Pod koniec lat 60. jeden z najsłynniejszych fizyków ubiegłego wieku, John Wheeler (1911-2008), wystąpił w popularno-naukowym programie radiowym BBC. Długo i barwnie mówił o różnych kosmicznych cudach, a na koniec zwrócił się do bolesnego dla niego pytania o wszelkiego rodzaju „niepoprawne obserwacje i mityczne obiekty”.
Tutaj pewien amerykański naukowiec ochoczo rzucił się na hipotezę o istnieniu „zamrożonych” (ciemnych, zamarzniętych) gwiazd, co szczególnie mu się nie podobało. Wyrażając pogardę dla tych „fizycznych i matematycznych fantazji”, nazwał je „czarnymi dziurami”. Tak więc lekką ręką Wheelera przenośny termin „czarna dziura” pojawił się w mediach, a następnie w pracach naukowych.
Bezdenne zapadliska czasoprzestrzeni
Dziś nazywamy czarną dziurę wynikiem najbardziej niesamowitego zjawiska naturalnego - upadku „wewnątrz siebie” masywnych ciał niebieskich. Z łaciny collapsus oznacza „upadły”, dlatego astronomowie często nazywają czarne dziury „kolapsarami”. Mają tak super silny „koncentrator” pola grawitacyjnego, że nic, łącznie ze światłem, nie może z nich uciec.
Historycznie rzecz biorąc, czarne dziury poprzedzały ciemne gwiazdy odkryte „na czubku pióra” przez brytyjskiego astronoma Johna Michella (1724-1793). Opierając się na teorii powszechnego ciążenia Newtona, Michell opisał takie gwiazdy, których siła grawitacji zatrzymywała nawet promienie światła. Oczywiście nie sposób byłoby zauważyć tak całkowicie czarną gwiazdę. Michell przedstawił swoje obliczenia na jednym ze spotkań Royal Society of London w 1784 roku i natychmiast znalazł się pod ostrzałem. Przecież ówczesna astronomia nie znała takich zjawisk!
Tak więc idea ciemnych gwiazd lub, jak się je dziś nazywa, czarnych dziur Newtona, przez długi czas była zakopana w archiwach naukowych. Pamiętano o tym dopiero w epoce Alberta Einsteina (1879-1955) i jego teorii powszechnego ciążenia. Teoria Einsteina powiązała grawitację z krzywizną przestrzeni i natychmiast przyciągnęła uwagę wielu fizyków.
Film promocyjny:
Jego kolega z Berlińskiej Akademii Nauk Karl Schwarzschild (1873-1916) był w stanie wykazać, że czasami bardzo skoncentrowane gigantyczne masy mogą tworzyć rodzaj bezdennego lejka czasoprzestrzeni.
Niesamowite rzeczy musiałyby się wydarzyć w pobliżu zawalenia Schwarzschilda: serce człowieka zaczynało bić coraz mniej, jego zegar byłby beznadziejnie opóźniony, a światło wokół stawało się czerwone. Sam przepływ czasu zwolniłby, aż do zestalenia w pobliżu warunkowej granicy czarnej dziury, jak rzeka zamarznięta. Cóż, co zobaczymy w czeluściach zawalenia się?
Niestety, dzieją się tam tak dziwne rzeczy, że po prostu nie sposób ich popularnie opisać. Jednak, chociaż wielu fizyków spiera się o wewnętrzną strukturę czarnych dziur, teoretycznie znaleźli już zastosowania.
Metro między galaktykami
Ponad 30 lat temu słynny astronom i pisarz science fiction Carl Sagan postanowił napisać powieść o podróżach międzygwiezdnych i jednocześnie nie oddawać się pustym fantazjom, ale stworzyć „prawdziwy” międzywymiarowy tunel na kartach swojej książki. Aby omówić szczegóły, zwrócił się do wybitnego fizyka teoretycznego Kipa Thorne'a, który entuzjastycznie zabrał się do pracy.
Thorne i jego współpracownicy przekonująco udowodnili matematycznie, że kanał czasoprzestrzenny można nie tylko sztucznie stworzyć, ale także utrzymywać w stanie „roboczym”. Powstały w ten sposób „tunel czasoprzestrzenny” połączyłby nie tylko odległe zakątki naszej Galaktyki, ale także przestrzenie metagalaktyczne.
Współpraca Sagana i Thorne'a zaowocowała bestsellerem science fiction Contact, który wkrótce stał się podstawą bardzo zabawnego filmu o tym samym tytule. Pomiędzy galaktykami naprawdę istnieje rodzaj „metra”, po którym podróżuje główny bohater. W międzyczasie Wheeler skrytykował nie tylko czarne dziury, ale także wszelkiego rodzaju przejścia podprzestrzenne między nimi. Z wielkim sarkazmem nazwał je „tunelami czasoprzestrzennymi”, „tunelami czasoprzestrzennymi”. To po prostu niesamowite, ale te wyrażenia najpierw weszły do leksykonu dziennikarzy, a następnie przeniosły się do prac naukowych.
Literatura science fiction często mówi o najbardziej egzotycznych sposobach przekraczania przestrzeni i czasu. Nawet swego rodzaju taktyka przyszłych „gwiezdnych wojen” narodziła się, kiedy bojowa flota Ziemian „nurkuje” w podprzestrzeni czarnej dziury i nagle wyłania się u podstaw wrogich kosmitów, błyskawicznie rzucając miliardy parseków.
Jednak sądząc po obserwacjach astronomicznych, czarne dziury będą wymagały tytanicznych wysiłków, aby je „oswoić”, ponieważ są to najniebezpieczniejsze obiekty kosmiczne, które tworzą „relief” Wszechświata.
„Kosmiczni kanibale”
Astronomowie często rejestrują potworne wybuchy energii pochodzące z odległej przestrzeni. Mogą to być echa dramatycznych procesów śmierci planet i gwiazd w lejach krasowych czarnych dziur. Kosmiczne potwory rozrywają gazowe ciało przypadkowo zbliżającej się gwiazdy i całkowicie „połykają” mniejsze ciała niebieskie - planety, komety i asteroidy.
Czarna dziura przyciąga stronę blisko lecącej gwiazdy, zwróconą do niej znacznie silniej niż przeciwną stronę. Ta potężna siła pływowa rozciąga gwiazdę i powoduje, że gaz spada z gwiazdy do czarnej dziury. Astronomowie doszli do wniosku, że czarne dziury nie rodzą się jako ogromne, ale stopniowo rosną z powodu gazu i gwiazd galaktyk.
Wśród czarnych dziur są również duże fidgets, szybko poruszające się wewnątrz gwiezdnych wysp galaktyk. Wraz ze swoimi siedzącymi odpowiednikami, ci "kosmiczni kanibale" nieustannie nie tylko pożerają układy planetarne, takie jak nasz słoneczny, ale także połykają chmury pyłu i gazu rozciągające się między gromadami gwiazd.
Astronomowie od dawna zauważyli, że w mniejszych galaktykach czarne dziury są mniej masywne, a ich masa przekracza kilka milionów mas Słońca. Czarne dziury w centrach gigantycznych galaktyk zawierają miliardy mas Słońca - faktem jest, że ostateczna masa czarnej dziury powstaje podczas formowania się galaktyki. W niektórych przypadkach czarne dziury powiększają się nie tylko przez pochłanianie gazu z pojedynczej galaktyki, ale także przez łączenie galaktyk, co powoduje łączenie się ich czarnych dziur.
W samym centrum Drogi Mlecznej znajduje się jądro naszej Galaktyki, w którym ukryty jest tajemniczy obiekt Sagittarius A *. Astronomowie uważają, że jest to główny pretendent do roli czarnej dziury o masie około czterech milionów mas Słońca.
Okresowo ten nasz lokalny „kanibal” pożera tę lub inną gwiazdę. Następnie specjalne teleskopy rentgenowskie rejestrują „krzyk śmierci” luminarza w postaci impulsu rentgenowskiego. To z jego pomocą w gabinecie rentgenowskim badane są nasze narządy wewnętrzne.
Jednak czarne dziury mogą być dość spokojne, tworząc układy podwójne ze zwykłymi gwiazdami. Jednak ta sielanka również kończy się tragicznie i po setkach milionów, a może miliardach lat odległość między czarną dziurą a gwiazdą zostanie zredukowana do krytycznej granicy. Ruch gwiazdy stanie się niestabilny i po kilku obrotach wokół czarnego potwora zniknie w swoim łonie.
Tajemnica meteorytu Tunguska
Zasadniczo można również stworzyć sztuczną czarną dziurę. Aby to zrobić, konieczne jest ściśnięcie dowolnej masy do rozmiaru promienia grawitacyjnego (promień kuli, na której siła grawitacyjna wytworzona przez masę wewnątrz tej kuli dąży do nieskończoności), a następnie sama zacznie się katastrofalnie kurczyć - zapadać.
To prawda, że jest to bardzo trudne, ponieważ im mniejsza masa, tym mniejszy promień grawitacji. Na przykład promień grawitacyjny Ziemi wynosi około jednego centymetra, a aby zamienić księżyc w czarną dziurę, należałoby go skompresować do rozmiaru dużej cząsteczki.
Niemniej jednak, przy pomocy modeli mikroskopijnych otworów lub, jak się je częściej nazywa, mikrokolapsarów, czasami próbują wyjaśnić różnego rodzaju tajemnicze zjawiska. Istnieje więc hipoteza, że słynny meteoryt Tunguska był niczym innym jak miniaturową czarną dziurą wędrującą przez bezmiar Wszechświata.
Można oczywiście po prostu odrzucić takie wynalazki, ale tutaj pojawiają się ciekawe szczegóły: całkowity brak pozostałości meteorytu, niezwykły charakter eksplozji i sprzeczne obserwacje toru lotu.
Istnieją pomysły, że taki mikrokolap-sar miał całkowicie ziemskie pochodzenie. Faktem jest, że to podczas upadku meteorytu Tunguska wielki amerykański wynalazca Nikola Tesla (1856-1943) przetestował pewien rezonator falowy na niesamowitej wieży Wondercliffe, która za pomocą „stojących fal eteru elektrycznego świata” miała przesyłać energię po całej planecie.
Miejskie legendy mówią, jak kolosalny plazmoid przeleciał nad Podkamennaya Tunguska, natychmiast zapadając się w czarną mini-dziurę. Ten proces spowodował huragan energii, zarejestrowany jako cud Tunguska.
Istnieje również wersja tej hipotezy, w której sam meteoryt Tunguska był właśnie miniaturową czarną dziurą, która przeniknęła naszą planetę z dużą prędkością.
Jak wiarygodne są wnioski fizyków teoretycznych? Czy rzeczywiście w czasoprzestrzeni istnieją tunele robaków, czy jest to tylko rodzaj „fizycznej i matematycznej fantazji”? I najważniejsze pytanie: czy można zaproponować jakieś rzeczywiste eksperymenty w celu stworzenia sztucznych tuneli podprzestrzennych prowadzących do przestrzeni o innych wymiarach?
Czy LHC to maszyna zagłady czy generator mikrokolapsa?
Obliczenia pokazują, że mikroskopijne czarne dziury mogą powstawać w eksperymentach na akceleratorach cząstek, takich jak dobrze znany Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) wystrzelony w CERN.
Zasada działania LHC jest teoretycznie dość prosta: wyobraź sobie rurę, w której dwa gigantyczne działa strzelają do siebie specjalnymi pociskami - cząstkami elementarnymi tworzącymi atomy. Kiedy te mikroskopijne pociski się spotykają, rozpraszają jak fajerwerki wszelkiego rodzaju fragmenty, wśród których mogą znajdować się mikroskopijne czarne dziury.
Jeśli fizycy z LHC odkryją te mikro-obiekty, wówczas naukowe odczucie znacznie przewyższy niedawne odkrycie „boskiej cząstki” - bozonu Higgsa.
Niektórzy naukowcy uważają, że mikro-kolapsy to bardzo niebezpieczne obiekty, które mogą doprowadzić do katastrofy planetarnej. Uruchomieniu LHC towarzyszyły protesty, a grupa fizyków pozwała nawet CERN jako organizację zagrażającą ludzkości śmiertelnym niebezpieczeństwem.
W końcu namiętności nieco opadły, gdyż fizycy jasno pokazali, że co chwila lawiny cząstek kosmicznych spadają na powierzchnię Ziemi, znacznie przekraczając energię produktów zderzenia w LHC. Niemniej jednak strumienie promieni kosmicznych o ultrawysokich energii nie stanowią zagrożenia i nie generują mikroskopijnych czarnych dziur.
Z drugiej strony modele komputerowe pokazują, że gdyby Ziemię nawiedziła mini-dziura, to natychmiast spadłaby ona do środka naszej planety i zaczęłaby się wokół niej obracać, pochłaniając magmę. Ale bez względu na to, jak złowieszczy może się ten proces wydawać, zajmie kilka miliardów lat, zanim w jakiś sposób ujawni się na powierzchni. Jest więc całkiem możliwe, że od dawna żyjemy z czarną dziurą pod stopami …
Przyszłość wszechświata i życia w czarnej dziurze
Nie wiadomo, czy ludzkość będzie istnieć za miliardy lat, ale w optymalnej wersji astronomowie odległej przyszłości będą mogli obserwować zupełnie inną Metagalaktykę - widzialny Wszechświat. Większość gwiazd wypali się, a podobne do słońca luminarze zamienią się w supergęste karły. Jednocześnie bardziej masywne gwiazdy staną się czarnymi dziurami, które są jeszcze mniejsze i mają tak silne pole grawitacyjne, że nawet światło nie może go pokonać.
Jednak te pozostałości będą nadal krążyć wokół centrum galaktyki przez okres około 100 milionów lat. Zderzenia między pozostałościami wyrzucą część z nich z galaktyki. Reszta osiądzie na orbitach bliżej środka i ostatecznie połączą się, tworząc gigantyczną czarną dziurę w centrum Galaktyki, która pewnego dnia pochłonie całą materię.
Co to będzie - koniec życia i rozum w naszym Wszechświecie?
Nie spieszmy się, ponieważ niektóre współczesne teorie przewidują, że nawet w strasznych głębinach czarnych dziur mogą istnieć całe planety, obracające się w nieskończoność wokół centralnego punktu. Według wstępnych obliczeń planety takie mogą być nawet jasno oświetlone dzięki fotonom uwięzionym z zewnątrz w pułapce dziury i obracającym się razem z innymi ciałami na tej samej stabilnej orbicie.
Do rozwiązania pozostaje tylko ostatnie pytanie: czy życie może istnieć na planetach czarnej dziury? Według niektórych teoretyków jest to możliwe. Co więcej, uciekając przed kosmicznymi kataklizmami, nasza przyszła wysoko rozwinięta cywilizacja może znaleźć prawdziwe schronienie w głębinach supermasywnej czarnej dziury, która zajmuje rdzeń Drogi Mlecznej.
Oczywiście kolonizatorzy czarnych dziur będą musieli rozwiązać szereg ambitnych zadań, takich jak przeciwdziałanie kolosalnym siłom pływowym i ochrona przed najsilniejszym strumieniem promieniowania. Jednak z punktu widzenia ewolucji rozumu cywilizacja, której udało się przeniknąć do czarnej dziury, będzie miała naprawdę wspaniałe technologie, które mogą rozwiązać najbardziej fantastyczne problemy.
Być może za kilka tysiącleci cywilizacja ludzka będzie miała pełną swobodę otwierania portali do innych światów. W tym przypadku może pojawić się wiele opcji: tunele czasoprzestrzenne między odległymi częściami naszej Galaktyki, tunele podprzestrzenne między galaktykami na samym krańcu Wszechświata, mosty między przeszłością a przyszłością, tunele czasoprzestrzenne do innych światów.
Wówczas ludzkość przyszłości nie boi się żadnych kosmicznych katastrof i będzie mogła swobodnie podróżować po różnych wszechświatach, wybierając dogodne siedlisko. Co więcej, po ustaleniu, w jaki sposób rodzą się wszechświaty i dlaczego mają one różne właściwości, supercywilizacja może zacząć szukać gotowych przez gardła czarnych dziur i tworzyć nowe światy, bardziej przystosowane do życia i nie podlegające wszelkiego rodzaju kataklizmom.
Więc co kryją w sobie czarne dziury? Droga do innych światów, bezgraniczna energia przyszłości, ostatni oddech Wszechświata czy cywilizacja innych światów?
Możliwe, że obecne pokolenie uczniów i uczniów zna odpowiedzi na niektóre z tych pytań. Możemy tylko czekać na ten ekscytujący moment, kiedy astronomowie w końcu będą mogli bezpośrednio rozpocząć badanie „kandydatów na kolapsy grawitacyjne”.
Oleg FAYG