой стал эпохой млекопитающих. После вымирания крупных рептилий, случившегося 67 миллионов лет назад, ничто не мешало млекопитающим расселяться повсюду. К концу палеоцена этот класс животных был представлен во всем разнообразии.
  • И снова: о наследовании приобретенных признаков
    «История биологии не знает более выразительного примера многовекового обсуждения проблемы, чем дискуссия о наследовании или о ненаследовании приобретенных признаков»
  • Земля стала Луной!
    Четыре миллиарда лет назад Земля еще формировалась. Минуло всего 600 миллионов лет с тех пор, как она возникла из протопланетного облака. Уже образовались массивное ядро из железа и никеля, легкая оболочка из силикатов…
  • Наше место– Местный Пузырь
    Где-то там, в глубинах космоса, происходит множество событий, но эти новости из глубинки, увы, приходят к нам с опозданием. И то сказать — где мы выбрали жить?! Чуть не на самой периферии своей галактики (Млечный Путь), в одном из ее спиральных рукавов и на расстоянии 25 тысяч световых лет от центра нашей галактики.
  • Архитектура жизни, или Структура нас
    Тенсегрити — многокомпонентные системы — механически устойчивы не потому, что каждый из компонентов прочен, а потому, что все они в совокупности, в системе находятся в состоянии устойчивого равновесия, что дает большую устойчивость к стрессу извне.
  • Увидеть новую реальность?!
    Ряд Фибоначчи - назван так по имени итальянского математика Леонардо из Пизы, более известного как Фибоначчи (сын Боначчо). Его ряд — это дискретный числовой шлейф «Sectio Aurea» («золотого сечения» — в наименовании Леонардо да Винчи).
  • Вначале было … пальцеслово
    Каким был предок языка, «великого и могучего», мы не знаем. Но воссоздать его облик можно попробовать — если применить к человеку принципы этологии, науки об эволюции и экологическом значении поведения.
  • Код жизни, глава третья
    Эта история началась с сообщения о полной расшифровке последовательности ДНК на 22-й хромосоме человека, продолжилась сообщением о расшифровке 21-й хромосомы. Недавно вслед за 22-й и 21-й полностью расшифрована еще одна, 20-я хромосома человека.
  • Потрясающе!
    Эта работа потрясает воображение своей филигранностью, но не меньше она потрясает и тем, какие тончайшие секреты матушки-природы вскрыли ученые. Речь идет о механизме, с помощью которого вирус проникает в поражаемую им клетку.
  • Путеводитель по времени: знакомство
    Теперь мы можем задуматься над еще более интересной загадкой: а как воспринимают время не разные участки, а разные мозги? Одинаково или по-разному? От чего это зависит?
  • «Россия — родина слонов»? Нет — мамонтов
    На самом деле, есть России, чем гордиться, — мамонтами. Недаром издавна бивни подземных чудовищ так ценились во многих странах, а западные научные общества тратят колоссальные средства на то, чтобы вывезти в неразмороженном виде туши найденных в Сибири гигантов в свои лаборатории.
  • Может быть, это карта?
    «Фирменным знаком» крито-микенской цивилизации был лабиринт. И частенько он принимал формы спирали. Но почему?
  • Время мегамира
    Да, по сегодняшним представлениям у времени есть начало. Это начало — Биг Бэнг, то гигантское событие, с которого началась история нашей Вселенной, тот момент, когда она «родилась».
  • Время микромира
    Физики не зря не любят бесконечностей. Везде, где появляются бесконечности, появляются трудности: формулы теряют смысл, законы неприменимы, пространственно-временные описания невозможны.
  • Стрела времени
    Известный физик Илья Пригожин утверждает, что все развитие Вселенной, от Биг Бэнга и далее, как раз и есть не что иное, как процесс эволюционного усложнения, поскольку «первичный атом», то есть прошлое Вселенной, был ее самым простым, хаотически однородным состоянием.
  • Мир без времени
    Мы рождаемся с ощущением времени, хотя в отличие от света, звука, запаха и так далее до сих пор не знаем, существуют ли у нас какие-то особые «органы восприятия времени» и какие именно нейронные сети в нашем мозгу заведуют этим восприятием, а может, и создают само это ощущение.
  • Зарождение жизни на фоне космической бомбежки
    Жутковатую, но захватывающую картину развернули перед нами недавно два американских исследователя, Дэйвид Кринг из Аризонского университета и Барбара Коэн из Гавайского, в статье, опубликованной в «Журнале геофизических исследований. — Планеты».
  • Тайная власть лазера
    В наши дни лазер может читать, писать, резать, лечить, измерять. Он сваривает кровеносные капилляры, которые не разглядит ваш глаз, так же элегантно, как толстые металлические панели. Угнездившись в DVD-плейере, он показывает кино, а скользнув по компьютерному диску, считывает целые библиотеки файлов.
  • Прямая речь о неведомом, несказанном…
    Так неужели то, что было темой фантазий и мифов, — ясновидение, вещие сны, вечная повторяемость событий, Творец, застывший по ту сторону мира, где все разыгрывается по придуманным им законам, — может стать объектом научного познания?
  • Верен ли закон Ньютона?
    Этот закон и легенду о том, как упавшее с дерева яблоко подсказало его Ньютону, мы знаем со школьной скамьи. Но вот, как это ни удивительно, оказывается, что точно проверен этот закон лишь для больших расстояний, а как ведет себя всемирное тяготение в областях меньше миллиметра сегодня не знает никто.