Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Вот как создается Вселенная в компьютере. Задайте трехмерную пространственную сетку. Добавьте нормальную материю и темную материю в нужных пропорциях. Включите гравитацию. Заставьте пространство расширяться согласно модели Большого взрыва и наблюдайте, как будет выкристаллизовываться тонкое кружево крупномасштабных структур из изначально равномерно распределенной массы. Астрономические объекты могут быть представлены огромным числом «частиц». Например, миллион частиц – это скопление звезд, где одна звезда – одна частица, но никакая модель не сможет изобразить галактику по системе одна частица на звезду или Вселенную, где одна частица представляет галактику, поэтому на практике частица представляет собой изменяющееся количество массы[235]. Приведу аналогию. Представьте, что используете миллион частиц для моделирования человеческих популяций. В модели мира каждая частица соответствовала бы 7500 человек, то есть населению большой деревни или маленького сельскохозяйственного района. Дальнейшая детализация была бы невозможна. Однако та же модель может быть чрезвычайно подробной – по частице на человека – для небольшого американского штата, например Род-Айленда, или такого скромных размеров города, как Остин в штате Техас.

С увеличением количества частиц стремительно растут требования к вычислительной мощности, поэтому Уайт и другие гуру программирования прибегают к хитростям, резко ускоряющим моделирование[236]. В конце концов никто не хочет провести 13,8 млрд в ожидании результата. Модель Уайта называется «Миллениум», потому что это первая мощная модель большого фрагмента Вселенной после 2000 г.

Эти расчеты включают только гравитацию. Однако галактики содержат не только звезды, но и газ, который ведет себя не так, как звезды. Когда сталкиваются две спиральные галактики, звезды и частицы темной материи почти никогда не сливаются – эти компоненты галактик проходят сквозь друг друга. Напротив, газовые составляющие соударяются, нагреваются, ярко светятся и формируют звезды. Газ ведет себя скорее как жидкость, чем как множество частиц. Чтобы работать с газом, модели имитируют его поведение при помощи сглаженных частиц, имеющих вероятностное распределение, а не конкретное местоположение[237]. В них включен и физический слой: уравнения позволяют учесть важные, хоть и мелкомасштабные, детали – например, взрывы сверхновых и формирование черных дыр. Саймон Уайт рассказывает о своем эпохальном космологическом моделировании.

Новаторством изначального «Миллениума» стал прежде всего общий объем, примерно в десять раз превышающий предыдущие вычисления. А также то, что мы использовали методы, позволившие проследить реальное формирование видимых галактик хотя и приблизительно, но физически обоснованно. Мы смогли предсказать не только распределение невидимого компонента Вселенной – темной материи, но и местоположение видимых объектов и их свойства. …Здесь нас тоже ждали сюрпризы. В частности, пришлось признать, что для понимания свойств видимых галактик мы должны понимать эффекты черных дыр, расположенных в центре. Реальное население галактик определялось развитием черных дыр в их ядрах. Несмотря на то, что черные дыры содержат лишь одну десятую процента звездной массы галактики – ничтожную долю, неверно считать, что этот маленький объект в центре оторван от остальной галактики[238].