Куда течет река времени - Новиков Игорь Дмитриевич

Их судьба зависела от массы. Малые черные дыры стали излучать квантовым образом. Как показывают расчеты, к нашему времени успели полностью «испариться» все черные дыры с массой меньше миллиарда тонн. Более тяжелые дожили до наших дней. Могут ли они быть обнаружены астрономическими методами, если действительно существуют во Вселенной?

Самым действенным способом их обнаружения являются попытки детектировать создаваемое ими жесткое квантовое излучение. Наблюдение таких квантов, приходящих из космоса, могло бы помочь обнаружить первичные черные дыры. Пока же они не обнаружены. И можно только сказать, что количество черных дыр с массой около миллиарда тонн во Вселенной должно быть в среднем не больше тысячи на каждый кубический световой год. Если бы их было больше, то общее их излучение было бы заметно. Число «тысяча», конечно, внушительное, но вспомним, что масса их ничтожна по сравнению с массой звезд.

Только будущие наблюдения покажут, существуют ли черные мини-дыры во Вселенной.

Из нашего предыдущего рассказа ясно, что в природе, вероятно, есть массивные черные дыры звездного происхождения, сверхмассивные — в центрах галактик и, возможно также, мини-дыры ранней Вселенной. В будущем все эти черные дыры могут использоваться как источник энергии.

Принципы использования их могут быть разными. Например, можно представить себе достаточное число черных мини-дыр, движущихся на орбитах вокруг Земли и излучающих квантовым образом. Но как вывести такую дыру на околоземную орбиту? Как вообще транспортировать черные дыры? Это ведь не обыкновенное тело. У черной дыры нет материальной поверхности. Ее нельзя зацепить канатом и отбуксировать в нужное место. К черной дыре не приделаешь реактивный двигатель, чтобы с его помощью ее перемещать. Наконец, ее не заключишь в какой-нибудь контейнер. Действительно, вспомним, что при массе, равной массе горы, размер ее соответствует размеру атомного ядра. Она будет свободно проходить через любые преграды, свободно прошивать толщу земного шара.

Как же можно все-таки заставить черную дыру двигаться в нужном направлении, увеличивать и уменьшать скорость этого движения по нашему желанию? Давайте пофантазируем об этом. Чем можно воздействовать на черную дыру?

Прежде всего, конечно, это поле тяготения. Черная дыра подвластна действию тяготения точно так же, как и любой вид физической материи. Она падает в этом поле с тем же ускорением свободного падения, что и любые другие тела, и так же искривляет траекторию своего движения. Ясно поэтому, что простейший способ заставить ее начать двигаться в нужном направлении — это использование поля тяготения.

Можно поступить, например, следующим способом (рис. 6). Подведем к черной дыре достаточно массивное тело, скажем, астероид с массой, больше ее массы. Сделать это можно с помощью установленных на нем реактивных двигателей. Черная дыра начнет падать в поле тяготения астероида в направлении к его центру масс. Подождем некоторое время, пока она приобретет достаточную скорость в направлении астероида, после чего его можно увести подальше в пространство, а черная дыра продолжит свой полет по инерции с приобретенной скоростью.

Конечно, при сравнительно скромной массе и реальных размерах астероида сообщаемое его полем ускорение будет невелико. Невелика может быть и приобретенная дырой скорость. Так, астероид размером в сто раз меньше Земли может разогнать черную дыру до скорости около ста метров в секунду.

Можно, однако, усовершенствовать этот способ. Надо заставить двигатели ракет, установленных на астероиде, работать так, чтобы придать ему ускорение в сторону «убегания» от черной дыры и равное по величине ускорению, с которым черная дыра падает на астероид. В этом случае система астероид — черная дыра может хоть и медленно, но постоянно ускоряться.

Подобным же образом можно и тормозить черную дыру, подводя к ней астероид с противоположной стороны, а также изменять направление ее движения. Если она выведена на орбиту вокруг Земли, то, подводя к ней с той или иной стороны массивные тела, можно корректировать ее орбиту полем тяготения этих тел.

Похожий на предложенный выше способ транспортировки черных дыр является и такой. Подведем к дыре массивный астероид и так организуем его маневр, чтобы он, подлетев к ней, уменьшил свою скорость и тем самым заставил дыру выйти на круговую орбиту вокруг него (рисунок 7а). После этого астероид можно медленно разгонять с помощью установленных на нем реактивных двигателей Если разгон достаточно плавный, то черная дыра будет следовать за астероидом, обращаясь вокруг него по орбите. Для осуществления этого процесса необходимо, чтобы ускорение астероида было заметно меньше, чем ускорение свободного падения на астероид черной дыры.

рис.7

Рассмотренные нами способы требовали использования достаточно массивных тел. Можно ли обойтись без этого?

Оказывается, можно. Один из таких способов показан на рисунке 7б. Ракета с работающими двигателями удерживается от падения в черную дыру. Поток выброшенных газов с большой скоростью проходит мимо нее, и лишь очень малая их часть попадает в нее. В результате вся система «ракета плюс черная дыра» приобретает скорость в сторону носа ракеты и все больше ускоряется. Чем ближе ракета расположена к дыре, тем с большей мощностью должны работать двигатели ракеты, чтобы удержать ее от падения. Значит, тем быстрее будет разгоняться вся система.

На рисунке 8 представлен еще один способ придания скорости черной дыре, на сей раз без поля тяготения и действия ракет.

рис.8

Можно дыру облучать направленным потоком излучения так, что оно будет поглощаться дырой и вместе с нею приобретать содержащийся в потоке импульс и придет в движение. Образно говоря, черная дыра здесь приходит в движение под действием давления излучения. Не правда ли, удивительная ситуация, когда давление излучения действует на пустоту, точнее, на сгусток тяготения, каким является черная дыра.

Давайте остановимся здесь в наших фантазиях (пока — фантазиях!). Основной целью этой главы было показать, что дыры в пространстве и времени не вечны. Излучение Хоукинга медленно их «испаряет».

Пока не совсем ясно, какое значение это имеет для теории времени. Однако понятно, что черные дыры — своего рода стоки реки времени — медленно затягиваются. Неясно, полностью ли исчезает в конце концов черная дыра в результате испарения. Так, советский физик академик М. Марков считает, что в конце должна оставаться элементарная черная дыра — частичка с массой, равной одной стотысячной доле грамма.

Эти и многие другие вопросы физики черных дыр — предмет интенсивного исследования теоретиков.

К ИСТОКАМ РЕКИ ВРЕМЕНИ

Итак, нами установлено, что время может течь по-разному. У реки времени бывают стоки, устья. А есть ли истоки?

После того, как стало ясно, что свойства времени зависят от физических процессов, протекающих в материи, такой вопрос уже не кажется абсурдным. Философы задумывались над этой проблемой давно. Однако поразительные успехи ньютоновской механики и, как следствие, утвердившееся в науке ньютоновское представление о вечном и неизменном времени приучили их считать, что исток реки времени находился в бесконечном прошлом.

Время представлялось однородной рекой или неизменной дорогой, тянущейся от прошлого к будущему.

Если идти по этой дороге

Любым путем из любого места,

То в любой час дня, в любое время года