Чудеса и катастрофы Вселенной

По мнению астрофизиков-революционеров, традиционная физика стыдливо умалчивает о проблемах, связанных с черными дырами, и тема уже давно стала кулуарной. Желая противостоять такому положению дел в науке, они заявляют, что взрыв звезды влечет за собой совершенно иные последствия, чем было принято считать раньше. Новые исследования стали частью долгих дебатов, которые ведутся с начала XX в., о том, являются черные дыры реальностью или вымыслом.

Массивная звезда заканчивает свою жизнь взрывом сверхновой, и если вес ее ядра в два раза превышает вес Солнца, то нет такой силы (по крайней мере, известной), которая помешала бы гравитационным силам сжать ее. В результате образуется так называемая сингулярность, при которой плотность вещества становится бесконечной, известные законы физики перестают действовать. Гравитационная сила сингулярности настолько велика, что ее границы — так называемый горизонт событий — не может преодолеть даже фотон, иначе говоря, свет.

Сама возможность существования черных дыр была (да и остается) настолько впечатляющей, что взволновала умы не только физиков, но и литераторов, философов и художников. Однако долгое время этот великолепный образ-миф не рассматривали как природное явление и не связывали его с реальным положением дел во Вселенной.

Теория черных дыр пестрит белыми пятнами. По мнению исследователей, взявшихся встряхнуть и перевернуть один из интереснейших разделов астрофизики, это связано с тем, что Вселенная значительно отличается от той гипотетической модели, которую рассматривал Шварцшильд. Фактически это означает, что теорию Эйнштейна нужно пересмотреть с точки зрения полученных знаний в области квантовой физики.

Мазур и Мотолла, взявшись за теорию дыр, привлекли к анализу теорию квантовой гравитации. Они начали с вопроса: какова природа квантовых флуктуаций (колебаний) в космических, временных и энергетических полях? Ведь, по сути «пустое место», каковым обыватели считают космос, на самом деле таковым никогда не являлся. Как говорит Моттола, люди подобно рыбе в тихой воде, не задумывающейся о существовании и движении молекул воды, никогда не ощущают своего постоянного пребывания в квантовой среде. По мнению Моттолы, квантовые флуктуации в электромагнитных полях могут оказывать воздействие на такие колоссальные объекты, как черные дыры. Революционность теории в том, что все предшествующие модели черных дыр рассматривались без такого кардинального фактора, как квантовые поля, и расчеты велись для идеальной, не существующей черной дыры в несуществующем бес-квантовом пространстве-времени.

Среди белых пятен черных дыр, возникших по причине неправильного понимания модели, называют теорию энтропии звезды. Когда звезда превращается в черную дыру, вся уникальная информация о ней, например ее химическом составе, сбрасывается со счетов. Современная теория черных дыр допускает, что они обладают колоссальным количеством энтропии — в миллиарды раз превышающей энтропию самой звезды. Никто гак до сих пор и не объяснил природу, источник и местонахождение этой экстраэнтропии.

Еще одна загадка — это приписываемое черным дырам свойство наделять фотоны колоссальным объемом энергии к моменту, когда фотон достигает горизонта событий. Но в классической теории гравитационный эффект этого колоссального количества энергии игнорируется.

Итак, теория гравастар Моттолы — Мазура предлагает разрешить разногласия между приверженцами теории черных дыр и фундаментальной физикой, устранив очевидные противоречия. Физики-новаторы рассмотрели вероятность того, что после взрыва звезды под воздействием квантового эффекта появляется тело, имеющее принципиально иную природу, нежели дыра.

Мазур и Мотолла предположили, что когда вокруг коллапсирующей звезды формируется горизонт событий, сильнейшее гравитационное поле деформирует квантовые колебания в пространстве-времени. Эти колебания могут стать настолько мощными, что как раз они и способны производить эффект, подобный эффекту конденсата Бозе — Эйнштейна. Этот эффект становится причиной образования чего-то наподобие «пузыря», окруженного тонкой сферой — оболочкой гравитационного поля, которая относительно статична.

Существование гравастар не противоречит известным математическим аксиомам. В отличие от черных дыр (по крайней мере, это касается ее оболочки), природа вещества, находящегося под ней, пока неизвестна даже гипотетически. По новой теории, не существует и горизонта событий (вместо него — оболочка), а энтропия гравастар гораздо меньше, чем предполагаемая энтропия черных дыр.

Ученые предлагают рассмотреть гипотетически гравастар в 50 масс Солнца. Подобно горизонту событий сопоставимой по размеру черной дыры диаметр оболочки гравастар будет 300 километров, однако ее «толщина» составит приблизительно 10–35 метров. Чайная ложка вещества, составляющего его, будет весить 100 млн тонн.