Теория всего (Происхождение и судьба Вселенной)

Существуют и другие модели для объяснения феномена Лебедя Х-1, не включающие в себя чёрные дыры, но все они довольно натянуты. Присутствие в этой системе чёрной дыры кажется единственным разумным объяснением наблюдаемых особенностей. Несмотря на это, я заключил пари с Кипом Торном из Калифорнийского технологического института о том, что в действительности Лебедь Х-1 не содержит чёрной дыры. Для меня это своего рода страховка. Я много работал над проблемой чёрных дыр, и все мои труды пойдут прахом, если окажется, что чёрных дыр не существует. Но если чёрной дыры в системе Лебедь Х-1 не окажется, я хоть отчасти утешусь, выиграв пари и получив четырёхгодичную подписку на журнал Private Eye. Если же чёрная дыра там есть, Кип будет бесплатно получать Penthouse, но всего лишь год, потому что когда мы бились об заклад в 1975 г., то были на 80 % уверены, что чёрная дыра в созвездии Лебедь имеется. Сегодня, я бы сказал, мы уверены в этом на 95 %, однако наш спор ещё не разрешён.

Свидетельства существования чёрных дыр обнаруживаются в целом ряде звёздных систем нашей галактики, а также в центрах других галактик и квазаров, где чёрные дыры, по-видимому, гораздо крупнее. Допустимо также рассматривать возможность того, что существуют чёрные дыры, масса которых значительно меньше массы нашего Солнца. Они не могут быть сформированы в результате гравитационного коллапса, поскольку их массы ниже предела Чандрасекара. Звёзды столь малой массы способны сопротивляться собственной гравитации даже после того, как исчерпают всё ядерное топливо. Так что маломассивные чёрные дыры могут формироваться, только если материя достигает огромной плотности, сжатая очень большим внешним давлением. Такие условия возникают, например, при взрыве сверхмощных водородных бомб. Физик Джон Уилер как-то подсчитал, что, если взять всю тяжёлую воду, содержащуюся во всех океанах мира, можно создать водородную бомбу, которая настолько сожмёт материю в центре, что возникнет чёрная дыра. К несчастью, не останется никого, кто мог бы это увидеть.

Более реалистичной выглядит возможность того, что маломассивные чёрные дыры возникли при высоких температурах и давлениях на самом раннем этапе эволюции Вселенной. Подобное могло случиться, если молодая Вселенная не была совершенно гладкой и однородной, потому что тогда небольшие области с плотностью выше средней могли быть сжаты тем самым образом, какой необходим для образования чёрных дыр. Но мы знаем, что должны были существовать некоторые неоднородности, потому что в противном случае даже в нынешнюю эпоху во Вселенной всё ещё наблюдалось бы идеально равномерное распределение материи вместо её скоплений в звёздах и галактиках.

Действительно ли неравномерности, требуемые для образования звёзд и галактик, могли привести к формированию значительного числа таких первичных чёрных дыр, зависит от условий, которые имели место на раннем этапе развития Вселенной. Так что если нам удастся установить, сколько первичных чёрных дыр существует ныне, мы многое узнаем о самых ранних этапах её становления. Первичные чёрные дыры с массой более миллиарда тонн (такова масса крупной горы на Земле) могут быть выявлены только по их гравитационному воздействию на видимую материю или на расширение Вселенной. Однако, как вы узнаете из следующей лекции, чёрные дыры не так уж черны, в конце концов. Они испускают электромагнитное излучение, подобно нагретым телам, причём тем интенсивнее, чем они меньше. Так что парадоксальным образом может статься, что обнаружить небольшую чёрную дыру проще, чем крупную.

Четвёртая лекция. Чёрные дыры не так уж черны

До 1970 г. мои исследования в области общей теории относительности были сконцентрированы на вопросе, существовала ли сингулярность Большого Взрыва. Но как-то ноябрьским вечером того года, вскоре после рождения моей дочки Люси, я задумался о чёрных дырах, укладываясь спать. Моя физическая беспомощность существенно замедляла этот процесс, так что времени на раздумья хватало. В то время ещё не существовало точного определения того, какие точки пространства-времени лежат внутри чёрной дыры, а какие — вне её.

Я уже обсуждал с Роджером Пенроузом идею определения чёрной дыры как совокупности событий, из которой невозможно ускользнуть на большое расстояние. Сегодня это общепринятое определение. Оно означает, что граница чёрной дыры (горизонт событий) формируется лучами света, которые начиная с этого места не могут покинуть чёрную дыру. Они остаются в ней навечно и мечутся у края. Это всё равно что удирать от полицейских, опередив их на шаг, но так никогда и не оторваться от погони.