К черной дыре через червоточину

Физика по-голливудски

ФИЛЬМ ГОЛЛИВУДСКОГО РЕЖИССЕРА КРИСТОФЕРА НОЛАНА «ИНТЕРСТЕЛЛАР» НАЗЫВАЮТ ПЕРВЫМ НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫМ БЛОКБАСТЕРОМ. ВЕДЬ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПРОДЮСЕР КАРТИНЫ — АМЕРИКАНСКИЙ ФИЗИК, НОБЕЛЕВСКИЙ ЛАУРЕАТ КИП ТОРН. ПО ЕГО СЛОВАМ, ОН СОЗДАВАЛ ФИЛЬМ ТАКИМ, ЧТОБЫ ДАЖЕ ДОМЫСЛЫ В НЕМ БЫЛИ НАУЧНО ОБОСНОВАННЫМИ. ТАК УДАЛОСЬ ЛИ СОВМЕСТИТЬ В «ИНТЕРСТЕЛЛАРЕ» НАУКУ И ЭКШЕН? ФИЗИКУ В ФАНТАСТИЧЕСКОЙ ЛЕНТЕ И ЧТО НАМ СЕГОДНЯ ИЗВЕСТНО О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ И КРОТОВЫХ НОРАХ ОБСУЖДАЛИ НА ПЕРВОЙ ЛЕКЦИИ РОССИЙСКОГО ПРОСВЕТИТЕЛЬСКОГО ПРОЕКТА «КУРИЛКА ГУТЕНБЕРГА» В ТОМСКЕ. ЛЕКТОРОМ СТАЛА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ОТДЕЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХА НАДЕЖДА ЧИСТЯКОВА. А МЫ ПУБЛИКУЕМ САМЫЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ФРАГМЕНТЫ ЛЕКЦИИ О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ И ЧЕРВОТОЧИНАХ.

Кандидаты в черные дыры

«Главный герой на своем корабле попадает внутрь черной дыры Гаргантюа. Можно ли сегодня с уверенностью сказать, что черные дыры однозначно существуют? Большинство ученых считают, что да, существуют. Но, как метко заметили на одном астрономическом сайте: “Собственными глазами ее еще никто не видел …”. Существование черных дыр следует из уравнений общей теории относительности Эйнштейна. А сами дыры могут быть очень разными по свойствам.

Например, согласно теории, черными дырами в конце своего жизненного цикла становятся массивные звезды значительно большего размера, чем наше Солнце. Кроме того, предполагается, что существуют черные дыры, масса которых значительно больше любой существующей звезды. И нужен какой-то другой механизм формирования таких дыр. Опять же предположение - столь массивные черные дыры могли образоваться непосредственно при большом взрыве, а также в результате слияния более мелких черных дыр. Однако, все это теоретические предположения, а есть ли экспериментальные доказательства существования черных дыр?

Астрономы наблюдают во вселенной объекты под названием “квазары”. Эти объекты излучают колоссальное количество энергии. Природа квазаров однозначно не определена, однако ими вполне могут быть черные дыры, окруженные раскаленным веществом. Одно из главных доказательств существования черных дыр получил Кип Торн (конечно, он был не один), экспериментально зафиксировав гравитационные волны - следствие слияния двух массивных черных дыр.

Считается, что в центре Млечного Пути есть массивная черная дыра - объект “Стрелец А”. Ученые давно наблюдают за поведением звезд рядом с этим объектом и можно говорить о том, что он является черной дырой.

Черные дыры обладают огромной массой. И согласно научным изысканиям, некоторые из них вращаются. У вращающихся черных дыр может быть аккреционный диск - кольце-образное скопление раскаленного газа вдоль экватора дыры, как кольца у Сатурна. Диск выделяет огромное количество энергии в виде электромагнитного излучения.

Черная дыра Гаргантюа, показанная в фильме, - это вращающаяся дыра, так как для фильма нужна была дыра с аккреционным диском. Планеты, на которые полетели герои, вращаются вокруг Гаргантюа, а аккреционный диск является для них источником света и тепла. У черной дыры есть не только диск по экватору, но и светящийся ореол вокруг. Это оптический эффект (кольцо Эйнштейна), возникающий из-за искажения света.

А как бы видели момент падения героя в черную дыру сторонние наблюдатели? В момент преодоления горизонта событий - условно это граница дыры, после пересечения которой даже свет не может вырваться за ее пределы, наблюдателю будет казаться, что изображение космического корабля просто застыло на месте. В конце концов вследствие гравитационных эффектов световые волны от этого изображения сменят частоты, перейдут в другой диапазон и в итоге картинка просто исчезнет».

Мост в другую галактику

«Добрались герои до Гаргантюа через кротовую нору, или “червоточину”, располагающуюся около Сатурна. Дело в том, что дыра находится очень далеко, в другой галактике, и добраться до нее на существующих космических кораблях просто невозможно, так как их скорость не может превышать скорость света, это аксиома. Например, космическому аппарату “Вояджер”, запущенному еще в 1970-е годы, потребуется около пяти тысяч лет, чтобы добраться до ближайшей к нам звезды Проксима Центавра. Чтобы не придумывать какой-то фантастический двигатель для корабля, в фильме используют червоточину. Сам же Кип Торн отмечает, что эта часть картины - домыслы. Да, подкрепленные физическими теориями, но все же только предположения. Червоточины тоже получаются как решения уравнений теории относительности Эйнштейна.

Согласно решениям, такие конструкции, как червоточины, соединяющие две точки в пространстве, должны быть неустойчивы. Две сингулярности могут соединиться на короткое время и образовать мостик, который на короткое же время расширяется, снова сужается и расходится на две сингулярности. Однако в фильме червоточина устойчива. Может ли устойчивая червоточина возникать естественным путем? Торн в своих работах говорит, что, по его мнению, скорее нет, чем да. Есть только фантастическая идея, на ней и остановились в фильме: червоточину создала сверхразвитая цивилизация.

Хотелось бы отметить, что изображения черной дыры и червоточины в фильме построены на строгой научной основе, а способы построения описаны в статьях Кипа Торна в соавторстве с коллективом разработчиков визуальных эффектов, кстати, по образованию физиков».

Подготовила Александра Лисовая