Вселенная. Руководство по эксплуатации - Дэйв Голдберг

Но мы бы не советовали ждать этого момента, затаив дыхание.

Если начать с черной дыры с массой, равной массе Солнца, времени на испарение уйдет в 1057 раз больше возраста Вселенной.

Все, что мы только что сказали, опирается на чистой воды теорию, — на интерпретацию того, что сказал Эйнштейн об общей относительности (плюс еще немного квантовой механики для ровного счёта), и на предсказания по поводу того, на что могли бы быть похожи черные дыры. Тем не менее существуют достаточно веские свидетельства, позволяющие предположить, что черные дыры действительно существуют и бывают самых разных цветов и размеров… ну, или только размеров.

Самые маленькие черные дыры во Вселенной, вероятно, не намного массивнее нашего Солнца. Согласно нашей базовой модели эволюции звезд, звезды полусреднего веса вроде нашего Солнца используют свой водород примерно за 10 миллиардов лет. После чего они раздуваются до красного гиганта, а затем предпринимают вторую попытку — пытаются найти применение своему гелию, после чего Солнце сбрасывает газовую оболочку. Остается лишь тлеющий белый карлик.

Со звездами, которые массивнее Солнца в два-три раза или еще больше, происходит нечто совсем другое. Эти звезды завершают жизнь колоссальным взрывом, который называется «вспышка сверхновой». Большинство из них превращается в очень тугой мячик под названием нейтронная звезда, а избранное меньшинство самых массивных становятся черными дырами. Астрономы наблюдали множество сверхновых, хотя, к счастью, поблизости от Земли таких взрывов не происходило. Это хорошо: слишком близкий взрыв привел бы, мягко говоря, к легкому недомоганию среди большинства населения Земли. Но остатков после взрыва самых массивных звезд мы никогда не видели — мы никогда впрямую не видели черной дыры.

Так почему же мы так уверены в том, что черные дыры действительно существуют? Хотя черных дыр с массой звезды мы не наблюдаем, мы видим признаки «сверхмассивных» черных дыр в центрах крупных галактик, причем самые неопровержимые — именно в нашей Галактике.

В середине 1990-х годов сразу несколько астрономов, в том числе Райнер Шедель из Института Макса Планка и Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, начали наблюдать движение звезд в центре нашей Галактики. К 2002 году эти наблюдения принесли свои плоды, и плоды весьма примечательные. Астрономы отметили положение звезд менее чем в световом годе от центра (что по галактическим стандартам очень-очень близко), а затем оказалось, что с каждым годом эти звезды смещаются. То есть они практически наверняка вращались по орбите вокруг чего-то. Чего-то крайне компактного и крайне темного.

В последние несколько лет, когда измерения удавалось проводить все точнее и точнее, а движение звезд прослеживалось в течение все более длинных отрезков времени, становилось все яснее, что объект в центре галактики — это черная дыра массой примерно в 4 миллиона масс Солнца, по нашим стандартам — огромная, однако по сравнению с некоторыми крупнейшими черными дырами — сущий пустяк.

Многие самые отдаленные из известных нам объектов подпитываются сверхмассивными черными дырами. Хотя света черные дыры сами по себе почти не испускают, они источают огромное количество гравитационного притяжения, особенно когда к ним что-то приближается. Когда газ падает все ближе к центральной черной дыре, он ускоряется и начинает выдавать излучение — и очень много. Эти черные дыры, окруженные веществом, излучают колоссальное количество энергии и называются «квазары». Квазары испускают столько света, что их видно почти что из другого конца Вселенной. А в центре у каждого квазара — черная дыра, которая массивнее Солнца в миллиарды раз.

III. Что будет, если упадешь в черную дыру?

Весь этот разговор мы начали с одной простой целью: сделать машину времени. На первый взгляд мы далековато отклонились от темы, но нам надо было сначала поговорить о черных дырах, и в этом есть смысл. Гравитация сворачивает время, а черные дыры — щедрый источник гравитации, поэтому мы, вероятно, можем использовать черные дыры, чтобы путешествовать во времени. Хотя большинство моделей машины времени основаны не на черных дырах, они достаточно просты, чтобы мы интуитивно почувствовали, как работает искажение времени, прежде чем углубиться в гаечки, винтики и космические струны хроноинженерии.

Так что, если мы хотим построить настоящую, практичную машины времени, нам нужно не бояться испачкаться и очертя голову махнуть в одну из таких временных воронок. Для примера подумайте, что будет, если доктор Дейв и Робо-Джефф решат организовать экспедицию на Амнезию — черную дыру массой в 10 масс Солнца — под эгидой Академии злодейских исследований на Юпитере.

Доктор Дейв, самый осмотрительный (и, возможно, умный) в этой парочке, решает остаться на наблюдательном посту в Академии, а Робо-Джефф (который с очевидностью красивее подельника — на грубоватый, разбойничий, но довольно броский лад) облачается в скафандр, оснащенный радиопередатчиком и голубыми габаритными огнями.

Разумеется, из космоса Амнезию не очень-то разглядишь. Если бы был виден горизонт событий (а он, конечно, не виден), он представлял бы собой шар радиусом примерно в 30 километров. А поскольку гравитационное поле черной дыры необычайно сильно, оно искривляет свет, и доктор Дейв и Робо-Джефф видят звезды, которые находятся за Амнезией!

Разумеется, архизлодеи не станут день-деньской сидеть и любоваться Амнезией, и в конце концов Робо-Джефф катапультируется и ныряет в черную дыру. Поначалу он почти ничего не замечает и просто летит — все быстрее и быстрее. К тому времени, когда он отлетит на расстояние примерно в 1,5 х 1011 метров (это расстояние от Земли до Солнца, известное также как «астрономическая единица»), он будет падать со скоростью почти 500 тысяч километров в час.

Конечно, это головокружительная скорость, но поскольку он находится в свободном падении, то все это время будет ощущать невесомость.

Чем ближе Робо-Джефф приближается к черной дыре, тем сильнее его одолевает любопытное ощущение[80].

Гравитация действует ему на ноги сильнее, чем на голову. Поначалу это кажется всего лишь слабым перекосом, но к тому времени, как Робо-Джефф оказывается примерно в 6400 километров (радиус Земли) от центра черной дыры, разница в силе тяжести, которая действует ему на голову и на ноги, будет равна всей гравитации на Земле. Как будто Робо-Джефф подвешен за макушку к подъемному крану, а ноги у него болтаются.

Приливная сила неумолимо нарастает, и чем ближе Робо-Джефф оказывается к центру черной дыры, тем сильнее его, бедолагу, вытягивает. Этот процесс астрономы прозвали «спагеттификация». Человеческое тело, если оно принадлежит Робо-Джеффу, а не Пластикмэну или мистеру Фантастику, в таких случаях не столько вытягивается, сколько ломается. Приливные силы наверняка окажутся смертельными, поскольку рекордные перегрузки при высоких ускорениях, которые в силах выдержать человек, составляют в 179 раз больше земной силы тяжести, да и то буквально на секунду (в автокатастрофе). А Робо-Джеффу придется подвергнуться таким же (и даже более сильным) перегрузкам постоянно — стоит ему лишь достигнуть 1150 километров от центра Амнезии.

Когда он приблизится к центру на 550 километров, разница в силе тяжести, действующей на ноги и на голову, станет примерно в 1500 раз больше, чем земная гравитация, — этого с избытком хватит, чтобы буквально разорвать человеческие кости.

Сами видите, путешествие во времени не назовешь увеселительной прогулкой.

Представим себе, что Робо-Джефф в детстве был пай-мальчиком и кушал много манной каши, и поэтому его кости и кибернетические суставы способны выдержать чудовищные нагрузки. Даже с этой натяжкой (простите за дурацкий каламбур) он обнаруживает, что ракетный ускоритель, который должен был вытащить его из гравитационного поля Амнезии, не запускается. Когда до центра остается всего 65 километров, Робо-Джефф начинает паниковать (сдержанно и мужественно, в стиле «где наша не пропадала») и посылает доктору Дейву в Академию злодейских исследований сигнал SOS. Однако поскольку фотоны из радиопередатчика Робо-Джеффа теряют энергию, когда движутся от центра черной дыры, доктору Дейву приходится настроить приемник на гораздо более, низкую частоту, чтобы услышать, как Робо-Джефф зовет на помощь.

Слушая свое обычное радио в диапазоне FM (от 88 до 108 мегагерц), доктор Дейв обнаруживает, что хотя Робо-Джефф передает сигнал на частоте 108 мегагерц, как они и договаривались, слышно его лишь в нижней части частотного диапазона. Именно об этом феномене мы и говорили — фотоны, которые Робо-Джефф посылает в виде радиосигнала, потеряли энергию, и поэтому кажется, что частота радиосигнала ниже. Когда доктору Дейву удается наконец поймать сигнал, голос Джеффа кажется ему медленным и низким — как будто слушаешь пластинку на низкой скорости или Аманду Лир на нормальной.