Космическая музыка: как звучит столкновение черных дыр

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" обнаружил, что древние галактики выглядят так, как будто их не должно существовать. Это говорит о том, что наша Вселенная может находиться внутри черной дыры.

Но как тогда объяснить Большой взрыв? Что будет, если две черные дыры столкнутся? Можно ли заглянуть за горизонт событий и разгадать тайны физики? Об этом – в программе "Тайны Чапман" с ведущей Анной Чапман на РЕН ТВ.

Что, если черная неизвестность – это не конец, а начало?

Некоторые ученые предполагают, что внутри сверхмассивной черной дыры может скрываться целая Вселенная.

"Вот мы, сидя здесь, на самом деле, может оказаться, находимся внутри, в недрах сверхмассивной черной дыры", – полагает ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт.

Эта гипотеза кажется безумной, но она логично объясняет некоторые загадки. Например, природу Большого взрыва. Эта гипотеза строится на предположении о том, что в некой Вселенной произошло образование черной дыры, в результате которой внутри этой черной дыры была образована новая Вселенная.

"Если в черной дыре находится наша Вселенная, то почему наша Вселенная не может находиться в черной дыре какой-нибудь другой Вселенной, параллельной?" – рассуждает старший научный сотрудник Института прикладной астрономии РАН, кандидат физико-математических наук Николай Железнов.

Эта мысль приводит к самой радикальной гипотезе, уходящей корнями в работы Стивена Хокинга.

"Существует гипотеза, согласно которой наша Вселенная находится внутри черной дыры. Данная гипотеза строится на предположении о том, что мы не можем покинуть границы нашей Вселенной, по аналогии, как мы не можем покинуть границы черной дыры", – пояснил заведующий лабораторией передовой инженерной школы МГТУ имени Баумана Андрей Беляев.

Большой взрыв в таком случае можно было бы рассматривать не как рождение из ничего, а как коллапс вещества в другой Вселенной. Этот процесс и привел к зарождению нашего мира.

"Она опирается на то, что есть черная дыра, и внутри есть Вселенная. Эта Вселенная эволюционирует так, что изменения происходят циклически. То есть эта Вселенная сжимается, и то, что мы наблюдаем, это, может быть, один из циклов существования нашей Вселенной. Доходит до какого-то предела, и потом снова. И вот таким образом этот цикл продолжается", – отметил Натан Эйсмонт.

Эта теория кажется фантастической, но логичной. Она объясняет, что было до Большого взрыва, избегая понятия бесконечно плотной точки, где наука бессильна.

Наша Вселенная – не единственная

"Сейчас какая самая серьезная трудность с принятием Большого взрыва? Подавляющее большинство сейчас принимает эту теорию, потому что ничего лучше не удается придумать. Что-то придумывают, но оно оказывается хуже, чем эта теория. Предлагается теория, что в действительности Вселенная находится внутри сверхмассивной черной дыры, и там эта Вселенная живет циклической жизнью, то есть она сжимается и расширяется", – добавил Эйсмонт.

Эта гипотеза предлагает альтернативу Большому взрыву. Она гласит: Вселенная не рождалась в момент сингулярности, а существует в бесконечном цикле. То расширение, которое мы наблюдаем сегодня – это просто очередная фаза вечного круговорота. Таким образом, нам не нужно объяснять, как вся материя возникла из бесконечно малой точки. Она всегда была здесь, постоянно преобразуясь.

Всю жизнь мы смотрели немое кино о Вселенной, а теперь внезапно включили звук. Ученые услышали, как звучат гравитационные волны. Это не просто рябь пространства-времени, а наш первый слуховой аппарат для космоса. Мы можем услышать то, что никогда не увидим: оглушительный грохот столкновения черных дыр, рождение новых монстров в полной темноте и тихий гул самого мироздания.

"В английском языке это называется "чирп". По сути, это такой сигнал, который увеличивается по частоте. По-русски можно сказать, как будто бы спичкой чиркнул, то есть звук с увеличивающейся частотой. Можно послушать этот звук, который был получен при слиянии этих черных дыр", – отметил научный сотрудник МГУ им. М. В. Ломоносова, кандидат физико-математических наук Владислав Шевцов.

Роль черных дыр во Вселенной не ограничивается грандиозными катаклизмами

Астрономы все больше приходят к выводу, что эти объекты – не побочный продукт эволюции галактик, а их архитекторы и правители.

"В центре любой галактики есть сверхмассивная черная дыра. Она может быть в разных состояниях, но управляет тем, что происходит внутри этой галактики", – рассказал Шевцов.

Черные дыры – это не просто ловушки для света, скрытые в центрах галактик. Они больше похожи на невидимые двигатели, которые помогают этим галактикам формироваться и оставаться стабильными.

В начале жизни галактики ее центр – это хаос из раскаленного газа, готового превратиться в миллионы новых звезд. Но здесь просыпается черная дыра. Начиная поглощать вещество, она выделяет колоссальную энергию. Эта энергия разогревает газ и разгоняет его прочь от центра, как гигантский вентилятор.

"Небольшие черные дыры никак не влияют. Это просто обычное рядовое тело с массой нескольких десятков масс Солнца. Но оно движется в галактике, просто невидимо. А вот сверхмассивные черные дыры действительно влияют на формирование галактики, как центр, который притягивает к себе все окрестности", – пояснил физик Железнов.

В результате черная дыра не дает галактике "перекормить" свой центр. Она останавливает безудержное рождение звезд, экономя топливо на миллиарды лет вперед. Без этого тормоза галактика быстро бы истратила весь свой газ и начала угасать.

"Она нагревает газ вокруг себя, из-за чего подавляет процессы звездообразования. Кроме того, вокруг черной дыры вращаются звезды, и гравитация черной дыры влияет на движение звезд. Таким образом, черная дыра влияет на процессы звездообразования. Она может их как подавлять, так и ускорять", – объяснил Андрей Беляев.

Колоссальная гравитация черной дыры работает как невидимый скелет – упорядочивает движение звезд, не давая галактике потерять форму и рассыпаться. Так что черная дыра – это не просто пылесос, а скорее гравитационный дирижер. От ее ритма зависит существование и будущее всей звездной системы.

Сколько еще тайн хранят черные дыры?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, нужны новые технологии, более мощные телескопы и более чуткие детекторы. Именно они помогут разглядеть то, что сегодня скрыто от наших глаз, и превратить туманные догадки в ясное понимание.

"Квантовые компьютеры, сверхчувствительные телескопы – это все шаги в направлении объяснения непонятных составляющих в теории существования нашей эволюции Вселенной", – рассказал ученый РАН Эйсмонт.

Будущее изучения черных дыр лежит на нескольких путях. Во-первых, это создание все более мощных телескопов, работающих в различных диапазонах – от радио до гамма-лучей. Чем больше мы соберем данных об аккреционных дисках и джетах, тем точнее поймем физику процессов, происходящих у горизонта событий.

"Будем стремиться к увеличению чувствительности наших ПЗС-камер, проникающей способности, потока точности наблюдений. В первую очередь надо зафиксировать достаточно слабые потоки энергии, слабые слои излучения. В частности, мы хотим, конечно, зафиксировать излучение Хокинга. Я думаю, что это дело ближайших десятилетий, поэтому тут не надо, как говорится, придумывать что-то сверхъестественное", – заявил физик Железнов.

Во-вторых, это развитие гравитационно-волновой астрономии. Новые обсерватории, такие как LISA – космический лазерный интерферометр – позволят улавливать слияния не только черных дыр звездной массы, но и сверхмассивных гигантов в центрах галактик, что откроет совершенно новую эру в астрофизике.

"Конечно, если действительно пофантазировать очень далеко, вдруг когда-то мы сможем настолько мощные двигатели сделать, что сможем прилететь поближе к этой черной дыре и посмотреть на нее, можно сказать, вживую", – предположил физик Шевцов.

Следующий прорыв ждет нас в мире вычислений

Мощнейшие квантовые компьютеры и суперкомпьютеры будущего станут нашими "цифровыми лабораториями" для изучения черных дыр. Они смогут симулировать то, что мы никогда не сможем увидеть вживую: смоделируют пространство-время на краю горизонта событий и проверят, как ведет себя материя в условиях чудовищной гравитации. Именно так мы, наконец, сможем заглянуть в квантовую природу гравитации – главную загадку современной физики.

"Современные квантовые компьютеры позволяют скорость расчетов увеличить в тысячи раз. Это невозможно себе представить, но это действительно так. А что такое моделирование? Эти варианты мы просчитаем. Если раньше варианты невозможно было просчитать, теперь это за секунды делается", – уточнил Натан Эйсмонт.

Черные дыры – это не просто космические монстры. Это величайшие физические лаборатории, где проверяются и ломаются наши представления о реальности. Они – ключ к пониманию гравитации, квантовой механики, рождения и, возможно, смерти Вселенной.

Черные дыры – это не конец, а начало. Они могут быть строительными блоками Вселенной, источником темной материи или даже "колыбелью" новых миров. Черные дыры бросают вызов законам физики и помогают нам понять, как устроен космос. Возможно, в их темноте скрыты ответы на главные вопросы. Несмотря на миллионы открытий и тысячи научных прорывов, мир вокруг все еще полон неизведанного.