Диалоги (март 2003 г.) - Александр Гордон

Более тонкие ограничения на радиус даются по быстрой переменности. Рентгеновские излучение от многих аккрецирующих чёрных дыр (на которых выпадает вещество) переменно на временах до одной миллисекунды. Если мы возьмём десять в минус третьей секунды, умножим на триста тысяч километров в секунду (скорость света), то мы получим триста километров, это десять гравитационных радиусов. А идея такая, что если у нас объект со временем переменности одна миллисекунда, значит, его размеры не могут существенно превышать величины С на дельту Т, где дельта Т одна миллисекунда. Известно, что планеты не мерцают, потому что их угловые размеры минута, а звёзды мерцают, потому что у них очень маленькие угловые размеры, и когда свет звёзд проходит через земную атмосферу, он быстро преломляется и искажается. А у планеты от каждой точки происходит искажение света. Всё это осредняется, и планета светит не мигая. И тоже самое можно сказать о быстрой перемененности: если объект имеет очень маленький размер, он может иметь быструю переменность; если он имеет большие размеры, переменность от разных точек объекта будет усредняться и не будет большой переменности. Поэтому по быстрой переменности можно сказать о радиусе центрального объекта.

Итак, мы сегодня уже имеем два десятка чёрных дыр с известными массами и известными радиусами и примерно столько же нейтронных звёзд с известными массами и с известными характеристиками. И удивительная вещь – для всех этих сорока так называемых релятивистских объектов (20 чёрных дыр и 20 нейтронных звёзд), для всех этих объектов все предсказания общей теории относительности выполняются. Нейтронная звезда, если она имеет наблюдаемую поверхность признаком наблюдаемой поверхности является быстрая короткопериодическая и строго периодическая переменность, нейтронная звезда обычно имеет сильное магнитное поле быстро вращается. Потому что мы сжимаем звезду радиусом миллион километров до размера десять километров. Десять километров это радиус нейтронной звезды. Напёрсток вещества нейтронной звезды весит миллиард тонн, то есть имеет огромная плотность. По сравнению с золотым слитком, который у вас здесь есть, это гораздо более тяжёлое вещество. Кроме того, нейтронная звезда за счёт сжатия быстро вращается.

Если мы возьмём Солнце и сожмём до десяти километров, то скорость вращения нейтронной звезды будет одна миллисекунда, а период вращения Солнца месяц. Точно также и магнитное поле: у Солнца один Гаусс, а если мы сожмём Солнце до десяти километров, то из условия сохранения магнитного потока магнитное поле возрастёт до десяти в десятой Гаусс. Наличие магнитного поля и быстрого вращения приводит к феномену пульсара. Либо в радиодиапазоне, либо в рентгеновских лучах мы наблюдаем строго периодические импульсы излучения; их фазы держатся на протяжении десятков лет, а период одна секунда примерно. Период секунда, а фаза колебаний держится десятки лет. Это говорит о том, что есть твёрдая поверхность у объекта; и вот у всех двадцати объектов, которые мы наблюдаем, которые показывают наблюдательные проявления твёрдой поверхности, у них масса не превышает трех масс Солнца в полном соответствии с предсказанием общей теории относительности. Это для двадцати объектов уже.

А для других двадцати объектов, у которых масса больше трех масс Солнца, не наблюдается феномен рентгеновского или радиопульсара, то есть не наблюдается явных признаков наблюдаемой поверхности. Но поскольку мы по отсутствию этих эффектов судим, то это не является доказательством того, что это чёрные дыра. Но поскольку число объектов уже 20 штук и ни для одного из них наблюдаемых свидетельств твёрдой поверхности нет, то теперь уже астрономы и физики называют эти объекты не «кандидаты в чёрные дыры», а чёрными дырами. Вот так обстоят дела с чёрными дырами звёздной массы.

Но ещё более интересно обстоят дела с сверхмассивными чёрными дырами в ядрах галактик…

Вы хотели мне задать какой-то вопрос?

А.Г. Нет, я снимаю тот вопрос. Расскажите, как образуется сверхмассивные чёрные дыры?

Д.Г. Это второй вид чёрных дыр, которые хорошо предсказаны теоретически и которые наблюдаются, может быть, ещё более убедительно, чем чёрные дыры звёздной массы. Но дело в том, что ядра галактик при входе эволюции могут придти в состояние, когда некоторая большая масса оказывается под собственным гравитационным радиусом, и тогда уже образуется дыра. Но это не один объект, а это как бы газ, который совместно образует такой объект, и надо сказать, что гравитационный радиус там столь велик, что…

А.Ч. Порядка солнечной системы, то есть порядка сорока астрономических единиц.

Д.Г. Средняя плотность вещества там очень невелика, и скажем, человек, который пересекает гравитационный радиус, космонавт, он останется жив, там гравитационное поле не столь велико, чтобы его погубить.

А.Ч. Средняя плотность меньше плотности воздуха у сверхмассивных чёрных дырах. Поэтому есть шанс в такую чёрную дыру попасть…

Д.Г. На космическом корабле.

А.Ч. И какое-то время, ещё несколько мгновений, успеть увидеть будущее…

А.Г. Потому что времени знак меняется…

Д.Г. Обнаружение этих объектов также стало возможным благодаря новой рентгеновской технике и в особенности будущей техники…

А.Ч. Рентгеновский интерферометр…

Д.Г. Рентгеновский интерферометр позволит действительно уже измерить реальные гравитационные параметры…

А.Г. Хорошо, тогда вот какой вопрос. Что касается природной лаборатории, более или менее понятно. Но вот вы уже описали эксперимент, который можно было бы провести, если бы у нас был такой сферический пресс, который развивал бы необходимое давление. Но вы также указали, что объекты эти квантовые?

А.Ч. Да.

А.Г. Нельзя ли поставить дикий эксперимент, учитывая квантовую природу этих объектов, по созданию такой чёрной дыры в лабораторных условиях?

Д.Г. Это одно из предложений, которые существуют, правда, в рамках не эйшнейновской теории, а той гипотезы гипербранной вселенной, которая сейчас развивается. Собственно, гипотеза состоит в том, что наша вселенная на самом деле является некоторой поверхностью, вложенной в пространство большего числа измерения хотя бы одно лишнее измерение для этого нужно иметь. Так вот сама модель была предложена в каком-то смысле как игрушечная модель, просто исходя из возможностей её проверки. Такая проверка в ближайшие годы будет возможна на ускорителях, которые работают при энергии десять в третьей Гэв или Тэв, это уже очень большие энергии, они существенно превышают те, которые задействованы в стандартной модели и пока мы ничего не знаем, что там может происходить. Так вот, предположение о том, что на самом деле есть пятое измерение, причём это измерение не маленькое, планковских масштабов, как это давно уже предлагалось, а большое, скажем, миллиметры или доли миллиметра, как выясняется, это предположение не противоречит ни гравитационным экспериментам, ни наблюдениям, ни физике элементарных частиц более того, оно позволяет решать ряд проблем именно в теории элементарных частиц.

Так вот, на тэвном ускорителе при подборе параметров нет противоречий с существующими данными, а есть даже соблазнительная возможность объяснить тёмную энергию, о которой много говорят. Это то, что сейчас наблюдается во вселенной, маленькое значение космологической постоянной, то есть существовании энергии совершенно специфического вида. Так вот оказывается, что масштаб очень хорошо согласуется с предположением об этом субмиллиметровом характере дополнительных измерений. Но это, конечно, одно из предположений, вовсе не доказательство.

Так вот что происходит. Если две такие элементарные частицы, разогнанные на ускорители до энергии порядка Тэв, сталкиваются между собой с прицельным параметром в десять минус 17-й сантиметра, что вполне реально, то частица оказываются под своим гравитационным радиусом с точки зрения этой теории, потому что там масштабы изменены на много порядков.

А.Ч. Не десять в минус 33…

Д.Г. А 10 в минус 17-ой это уже радиус чёрной дыры в этой теории. Тогда что должно происходить? Образуется микроскопическая чёрная дыра, причём она будет сильно вращаться, потому что частицы сталкиваются навстречу друг другу. И по Хокингу она должна испарятся, у неё есть температура, и она уже с определённой вероятностью излучает частицы, спектр этот посчитан с хорошей точностью и, в общем, по наблюдению спектра можно сделать вывод о таком событии.

Но вообще-то такие термодинамические события при столкновении частиц высоких энергий наблюдались и раньше, но они никак не имели никакого отношения к гравитации, к эффекту Хокинга. Это просто за счёт действительно большой концентрации энергии в малом объёме начинают уже проявляться статистические закономерности. Здесь несколько другое. Но вот что любопытно. Как это может быть наблюдено? Одно из предсказаний, недавно сделанных известным специалистом по чёрным дырам Фроловым, состоит в том, что при испарении такой чёрной дыры она будет испаряться, в частности, и в дополнительное измерение, вот в это пятое измерение, и может быть эффект отдачи. Вот, скажем, есть какая-то достаточно энергичная частица, которую испускает чёрная дыра, возникает эффект отдачи, и чёрная дыра может уйти в противоположную сторону, в это самое пятое измерение; тогда она исчезает из нашего мира и таким образом теряется часть энергии, которую она не успела испарить…