Космос для не космонавтов - Денис Игоревич Юшин

По мере приближения к чёрной дыре скорость убегания (необходимая для того, чтобы избежать гравитации ЧД), возрастает. В какой-то момент скорость убегания превышает скорость света.

А поскольку ничто не может двигаться быстрее света, ничто не сможет покинуть чёрную дыру. Правда, есть одна лазейка: чёрная дыра не всасывает всё вокруг себя, как пылесос или слив в ванне.

Воздействие гравитации ЧД простирается только до её горизонта событий, радиус которого увеличивается по мере того, как всё больше материи попадает в чёрную дыру.

Что находится внутри горизонта событий? Это одна из самых больших загадок в астрофизике. Большинство учёных считают, что вся материя, попадающая в чёрную дыру, сжимается в точку с бесконечной плотностью.

Если бы вы упали в чёрную дыру, то, согласно общепринятым представлениям, ваше тело сначала растянулось бы под действием приливных сил, а затем сжалось в ничто, добавив массы чёрной дыре и увеличив радиус её горизонта событий. Затем вы будете выброшены во Вселенную в виде фотонов излучения Хокинга.

Небольшая по космическим меркам чёрная дыра, массой равной массе Солнца, испарится и превратится во всплеск гамма-лучей согласно расчётам за 1087 лет. При этом никакой информации о материи, попавшей некогда в чёрную дыру, не сохранится.

Когда чёрная дыра становится червоточиной?

Проблема заключается в том, что уравнения теории относительности «ломаются» о сингулярность чёрной дыры. Ведь она является царством квантово-механических эффектов, которые до сих пор никто не смог объединить с гравитацией. В итоге никто не знает, что представляет собой сингулярность.

Сингулярность, и без того нечто крайне странное, становится ещё более странной, если вспомнить, что во Вселенной не существует статичных объектов – всё вращается.

Если и сингулярность вращается достаточно быстро, она может приобрести форму кольца, а тут сегодняшняя наука вообще бессильна (Pau Figueras, 2016). Эта идея, кстати, неплохо обыграна в научно-фантастическом романе Стивена Бакстера «Кольцо» 1994 года.

Все эти предположения предположениями и останутся до тех пор, пока не будет разработана теория квантовой гравитации.

Более того, никто до сих пор ещё не наблюдал вещества, появляющегося из ниоткуда. Такое могло бы случиться, будь чёрные дыры червоточинами. Помимо всего прочего, одним из следствий существования червоточин является возможность путешествий во времени.

Тут, правда, следует отметить, что даже в теории относительности нет такого понятия, как «сейчас». Если вы из одной точки пространства отправитесь в другую, а затем будете возвращаться обратно, то можете прибыть раньше, чем отправились в своё путешествие. Здравствуйте, парадоксы!

Подытожим: речь идёт, судя по всему, лишь о том, что мы по-прежнему плохо понимаем устройство Вселенной. Но согласитесь, что отсутствие возможности преодолеть огромные космические расстояния за разумное время никак не укладывается в голове.

Возможно ли существование проходимых червоточин?

Далеко не все знают, что червоточины, как и чёрные дыры, являются следствием уравнений общей теории относительности, хотя и остаются до сих пор чисто гипотетическими.

Проблемы с этими гипотезами заключаются в следующем. Во-первых, необходимо огромное количество массы для создания достаточного эффекта искривления пространства.

Во-вторых, чтобы червоточина сохранялась открытой, требуется экзотическая форма материи с отрицательной массой. Увы, эти соображения отодвигают гипотезу о проходимых червоточинах всё дальше и дальше в область фантастики.

Более того, такая червоточина была бы нестабильной и непроходимой. Если бы, к примеру, космический корабль влетел в неё, то она, согласно всё той же теории относительности, мгновенно превратилась бы в чёрную дыру. То есть в объект, в котором материя исчезает. В результате была бы потеряна связь между двумя точками пространства, которые соединяла эта червоточина.

Интересно, что теоретически пространство-время может быть искривлено без массивных объектов.

В рамках одного из исследований (Jose Luis Blázquez-Salcedo, 2021) специалисты выбрали сравнительно простой «полуклассический» подход. Они объединили элементы теории относительности с элементами квантовой теории и классической электродинамики. В своей модели физики рассматривают различные элементарные частицы (такие как электроны и их электрический заряд) как вещество, которое должно пройти через червоточину.

В качестве математического описания исследователи выбрали уравнение Дирака. Это формула, которая описывает функцию плотности вероятности частицы (один из способов задания распределения случайной величины) в соответствии с квантовой теорией и теорией относительности, что называется полем Дирака. Если упростить, то плотность вероятности используется для определения вероятности попадания случайной величины в определённый диапазон значений, в отличие от принятия какого-либо одного значения.

По словам физиков, именно включение поля Дирака в их модель позволяет обосновать существование червоточины, через которую проходит вещество. При условии, что отношение между электрическим зарядом и массой червоточины превышает определённый предел.

Что интересно, помимо материи через червоточину в их модели могут проходить электромагнитные волны. А это значит, что речь уже может идти буквально о межзвёздной, а то и (почему бы не помечтать?) межгалактической связи.

На данный момент исследователи описали только крошечные тоннели, которые пригодны разве что для связи, а не для путешествий. Однако авторы работы уверены, что проходимые для межзвёздных кораблей червоточины также могут существовать. Осталось понять где, как и сможем ли мы создавать их искусственно.

Несмотря на то что у этих теорий появляется всё больше подтверждений, они по-прежнему достаточно далеки от практического применения. Поэтому самое время поговорить о том, как человечество делает свои первые шаги в освоении космоса и насколько это тяжело.

Раздел 5

Изучение и освоение космоса человеком

Вообще, если углубляться в тему этого раздела, получится не одна книга. Но для того чтобы понять, насколько серьёзную работу каждый день проделывают специалисты, можно попробовать обойтись и одной главой. Начнём с банального вопроса.

Для чего тратить средства на изучение космоса?

Такой вопрос можно услышать довольно часто. Обычно он сопровождается аргументами вроде «наша собственная планета ещё недостаточно изучена» или «будто некуда больше деньги вложить» и т. п. Эти возражения могут показаться вполне резонными, но давайте немного порассуждаем.

На протяжении всей истории человечества, особенно двух последних столетий, основным фактором его развития служат войны. При всех их ужасах и понимании того, что затеваются они ради интересов меньшинства. Однако именно во время войн на перспективные разработки выделяется максимальное количество средств, что приносит пользу и человечеству в целом. Но неужели мы готовы и дальше «развиваться» посредством смерти и страданий?

Откуда взялись деньги на космос?

Хотелось бы сказать, что космические исследования финансируются ради любопытства человека и его стремления к познанию. Но все самые значимые результаты в освоении космического пространства приходятся также на войну, получившую название