Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Несколько лет Рэндалл отвергала концепцию дополнительных измерений, но участвовала в мозговых штурмах на тему бран в МТИ вместе с Раманом Сандрумом из Бостонского университета. Разработанный ими математический аппарат описывал пару вселенных, четырехмерные браны, слабо разделенные пятимерным пространством. Ученые обнаружили, что пространство между бранами деформировано, причем деформация может увеличивать и уменьшать тела или силы между бранами. Следовательно, гравитация может быть такой же сильной, как и другие силы одной браны, но если мы находимся в другой бране, то ощущаем гравитацию как чрезвычайно слабую (илл. 63). Затем Рэндалл и Сандрума ошеломила догадка: пятое измерение может быть бесконечным, и мы об этом не догадаемся. До этого момента физики принимали устоявшуюся точку зрения теории струн: считалось, что дополнительные измерения скручены так туго, что никакой эксперимент не позволит провести испытания. В теории Рэндалл и Сандрума они могут наблюдаться в экспериментах на ускорителях частиц[380].

Этот труд сделал их суперзвездами. Сандрум получил семь предложений работы. Результат превзошел все ожидания, особенно если вспомнить, какую тревогу вызывали у него эти идеи: «Это была умопомрачительная работа. У нас были причины для ужасных волнений. Всякий раз был отчетливый страх выставить себя полными дураками». Рэндалл стала первым «пожизненным» профессором теоретической физики в долгой истории Гарвардского университета, начала писать книги для массового читателя[381]

. Несколько больше хлопот доставляют регулярные приглашения выступить на тему женщин в науке. «Мне нравится решать простые проблемы, например, дополнительные измерения пространства, – невесело шутит она. – Все считают простой тему “женщины в науке”, но она намного сложнее»[382].

Браны имеют непосредственное отношение к черным дырам. Как мы увидели в главе 1, Стромингер и Вафа с помощью теории струн воспроизвели энтропию и излучение черных дыр, выведенные Стивеном Хокингом из классической физики. Обернув браны вокруг тесно скрученных областей пространственно-временного континуума, теоретики доказали, что могут вычислить массу и электрический заряд внутренней зоны черной дыры. Тот факт, что чистая математика, разработанная совершенно с другой целью, может использоваться для расчетов свойств «реальных объектов» – таких как черные дыры, был расценен как триумф теории струн.

Возможно, мы живем в трехмерном пузыре, плавающем в море мембран с пятью, шестью, семью или более измерениями[383]. Все это многообразие сведено в одно целое, которое называется мультивселенной. Она отличается от мультивселенной, описанной в конце последней главы и основанной на других пространственно-временных континуумах, которые могут следовать из квантовых вакуумных состояний, сосуществующих с Большим взрывом. Мультивселенная теории струн – это комплекс неведомых многомерных пространств, сосуществующих со Вселенной, в которой мы живем.

Более высокие измерения пока не были зарегистрированы ни в лабораторных экспериментах, ни на ускорителях частиц, и многие физики считают браны, как и струны, лишь хитроумными математическими построениями, мало связанными с реальностью. В некоторых кругах здоровый скептицизм превратился в резкое отторжение. Однако Рэндалл не теряет надежды. Гуру гравитации продолжает свою работу в неизведанных областях высшей математики. Пусть последнее слово останется не за физиком, а за лириком Э. Э. Каммингсом: «Слушайте, здесь по соседству есть чертовски хорошая вселенная, пойдемте!»[384]

Квазар у нас под боком

Черные дыры – это эволюционные тупики. Для массивной звезды это итог существования: больше никакая энергия не вырабатывается – и гравитация побеждает. Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик являются глубочайшими гравитационными колодцами в космосе. Они неуклонно растут и не могут голодать вечно. Мы заняли лучшие места в театре, где наблюдаем за эволюцией ближайшей массивной черной дыры – она находится в нашей собственной Галактике. Можно ли заглянуть в тот момент прошлого, когда Млечный Путь впервые засиял, и предсказать, когда он снова ярко засияет в будущем?

Лучший показатель активности – рентгеновское излучение, поскольку оно проходит сквозь газ и пыль диска Галактики, тогда как оптическое излучение поглощается и рассеивается. В течение 20 лет наблюдений через рентгеновские телескопы объект Стрелец А* по большей части вел себя очень спокойно. Каждые несколько месяцев происходят вспышки, менее чем на час делающие его в 5–10 раз ярче[385].