Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Торн писал диссертацию в Принстоне под руководством Джона Уилера[350]. Уилер поставил интересный вопрос: схлопнется ли цилиндрический пучок линий магнитного поля под воздействием собственной силы гравитации? Линии магнитного поля отталкиваются друг от друга, и после сложных расчетов Торн доказал, что схлопывание цилиндрического магнитного поля невозможно. Это повлекло другой вопрос: почему тогда сферические звезды, также пронизанные линиями магнитного поля, могут схлопнуться и стать черными дырами? Торн показал, что только действуя во всех направлениях гравитация способна преодолеть внутреннее давление. Представьте себе обруч, при раскручивании очерчивающий сферу. Любое сжимающееся тело массой М может стать черной дырой только при условии, что вокруг него можно раскрутить обруч с окружностью 4?GM / c

² (где G – гравитационная постоянная, а с

 – скорость света). Гипотеза обруча сделала Торна суперзвездой, едва он окончил аспирантуру.

В середине своего четвертого десятка Торн стал соавтором эпохального учебника «Гравитация» и начал череду пари со Стивеном Хокингом. Сооснователь LIGO, Торн проявлял огромный интерес к открытиям гравитационных волн. Он знал, что гравитационные волны с наиболее ярко выраженными характеристиками порождаются слиянием двух черных дыр. Проблема заключалась в том, что рассчитать наимощнейшую часть сигнала перед самым слиянием можно только с помощью компьютеров, поскольку, как и со многими ситуациями в общей теории относительности, уравнения не имеют точного решения. Однако в те времена компьютерное моделирование было чрезвычайно несовершенно.

Мы были убеждены, что должны располагать результатами компьютерного моделирования к моменту, когда, возможно, начнем видеть гравитационные волны с помощью LIGO. Но в 1990-х гг. в этой области имелись огромные проблемы. Выдающиеся специалисты по теории вычислений могли столкнуть две черные дыры лоб в лоб, но, когда они пытались заставить черные дыры совершать орбитальное движение относительно друг друга, как это происходит в природе, компьютеры отрубались до завершения первого же оборота. К 2001 г. я встревожился, потому что предполагал, что продвинутая LIGO будет готова к началу 2010-х гг., через десятилетие. Было совершенно не очевидно, что к тому времени моделирование будет доступно[351].

Поэтому Торн отвлекся от текущего управления проектом и организовал в Калтехе и Корнелле группу по численному релятивистскому моделированию.

Торн – талантливый популяризатор науки. Он умеет объяснить доступным языком головоломные идеи[352]. Будучи публичным представителем LIGO, он смог убедить профессиональных политиков, не имеющих научной подготовки, потратить почти миллиард долларов на постройку двух огромных устройств, созданных для регистрации гипотетических невидимых волн – настолько слабых, что они способны лишь сдвинуть атомы на крохотные доли их величины.

Благодаря близости к Голливуду Торн привлекался к проектам, где главную роль получала гравитация. В начале 1980-х гг. Карл Саган свел его с продюсером Линдой Обст и использовал его опыт для изображения путешествия через кротовую нору в фильме «Контакт». Обст вспомнила о нем, работая над «Интерстеллар» с режиссером Кристофером Ноланом. В фильме гигантская вращающаяся черная дыра Гаргантюа замедляла время, и Торн помог аниматорам добиться научной точности ее изображения. Визуализация некоторых кадров потребовала 100 часов работы, данные для фильма почти достигли миллиона гигабайт. Благодаря моделированию Торн даже совершил научное открытие, которому посвятил несколько статей[353]. Он считает, что картина получилась красивой, но убежден, что она красива в том числе потому, что правдива (илл. 60).

Взгляд на Вселенную глазами гравитации

Почти ежедневно через ваше тело проходит волна пространства-времени, возникшая в результате слияния черных дыр где-то во Вселенной. Она может прийти сверху, сбоку или из-под ног. Вы занимаетесь своими делами, не подозревая о вторжении. Когда волна прокатывается через вас, вы на миг становитесь чуточку выше и тоньше, затем чуточку ниже и толще, и картина повторяется. Через несколько десятых долей секунды вы вернетесь к обычному состоянию.

Это заставляет вспомнить слова романиста и поэта Джона Апдайка, сказанные в адрес другого призрачного посланца космоса, нейтрино[354]: