Лауреаты Нобелевской премии по физике в 2020 году раскрыли тайну сверхмассивной черной дыры в сердце нашей галактики — у всего мира на устах имена Роджера Пенроуза, Андреа Гез и Рейнхарда Генцеля. Ученым удалось выяснить, что такие объекты есть в центре каждой галактики, а их масса больше солнечной в миллиарды раз. Их открытие позволило понять, что наша Вселенная еще более загадочная — как минимум потому, что большая часть материи состоит из черных дыр, а не из объектов, которые мы привыкли видеть, которые мы можем увидеть. Кроме того, как выяснилось, материя Вселенной, которая появилась буквально из ничего в результате Большого взрыва, снова трансформируется в ничто, после чего гравитация поглощает вещество. Иными словами, Нобеля получили физики, которые поняли, куда «пропадает» Вселенная. Начнем с самого начала — что такое черные дыры? Если попытаться максимально упростить понятие, то под ними ученые подразумевают области, в которых содержится огромное количество материи, «упакованной» в невероятно маленьком пространстве. Это приводит к интересному гравитационному эффекту: материя «схлопывается» к центральной точке огромной плотности, сингулярности. В итоге все, что оказывается на определенном расстоянии от нее, обречено постоянно «падать» внутрь. И даже свет, проходящий через горизонт событий черной дыры, всасывается внутрь, так его скорости недостаточно — именно поэтому черные дыры сложно обнаружить. Параллельная Вселенная «Комсомольская правда» опубликовала интервью шестилетней давности с Роджером Пенроузом, где он рассказал о «предыдущих Вселенных». Беседа началась с того, что британский физик рассказал об обнаруженных аномалиях — концентрических кругах на картине микроволнового фона, или реликтового излучения. По словам ученого, оно осталось еще с незапамятных времен образования нашей Вселенной и внешне похоже на круги от капель дождя, что остаются на поверхности водной глади. «Чем больше кругов, тем меньше они заметны — кажется, что волнения на поверхности хаотичны. Но если знать, что ищешь, эти следы можно увидеть. Это гравитационные следы столкновения сверхмассивных черных дыр, которые образовались в предыдущей Вселенной в конце ее существования. То есть перед тем, как образовалась наша, — в результате Большого взрыва», — утверждает он. Сотворению нашего мира предшествовали и другие. Весь процесс жизни Вселенной похож на своеобразный конвейер: один мир погибает, схлопываясь, и вслед за ним сразу же возникает следующий. Пенроуз при этом отрицает существование неких «параллельных Вселенных», о которых мы порой так любим шутить: по его словам, существуют только последовательные. Так и появился наш мир — в результате гибели предыдущего. Но насколько безграничны возможности Вселенной и насколько она может расшириться? Профессор ответил и на этот вопрос. «После того, как размер Вселенной достигнет максимума, она начнет сжиматься, и в конце концов сожмется в точку, испытав при этом как бы Большой взрыв наоборот, или, по-другому, Большой коллапс. Я убежден, что история Вселенной на самом деле охватывает бесконечную последовательность взрывов и коллапсов, которые переходят в новые взрывы. Вполне возможно, что расширение и сжатие — это постоянное сменяющие друг друга циклы времени, подобно поднимающейся и опускающейся груди спящего великана», — рассуждает ученый. И все же, вернемся к черным дырам. Чем Пенроуз стал так интересен научному сообществу? Начнем с того, что он посредством математики доказал, что черные дыры являются прямым следствием общей теории относительности Альберта Эйнштейна, который верил в их существование. Спустя десять лет после смерти Эйнштейна Пенроуз смог доказать это — статья Роберта Пенроуза, опубликованная в январе 1965-го, до сих пор считается самым важным вкладом в общую теорию относительности со времен самого Эйнштейна. В 70-е он начал работать со Стивеном Хокингом, и в 1988 ученые вместе получили премию Фонда Вольфа по физике за теоремы о сингулярности. После того, как ученые в принципе предположили существование черных дыр, начались масштабные исследования. Удалось выяснить, что эти объекты окружены горизонтом событий, охватывающим массу в ее центре. При этом содержимое черной дыры всегда будет скрыто от глаз внутри горизонта событий, а чем больше масса дыры, тем больше ее горизонт. Так, например, для массы, равной солнечной, горизонт событий будет в диаметре по меньшей мере 3 км, а для черной дыры с массой, эквивалентной массе Земли диаметр горизонта будет составлять всего 9 мм. При этом вся материя может пересекать горизонт событий только в одном направлении, так как потом время заменяет пространство, и все пути ведут вовнутрь. А что будет с человеком, если он попадет в черную дыру? Все мы с замиранием сердца смотрели фильм «Интерстеллар», где главные герои путешествуют, пользуясь черными дырами, как порталами. Насколько это реально, объяснил американский физик и астроном Кип Торн на примере того, что бы случилось с очаровательной блондинкой, если бы она падала в черную дыру. На обоих полюсах черной дыры образуются своего рода вихри — ученый называет их вортексами. Они вращаются в противоположные стороны. На северном полюсе вихрь закручивается по часовой стрелке, на южном — против часовой. Однажды они обязательно сталкиваются, и когда это происходит, внутри образуется вибрация. Тогда вортексы обмениваются направлениями вращения. А теперь давайте вспомним о девушке, которая попала в этот сумбур — похоже, что живой ей оттуда не выбраться. Да и возможно ли это в принципе, если исходить из всех ныне известных законов физики? Будучи частью пространства черной дыры, она не сможет избежать искривления, даже оказавшись рядом с черной дырой. Предположим, что бедолага упала на северный полюс. Тут в дело вступают вортексы, создавая некую турбулентность, которая, напомним, все закручивает, а учитывая свойства полюсов, крутится все в противоположных направлениях. Условно говоря, голова и ноги — в разные стороны. Любой объект продолговатой формы разорвется. Где же находится самая большая сверхмассивная черная дыра? Нобелевские лауреаты по физике Рейнхард Гензель и Андреа Гез, которые также были удостоены премии в 2020 году, с начала 90-х изучали пространство в центре Млечного Пути — им удалось с математической точностью картографировать орбиты самых ярких звезд. Однако спустя некоторое время обе группы астрономов, возглавляемые учеными, обнаружили в самом сердце нечто невидимое человеческому глазу и тяжелое, что заставляло огромное количество звезд кружиться. Этот объект превышал плотностью и весом четыре миллиона солнц, сжатых в области размером не больше нашей Солнечной системы. И что же заставило звезды вращаться с такой скоростью и в таком количестве в центре Млечного Пути? Исходя из теории гравитации и ее современной трактовки, ответ может быть только один — сверхмассивная черная дыра. Астрономы дали находке название Стрелец А — она занимает центр Млечного Пути и находится в 26 тысячах световых лет от нас. Работа Рейнхарда Гензеля, Андреа Гез и Роджера Пенроуза дала огромную пищу для размышления будущим физикам. Вероятнее всего, в ближайшие несколько десятков лет все ученое сообщество космологов сосредоточится на изучении черных дыр и их свойств, а также квантовой физики в целом.