Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Черные дыры представляют собой замечательную теоретическую концепцию, однако они нечто большее, чем просто теория. Доказательств того, что они действительно существуют, сейчас нельзя не признать. Они связаны с некоторыми из самых зрелищных явлений, которые мы наблюдаем в космосе, – квазарами и взрывными выделениями энергии [12] В 2015 г. было также обнаружено гравитационное излучение от слияния черных дыр. – Прим. науч. ред. . Все еще продолжаются споры, как именно появляются черные дыры, но нет никаких загадок в том, как тяготение может подавить все остальные силы в мертвой звезде или в облаке газа в центре галактики. Эти процессы образования требуют, чтобы тело было по крайней мере таким же тяжелым, как звезда, потому что, как мы уже видели, на астероидах и планетах притяжение не может соперничать с другими силами. На самом деле даже физик с постоянно покрытой облаками планеты мог предсказать, что если звезды существуют, то могут существовать и черные дыры, равные по массе звездам.

Размер звезд, определяющий массу черных дыр, которые могут сформироваться сегодня, проистекает, как мы видели, из равновесия между силой тяготения и силами внутри атома. Но в теории Эйнштейна масса никак особо не выделяется. Черные дыры созданы из самой ткани пространства. Поскольку пространство является однородным и непрерывным континуумом, ничего, кроме масштаба, не отличает сформировавшуюся дыру размером с атом, размером с звезду или размером со всю наблюдаемую Вселенную.

Даже дыра размером с атом могла бы иметь массу горы. Черные дыры по определению являются объектами, в которых тяготение подавляет все остальные силы. Для того чтобы сформировалась черная дыра размером в атом, 10 36атомов должны сжаться до одного. Это невыполнимое требование является еще одним следствием огромности числа N, которое измеряет слабость притяжения в масштабе атомов. Что же насчет черных дыр меньших, чем атом? Здесь существует конечный предел (который всплывет в главе 10), связанный с зернистостью пространства в самом мельчайшем масштабе.

Черные дыры в масштабе атомов могли бы сформироваться – если это вообще возможно – только под колоссальным давлением, которое имело место в первые мгновения существования Вселенной. Если такие мини-дыры действительно существуют, то они будут необычайными «отсутствующими звеньями в цепи» между космосом и микромиром.

Насколько стара Земля? Сейчас с помощью измерения радиоактивных атомов установлено, что ей примерно 4,55 млрд лет. Тем не менее убедительные аргументы в пользу древнего возраста нашей планеты выдвигались еще в XIX в. В то время геологи, оценивая степень эрозии и оседания грунта, которые повлияли на формирование земной поверхности, предположили, что возраст Земли составляет по меньшей мере 1 млрд лет. Дарвинисты разделяли их мнение, ссылаясь на свои оценки количества поколений эволюционирующих видов, которые должны были жить на планете до нас. Однако великий физик лорд Кельвин вычислил, что вся внутренняя энергия Солнца должна была истечь наружу и оно бы сдулось всего за 1 % этого времени. Он мрачно заявлял: «Обитатели Земли не могут продолжать наслаждаться светом и теплом, так необходимыми для их жизни, больше нескольких миллионов лет, если только в великой кладовке творения для нас не приготовлены другие их источники, сейчас нам неизвестные». Наука ХХ в. обнаружила, что такие источники действительно существуют и спрятаны они в ядре атома. Водородные бомбы – ужасающее доказательство того, какая энергия скрывается в атоме.

Энергия Солнца рождается в результате преобразования водорода (простейший атом, ядро которого состоит из одного протона) в гелий (тоже простой атом, состоящий из двух протонов и двух нейтронов). Попытки поставить на службу человеку термоядерную реакцию как источник энергии (управляемый термоядерный синтез) пока что зашли в тупик из-за того, что трудно получить необходимые температуры во много миллионов градусов. Еще большей проблемой является необходимость сохранять этот чрезвычайно горячий газ где-то в лаборатории – очевидно, что он расплавит любой контейнер, и поэтому его приходится удерживать с помощью магнитных ловушек. Но Солнце имеет такую большую массу, что сила тяготения удерживает располагающиеся дальше от ядра более холодные слои и, таким образом, «прижимает крышку» к ядру с высоким давлением. Структура Солнца способствует тому, чтобы в его ядре генерировалась ядерная энергия, которая распространяется во внешние слои именно до того уровня, который необходим, чтобы уравновесить потери тепла с поверхности звезды – того самого тепла, которое является основой жизни на Земле.