Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Недавно сделано поразительное открытие: у большинства достаточно крупных галактик в центре располагается гигантская черная дыра массой от 100 000 до миллиардов солнечных. Не исключено, что именно эти сверхмассивные черные дыры организуют вещество в галактики. В нашей Галактике такая дыра имеется — с ней связан радиоисточник Стрелец A*. В 1971 году Дональд Линден-Белл и Мартин Рис прозорливо предположили, что этот объект может оказаться сверхмассивной черной дырой. В 2005-м выяснилось, что M31 — галактика Андромеды — имеет центральную черную дыру с массой 110–230 миллионов солнечных. В другой близлежащей галактике, M87, тоже имеется черная дыра, масса которой составляет 6,4 миллиарда солнечных. А в отдаленной эллиптической радиогалактике 0402+379 имеются две сверхмассивные черные дыры, которые обращаются вокруг друг друга, подобно звездам в гигантской двойной системе, на расстоянии 24 световых лет. Один оборот у них занимает 150 000 лет.

Большинство астрономов признают, что подобные наблюдения свидетельствуют о существовании черных дыр в традиционном релятивистском смысле; тем не менее убедительных доказательств того, что принятая интерпретация верна, у нас нет. Все наши доказательства — в лучшем случае косвенные и основаны на современных теориях фундаментальной физики, хотя мы и знаем, что теория относительности и квантовая механика плохо уживаются между собой, особенно когда, как в данном случае, нам необходимо привлекать одновременно то и другое. Отдельные вольнодумцы-космологи начинают сомневаться, действительно ли то, что мы видим, — это черные дыры; может быть, это что-то другое, что выглядит примерно так же. Они задумываются также о том, не пора ли нам заново обдумать теоретические представления о черных дырах.

По мнению Самира Матура, вариант «Интерстеллар» не работает. Невозможно упасть в черную дыру. Мы уже видели, что, вопреки первоначальным представлениям, черные дыры способны излучать по квантовым причинам. Это хокинговское излучение, в котором одна частица из неустойчивой виртуальной пары частица/античастица падает в черную дыру, а другая улетает прочь. Это приводит нас к информационному парадоксу черной дыры: информация, как и энергия, сохраняется и потому не может навсегда уйти из Вселенной. Матур разрешает этот парадокс, предлагая другой взгляд на черную дыру: «пушистый шар», к которому можно прилипнуть, но в который невозможно проникнуть.

В этой теории ваше столкновение с черной дырой не заканчивается падением в нее. Вместо этого ваша информация распределяется тонким слоем по горизонту событий, и вы превращаетесь в голограмму. Идея не новая, но нынешний ее вариант допускает, что голограмма — это несовершенная копия упавшего объекта. Тут есть внутреннее противоречие, отчасти потому, что та же логика, кажется, наглядно показывает, что горизонт событий — весьма энергетически насыщенный барьер, файервол, — и все, что на него попадает, попросту поджарится. «Пушистый шар» или файервол? Вопрос чисто схоластический. Вполне возможно, что и то и другое лишь артефакты неподходяще выбранной системы координат, подобно дискредитированному мнению о том, что горизонт событий останавливает время. С другой стороны, невозможно различить то, что видит внешний наблюдатель, и то, что видит наблюдатель, упавший внутрь, если внутрь ничего упасть не может.

В 2002 году Эмиль Моттола и Павел Мазур подвергли сомнению распространенное представление о коллапсирующих звездах. Они предположили, что такие звезды, вместо того чтобы становиться черными дырами, возможно, превращаются в гравастары — гипотетические странные пузыри очень плотного вещества. Снаружи гравастар, по идее, должен очень походить на традиционную черную дыру. Но то, что мы привыкли называть горизонтом событий, представляет у него холодную плотную оболочку, внутри которой пространство обладает упругостью. Эта гипотеза пока очень спорна, в ней не разрешены кое-какие тонкие вопросы — такие, к примеру, как механизм образования подобных объектов, — но притом необычайно интересна.

Источником данной теории стал пересмотр релятивистского сценария для черной дыры в свете квантовой механики. Обычно на эти эффекты не обращают внимания, но в результате возникают странные аномалии. Информационное содержание черной дыры, к примеру, намного больше, чем информационное содержание коллапсировавшей звезды, но информация-то должна сохранятся. Опять же фотон, падающий в черную дыру, к моменту встречи с центральной сингулярностью должен приобрести бесконечную энергию.