Сила пустоты: новые тайны черных дыр
Кроме обычного пения птиц и порхания мотыльков, минувший месяц принес несколько новых научных фактов о самом загадочном астрономическом объекте — черных дырах.
У редакторов научно-популярных журналов есть интересное ноу-хау: хочешь поднять продажи — поставь на обложку черную дыру. Интерес публики к этим странным штукам столь же велик, сколь и иррационален. При этом подобрать достойное фото героини для обложки совсем не просто. У человечества пока есть всего одна реальная фотография черной дыры, да и та довольно расплывчатая, что неудивительно, поскольку фотографируемый объект находился в 53 миллионах световых лет от Земли. Плюс кадры из далеко не нового фильма «Интерстеллар», плюс различного рода «фантазии художников». Сложно нарисовать то, чего нет, а черных дыр практически нет: они состоят из пустоты, кроме единственной точки в самой сердцевинке, о которой, впрочем, ничего не известно. Конечно же, очень странно всерьез интересоваться подобной пустопорожней штуковиной.
Но все равно интересно, причем не только публике, но и самым настоящим ученым. Недавно вышли сразу три новые работы, посвященные черным дырам.
Вращенье пустоты
Как было сказано выше, черная дыра устроена довольно просто: в ней ничего нет. Теперь можно надуть щеки и сказать то же самое гораздо сложнее: решение уравнений Эйнштейна, которое в 1916 году всего за несколько месяцев до своей смерти обнаружил немецкий астроном Карл Шварцшильд и которое описывает черную дыру, относится к классу «решений для пустого пространства». В сложной таблице, которая у Эйнштейна описывает распределение материи и ее движение, стоят сплошные нули. Нужно только удалить всего одну точку пространства, в которой уравнения уж точно не работают, потому что там получаются сплошные бесконечности и деление нуля на нуль. И вот в этой-то выпавшей точке должна находиться какая-то масса — вообще говоря, любая. Вот вам и рецепт черной дыры (собственно, когда на уроке физики учитель рассуждал про «материальную точку», с точки зрения строгой науки это не могло быть ничем иным, кроме как черной дырой).
Блюдо, которое готовится по этому рецепту, совершенно нечувствительно к выбору исходных продуктов: черная дыра, сделанная из схлопнувшейся в точку звезды, и другая дыра — из равной по массе горы сливочного мороженого*, не отличимы друг от друга. Собственно, кроме этой самой массы у них мало что есть: только электрический заряд и вращение. Заряд мало кого интересует, потому что он наверняка маленький (в космосе не так уж много сильно заряженных штук, из которых можно приготовить черную дыру). А вот вращение может быть большое, и к тому же оно сильно меняет нрав черной дыры, так что этот параметр очень интересует физиков. И вот несколько таких физиков придумали, как можно это вращение измерить, рассказав о своей идее на страницах журнала Nature.
* Примечание: образ черной дыры, сформированной из огромной горы пломбира, автор не придумал сам, а вычитал у какого-то физика-популяризатора, возможно, даже у Алексея Семихатова в его потрясающей книге «Все, что движется». Однако книга эта толстая, и проверять автору лень.
Вообще-то, вращение пустого места не то чтобы измерить, а и представить себе нельзя. Может быть, кому-то кажется, что он может себе представить вращение самой центральной точки, но это самообман: точки не вращаются, потому радиус точки — ноль, и какое бы вращение вы ей ни придали, ее «экватор» должен двигаться бесконечно быстро, а такого не бывает. Даже если вместо точки рассматривать «всю дыру», то есть область, окруженную таинственным «горизонтом», то и у этой воображаемой поверхности при определенном количестве вращения «скорость» достигнет скорости света, хотя вращаться там физически нечему. Это тревожит, и строгий расчет показывает, что вращение черной дыры и правда не может быть бесконечно большим: для дыры данной массы у вращения есть верхний предел.