Итоги № 6 (2014)

Стивен Хокинг, некогда убедивший весь мир в существовании черных дыр, теперь объявил их несуществующими

 

Пожалуй, никто не играет с Вселенной и ее законами так легко и непринужденно, как прикованный к инвалидному креслу Стивен Хокинг. Во второй половине прошлого века он стал одним из самых активных участников создания теории черных дыр — сверхмощны х космических «пылесосов», втягивающих в себя все, что подвернется на пути. Для ученых эти объекты не только загадочны, но еще и невероятно интересны, ведь с их помощью, как в гигантской лаборатории, можно довольно успешно изучать гравитационные эффекты, природа которых до сих пор не до конца понятна.

Именно Хокинг в 1975 году дал этим сверхэгоистичным объектам, которые могут лишь забирать, ничего не отдавая взамен, право на частичную реабилитацию, уточнив: на самом деле черная дыра все-таки может излучать, и виной тому квантовые эффекты, возникающие вблизи своеобразной границы черной дыры — горизонта событий. А теперь ученый пошел на попятную и опубликовал на сайте библиотеки Корнеллского университета прорывную статью, из которой следует, что черных дыр в их классическом понимании и вовсе не существует. Астрофизики, которые упорно ищут эти объекты во Вселенной, мягко говоря, ошарашены. Напомним, что в конце 2013 года европейский исследовательский совет выписал грант на 14 миллионов евро команде проекта BlackHoleCam («Камера черной дыры»), цель которой — сделать первые в мире фотографии этого объекта. В поисках черных дыр бороздит просторы Вселенной и российский орбитальный телескоп «Радиоастрон». И что же теперь — отменять сенсацию?

Ничто, в котором всё

Согласно традиционным представлениям каждая черная дыра обладает точкой гравитационной сингулярности — там значения величин, описывающих гравитационное поле, становятся неопределенными. Эту точку окружает невидимая граница — тот самый горизонт событий, гипотетическая сфера, внутри которой действующие гравитационные силы достигают такой величины, что ничего не может ее покинуть — ни материя, ни энергия, ни информация. Даже фотон, двигающийся со скоростью света, не может вырваться из внутренней области черной дыры. Размер этой области пространства определяется радиусом, который носит труднопроизносимое имя Шварцшильда. Так звали выдающегося немецкого астрофизика, который в 1916 году предсказал существование у черных звезд критического радиуса, и это стало его последним открытием: в том же году Шварцшильд скончался. Интересно, что эту фундаментальную работу он написал во фронтовом госпитале в России, где находился по поводу полученного на фронтах Первой мировой тяжелого заболевания, от которого так и не оправился. Гравитационный радиус коллапсирующей звезды назвали в его честь.

Но в 1973 году советские ученые Алексей Старобинский и Яков Зельдович математически доказали, что вращающиеся черные дыры могут иметь слабое излучение. Через год Хокинг представил решение для общего случая. Из его расчетов следовало, что снаружи черной дыры в ближайших окрестностях горизонта событий возможно образование реальной пары «частица — античастица». При этом античастица, падающая внутрь сферы, будет уменьшать массу черной дыры, а частица, улетающая от горизонта событий в сторону наблюдателя, — создавать видимое тепловое излучение. Это таинственное явление назвали излучением Хокинга.

При этом получалось, что спектр такого излучения подобен излучению абсолютно черного тела, а температура обратно пропорциональна массе черной дыры. С точки зрения квантовой механики это означает, что черная дыра теряет информацию о том, что поглотила. Иначе говоря, бедолага, попавший в окрестности черной дыры, рискует исчезнуть без следа. Это окончательно запутало ситуацию: такой эффект, если он существует, противоречит постулату о сохранении информации, одним из проявлений которого служит закон сохранения энергии. Это явление получило название информационного парадокса черных дыр.

Теперь же Стивен Хокинг провозглашает, что на самом деле никакого горизонта событий нет — есть лишь некий видимый горизонт, который, по его мнению, только временно задерживает материю, энергию и информацию, после чего снова может выпустить их, но уже в сильно искаженном виде. По сути, видимый горизонт представляет собой некую поверхность, которая сдерживает лучи света, пытающиеся покинуть черную дыру. Стремясь удержать внутри себя свет, горизонт событий со временем бы сокращался и исчез, а видимый горизонт будет разбухать до тех пор, пока не выплюнет в космическое пространство все, что до этого проглотил. Хокинг даже сравнил астронавта, который попадет в окрестности такого объекта и вылетит из него, со спагетти.

Но эта картина совсем не соответствует тому, что мы привыкли понимать под черной дырой. Ведь у такого объекта уже не может быть того мощного гравитационного ядра, без которого дыра не дыра, и, соответственно, не должно быть точки сингулярности, где способно пропадать все, что туда попало. Так что же это тогда за объекты?