ГЛАВА5

Порталы в другие измерения и путешествие во времени

В недрах каждой коллапсирующей черной дыры могут таиться семена новой расширяющейся Вселенной.

Карл Саган

Черные дыры могут стать проходами в какое угодно время. Если бы нам пришлось прыгнуть в черную дыру, то предполагается, что мы бы появились в другой части Вселенной и в другой временной эпохе… Черные дыры могут быть вратами в Страны Чудес. Но есть ли там Алисы и белые кролики?

Сэр Мартин Рис

Общая теория относительности подобна троянскому коню.

Внешне теория великолепна. Сделав несколько простых допущений, можно получить основные характеристики космоса, включая искривление звездного света и сам Большой Взрыв, которые были измерены с поразительной точностью. Даже теорию инфляции можно подогнать к решению, вписав подобранную космологическую константу в уравнения юной Вселенной. Эти решения дают нам убедительнейшую теорию возникновения и смерти Вселенной.

Однако внутри троянского РєРѕРЅСЏ РјС‹ находим притаившихся демонов Рё гоблинов, РІ том числе черные дыры, белые дыры, пространственно-временные туннели Рё даже машины времени, которые находятся Р·Р° пределами здравого смысла. Эти аномалии считаются настолько странными, что даже сам Эйнштейн отрицал возможность РёС… обнаружения РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ. Р’ течение РјРЅРѕРіРёС… лет РѕРЅ напряженно боролся СЃ этими странными решениями. Сегодня РјС‹ знаем, что эти аномалии нельзя просто так сбрасывать СЃРѕ счетов. РћРЅРё — неотъемлемая часть общей теории относительности. Р?, РїРѕ сути, РјРѕРіСѓС‚ даже дать шанс РЅР° спасение любому разумному созданию, столкнувшемуся СЃ СѓРіСЂРѕР·РѕР№ Большого Охлаждения.

Но самой странной из этих аномалий, скорее всего, является возможность существования параллельных вселенных и врат, их соединяющих. Если мы вспомним шекспировскую метафору о том, что весь мир — сцена, то тогда можно сказать, что общая теория относительности допускает возможность существования люков на сцене. Но мы видим, что вместо того, чтобы вести в подвальный этаж, люки ведут на параллельные сцены, подобные нашей. Представьте себе сцен› жизни, состоящую из многоярусных сцен, одна поверх другой. На каждой сцене актеры читают свои роли и передвигаются среди декораций, считая, что их сцена — единственная, и не задумываясь о возможности существования других реальностей. Однако если однажды они случайно провалятся в люк, то обнаружат себя на совершенно новой сцене с новыми законами, новыми правилами игры и новым сценарием.

Но если может существовать бесконечное множество вселенных, то получается, что жизнь возможна в любой из этих вселенных в соответствии с иными физическими законами? Это тот самый вопрос, который Айзек Азимов поставил в своей классическом научно-фантастическом романе «Сами Боги», где создал параллельную вселенную с ядерным взаимодействием, отличным от нашего. Возникают захватывающие возможности, когда отменяются обычные законы физики и вводятся новые.

Р?стория РђР·РёРјРѕРІР° начинается РІ 2070 РіРѕРґСѓ, РєРѕРіРґР° ученый Фредерик Хэллем обращает внимание РЅР° то, что обычный вольфрам-186 странным образом превращается РІ загадочный плутоний-186, Сѓ которого слишком РјРЅРѕРіРѕ протонов Рё который поэтому должен быть неустойчив. Хэллем выдвигает теорию, гласящую, что этот странный плутоний-186 появляется РёР· параллельной Вселенной, РіРґРµ ядерное взаимодействие намного сильнее Рё поэтому РѕРЅРѕ преодолевает отталкивание протонов. Поскольку этот странный плутоний-186 выделяет большие количества энергии РІ РІРёРґРµ электронов, его можно использовать для получения дешевой энергии неслыханных объемов. Это позволяет создать знаменитый электронный насос Хэллема, который решает проблему энергетического РєСЂРёР·РёСЃР° РЅР° Земле Рё делает Хэллема богатым человеком. РќРѕ Р·Р° это нужно заплатить СЃРІРѕСЋ цену. Если определенное количество чужого плутония-186 будет привнесено РІ нашу Вселенную, то возрастет сила ядерного взаимодействия РІ целом. Это означает, что РІ результате процесса синтеза будет высвобождаться РІСЃРµ больше энергии, Солнце станет светить РІСЃРµ ярче Рё РІ конце концов взорвется, уничтожив РїСЂРё этом Солнечную систему!

Рђ тем временем обитатели параллельной вселенной строят совсем РґСЂСѓРіРёРµ планы. Р?С… вселенная умирает. Ядерное взаимодействие РІ РёС… вселенной довольно сильно, Р° это значит, что звездам очень быстро потребуется РІРѕРґРѕСЂРѕРґ Рё РѕРЅРё СЃРєРѕСЂРѕ РїРѕРіРёР±РЅСѓС‚. Р?нопланетяне организуют обмен: бесполезный плутоний-186 отсылается РІ нашу Вселенную РІ обмен РЅР° бесценный вольфрам-186, который позволяет создать позитронный насос, спасающий РёС… умирающий РјРёСЂ. Хотя РѕРЅРё понимают, что ядерное взаимодействие усилится РІ нашей Вселенной Рё РёР·-Р·Р° этого взорвутся наши звезды, РЅРѕ РёС… это РЅРµ волнует.

Кажется, что Земля обречена на катастрофу. Человечество пристрастилось к «энергии Хэллема» и отказывается верить, что Солнце вскоре взорвется. Еще один ученый находит гениальное решение этой головоломки. Он убежден в существовании параллельных вселенных. Он успешно модифицирует мощный ускоритель частиц для создания дыры в пространстве, которая соединит нашу Вселенную со многими другими. Он ищет и наконец находит среди них одну параллельную вселенную, которая совершенно пуста, если не считать «космического яйца», содержащего неограниченные количества энергии, но с более слабым ядерным взаимодействием.

При помощи перекачивания энергии из этого космического яйца ученому удается создать новый энергетический насос и в то же время ослабить ядерное взаимодействие в нашей собственной Вселенной, что предотвращает надвигающийся взрыв Солнца. Однако и такое решение событий имеет свою цену: в параллельной вселенной сила ядерного взаимодействия возрастет, что приведет к взрыву этой параллельной вселенной. Но ученый рассуждает следующим образом: взрыв лишь даст возможность этому яйцу «вылупиться», что вызовет новый Большой Взрыв. По сути, он понимает, что станет акушером, принимающим роды новой расширяющейся вселенной.

Научно-фантастический роман Азимова — один из немногих, где используются действующие законы физики для «раскрутки» истории о жадности, интригах и спасении. Азимов был прав, предполагая, что изменение силы взаимодействий в нашей Вселенной имело бы катастрофические последствия, что звезды в нашей Вселенной стали бы гореть ярче, а затем взорвались бы, если бы ядерное взаимодействие усилилось. Это поднимает неизбежный вопрос: согласуются ли законы параллельных вселенных с нашими законами физики? А если это так, то что необходимо для того, чтобы попасть в одну из них?

Чтобы сообразить, о чем идет речь, прежде всего необходимо понять природу пространственно-временных туннелей, отрицательной энергии и, конечно, природу загадочных объектов, называемых черными дырами. Черные дыры

В 1783 году британский астроном Джон Мичелл впервые задался вопросом, что же произойдет, если звезда увеличится настолько, что ее не сможет «покинуть» даже свет. Ему было известно, что у каждого объекта есть «скорость убегания», то есть та скорость, которая необходима, чтобы преодолеть гравитационное притяжение. (Например, для Земли «скорость убегания» составляет 40 ООО км/ч, это та скорость, которую должна развить ракета, чтобы преодолеть действие гравитации Земли.)

Мичелл заинтересовался тем, что же случится, если звезда станет настолько массивной, что ее «скорость убегания» сравняется со скоростью света. Ее гравитация будет настолько неимоверной, что ничто не сможет освободиться от ее силы притяжения, даже свет, а потому сам объект будет казаться наблюдателю из внешнего мира абсолютно черным. Обнаружить такой объект в космосе в каком-то смысле невозможно, поскольку он невидим.

О «темных звездах» Мичелла не вспоминали полтора столетия. Вопрос снова всплыл в 1916 году, когда Карл Шварцшильд, немецкий физик, работавший на армию и находившийся тогда на русском фронте, нашел точное решение уравнений Эйнштейна для массивной звезды. Даже в наши дни решение Шварцшильда известно как одно из простейших, изящнейших и точных решений уравнений Эйнштейна. Эйнштейн был изумлен, узнав, что Шварцшильду уда-; лось найти решение сложных тензорных уравнений, прячась от артиллерийских снарядов. Он был еще больше удивлен, обнаружив, что решение Шварцшильда имело свои особые свойства.

На первый взгляд, оно было справедливо для гравитации обычной звезды, и Эйнштейн быстро использовал решение для вычисления гравитации Солнца и проверки своих ранних расчетов, в которых допускал приближения. Он всю жизнь был благодарен Шварцшильду за это. Но в своей второй работе Шварцшильд доказал, что очень массивную звезду окружает воображаемая «магическая сфера», обладающая странными свойствами. Эта «магическая сфера» является критической точкой, откуда уже вернуться нельзя. Любого проникшего сквозь эту «магическую сферу» немедленно засосало бы гравитацией в звезду и никто бы больше никогда его не увидел. «Даже свет был бы полностью поглощен, если бы прошел сквозь эту сферу. Шварцшильд не знал того, что заново открыл «темную звезду» Мичелла с помощью уравнений Эйнштейна.

Затем он вычислил радиус этой «магической сферы» (называемый радиусом Шварцшильда). Для объекта размером с наше Солнце радиус «магической сферы» равнялся примерно трем километрам. (Для Земли радиус Шварцшильда равняется приблизительно 1 см.) Это означало, что, если Солнце сжать до трех километров, оно превратилось бы в «темную звезду» и пожирало бы любой объект, пересекающий критическую «точку невозвращения».

Экспериментальным путем доказать существование «магической сферы» не представлялось возможным: кто возьмется сжимать Солнце? Не существует никаких известных нам механизмов, способных создать такую фантастическую звезду. Но с точки зрения теории это было полной катастрофой. Хотя общая теория относительности Эйнштейна могла принести блестящие результаты, такие, как искривление звездного света вокруг Солнца, но эта теория не имела никакого смысла при приближении к «магической сфере», где гравитация возрастала бесконечно.

Голландский физик Р?оганнес Дросте доказал позже, что решение было еще более сумасшедшим. РћРЅ утверждал, что, согласно теории относительности, лучи света значительно искривлялись, приближаясь Рє объекту РїРѕРґРѕР±РЅРѕРіРѕ СЂРѕРґР°. РџРѕ сути, РЅР° расстоянии РІ 1,5 радиуса Шварцшильдалучи света начинали путешествовать РїРѕ орбите РІРѕРєСЂСѓРі звезды. Дросте показал, что искривления времени, обнаруженные РІ общей теории относительности, применительно Рє таким массивным звездам были намного больше, чем те, которые обнаруживала специальная теория относительности. РћРЅ также утверждал, что если РІС‹ приближаетесь Рє «магической сфере», то наблюдатель, находящийся далеко РѕС‚ вас, рассчитал Р±С‹, что ваши часы РёРґСѓС‚ РІСЃРµ медленнее Рё медленнее, Рё так РґРѕ тех РїРѕСЂ, РїРѕРєР° РѕРЅРё РЅРµ остановились Р±С‹ РІРѕРІСЃРµ, РІ момент, РєРѕРіРґР° РІС‹ ударитесь Рѕ сам объект. РџРѕ сути, наблюдатель РёР· внешнего РјРёСЂР° уверился Р±С‹ РІ том, что РІС‹ застыли РІРѕ времени РІ тот момент, РєРѕРіРґР° достигли «магической сферы». Поскольку само время остановилось Р±С‹ РІ этой точке, некоторые физики посчитали, что существование такого странного объекта РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ невозможно. Математик Герман Вейль подлил еще больше масла РІ РѕРіРѕРЅСЊ — РѕРЅ открыл, что если исследовать РјРёСЂ внутри «магической сферы», то, РІРёРґРёРјРѕ, СЃ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны ее находится другая вселенная.

Все это звучало настолько фантастично, что даже Эйнштейн не мог в это поверить. На конференции в Париже в 1922 году математик Жак Адамар спросил Эйнштейна, что бы произошло, если бы эта «сингулярность» существовала на самом деле, то есть если бы гравитация становилась бесконечной в пределах радиуса Шварцшильда. Эйнштейн ответил: «Это стало бы настоящей катастрофой для нашей теории; было бы очень сложно сказать a priori, что произошло бы с физической точки зрения, потому что формула больше не действовала бы». Позднее Эйнштейн назвал эту проблему «катастрофой Адамара». Но он посчитал, что вся эта полемика по поводу «темных звезд» имеет исключительно умозрительный характер. Во-первых, никто никогда не видел столь причудливого объекта, и вполне возможно, что «темных звезд» не существует, то есть их существование невозможно с физической точки зрения. Более того, если бы кому-то довелось упасть на одну из них, то он бы разбился насмерть. А поскольку никто никогда не смог бы пройти сквозь «магическую сферу» (поскольку время в этот момент останавливалось бы), то никто никогда не смог бы войти и в эту параллельную вселенную.

В 1920-е годы физики были здорово сбиты с толку в этом вопросе. Но в 1932 г. Жорж Леметр, отец теории Большого Взрыва, совершил значительный прорыв. Он доказал, что «магическая сфера» была вовсе не сингулярностью, где гравитация стремилась к бесконечности; это была просто математическая иллюзия, вызванная неудачным выбором математического обоснования. (Если выбрать другой набор координат или переменных для изучения «магической сферы», то сингулярность исчезнет.)

Отталкиваясь РѕС‚ этого, космолог X. Рџ. Робертсон еще раз изучил первоначальные утверждения Дросте, что время останавливается РЅР° поверхности «магической сферы». РћРЅ обнаружил, что время останавливается только СЃ точки зрения наблюдателя, следящего Р·Р° тем, как ракета пересекает «магическую сферу». РЎ точки же зрения самой ракеты понадобилась Р±С‹ доля секунды, чтобы гравитация засосала ее внутрь «магической сферы». Р?ными словами, корабль, прошедший Рє своему несчастью, СЃРєРІРѕР·СЊ магическую сферу, разбился Р±С‹ практически мгновенно, РЅРѕ стороннему наблюдателю показалось Р±С‹, что этот процесс занял тысячи лет.

Это было важным открытием. Это означало, что «магической сферы» достичь можно, а также то, что не нужно было сбрасывать ее со счетов как математическое уродство. Необходимо было серьезно изучить вопрос, что же могло случиться с объемом при прохождении через магическую сферу. Физики рассчитали, на что могло бы быть похоже путешествие сквозь «магическую сферу». (Сегодня «магическую сферу» называют «горизонтом событий». Слово «горизонт» обозначает самую далекую точку, которую мы можем увидеть. В данном же контексте оно относится к самой далекой точке, которой может достичь свет. Радиус этого «горизонта событий» и называется радиусом Шварцшильда.)

Приближаясь РІ ракете Рє черной дыре, РІС‹ Р±С‹ увидели свет, захваченный РІ плен черной дырой миллиарды лет назад, РєРѕРіРґР° сама черная дыра еще только образовалась. Р?ными словами, перед вашими глазами развернулась Р±С‹ РІСЃСЏ история этой черной дыры. РџСЂРё приближении приливные силы разорвали Р±С‹ РЅР° части атомы, составляющие ваше тело, Рё РІ конце концов даже сами СЏРґСЂР° атомов напоминали Р±С‹ спагетти. Путешествие Р·Р° РіРѕСЂРёР·РѕРЅС‚ событий стало Р±С‹ путешествием РІ РѕРґРёРЅ конец, поскольку сила тяготения была Р±С‹ настолько велика, что вас неизбежно засосало Р±С‹ Рє самому центру, РіРґРµ Р±С‹ РІС‹ разбились насмерть. Оказавшись Р·Р° пределами «горизонта событий», вернуться назад было Р±С‹ уже невозможно. (Чтобы выбраться РёР·-Р·Р° горизонта событий, понадобилось Р±С‹ развить скорость, большую, чем скорость света, что невозможно.)

В 1939 году Эйнштейн написал работу, в которой попытался оспорить существование «темных звезд», утверждая, что они не могли бы образоваться естественным путем. Он начал с предположения, что звезда образуется из кружащегося скопления пыли, газа и звездных обломков, вращающихся по окружности и постепенно притягивающихся друг к другу благодаря силе гравитации. Затем он показал, что такое скопление кружащихся частиц никогда не сколлап-сирует до радиуса Шварцшильда, а потому никогда не превратится в черную дыру В лучшем случае эта вращающаяся масса частиц достигла бы величины в 1,5 радиуса Шварцшильда, а потому образование черной дыры практически невозможно. (Чтобы пересечь предел в 1,5 радиуса Шварцшильда, пришлось бы опять же развить скорость выше скорости света.) «Основным результатом данного исследования является ясное понимание того, почему «сингулярностей Шварцшильда» в физической реальности не существует», — писал Эйнштейн.

У Артура Эддингтона также были свои глубокие соображения насчет черных дыр, он всю жизнь сомневался в их существовании. Однажды он сказал, что должен существовать «закон Природы, чтобы не дать звезде вести себя столь странно».

По иронии судьбы, в том же году Дж. Роберт Оппенгеймер (который позднее создал атомную бомбу) и его студент Хартленд Снайдер доказали, что черная дыра и в самом деле могла образоваться, но иным путем. Вместо того чтобы предположить, что черная дыра появилась из вращающегося скопления частиц, сжимающегося под воздействием сил гравитации, они в качестве точки отсчета взяли старую массивную звезду, которая сожгла все свое ядерное топливо и взрывается вовнутрь под действием силы гравитации. К примеру, умирающая звезда массой в 40 солнечных масс могла бы израсходовать ядерное топливо и сжаться под действием силы гравитации до радиуса Шварцшильда в 130 км; в этом случае она бы неизбежно сколлапсировала в черную дыру. Оппенгеймер и Снайдер предположили, что существование черных дыр не просто возможно, они могли бы быть естественной конечной точкой эволюции миллиардов умирающих в галактике звезд-гигантов. (Возможно, именно идея взрыва вовнутрь, предложенная в 1939 году Оппенгеймером, всего через несколько лет вдохновила его на создание механизма внутреннего взрыва, использующегося в атомной бомбе.) Мост Эйнштейна-Розена

Хотя Эйнштейн считал, что черные дыры — явление слишком невероятное и в природе существовать не могут, позднее, такова ирония судьбы, он показал, что они еще более причудливы, чем кто-либо мог предположить. Эйнштейн объяснил возможность существования пространственно-временных «порталов» в недрах черных дыр. Физики называют эти порталы червоточинами, поскольку, подобно червю, вгрызающемуся в землю, они создают более короткий альтернативный путь между двумя точками. Эти порталы также называют иногда порталами или «вратами» в другие измерения. Как их ни назови, когда-нибудь они могут стать средством путешествий между различными измерениями, но это случай крайний.

Первым, кто популяризовал идею порталов, стал Чарльз Доджсон, который писал под псевдонимом Льюис Кэрролл. В «Алисе в Зазеркалье» он представил портал в виде зеркала, которое соединяло пригород Оксфорда и Страну Чудес. Поскольку Доджсон был математиком и преподавал в Оксфорде, ему было известно об этих многосвязных пространствах. По определению, многосвязное пространство таково, что лассо в нем нельзя стянуть до размеров точки. Обычно любую петлю можно безо всякого труда стянуть в точку. Но если мы рассмотрим, например, пончик, вокруг которого намотано лассо, то увидим, что лассо будет стягивать этот пончик. Когда мы начнем медленно затягивать петлю, то увидим, что ее нельзя сжать до размеров точки; в лучшем случае, ее можно стянуть до окружности сжатого пончика, то есть до окружности «дырки».

Математики наслаждались тем фактом, что им удалось обнаружить объект, который был совершенно бесполезен при описании пространства. Но в 1935 году Эйнштейн и его студент Натан Розен представили физическому миру теорию порталов. Они попытались использовать решение проблемы черной дыры как модель для элементарных частиц. Самому Эйнштейну никогда не нравилась восходящая ко временам Ньютона теория, что гравитация частицы стремится к бесконечности при приближении к ней. Эйнштейн считал, что эта сингулярность должна быть искоренена, потому что в ней нет никакого смысла.

У Эйнштейна и Розена появилась оригинальная идея представить электрон (который обычно считался крошечной точкой, не имеющей структуры) как черную дыру. Таким образом, можно было использовать общую теорию относительности для объяснения загадок квантового мира в объединенной теории поля. Они начали с решения для стандартной черной дыры, которая напоминает большую вазу с длинным горлышком. Затем они отрезали «горлышко» и соединили его с еще одним частным решением уравнений для черной дыры, то есть с вазой, которая была перевернута вверх дном. По мнению Эйнштейна, эта причудливая, но уравновешенная конфигурация была бы свободна от сингулярности в происхождении черной дыры и могла бы действовать как электрон.

К несчастью, идея Эйнштейна о представлении электрона § качестве черной дыры провалилась. Но сегодня космологи предполагают, что мост Эйнштейна-Розена может служить «вратами» между двумя вселенными. Мы можем свободно передвигаться по Вселенной до тех пор, пока случайно не упадем в черную дыру, где нас немедленно протащит сквозь портал и мы появимся на другой стороне (пройдя сквозь «белую» дыру).

Для Эйнштейна любое решение его уравнений, если оно начиналось с физически вероятной точки отсчета, должно было соотноситься с физически вероятным объектом. Но он не беспокоился о том, кто свалится в черную дыру и попадет в параллельную вселенную. Приливные силы бесконечно возросли бы в центре, и гравитационное поле немедленно разорвало бы на части атомы любого объекта, который имел несчастье свалиться в черную дыру. (Мост Эйнштейна-Розена действительно открывается за доли секунды, но он закрывается настолько быстро, что ни один объект не сможет пройти его с такой скоростью, чтобы достичь другой стороны.) По мнению Эйнштейна, хотя существование порталов и возможно, живое существо никогда не сможет пройти сквозь какой-либо из них и рассказать о своих переживаниях во время этого путешествия.

Мост Эйнштейна-Розена. В центре черной дыры находится «горлышко», которое соединяется с пространством-временем другой вселенной или другой точкой в нашей Вселенной. Хотя путешествие сквозь стационарную черную дыру имело бы фатальные последствия, вращающиеся черные дыры обладают кольцеобразной сингулярностью, которая позволила бы пройти сквозь кольцо и мост Эйнштейна-Розена, хотя это находится еще на стадии предположений. Вращающиеся черные дыры

Однако РІ 1963 РіРѕРґСѓ взгляд РЅР° вещи стал меняться, РєРѕРіРґР° математик РёР· РќРѕРІРѕР№ Зеландии Р РѕР№ Керр нашел точное решение уравнений Эйнштейна, описывающее, возможно, наиболее реалистично умирающую звезду, вращающуюся черную дыру. Р?Р·-Р·Р° сохранения кинетического импульса, РєРѕРіРґР° звезда коллапсирует РїРѕРґ действием силы гравитации, РѕРЅР° начинает вращаться еще быстрее. (Это та же причина, РїРѕ которой вращающиеся галактики выглядят РїРѕРґРѕР±РЅРѕ флюгерам, Рё именно поэтому фигуристы вращаются быстрее, РєРѕРіРґР° прижимают СЂСѓРєРё Рє телу.) Вращающаяся звезда могла Р±С‹ взорваться, образовав кольцо нейтронов, которое осталось Р±С‹ устойчивым РёР·-Р·Р° большой центробежной силы, толкающей РёС… «наружу» Рё уравновешивающей действие силы гравитации. Такая черная дыра обладала Р±С‹ удивительным свойством: если Р±С‹ РІС‹ упали РІ керровскую черную дыру, то РІС‹ Р±С‹ РЅРµ разбились насмерть. Наоборот, вас Р±С‹ протянуло СЃРєРІРѕР·СЊ РјРѕСЃС‚ Эйнштейна-Розена РІ параллельную вселенную. «Проходишь СЃРєРІРѕР·СЊ это волшебное кольцо Рё — престо! — ты РІ совершенно РёРЅРѕР№ вселенной, РіРґРµ радиус Рё масса отрицательны!В» — обращаясь Рє коллеге, воскликнул Керр, обнаруживший это решение.

Р?ными словами, оправа зеркала Алисы была похожа РЅР° вращающееся кольцо Керра. РќРѕ любое путешествие СЃРєРІРѕР·СЊ Керрово кольцо было Р±С‹ путешествием без возврата. Если Р±С‹ РІС‹ пересекли «горизонт событий», окружающий кольцо Керра, гравитация была Р±С‹ РЅРµ настолько сильна, чтобы раздавить вас, РЅРѕ ее будет вполне достаточно, чтобы помешать вам вернуться РёР·-Р·Р° «горизонта событий». (Р’ черной дыре Керра, РїРѕ сути, есть РґРІР° горизонта событий. Некоторые считают, что для обратного путешествия может понадобиться второе кольцо Керра, соединяющее параллельную вселенную СЃ нашей.) Р’ каком-то смысле черную дыру Керра можно сравнить СЃ лифтом РІ небоскребе. Лифт представляет РјРѕСЃС‚ Эйнштейна-Розена, который соединяет различные этажи, только каждый этаж — это отдельная Вселенная. РџРѕ сути, РІ этом небоскребе бесконечное количество этажей, Рё каждый РёР· РЅРёС… отличается РѕС‚ РґСЂСѓРіРёС…. РќРѕ лифт РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ сможет уехать РІРЅРёР·. Р’ нем есть только РєРЅРѕРїРєР° «вверх». Уехав СЃ вашего этажа-вселенной, вернуться назад РІС‹ уже РЅРµ сможете, поскольку пересечете «горизонт событий».

Мнения физиков по поводу того, насколько устойчиво кольцо Керра, разделились. Согласно некоторым расчетам, если попытаться пройти сквозь кольцо, то само присутствие человека дестабилизирует черную дыру и проход закроется. Например, если бы луч света упал в черную дыру Керра, он бы присоединил к себе невероятное количество энергии, падая к центру, и приобрел голубое смещение — то есть его частота и энергия возросли бы. При приближении к «горизонту событий» он уже будет обладать столь большой энергией, что убьет любого, кто попытается пройти сквозь мост Эйнштейна-Розена. Кроме того, луч создает свое собственное гравитационное поле, которое вступило бы во взаимодействие с первоначальной черной дырой, что, возможно, стало бы причиной закрытия прохода.

Р?ными словами, РІ то время, как РѕРґРЅРё физики считают, что черная дыра Керра — самая реалистичная РёР· всех черных дыр Рё действительно может контактировать СЃ параллельными вселенными, остается невыясненным, насколько безопасно будет прохождение через этот РјРѕСЃС‚, Р° также то, насколько устойчив будет РїСЂРѕС…РѕРґ. Наблюдение Р·Р° черными дырами

Р?Р·-Р·Р° странных свойств черных дыр РёС… существование еще РІ 1990-Рµ РіРѕРґС‹ считалось научной фантастикой. «Если Р±С‹ 10 лет назад вам довелось обнаружить объект, который РІС‹ посчитали Р±С‹ черной дырой РІ центре галактики, то половина ученого РјРёСЂР° решила Р±С‹, что РІС‹ немножко сбрендили», — заметил астроном Дуглас Ричстоун РёР· Мичиганского университета РІ 1998 РіРѕРґСѓ. РЎ тех РїРѕСЂ астрономы обнаружили РІ открытом РєРѕСЃРјРѕСЃРµ несколько СЃРѕС‚ черных дыр РїСЂРё помощи космического телескопа Хаббла, Космической рентгеновской обсерватории «Чандра» (измеряющей рентгеновское излучение мощных звездных Рё галактических источников), Р° также радиотелескопом РІ РќСЊСЋ-Мехико — «Очень большой решеткой» (Very Large Array — VLA), состоящей РёР· серии мощных антенн. РњРЅРѕРіРёРµ астрономы считают, что, РїРѕ сути, РІ центре большинства космических галактик (которые имеют утолщение, или балдж, РІ центре СЃРІРѕРёС… РґРёСЃРєРѕРІ) находятся черные дыры.

Как и предвиделось, все обнаруженные в космосе черные дыры стремительно вращаются; некоторые вращаются со скоростью около 1,6 млн км/ч, как было вычислено при помощи космического телескопа Хаббла. В самом центре можно наблюдать плоское округлое ядро, размеры которого зачастую составляют около светового года в поперечнике. Внутри этого ядра находится горизонт событий и сама черная дыра.

Поскольку черные дыры невидимы, для их обнаружения астрономы вынуждены пользоваться методами непрямого наблюдения. На фотографиях они пытаются найти «аккреционный диск» вращающегося газа, окружающего черную дыру. Сегодня астрономы собрали коллекцию прекрасных фотографий аккреционных дисков. (Такие диски обнаружены почти везде у наиболее стремительно вращающихся объектов во Вселенной. Даже у нашего Солнца наверняка был такой диск, когда оно возникло 4,5 млрд лет назад, но он сконденсировался, образовав планеты. Причиной образования таких дисков является то, что они представляют состояние наименьшей энергии для таких стремительно вращающихся объектов.) Применяя законы движения Ньютона, астрономы могут вычислять массу центрального объекта, зная скорость звезд, вращающихся вокруг него. Если масса центрального объекта настолько велика, что скорость «убегания» для этого объекта равняется скорости света, то даже сам свет не может «убежать», предоставляя тем самым косвенное доказательство существования черной дыры.

«Горизонт событий» находится в самом центре аккреционного диска (к сожалению, он слишком мал, чтобы заметить его при помощи современных приборов. Астроном Фульвио Мелиа утверждает, что заснять на пленку «горизонт событий» для науки о черных дырах — все равно что найти Святой Грааль). Не весь газ, двигающийся по направлению к черной дыре, проходит «горизонт событий». Часть его проходит мимо «горизонта событий» и с огромной скоростью выбрасывается в космос, образуя две длинные газовые струи, извергающиеся из южного и северного полюсов черной дыры. Это делает черную дыру похожей на вертящийся волчок. (Причина, по которой струи газа извергаются именно таким образом, возможно, состоит в том, что линии магнитного поля коллапсирующей звезды, по мере того как поле становится все более напряженным, концентрируются над северным и южным полюсами. По мере того как звезда продолжает сжиматься, эти магнитные линии конденсируются в два пучка, исходящие из северного и южного полюсов. Когда ионизированные частицы падают в коллапсирующую звезду, они следуют по силовым линиям и извергаются как струи через магнитные поля южного и северного полюсов.)

Пока обнаружено два типа черных дыр. Первый тип — черные дыры звездных масштабов. При образовании таких дыр гравитация разрушает умирающую звезду и та взрывается вовнутрь. Черные дыры второго типа обнаружить намного легче. У них галактические масштабы, они таятся в самом центре огромных галактик и квазаров, и их масса составляет от миллионов до миллиардов солнечных масс.

Недавно было окончательно установлено существование черной дыры в центре нашей Галактики Млечный Путь. К несчастью, пылевые облака закрывают от нас центр галактики; если бы не они, то каждую ночь с Земли мы бы наблюдали огромный огненный шар в созвездии Стрельца. Если бы не было этой пыли, то центр нашей Галактики Млечный Путь наверняка затмил бы Луну и был бы самым ярким объектом ночного неба. В самом центре этого галактического ядра находится черная дыра массой примерно в 2,5 млн солнечных масс. Что касается ее радиуса, то он составляет около 0,1 радиуса орбиты Меркурия. По галактическим меркам это не самая массивная черная дыра; в квазарах могут быть черные дыры в несколько миллиардов солнечных масс. Черная дыра на нашем «заднем дворе» в настоящее время довольно статична.

Следующая по близости к нам галактическая черная дыра находится в центре галактики Андромеды, самой близкой к Земле галактики. Эта черная дыра составляет 30 миллионов солнечных масс, а ее радиус Шварцшильда — около 96 млн км. (В центре галактики Андромеды находятся, по меньшей мере, два массивных объекта, видимо представляющие собой остатки прежней галактики, поглощенной галактикой Андромеды миллиарды лет назад. Если Галактика Млечный Путь в конце концов через миллиарды лет столкнется с галактикой Андромеды, что представляется весьма вероятным, то, возможно, наша Галактика закончит свой «жизненный» путь в «желудке» галактики Андромеды.)

Одной из самых восхитительных фотографий галактической черной дыры является фотография галактики NGC 4261, сделанная при помощи космического телескопа Хаббла. На прежних фотографиях этой галактики, полученных при помощи радиотелескопа, ясно видно, как две струи грациозно извергаются из северного и южного полюсов галактики, но никто не знал, что приводит этот механизм в действие. Телескоп Хаббла сфотографировал самый центр этой галактики, продемонстрировав нам прекрасно различимый диск размером около 400 световых лет в поперечнике. В самом его центре находится крошечная точка, содержащая в себе аккреционный диск размером около светового года в диаметре. Черная дыра в его центре, которую нельзя наблюдать при помощи телескопа Хаббла, весит приблизительно 1,2 млрд солнечных масс.

Галактические черные дыры, подобные этой, так энергетически мощны, что могут поглощать целые звезды. В 2004 г. НАСА и Европейское Космическое Агентство заявили, что стали свидетелями того, как огромная черная дыра в далекой галактике одним махом «проглотила» звезду. Космическая рентгеновская обсерватория «Чандра» и европейский спутник «ХММ-Ньютон» наблюдали одно и то же событие: вспышку рентгеновских лучей, испускаемую галактикой RXJ1242-11, это говорило о том, что черная дыра в центре галактики поглотила звезду. Масса этой черной дыры оценивается в 100 миллионов солнечных масс. Расчеты показали, что, когда звезда подходит опасно близко к «горизонту событий», невероятная сила гравитации деформирует и растягивает звезду настолько, что та разрывается на части, испуская обнаруживающую ее вспышку рентгеновских лучей. «Эту звезду растянуло больше, чем допускал предел ее прочности. Несчастная звезда просто забрела не в те окрестности», — заметила астроном Стефани Комосса из института Макса Планка в Гархинге (Германия).

Факт существования черных дыр помог решить массу давних загадок. Например, галактика М87 всегда была для астрономов диковиной, поскольку выглядела как массивный шар из звезд, из которого выглядывал странный «хвост». Поскольку этот шар испускал сильное излучение, в какой-то момент астрономы посчитали, что это представляет собой струю антивещества. Но сегодня астрономы обнаружили, что существование хвоста обусловлено огромной черной дырой, массой, возможно, 3 миллиарда солнечных масс. А этот странный хвост сегодня считается гигантской струей плазмы, не устремленной внутрь галактики, а вылетающей из нее.

РћРґРЅРѕ РёР· наиболее впечатляющих открытий РІ области черных дыр произошло РІ тот момент, РєРѕРіРґР° Космическая рентгеновская обсерватория «Чандра» СЃРєРІРѕР·СЊ небольшой прорыв РІ пылевых облаках смогла увидеть открытый РєРѕСЃРјРѕСЃ Рё наблюдать там скопление черных дыр РЅР° границе РІРёРґРёРјРѕР№ Вселенной. Было зафиксировано 600 черных дыр. Р?СЃС…РѕРґСЏ РёР· этого наблюдения, астрономы предполагают, что РЅР° небе существует, РїРѕ меньшей мере, 300 миллионов черных дыр. Гамма-барстеры

Возраст упомянутых выше черных дыр составляет, возможно, миллиарды лет. Но сегодня астрономам предоставляется редкая возможность наблюдать собственными глазами, как образуются черные дыры Некоторыми из них, похоже, являются загадочные источники всплесков гамма-излучения, испускающие больше всего энергии во всей Вселенной. По количеству выбрасываемой энергии они уступают только интенсивности Большого Взрыва.

У этих источников гамма-всплесков очень интересная история, уходящая во времена холодной войны. В конце 1960-х годов Соединенные Штаты весьма обеспокоил тот факт, что Советский Союз или какая-либо другая держава в обход существующих соглашений могут тайно взорвать ядерную бомбу на пустынном участке Земли или даже на Луне. Поэтому Соединенные Штаты запустили спутник «Вела», специально предназначенный для отслеживания «ядерных вспышек», или несанкционированных взрывов ядерных бомб. Поскольку ядерный взрыв разворачивается в несколько этапов, микросекунда за микросекундой, каждая ядерная вспышка дает характерную двойную вспышку света, которую можно заметить со спутника. (Спутник «Вела» действительно уловил две такие ядерные вспышки в 1970-е годы недалеко от побережья острова Принца Эдуарда в Южной Африке в присутствии израильских военных кораблей. В ЦРУ до сих пор ведутся споры по поводу зафиксированных сигналов.)

Однако Пентагон поразило то, что спутник «Вела» принимал сигналы гигантских ядерных взрывов в космосе. Может быть, Советский Союз тайно взрывал водородные бомбы в открытом космосе, используя неизвестные передовые технологии? Озабоченность тем, что Советский Союз, возможно, существенно обогнал Соединенные Штаты в вопросах разработки ядерного оружия, заставила США привлечь к анализу природы этих тревожных сигналов лучших ученых мира.

После распада Советского Союза больше не нужно было классифицировать эту информацию, и Пентагон «выбросил» целые горы данных в астрономический ученый мир. Впервые за десятилетия было открыто совершенно новое астрономическое явление невероятной силы и масштаба. Астрономы быстро уяснили, что мощность этих гамма-всплесков (их назвали гамма-барстерами) была просто фантастической: за несколько секунд испускалось такое же количество энергии, как наше Солнце испустило за всю свою жизнь (около 10 млрд лет). Но эти вспышки были весьма скоротечны: с тех пор, как их уловил спутник «Вела», они настолько потускнели, что, когда в их сторону направили наземные телескопы, разглядеть что-либо было уже невозможно. (Большинство вспышек длится от 1 до 10 секунд, самая короткая длилась 0,01 секунды, но некоторые продолжались и несколько минут.)

Сегодня космические телескопы, компьютеры и команды быстрого реагирования изменили наши возможности в обнаружении гамма-барстеров. Всплески гамма-лучей улавливаются по 3 раза на дню, и каждый из них приводит в действие сложную систему. Как только спутник регистрирует выброс энергии и всплеск гамма-лучей, астрономы при помощи компьютеров быстро определяют точные координаты всплеска и направляют на него телескопы и сенсоры.

Данные, полученные при помощи этих новейших приборов, принесли поистине ошеломляющие результаты. В сердце гамма-барстеров обязательно находится некий объект, не очень большой, зачастую всего лишь в несколько десятков километров в поперечнике. Другими словами, невероятная космическая энергия гамма-барстеров сконцентрирована на территории размером, скажем, с Нью-Йорк. Долгие годы считалось, что причиной таких вспышек, вероятнее всего, служили столкновения нейтронных звезд в двойной звездной системе. Согласно этой теории с течением времени орбита нейтронных звезд искажалась и они двигались по смертельной спирали, пока в конце концов не сталкивались, в результате чего происходил выброс гигантского количества энергии. Такие события чрезвычайно редки, но поскольку Вселенная очень велика, а эти вспышки освещают всю Вселенную, то они должны быть видны несколько раз в день.

Но в 2003 году собранные учеными новые факты позволили предположить, что вспышки гамма-лучей представляют собой результат взрыва «гиперновой», что создает массивную черную дыру. Быстро фокусируя телескопы и спутники в направлении вспышек гамма-лучей, ученые обнаружили, что они похожи на массивные «сверхновые». Поскольку взрывающаяся звезда создает магнитное поле невероятной силы и выбрасывает излучение через свои северный и южный полюса, может показаться, что «сверхновая» более активна, чем на самом деле: мы можем наблюдать эти вспышки только в том случае, когда они направлены прямо к Земле, а это создает ложное впечатление мощности, большей чем в реальности.

Если гамма-барстеры — это действительно черные дыры в процессе образования, то следующее поколение космических телескопов должно позволить нам изучать этот процесс в подробностях и, возможно, ответить на некоторые из глобальных вопросов о времени и пространстве. В частности, если черные дыры могут закручивать пространство в кренделя, то могут ли они искривлять также и время? Машина времени Ван Стокума

Теория Эйнштейна объединяет пространство Рё время РІ РѕРґРЅРѕ неразрывное целое. Р’ результате любой портал, соединяющий РґРІРµ точки пространства, может также соединять РґРІР° момента времени. Р?ными словами, теория Эйнштейна допускает возможность путешествия РІРѕ времени.

Сам концепт времени развивался на протяжении веков. Для Ньютона время было похоже на стрелу; будучи выпущенной, она уже не меняла своей траектории полета и четко и равномерно двигалась к цели. Затем Эйнштейн предложил концепт искривленного пространства, а время стало больше похоже на реку, которая вилась по Вселенной, то ускоряя, то замедляя свой бег. Но Эйнштейна беспокоила опасность того, что река времени может замкнуться сама на себе. Возможно, в реке времени существовали водовороты и рукава.

В 1937 году эту опасность заметили физики, когда В. Дж. Ван Стокум нашел решение уравнений Эйнштейна, которые делали возможным путешествие во времени. Он начал с бесконечно длинного вращающегося цилиндра. Хотя физически невозможно построить объект с бесконечными размерами, он рассчитал, что если бы такой цилиндр вращался со скоростью, близкой к скорости света, он бы увлекал материю пространства-времени с собой, подобно тому как патока увлекается лопастями миксера. (Этот «эффект скручивания» (frame-dragging) также известен как «захват системы отсчета» и был экспериментально обнаружен на подробных фотографиях вращающихся черных дыр.)

0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|10|11|12|