ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ ИЛИ УНИКАЛЬНА ЛИ НАША ВСЕЛЕННАЯ

Хорошо известно, что все тела в природе притягиваются друг к другу. Например, вас притягивает Земля и ваш вес – это сила притяжения Земли. Эта сила называется силой гравитации, которая может быть рассчитана с помощью закона всемирного тяготения, открытого Ньютоном ещё в 1687 г. Притяжение увеличивается, если вы переместитесь на планету с большей массой или меньшим радиусом. На Юпитере, например, которая массивнее Земли в 318 раз и в 10 раз больше неё, вы будете уже весить почти в три раза больше, чем на Земле. Чтобы покинуть Землю навсегда, т.е. чтобы вырваться из её гравитационного объятия, вы должны обладать определённой скоростью. Эта скорость называется космической скоростью или an escape velocity. В случае Земли эта скорость равна 11.2 км/сек, Юпитера 61 км/сек. Для нашего Солнца, которая массивнее Земли в 330,000 раз и больше её в 11 раз, эта скорость была бы уже 620 км/сек. Существуют ли, однако, в природе тела, для которых космическая скорость была бы равна скорости света?

Известно, что скорость света является максимально возможной скоростью в нашей Вселенной и равна 300,000 км/сек. Тело, для которой космическая скорость равна или даже превышает скорость света, называется чёрной дырой. Чёрная дыра – это область пространства, в которой силы гравитации настолько велики, что даже свет не может её покинуть и поэтому её не видно ввиду отсутствия какого-либо излучения от неё. Она всё поглощает и ничего не излучает, поэтому и называется чёрной дырой. Чёрные дыры образуются в результате коллапса массивных звёзд (так называемые звёздные чёрные дыры). Масса такой звезды должна превышать массу Солнца в три раза, а её радиус больше 10 км. Граница чёрной звезды называется горизонтом событий, а её радиус радиусом Шварцшильда, который определяется простой формулой. Чтобы наша Земля превратилась в чёрную дыру, её нужно сжать до 1 см, а Солнце до 3 км. Напомню, что радиус Земли равен около 6400 км, Солнца 700,000 км. Но ни Земля, ни Солнце не могут быть кандидатами в чёрные дыры.

В центре галактик, которые ещё называют суперзвёздами Вселенной, находятся сверхмассивные чёрные дыры с массой в миллионы и триллионы раз превышающими массу Солнца и размером в миллионы и триллионы км. Галактические чёрные дыры обычно пассивные, т.е. они не излучают энергию как в случае нашей Галактики. Чёрные дыры всасывают вещество внутрь и такое поглощение в конце концов приводит к излучению энергии с дыры наружу, т.е. они переходят в активную стадию вследствие поглощения гигантского количества энергии и начинают сами излучать мощную энергию, эквивалентную энергии излучения сотен галактик или триллионов звёзд таких как наше Солнце. Такие источники энергии называется квазарами. Они – самые мощные и смертоносные объекты во Вселенной. Сегодня уже обнаружены тысячи квазаров. Они управляют галактиками и являются хозяевами Вселенной. Взрыв чёрной дыры может даже привести к рождению новой вселенной. По образному выражению японского учёного проф. М. Каку, если бы не было чёрных дыр, то и не было бы нас с вами. Чёрную дыру сравнивают со священным Граалем. Известно, что химические элементы внутри нашего тела образовались когда-то вследствие коллапса массивных звёзд. Говоря иначе “We are star stuff”! Законы физики, фундаментальные постоянные, управляющие нашей Вселенной, а также пространство и время появились сразу после Большого Взрыва. Мы не знаем, почему эти законы и постоянные именно такие, а не другие. Как отметил знаменитый английский учёный Р. Пенроуз, мы не знаем, «являются ли мировые константы и те численные значения, которые есть в нашем мире, случайно установленными или это результат какой-то встроенной в мир математики? И какой в этом мире смысл?»

В центре нашей Галактики находится массивная чёрная дыра с массой 4 миллиона солнечных масс и радиусом 12 миллионов км, а в центре Туманности Андромеды чёрная дыра с массой 140 миллионов солнечных масс. Напомню, что наше Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220 км/сек на расстоянии, которое свет покрывает за 28,000 лет. Поэтому период вращения Солнца очень большой и равен 200 миллионов лет. Наше Солнце совершило, таким образом, 23 оборотов вокруг центра Галактики за всю историю своего существования, т.е. за 4.6 миллиардов лет. Масса чёрной дыры была определена путём изучения вращения звёзд вокруг неё. Измеряя скорости близких к чёрной дыре звёзд (около 500 км/сек) или их периоды вращения, а также расстояний от звёзд до чёрной дыры, можно легко определить массу чёрной дыры на основе закона гравитации Ньютона-Кеплера. В нашей Вселенной имеются 200 миллиардов галактик и огромное количество массивных звёзд, поэтому число чёрных дыр также должно исчисляться миллиардами.

В последние годы интерес учёных к изучению чёрных дыр сильно возрос. Это связано с их необычными свойствами. Например, время внутри чёрной дыры отсутствует, и вы можете там жить, не старея, или путешествовать внутри Вселенной на очень далёкие расстояния. Возможно, что чёрные дыры могут быть источниками образования новых вселенных. Число вселенных может превышать сотни миллиардов, а по некоторым предположениям их может быть даже бесконечное множество (multiverses) и что наша Вселенная поэтому не является уникальной, как нам казалось ранее. К сожалению, мы не можем видеть или изучать эти вселенные, т.к. наши наблюдения ограничены скоростью света. Мы не можем видеть то, что происходит за горизонтом нашей Вселенной, т.к. галактики у горизонта движутся со скоростями близкими к скорости света. Тем не менее, это не запрещает существование множественности вселенных. Если предположить, что число вселенных бесконечно и наш мир, таким образом, существовал всегда, то можно придти к удивительным выводам о месте нашей Вселенной в этом большом мире. Например, вопрос о том, что было до возникновения нашей Вселенной, не является уже абстрактным. Ответ – там были другие вселенные. Хотя путешествия в прошлое и допускаются теорией относительности Эйнштейна, знаменитый английский учёный С. Хокинг доказал, что такие путешествия невозможны из-за нарушения причинно-следственных связей. Ему же принадлежит утверждение, взбудоражившее многих верующих: «Бог не мог создать Вселенную».

Путешествия же в будущее возможны. Например, если вы находились в длительном космическом путешествии со скоростью близкой к скорости света, то из-за эффекта замедления времени (a time dilation), в вашей системе отсчёта время будет протекать гораздо медленнее по сравнению с временем прошедшим на Земле (скажем год в вашей системе и 50 лет на Земле). Вернувшись на Землю, вы таким образом попадаете в будущее. Такой же эффект замедления времени наблюдается, если вы приближаетесь к чёрной дыры. Если вы пересечёте горизонт событий, то время вообще остановится.

Как известно, наша Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва (Big Bang) около 14 миллиардов лет тому назад, возможно, в результате взрыва чёрной дыры. После примерно 200 миллионов лет в ней появилась первая звезда и наша Вселенная стала светиться (помните, «да будет свет!»). Первые галактики возникли через миллиард лет. Сегодня в нашей Вселенной имеется около 200 миллиардов галактик и в каждой из находится от миллионов до триллионов звёзд. С помощью мощных телескопов мы можем наблюдать очень старые галактики, возникшие 12 миллиардов лет назад. Дело в том, что свет от таких далёких галактик доходит до нас не сразу, а через миллиарды лет с момента их излучения, т.к. скорость света конечна. Поэтому мы видим в телескопы галактики, какими они были в прошлом, т.е. миллиарды лет тому назад, рождённые почти в момент Большого Взрыва. Т.к. галактики находятся на разных расстояниях, то времена, которые нужны свету, чтобы покрыть эти расстояния, будут разными. Это время называется a lookback time. Каждое тело в космосе в зависимости от расстояния до него имеет своё время, необходимое свету, чтобы пройти это расстояние, прежде чем свет будет зарегистрирован телескопом.

Ещё в начале 20 века казалось, что наша Вселенная статична и в ней нет никаких движений. Однако, в 1929 г. наблюдения выдающегося американского астронома Э. Хаббла с помощью мощного телескопа, показали, что галактики разбегаются друг от друга и тем быстрее, чем больше расстояние между ними. Был открыт закон разбегания галактик, который называется законом Хаббла. Согласно этому закону, имеется прямая связь между скоростью удаления галактик и расстояниями между ними. Если расстояние между галактиками увеличивается в два раза, то скорость их разбегания также возрастает в два раза. На основе данных, полученных Хабблом, этот закон позволил определить и возраст Вселенной из наклона прямой в зависимости расстояние – скорость. Это время равно 13.7 миллиардов лет. За свои открытия Хаббл был удостоен Нобелевской премии, а один из крупнейших телескопов мира был назван его именем (а Hubble Space Telescope). Сегодня установлено, что галактики не только удаляются друг от друга, но и разбегаются с ускорением. Причина такого ускорения сегодня непонятна, хотя её связывают с наличием в природе некой тёмной энергии (другое её название – силы отталкивания в отличие от сил притяжения). Природа тёмной энергии, составляющей 74% массы нашей Вселенной, сегодня мало изучена. Возможно, наша Вселенная перед тем как исчезнуть должна предельно ускориться и затем погибнуть в результате такого быстрого расширения. Постепенно наша Вселенная станет холодной, температура и плотность её уменьшаться практически до нуля и примерно через 100 миллиардов лет она погибнет. Но не следует огорчаться – рождение новой вселенной не за горами: после всхлопывания нашей Вселенной возникнет другая. В интересных работах английского учёного Пенроуза утверждается, что наша Вселенная живёт определённое время (это время он называет эоном), погибает и затем возрождается вновь. Имеются даже доказательства существования эонов. Они обнаружены в спектрах остаточного излучения после Большого Взрыва (так называемый Cosmic Background Radiation), и подтверждающих, что наша Вселенная несколько раз исчезала и возрождалась вновь. Эта теория получила название теории циклической Вселенной. Согласно этой теории, мы живём в бесконечном мире, обречённом на циклическое повторение одних и тех же событий. Имеют место бесконечно сменяющие друг друга эоны. Теория снимает также противоречия, связанные с величиной энтропии вселенной в момент Большого Взрыва и после неё, а также объясняет многие проблемы современной космологии.

Вернёмся, однако, к идее множественности миров. Если число вселенных бесконечно, то они могут управляться разными законами физики и отличными от нашей Вселенной фундаментальными постоянными. Т.е. там возможны, например, другие значения скорости света и совершенно иной мир живых систем. Но т.к. число вселенных огромно, бесконечно, то в такой среде возможно найти вселенную со свойствами близкими к свойствам нашей Вселенной и с подобной нашей солнечной системой, а также с теми же условиями для зарождения жизни, какие имеются на нашей Земле. Согласно другим теориям, возможно также расщепление нашей Вселенной на её параллельные версии и мы живём в одном из этих параллельных миров. Это означает, что существование параллельных миров не выходит за рамки гипотезы. Другие идеи, связанные с чёрными дырами, например, могут ли они быть использованы для путешествий в параллельные миры, или можете ли вы себя отыскать в другом таком мире, или что наши души после смерти уходят в параллельный мир и продолжают там жить кажутся мистическими. Наука не оперирует неустановленными фактами и такие утверждения, разумеется, выходят за рамки научных гипотез.

В заключение отметим, что сегодня астрономами обсуждаются две версии происхождения и развития Вселенной. В первой из них наша Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва около 14 миллиардов лет тому назад. Со временем в ней возникли звёзды, галактики, чёрные дыры, квазары и другие объекты. Т.к. галактики разбегаются с ускорением, то в конечном счёте температура и плотность нашей Вселенной уменьшится до нуля и она погибнет. Чёрные дыры и квазары, обнаруженные в центре галактик, могут быть источниками новых вселенных, число которых может быть бесконечно. Каждая из вселенных имеет свой путь развития, свои законы физики и фундаментальные постоянные, а также формы жизни, отличные от наших. В этой схеме наша Вселенная не уникальна. В теории циклической Вселенной наша Вселенная исчезает и возрождается вновь через огромные промежутки времени, называемые эонами, которые были обнаружены в спектрах остаточного после Большого Взрыва излучения. В этой теории в отличие от теории Большого Взрыва наша Вселенная единственная и поэтому уникальна. Какая теория окажется более реалистической покажут результаты новых исследований.

Илья Гулькаров