Эти космические аномалии вызывают все больше вопросов. Их невозможно наблюдать, но они есть. Они неприхотливы в еде и ненасытны. Все, что попадает за «горизонт событий», навсегда покидает этот мир. Черные дыры, великие и ужасные.
Их значимость подчеркнуло решение Нобелевского комитета, принятое осенью прошлого года. Престижная премия по физике была вручена именно за исследование этих монстров. Ее получили английский математик Роджер Пенроуз, а также астрофизики Райнхард Генцель (Германия) и Андреа Гез (США), открывшие компактный сверхмассивный объект в центре нашей галактики.
Влияет ли черная дыра на нашу жизнь? Следует ли опасаться черных дыр или они открывают перспективы человечеству?
О загадочных объектах с малопонятной судьбой мы беседуем с ученым, занимающимся математическими задачами, областью приложения которых является астрофизика. Доцент и старший научный сотрудник кафедры системного программирования Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ, кандидат физико-математических наук Игорь Клебанов не исключает, что наши представления о картине мира могут существенно измениться.
На фото: Игорь Клебанов
- По предположению Пенроуза, наша Вселенная не была первой, и не будет последней, а доказывает это как раз существование черных дыр. Они способны пожирать звезды… Это добро или зло для Вселенной?
- Прежде всего это благо для астрофизиков. «Пожирание звезд», конечно же, метафора. Есть научный термин «аккреция», то есть поглощение черной дырой окружающего вещества. При этом падающее в черную дыру вещество испускает характерное излучение, по которому астрофизики и обнаруживают компактные объекты. Что касается звезд, то они, если находятся достаточно далеко от черной дыры, не поглощаются, а радикально изменяют характер движения. Именно многолетние наблюдения за таким движением звезд и позволили обнаружить компактный объект в центре нашей галактики. Учитывая масштабы Вселенной, поглощение вещества черными дырами - не зло и не благо, а естественный физический процесс.
- Черные дыры все поглощают. Но если есть вход, значит, есть и выход. Существуют ли белые дыры?
- Белая дыра является временной противоположностью черной и описывается теми же математическими уравнениями. В то же время на сегодняшний день белые дыры не обнаружены. Не наблюдалось ни одного астрофизического объекта, который можно было бы убедительно идентифицировать с белыми дырами. Пока все исследования находятся на уровне гипотез и красивой математики.
- Могут ли существовать черные микродыры в околоземном пространстве? Может ли с этим быть связано исчезновение людей и предметов?
- Согласно общепринятой теории, появление в околоземном пространстве черной дыры размером в несколько миллиметров (ее масса в этом случае была бы сопоставима с массой Земли) неминуемо привело бы к глобальным катаклизмам и, в конечном счете, к поглощению нашей планеты. Этого не происходит, стало быть, черных дыр в околоземном пространстве нет. Если же говорить об истинно микроскопических черных дырах, которые гипотетически могут возникать при столкновениях, например, протонов, движущихся с околосветовыми скоростями, то это крайне неустойчивые короткоживущие объекты. За время своего существования они ничего не успеют поглотить.
- Звучит жизнеутверждающе. Однако многих беспокоит факт существования адронного коллайдера. Его деятельность может спровоцировать рождение черной дыры?
- Чисто теоретически - может, но… При достижимых на сегодняшний день энергиях масса такой черной дыры будет настолько мала, что она «испарится» за невообразимо малое время благодаря эффекту Хокинга.
- А если предположить, что такая дыра будет устойчивой?
- Опасности для человечества все равно бы не было, поскольку для поглощения 1 кг вещества ей понадобилось бы примерно 3 триллиона (!) лет.
- В черных дырах не действуют привычные законы физики. Стало быть, там действуют другие законы, о которых мы пока не знаем?
- Для того чтобы понять происходящее внутри черных дыр, необходимо построить логически непротиворечивую и реально работающую квантовую теорию гравитации. По мнению большинства физиков, именно эта теория адекватно описывает физику в сверхсильных гравитационных полях. Но такая теория пока не создана, хотя ученые бьются над задачей более 80 лет… Возможно также, что будет полезна теория струн (суперструн). Пока вопрос остается открытым. Да, мы этих законов не знаем…
- Иногда они испаряются… И могут появиться в любую минуту в любой точке пространства?
- Испарение черных дыр, предсказанное С.Хокингом в 1975 году, - квантовый эффект, связанный с поляризацией вакуума в сильном гравитационном поле. Проще говоря, под действием гравитационного поля черной дыры в вакууме рождаются частицы, уносящие ее энергию. Это и есть так называемое «испарение». Полная теория этого явления будет построена только после создания квантовой теории гравитации. Чем меньше масса дыры, тем быстрее она «испаряется». С возникновением черной дыры это никак не связано. Существуют четыре сценария образования этих объектов, но ни в одном из них черные дыры не могут возникнуть «просто так».
- А представляет ли опасность для человечества черная дыра, обнаруженная в нашей галактике?
- На жизнь землян непосредственного влияния черная дыра не оказывает, поскольку находится очень далеко от нашей планеты. Она влияет на вещество, находящееся достаточно близко к ней. Собственно говоря, благодаря движению этого вещества и звезд вблизи черной дыры астрофизики и сумели ее обнаружить. Ведь «голая» черная дыра не наблюдаема, ее даже свет не может покинуть. Мы – «галактические провинциалы», находимся на окраине Млечного пути. Так что эти процессы на нашу жизнь никак не влияют.
Наши сегодняшние представления о черных дырах базируются в основном на общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Это наиболее популярная и работающая теория. Однако у нее есть немало проблем. Поэтому развиваются и альтернативные теории гравитации. Кстати, не все они предсказывают существование черных дыр. Если общая теория относительности Эйнштейна будет отвергнута или серьезно модифицирована, то нам придется пересмотреть физику черных дыр, да и в целом космологию.
- О как! То есть речь тогда будет идти о радикальном изменении наших представлений о картине мира? Но ведь это страшная перспектива…
- Бояться не нужно. Это будет очередная научная революция. Они случались неоднократно в истории человечества. По сути, это совершенно естественный ход развития науки, а для ученых - еще и очень интересное событие.
- А почему вообще столько внимания уделяется объектам, далеким от насущных потребностей человечества? Заслуживает ли Нобелевской премии изучение черных дыр, не имеющих прикладного значения?
- Я понимаю людей, которые задаются такими вопросами. Мы знаем, что Нобелевская премия была вручена за изобретение пенициллина, который спас миллионы жизней, а также за изобретение транзистора. На них сейчас фактически все построено. Та же флешка, к примеру, состоит из огромного числа микротранзисторов. Однако Нобелевские премии не только в области естествознания вручаются.
Вот появилось талантливое литературное произведение, за которое вручили «нобелевку». Оно какое практическое значение имеет? Только расширяет наши горизонты, формирует оригинальный взгляд на человека, на мир. То же самое и с фундаментальными исследованиям. Они дают новый взгляд на систему мироздания, дают возможность воспарить над обыденностью и более глубоко понять происходящее процессы. А потому исследование черных дыр продолжается. И кто знает… быть может, то, что сегодня является фундаментальным, завтра станет прикладным.
…Когда Майкла Фарадея, стоящего у истоков систематического изучения электромагнитного поля, министр финансов Англии спросил «какая польза от ваших исследований», он ответил следующее: «Я не знаю, какая польза, но со временем вы найдете способ ввести на это новый налог».
- Налог за электричество мы платим. Но за черные дыры… – не очень бы хотелось. Есть более оптимистичный прогноз?
- Скорее всего, изучение черных дыр приведет к интересным открытиям в области земной физики. К примеру, есть пока что чисто математические аналогии между черными дырами и дефектами в жидких кристаллах. Математика, которая применяется для описания черных дыр, полезна и для описания топологических дефектов.
Да, черные дыры, возможно, не принесут в ближайшее время полезных открытий, а жидкие кристаллы – объекты очень даже полезные уже сейчас. На них построены мониторы компьютеров и телевизоров. Ну а к чему приведет расширение наших горизонтов благодаря исследованиям черных дыр, покажет время.
Телерадиокомпания «ЮУрГУ-ТВ» представила зрителям новый выпуск проекта «Золотое сечение». Его автор и ведущий Игорь Клебанов рассказывает о черных дырах. Выпуск можно посмотреть здесь: