Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Даже если бы коварный робот вооружил вас самыми мощными из изобретенных ракетных двигателей, это бы ничего не изменило.

Вне зависимости от мощности двигателя, как только бы вы попытались двигаться вверх по направлению к горизонту черной дыры, то почувствовали бы, как вас растягивает на скользкой, натянутой ткани пространства-времени, словно беспрерывно работающая беговая дорожка, чья скорость всегда превышает вашу с огромным отрывом, увлекает вас вниз.

По мнению Пенроуза и Хокинга, вас затянула сингулярность пространства-времени, лежащая где-то там внизу, сингулярность, которую никогда не будет видно из космоса. Ни одному лучу света не позволено проникнуть за горизонт, сингулярность скрыта им. Там, внизу, само представление о пространстве и времени ломается, так же как за некоторое время до Большого взрыва. Никто никогда не мог проникнуть в сердце сингулярности и выйти, чтобы рассказать о ней. Такие места, по-видимому, должны навсегда остаться под покровом тайны.

Согласно общей теории относительности, ни вы, ни какой-либо принадлежащий вам атом никогда не сможет выбраться оттуда.

Грустная мысль, особенно теперь, когда вы полностью разорваны, превратившись в длинную нить из всех частиц, составлявших ваше тело.

Да, мысль грустная, но общей теории относительности не стоит доверять там внизу.

Ибо мы должны помнить, что общая теория относительности не является квантовой теорией поля.

И в тот момент, когда это приходит вам в голову, надежда немедленно возвращается, и вы превращаетесь в мини-копию.

И ждете.

Сначала ничего не происходит.

А потом, как ни удивительно, вы видите, что все составляющие вас элементарные частицы исчезают.

Или выпрыгивают, если быть более точным.

По существу, они делают квантовый скачок.

И теперь они снаружи.

Снаружи черной дыры, где, к вашему счастью, они снова собираются в мини-копию вас.

И там вас встречает робот.

В данный момент вам очень хочется наброситься на него и попытаться вырвать из его корпуса металлическую трубу, мстя за тот выстрел, что увлек вас за горизонт черной дыры, но прежде, чем вы успеваете что-то сделать, раздается металлический голос робота:

– Я ждал тебя около 10 миллиардов лет. Я рад, что ты узнал меня.

И внезапно у вас пропадает решимость причинить ему боль. И, кроме того, есть более важные вещи для раздумий. Не в последнюю очередь о том, что вы только что пережили на примере гравитационных и квантовых полей, взаимодействующих друг с другом.

Все вокруг и звезды снова движутся незаметно медленно. 10 миллиардов лет действительно прошло с тех пор, как вы пересекли (извините, были вытолкнуты за) горизонт черной дыры. Вы смотрите на черное пятно пространства, из которого чудом спаслись. На первый взгляд, кажется, изменилось немного; но теперь, когда вы знаете, что искать, это похоже на то, как если бы убрали еще одну завесу, и вы действительно видите. Излучающиеся черной дырой частицы спасаются бегством, удаляясь от нее, и у вас появляется ощущение, что темный монстр испаряется.

Может быть, так происходит все время, понимаете вы, но вы просто не замечали. Но как такое может быть?

Как сказал однажды Ричард Фейнман: «Только тот действительно понимает феномен, кто может привести множество разных причин, чтобы он случился».

Таким образом, пока вы с роботом наблюдаете за ливнем высыпающихся в космос частиц, я приведу вам четыре причины, почему сквозь черные дыры протекают частицы. Все они связаны с процессом, с которым вы уже столкнулись.

Первая из них – самая простая.

Как вам известно, квантовые частицы могут заимствовать энергию из своего поля. И они могут делать это, даже находясь за горизонтом черной дыры. С помощью этой заимствованной энергии они некоторое время могут двигаться быстрее скорости света. Недолго, но достаточно для совершения квантового прыжка из зоны невозврата черной дыры. Это то, что сделали вы, будучи своей мини-копией. Это – квантовый процесс.

Все способы понять, что с вами случилось, являются квантовыми по своей сути, так что все они сопровождаются обычным предупреждением о вреде вашему здоровью, ибо, как и многое из того, что вы видели в квантовом мире, они могут показаться абсурдными.

Вторая причина – не исключение: можно сказать, что все провалившиеся сквозь горизонт черной дыры частицы одновременно не совершали этого. И делали, и не делали. Из всех возможных путей частица (рассматриваемая как волна) может выбрать упасть в дыру, и в большинстве случаев она промахнется, потому что за пределами черной дыры гораздо больше пространства, чем в ней. Удивительно, но эта тщательно разработанная идея заставляет черную дыру испаряться точно так же, как и первая причина выше.

Третья причина заключается в следующем: из-за разделяющего их горизонта вакуум за горизонтом черной дыры горизонта отличается от вакуума снаружи, так некая форма силы вакуума, эффект Казимира, заставляет горизонт вталкиваться внутрь, в результате чего черная дыра сжимается и испаряется. Это опять-таки каким-то чудом дает тот же результат, что и выше.

Четвертая и последняя причина, которую я здесь приведу, это та, что рождение пар частиц-античастиц происходит вблизи всех горизонтов черных дыр, причем античастицы сваливаются в дыру чаще, чем частицы; точно так же, как вокруг нас, как правило, частиц больше, чем античастиц. Перейдя горизонт, античастица обязана в конечном итоге аннигилировать с находящейся там частицей, заставляя их обеих исчезнуть, и снаружи остается только частица: частица, созданная вместе с античастицей, близнец частицы, аннигилировавшей внутри. Опять же это дает в итоге тот же результат.

Все эти квантовые эффекты вы наблюдали и прежде, но здесь они применяются в непосредственной близости от черной дыры. И все ведут к одному и тому же выводу: черные дыры испаряются. Они протекают.

Поэтому когда вы теперь смотрите на блеск черной дыры, то понимаете, что этот космический монстр черной дыры, на протяжении миллиардов лет поглощавший целые звезды, уже не черный, а серый. И сокращающийся.

Еще более удивительным является факт, что чем больше частиц она излучает, тем горячее становится, а чем жарче становится, тем больше частиц из нее выбрасывается. Замкнутый круг, неумолимо ведущий к ее смерти.

Смерть черной дыры.

Каким бы невероятным это ни показалось, черная дыра, на которую вы смотрите, сокращается, испуская некоторое излучение. Энергия пространства-времени, хранящаяся в ней в результате поглощения целых миров, теперь возвращается обратно в космическое пространство, частица за частицей в каждый момент времени, как будто, подобно радиоактивному распаду, существовавшие вокруг черные дыры лопаются, давая частицам второй шанс…

Все квантовые поля природы, возбуждаемые тем, что является не чем иным, как самым мощным гравитационным объектом, известным во Вселенной, в настоящее время используют это неожиданное золотое дно, чтобы наполнить себя энергией. По мере того как черная дыра становится все горячее и горячее, их фундаментальные частицы – до сих пор дремавшие – просыпаются и выходят наружу. Вы видите, как это происходит. И чем меньше становится черная дыра, тем сильнее возбуждение полей, тем более энергично выбрасываются из нее частицы. Гравитационная энергия в очередной раз преобразовывается в материю и свет.