Пять возрастов Вселенной

И хотя волнения Боба носили чисто практический характер, среди представителей его вида были и такие, кто пытался понять свойства Вселенной в первые 10⁴⁰ лет ее существования, «в эти почти невообразимо краткие мгновения после Большого взрыва». Особенно модной была совершенно нелепая гипотеза, утверждавшая, будто высокосложные структуры могли основываться на взаимодействии электронов с протонами и нейтронами. Существование протонов и нейтронов, экзотических частиц с коротким временем жизни, которые уже давным-давно распались, с энтузиазмом приняли самые смелые современные физики, и в то же время нарекли «безумной спекуляцией» те, кто был «сшит» из более консервативной материи.

Когда распадаются протоны, Вселенная теряет пыль, белых карликов, замерзшую Землю и вещество, которое мы встречаем каждый день. После исчезновения протонов структура Вселенной претерпевает значительные изменения. Самыми важными сохранившимися объектами являются черные дыры, которые по завершении эпохи распада остаются в целости и сохранности. Черные дыры — это звездоподобные объекты, хотя и обладающие некоторыми очень необычными свойствами. Пережив белых карликов, они наследуют ту роль, которую в наше время выполняют обычные звезды. Когда Вселенная достигает сороковой космологической декады, черные дыры «берут в свои руки» верховную власть. Они дают свет, тепло и динамику, позволяющие Вселенной оставаться интересным местом.

Черные дыры разбросаны по невероятно разреженному морю элементарных частиц. Представьте себе просеивание через большие объемы этого почти идеального вакуума. Время от времени попадается электрон — отрицательно заряженная частица, вращающаяся по орбите вокруг ядра современных атомов и текущая по проводам электрической цепи. В результате длительных поисков было обнаружено, что каждому сохранившемуся электрону соответствует антиматериальный партнер — позитрон. Каждый позитрон несет единичный положительный заряд, так что Вселенная в целом остается электрически нейтральной. В результате дальнейших поисков обнаруживаются невидимые обитатели межзвездных пустот: аксионы, различные ароматы нейтрино и т. п.

Вселенная в эпоху черных дыр погружена в море низкоэнергетических фотонов — света, длины волн которого слишком велики, чтобы их мог различить глаз человека. Свет, улавливаемый нашими глазами, состоит из фотонов, длины волн которых составляют около половины микрона (половина одной тысячной миллиметра). Длина волны типичного излучения в сороковую космологическую декаду гораздо больше — почти километр. Чтобы иметь способность «видеть» в эпоху черных дыр, нужно иметь глаза размером с материки.

Определение черных дыр

Что такое черная дыра? Традиционное определение могло бы звучать так: черная дыра — это объект, искажающий пространственно-временной континуум настолько сильно, что даже свет не может покинуть поверхность этого объекта. В этой главе мы исследуем смысл данного определения подробно, хотя основную идею, лежащую в основе феноменальной гравитации черной дыры, понять совсем несложно.

Наверное, трудно найти человека, который не видел бы зернистые кадры высадки экипажа «Аполлона» на поверхность Луны. Астронавты легко прыгают в объемных космических скафандрах. В их прыжках на прямых ногах проявляется одно загадочное качество, которое легко объяснимо: сила притяжения на Луне в шесть раз меньше земной. Мяч, брошенный вверх с заданной скоростью, поднимется над поверхностью Луны выше, чем над поверхностью Земли. Аналогично, чтобы вырваться из гравитационных объятий Луны, потребуется меньшая энергия.