Гипотеза белых дыр. Об устройстве Вселенной, гравитации и теории относительности - Карло Ровелли

статье «Новые радиоволны ведут к центру Млечного пути». 15 мая 1933 года американская радиостанция Эн-би-си с многомиллионной аудиторией в прямом эфире передает исходящий из космоса свист и интервью с Янским. «Добрый вечер, дамы и господа, сегодня вечером в прямом эфире вы услышите радиоимпульсы, пришедшие из-за пределов Солнечной системы, откуда-то со звезд». Янский объясняет, что сигнал исходит из центра нашей Галактики. Диктор добавляет, что для того, чтобы сигнал, излученный на расстоянии в тридцать тысяч световых лет, смог достичь нас, его мощность должна быть «огромной… в миллионы миллионов раз больше мощности любого радиопередатчика на Земле».

За пять дней до этого, 10 мая 1933 года, на площади Опернплац в Берлине нацисты устроили самое масштабное сожжение книг. Среди них были преданы огню тексты Владимира Маяковского («Мой стих дойдет до цели… и не как свет умерших звезд доходит») и книги Альберта Эйнштейна и об Эйнштейне. Спустя восемьдесят лет, благодаря заложенным в них идеям, мы знаем, что представляет собой таинственный свист, услышанный однажды миллионами американцев: это излучение раскаленного вещества, которое, падая на исполинскую черную дыру в центре нашей Галактики, в бешеном вихре кружится вокруг нее. Вокруг огромной черной дыры диаметром с земную орбиту и массой в четыре миллиона Солнц.

Сейчас я готовлю третье издание этой книги, и как раз сегодня астрономы опубликовали изображение той самой черной дыры, расположенной в центре нашей Галактики. На нем запечатлено горячее вещество, которое обращается в непосредственной близости от черной дыры, порождая то самое излучение, что сто лет назад уловила антенна Янского. Вот этот снимок:

Глядя на него, я прихожу в восторг. Я изучал черные дыры всю жизнь, не будучи уверенным в их существовании… А теперь передо мной настоящее прямое изображение! В университетские годы я и подумать не мог, что когда-нибудь его увижу.

Всего каких-то двадцать лет назад многие сомневались в самом существовании черных дыр. В январе 2000 года, когда я перебрался из Америки во Францию, новый заведующий кафедрой спросил меня: «Ты же не считаешь, что черные дыры реально существуют?» Теперь и он поверил. Не в упрек ему… В этом состоит красота науки: нет ничего плохого в том, чтобы изменить свое мнение – таким образом мы учимся. Лучшие ученые – те, кто часто пересматривает свои представления, как это делал Эйнштейн.

На приведенном выше снимке запечатлена самая настоящая черная дыра, или, лучше сказать, ее горизонт – окружающая дыру странная поверхность, маленький темный диск в центральной части в обрамлении обращающегося вокруг него горячего вещества.

Горизонт послужит нам входом.

3

Давайте подойдем к этому порогу. Что происходит на горизонте большой черной дыры, там, за веществом, крутящимся в бешеном вихре и раскаленном настолько, что его заметила решетка из металлических трубок на расстоянии тридцати тысяч световых лет?

Потребовались десятилетия, чтобы разобраться. Эйнштейн не единственный, кто ничего не понял. Этот вопрос долгое время ставил в тупик физиков и астрофизиков. Только во второй половине ХХ века ученые начали понимать, что представляют собой горизонты. Даже сегодня некоторые из моих коллег путаются в этом вопросе.

Ну так давайте отправимся туда!

В своем произведении под названием «Сон, или Лунная астрономия» Иоганн Кеплер, который первым понял, как именно планеты обращаются вокруг Солнца, описывает прогулки по Солнечной системе, устроенные его матерью, летевшей на метле, чтобы показать вблизи Солнце и планеты.

Мать Кеплера судили за колдовство. Но если вы спросите, была ли она на самом деле ведьмой, скажу, что суд, на котором ее защищал сын, вынес оправдательный приговор.

Кеплер хотел заглянуть за границы современной ему науки с помощью математики, интуиции, логики, воображения, здравого смысла. Любопытство влекло его туда, где никто никогда не был. Путешествие по Солнечной системе, в атомное ядро, внутрь живых клеток, в переплетения нейронов нашего мозга, за горизонты черных дыр…

•

На Земле горизонтом называют удаленную линию, на которой заканчивается часть земной поверхности, доступной взгляду. Если мы сядем на корабль и поплывем к этой линии, то можем ее пересечь и отправиться за горизонт. В пересечении этой линии нет ничего особенного – разве что иногда по этому поводу устраивают небольшой праздник. Мы просто исчезнем из поля зрения смотрящих с берега без каких бы то ни было последствий для корабля и экипажа.

Вы удивитесь, но то же самое верно для горизонта черной дыры. Путешествуя на звездолете, мы можем приблизиться к ее горизонту когда захотим. Можем достичь и пересечь его. При этом ничего особенного не произойдет. Для нас. Наши часы продолжат тикать в обычном ритме, расстояния вокруг останутся привычными.

Тем временем для наших друзей, наблюдающих издалека, происходит вот что: когда мы входим внутрь горизонта черной дыры, они перестают видеть нас. Мы оказываемся за их горизонтом, как исчезает за горизонтом корабль. Если же мы после этого попробуем посветить назад, наружу, чтобы нас увидели, то луч света не выйдет из-под горизонта. Он будет захвачен внутри его скорлупы и не дойдет до наших друзей. Сила гравитационного притяжения внутри горизонта настолько велика, что заставляет вернуться обратно даже свет.

•

Почему же решение Шварцшильда, сбивая с толку Эйнштейна и остальных, показывает, что часы на горизонте останавливаются, а пространство разрывается? Если горизонт можно пересечь и все останется нормальным, получается, что решение Шварцшильда ошибочно?

Нет, не ошибочно. Просто оно написано с точки зрения наблюдателя, который находится вдали от горизонта. Решение Шварцшильда – что-то вроде географической карты пространства снаружи горизонта.

Известно, что на географических картах бывают странности. Возьмем карту Земли, состоящую из двух кругов:

Экватор на ней оказывается исключительным местом – линией разрыва земной поверхности. На самом деле никакого разрыва на экваторе нет, там вообще не происходит ничего особенного (разве что жарко). Поверхность Земли не плоская и поэтому не умещается на одной карте, но она не кончается на границе карты. Пространство-время не плоское и поэтому не помещается на одной карте, но оно не ограничено полностью рамками шварцшильдовского решения.

С Эйнштейном и остальными происходит вот что: они неправильно понимают решение Шварцшильда – как если бы, глядя на приведенную выше карту, заключали, что Земля заканчивается на экваторе. Эту ошибку совершали десятки лучших ученых на протяжении многих десятилетий (и даже сегодня это случается с заслуженными профессорами).

Каким же образом становится ясно, что это ошибка? В конце концов, никто из нас еще не видел воочию,