Черные дыры доказали, что мы можем увидеть невидимое и представить непостижимое
Черные дыры захватывают все, с чем сталкиваются. От субатомных частиц до звезд, твердых тел, газов, жидкостей и даже света — все, что в них падает, пропадает. И точно так же черные дыры захватывают популярное воображение. Размышления о космосе с тех пор, как люди впервые увидели точки света, украшающие ночное небо, заставляют ум воображать вещи, которые невозможно увидеть здесь, на Земле. И черные дыры расширяют воображение больше, чем любое другое чудо астрономии.
Как выглядит черная дыра?
Черная дыра — это космический пылесос, всасывающий звездную пыль в самую бездонную пропасть, искривляющий пространство-время, вызывающий непреодолимое гравитационное притяжение, небытие, которое может стереть все с лица земли.
Это дыра в космосе. Черная — потому что свет не может избежать ее притяжения. И поэтому невидимая. Невообразимая.
И все же черные дыры пытались себе представить — еще до того, как узнали, что они существуют на самом деле. В 1784 году английский геолог и священнослужитель (и астроном-любитель) Джон Мичелл предположил, что для большой и достаточно плотной звезды ньютоновская гравитация будет слишком сильной, чтобы свет мог ее покинуть. Он полагал (как и Ньютон), что свет — это поток частиц (тогда многие так считали). Мичелл подсчитал, что скорость легких частиц будет недостаточной, чтобы избежать гравитации звезды такой же плотной, как солнце, но в 500 раз превышающей ее диаметр. «Свет таких не сможет к нам прийти», писал он.
Примерно через десять лет французский математик Пьер-Симон Лаплас также предположил, что в космосе могут существовать «невидимые тела». Лаплас вообразил звезду с плотностью Земли и в 250 раз шире солнца. Ее ньютоновское гравитационное притяжение не позволило бы свету покинуть поверхность. «Таким образом, самые большие тела во вселенной могут быть невидимыми по причине их размеров», заявил он.
Настоящие же черные дыры возникают не из ньютоновской гравитации, а из теории гравитации Эйнштейна — общей теории относительности. Эйнштейн спрятал черные дыры (даже от самого себя) в своих уравнениях. Но немецкий астроном Карл Шварцшильд использовал эту концепцию во время Первой мировой войны, незадолго до смерти после болезни на русском фронте. Шварцшильд, однако, не смог вообразить, что звезда может сжаться до такой степени, что превысит плотность, необходимую для того, чтобы сделать ее невидимой. Этот подвиг воображения осуществили Роберт Оппенгеймер и Хартленд Снайдер в 1939 году (в том же году, когда Эйнштейн опубликовал работу, в которой отрицал возможность существования черных дыр). Оппенгеймер и Снайдер рассчитали, что достаточно массивная звезда может коллапсировать под действием собственной гравитации. «Тем самым звезда закроется от любой связи с удаленным наблюдателем; останется только гравитационное поле», писали они.
Вскоре Оппенгеймер занялся Манхэттенским проектом по созданию атомной бомбы, и никто не обращал особого внимания на его коллапсирующие звезды до 1960-х годов. В декабре 1963 года их обсудили на симпозиуме в Далласе, а еще через несколько недель — на встрече в Кливленде. Кто-то даже произнес фразу «черная дыра», чтобы сослаться на них.
Но это название не было популярным до тех пор, пока Джон Арчибальд Уилер не произнес его в выступлении в 1967 году. Затем началось серьезное научное исследование черных дыр. Стивен Хокинг изучал их, показывая, что они могут испускать слабую форму излучения, которое было названо в его честь. Астрономы занялись поисками черных дыр, собирая впечатляющие доказательства того, что те действительно существуют, опираясь на движение звезд и других веществ в окрестностях черных дыр. (На самом деле, Мичелл предложил именно такой подход для обнаружения присутствия невидимой звезды). В 2016 году гравитационные волны предоставили точное доказательство столкновения двух черных дыр.
Сейчас почти никто не сомневается, что они существуют. Но хотя Мичелл, Оппенгеймер, Уилер, Хокинг и многие другие представляли, какой должна быть черная дыра, никто из них никогда ее не видел.
И вот, буквально в апреле, коллаборация Event Horizon Telescope представила изображение: темнота черной дыры, окруженной светом в ее окрестностях. Это изображение подтверждает то, что уже было известно: что черные дыры — это не просто плод воображения, это истина, изначально представленная умами, проникнутыми неким научным духом, верой в способность открывать космические явления, не бывая в космосе.
История науки помнит другие случаи воображаемых явлений, которые бросают вызов воображению еще до своего открытия. Поль Дирак представлял себе антивещество еще до того, как его нашли в природе. Александр Фридман вообразил расширение Вселенной до того, как астрономические наблюдения это подтвердили. Древнегреческие философы представляли атомы за 2500 лет до того, как микроскопия стала достаточно сложной, чтобы их сфотографировать. Все эти удачные фантазии расценивались некоторыми как оскорбление здравого смысла или обычной логики. Их подтверждения, как и с новым изображением черной дыры, подтверждают урок о том, что очевидная абсурдность — не убедительный аргумент против существования явления.
Возможно, тот факт, что человеческое воображение пришло к существованию черных дыр, несмотря на их абсурдность, является одной из причин, по которой черные дыры очаровывают любого, кто о них думает. Черная дыра стала доказательством существования невероятно непостижимых астрономических явлений.
| Карта сайта: