Если вы наберёте в Интернете слово "чёрная дыра", то по крайней мере один из первых результатов будет утверждать, что расскажет вам о том, что может произойти, если человек упадёт в такую дыру.
Но чтобы сэкономить ваше время и бесплодное чтение, короткий, честный, но, возможно, наименее захватывающий ответ заключается в том, что на самом деле никто не знает. Не расстраивайтесь. У ученых есть несколько обоснованных, хотя и поражающих воображение идей о том, что может происходить. Однако, чтобы понять их, сначала нужно усвоить некоторые основные понятия о черных дырах.
Что такое черные дыры и что делает их такими странными?
Возьмите небольшой предмет, например карандаш, рядом с собой. Взяли? Поздравляем, вы только что выиграли битву против всего гравитационного притяжения планеты Земля. "Гравитационная сила из всех сил природы - самая слабая, - говорит астроном и астрофизик НАСА Роопеш Оджа.
Как бы слаба она ни была, гравитация управляет всей Вселенной. Если бы вы подбросили в воздух ручку, которую только что взяли в руки, она бы быстро опустилась обратно. Но во Вселенной есть места, где это притяжение почти бесконечно сильнее, чем на Земле - настолько мощное, что даже свет не может вырваться из его захвата: Встречайте черные дыры. Это чрезвычайно плотные космические объекты, где сила гравитации настолько сильна, что абсолютно ничто не может противостоять ее притяжению.
"В детстве я понимал черные дыры именно так: Это объекты, гравитация которых настолько сильна, что если вы подойдете к ним достаточно близко, то никакая ракета не сможет вас вытащить", - говорит Оджа.
Что произойдет, если я подойду слишком близко к черной дыре?
Прямо сейчас Земля немного сильнее притягивает ту часть вашего тела, которая находится ближе к земле. Вы не можете почувствовать или увидеть эффект этого притяжения, называемого приливной силой, потому что относительно размеров Вселенной Земля не так уж велика. Поэтому сила притяжения в ответ не так уж и велика.
Но поскольку черные дыры гораздо массивнее, приливные силы там гораздо сильнее, чем на Земле. "Если вы астронавт, падающий к черной дыре ногами вперед", - объясняет Оджа, - "притяжение ваших ног намного сильнее, чем притяжение головы, поэтому в направлении падения вы растягиваетесь [под действием приливных сил]". Вполне реальный астрофизический термин для этого процесса довольно прост: спагеттификация.
После спагеттирования все, что попало в черную дыру - звезды, пыль, планеты или несчастные астронавты - пересекло невидимый барьер, называемый горизонтом событий, или точкой невозврата. После этого мы можем только строить предположения о том, что произойдет.
Загадки черных дыр
За горизонтом событий существует так называемая сингулярность: бесконечно плотная точка, где пространство и время искривляются и перестают существовать в том виде, в котором мы их знаем. Это очень маленькие области в пространстве-времени, где сосредоточено почти бесконечное количество массы. В этих условиях уравнения, созданные Эйнштейном для гравитации, разрушаются, говорит Ави Лоеб, директор Инициативы черных дыр в Гарвардском университете.
Объекты, подобные сингулярности, объясняются квантовой механикой. Проблема в том, что поведение частиц в квантовой механике чрезвычайно отличается от поведения объектов в общей теории относительности Эйнштейна. Таким образом, внутренняя часть черной дыры представляет собой противоречие: место, где гравитация чрезвычайно сильна, но в то же время может быть понята только с помощью квантовой механики. Ученые уже сто лет ищут "теорию всего". По словам Оджа, "черные дыры - это представление самых больших вопросов в физике на данный момент".
Большинство существующих гипотез - бесчисленное множество, по словам Даниэля Джаффериса, профессора квантовой гравитации в Гарварде - математически возможны. Но это не означает, что все эти решения действительно имеют место. Поэтому помните: Все, что вы прочитаете дальше, возможно, но не обязательно правда.
Если я попаду в черную дыру, действительно ли это мой конец?
В вашей нынешней физической форме - да. Но в более глубоком смысле, возможно, нет. Благодаря Стивену Хокингу мы знаем, что черные дыры испускают излучение, заставляющее их медленно сжиматься, пока они не исчезнут.
Но если черные дыры в конце концов исчезнут, они нарушат принцип квантовой механики, который гласит, что информация - то, что отличает частицы астронавта от частиц звезды - никогда не исчезает. Если черные дыры в конце концов исчезнут, то куда денется информация, которую они поглощали в течение миллиардов лет своего существования?
Дэниел Джафферис и некоторые другие считают, что информация уходит через так называемое излучение Хокинга. Вблизи горизонта событий (невидимой точки невозврата после спагеттирования) все движется чрезвычайно быстро, температура и уровень радиации высоки. Там масса распадается до своего самого фундаментального состояния: квантовых частиц. Эти частицы существуют только парами, они "запутаны" на квантовом уровне.
Одно из решений информационного парадокса заключается в том, что даже если одна частица из пары упадет в черную дыру, другая пара сможет выбраться и унести информацию обратно во Вселенную.
Согласно этой теории, если несчастный астронавт попал в черную дыру, часть его квантовой информации в конечном итоге выбрасывается в виде излучения Хокинга. Каждая из этих крошечных частиц плотно спутана на квантовом уровне с той частью информации, которая не смогла покинуть черную дыру.
Джафферис объясняет эту концепцию на примере костра и книги. Представьте, что вы сжигаете книгу. Вы больше не можете читать информацию на страницах, но она существует в другой форме: Она превратилась в пепел и дым, рассеянный по земле и небу. Но она по-прежнему существует.
"Это очень элегантное решение", - говорит Ожха из НАСА, - "но мы все еще не знаем, правда ли это". Если это так, то это противоречит теории Эйнштейна, которая утверждает, что ничто - даже крошечная квантовая частица с информацией - не может избежать гравитационного притяжения черной дыры.
Какие еще идеи существуют для объяснения того, что может произойти в черной дыре?
Некоторые ученые считают, что трехмерная реальность, которую мы все знаем, - не единственный способ хранения информации во Вселенной. Согласно их теории, если что-то падает в черную дыру, оно может как деформироваться в сингулярности (где пространство и время меняются местами), так и остаться внутри горизонта событий в виде излучения. С этой точки зрения, горизонт событий черной дыры фактически является оболочкой, двухмерной плоскостью Вселенной, которая хранит информацию, которая, по всей видимости, является трехмерной.
Для объяснения этого ученые используют аналогию с голограммой: Голограммы - это трехмерное представление информации, которая существует только в двух измерениях. В более широком масштабе эта теория может означать, что "внутри" ничего не существует: другими словами, вся Вселенная может быть голограммой.
Это умопомрачительная концепция, но есть еще более странные.
Согласно другой теории, в конце каждой черной дыры может быть белая дыра - место, в которое невозможно войти, а можно только выйти. В белой дыре время течет вспять, а масса не является массой, она является ее полной противоположностью. Это место, где яйца могут не разбиться - то, чего ученые никогда не видели нигде во Вселенной, но что теоретически может произойти.
Для некоторых и теория белых дыр, и голографический принцип нарушают некоторые из основных идей Эйнштейна, что является общей проблемой для других решений проблемы черных дыр, таких как червоточины.
"Проблема в том, что если вы продолжите использовать там уравнения общей теории относительности, то, по сути, вы нарушите эти уравнения", - говорит Оджа.
Так разберемся ли мы когда-нибудь в этом?
Астрофизики обычно усмехаются, когда им задают этот вопрос, указывая на то, что мы, возможно, никогда этого не узнаем - или это может занять очень много времени. Ави Лоеб из Гарварда ответил на этот вопрос следующим образом: "За сто лет мы не смогли объединить квантовую механику и гравитацию. Поэтому, экстраполируя на будущее, я бы подумал, что на это уйдут сотни лет, по крайней мере".