Книга Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Ничего странного.

Но если резиновый лист мягкий, как жвачка, если он недостаточно прочный, чтобы удержать кучу мраморных шаров в равновесии с его собственным натяжением, он вполне может продолжать прогибаться все больше и больше, даже если туда уже не скатываются шары, пока не прорвется.

Ни один материал не является настолько прочным, чтобы выдержать любой вес. Отсюда идея пороговой плотности: если поместить слишком большой вес на слишком хрупкую поверхность, то поверхность вокруг этой массы будет искажаться до тех пор, пока ее целостность не нарушится.

Теперь как насчет пространства-времени?

Хоть и не предусматривается, что оно прорвется, но пространство-время реагирует на очень высокие плотности, пожалуй, даже еще более драматичным образом, потому что ткань в данном случае не резина, а само пространство и время.

Пространство-время. Не плоская, а объемная ткань. Плюс время.

Пространство-время изгибается, искривляется и растягивается вокруг содержащихся в нем объектов, будь то материя или любой другой вид энергии. Это – его понимание Эйнштейном.

Продолжая накапливать энергию (независимо от ее формы) в заданном объеме, как и в случае с резиновым листом, вы просто обязаны в конечном итоге столкнуться с проблемой. За пределами определенного порогового значения ничто не сможет остановить все большее искривление пространства-времени, даже если в него больше ничего не падает.

По мере продолжения искривления то, что началось с изгиба, постепенно сдавливается, вследствие чего плотность внутри повышается, образуя порочный круг, неумолимо ведущий к коллапсу пространства-времени, коллапсу, усугубленному бесконечностями, с которыми общая теория относительности не может справиться. Такие бесконечности называются сингулярностями. Они не то же самое, что виденные вами ранее квантовые бесконечности. Они не имеют ничего общего с квантовыми процессами. Они возникают, когда в слишком малом объеме скапливается слишком много массы или энергии. Они локализованы. И возможность их существования возвещает крах теории гравитации Эйнштейна.

В конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века, когда практически все сходили с ума, слушая психоделическую музыку либо выискивая новые фундаментальные частицы, английские физики-математики Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг доказали посредством набора получивших известность теорем, что такие коллапсы обязательно происходят во вселенной, управляемой в больших масштабах общей теорией относительности. С помощью своих теорем они показали, что общая теория относительности Эйнштейна имела весьма скромные характеристики предсказания собственной гибели.

Подобно тому как Ньютону требовалась более полная теория для объяснения движения Меркурия, стало ясно, что теорию Эйнштейна необходимо расширить хотя бы для того, чтобы объяснить эти коллапсы.

Где они происходят? – задаетесь вы вопросом. Можно ли найти их в природе или они – чисто теоретические фантазии?

Они реальны, и я уверен, что вы знаете, где их найти.

Одна такая сингулярность, мать всех остальных, лежит в прошлом Вселенной, когда вся ее энергия заключалась в катастрофически малом объеме.

В некотором смысле наша Вселенная родилась из такой сингулярности, и с тех пор пространство и время стали тем, чем являются сегодня.

Еще одна сингулярность лежит глубоко внутри всех черных дыр, усеивающих Вселенную.

Вопреки тому, что думают многие, черные дыры являются противоположностью пустых отверстий: они рождаются тогда, когда из-за какой-то катастрофы слишком много материи оказывается вдавленной в слишком малый объем. Как вы услышите позже, такой процесс может вызвать смерть гигантской звезды.

Вопрос, одновременно мучающий и будоражащий множество блестящих умов с момента появления теоремы Пенроуза – Хокинга, заключается в следующем: раз сингулярности, вероятно, случаются в природе, каким образом можно хотя бы представить себе, что происходит внутри них? Как можно даже подумать о местах, где пространство и время больше не имеют смысла? Какая теория может быть использована для исследования таких катастрофических коллапсов?

Теория, включающая в себя мега– и микромир.

Раз и черные дыры, и источник происхождения Вселенной состоят из огромного количества материи и энергии, ограниченного весьма малым объемом, ответ должен включать в себя теорию, смешивающую гравитационные и квантовые процессы.

Независимо от выбранной нами для понимания Вселенной теории, лучшей, чем у Эйнштейна, она должна включать в себя квантовые аспекты гравитации, то есть пространство-время.

Пенроуз и Хокинг доказали, что теория гравитации Эйнштейна имеет ограничения, что она не может объяснить всю Вселенную ни в прошлом, ни в настоящем: она терпит крах еще до достижения рождения пространства-времени, еще до того, как кто-то займется исследованиями того, что находится на дне современных черных дыр.

С учетом вышесказанного можно было бы подумать, что вся вина за трудность нахождения квантовой теории гравитации лежит на гравитации, детище Эйнштейна. Но вы видели, что это не так. Есть также и проблемы, связанные с квантовым видением мира.

Тем не менее, какой бы трудной ни казалась задача, но сейчас вы попытаетесь смешать обе теории, ибо настало время нырнуть в черную дыру.

Глава 7

Серый – это новый черный

Учитывая ситуацию, вы чувствуете себя необычайно хорошо.

Вы не эфирное тело, вы не можете посмотреть сквозь себя, и ваши руки, ноги и все остальное положительно реагирует на приказы двигаться. Вы – плоть, кости и кровь, и ваше сердце бьется как обычно. Небольшая боль в шее подтверждает: вы чувствуете то же, что на Земле. Но находитесь в космическом пространстве. Ваш гид-робот вместе с жестяным желтым корпусом и трубой для выброса частиц летит рядом, такой же материальный и реальный, как и вы.

Вы оглядываетесь вокруг.

Футуристический аэропорт исчез. Вы ничего не узнаете, но догадываетесь, что должны находиться внутри какой-то галактики, недалеко от ее центра. Миллиарды и миллиарды звезд сияют как обычно. Везде. За исключением участка прямо перед вашими глазами, темного пятна пространства-времени, лишенного звезд.

Обогнав робота, вы понимаете, что участок темноты движется на фоне неподвижного фона звезд.

И он уже близко.

Висящая в пространстве пустота. Темная угроза, нависшая над всем и вся.

Вы знаете, что это такое.

Оно огромно, почти в 10 миллиардов раз больше массы Солнца. Но эта черная дыра ничем не напоминает ту, что вы видели в центре Млечного Пути. Тут нет окружающего ее пылающего кольца. Так же как поблизости нет и собирающейся упасть туда звезды. Это черная дыра уже сожрала и переварила все бывшие когда-то рядом звезды, равно как и почти весь космический мусор.

Теперь она абсолютно чиста. У нее нет никакой пищи, кроме случайно влетающих в нее метеоритов, сбившихся с курса в результате отдаленных катастроф. Некоторые из них находятся на пути в нее.