Читать книгу "Маленькая книга о большой теории струн. В поисках принципов устройства Вселенной - Стивен Губсер"

Мой папа был согласен, поэтому я очертя голову ринулся на скалу и уже на маршруте понял, что в моём плане были некоторые недостатки. Порода внутри трещины оказалась непрочной, и потребовалось вбить много креплений, чтобы обеспечить надёжную страховку. И хотя это был небольшой участок, он «съел» почти весь мой запас железа, так что когда я уже почти достиг вершины, у меня совсем не осталось этих замечательных приспособлений. На последний отрезок, наиболее трудный для свободного лазания, мне не хватило крючьев. Но я был почти у цели! Я поместил закладку в расширение трещины, встал на неё, и она выдержала. Тогда я поместил в ту же трещину гекс, поднялся на него, и в этот момент гекс выскочил, и я рухнул вниз. То, что произошло в следующее мгновение, выпало из моей памяти, но события достаточно легко восстановить.

Закладка вылетела вслед за гексом, и я ощутил себя в свободном падении. Вылетела следующая закладка. То, что произошло далее, называется «зипперингом», поскольку выглядит как расстёгивание застёжки-молнии. Если вылетает слишком много закладок, вы оказываетесь на земле. Причём каждая следующая закладка должна выдерживать всё большую и большую нагрузку, поскольку по мере падения вы набираете скорость, а значит, увеличиваете импульс. И тут я ощутил резкий рывок: это был так называемый эксцентриковый френд — наиболее сложное приспособление из всего скалолазного арсенала. Он не был идеально закреплён, но он выдержал! Моего отца, страховавшего меня внизу, оторвало от земли — настолько сильным оказался рывок верёвки.

Что же произошло? Я потратил некоторое время, изучая френд, прервавший моё падение. Он чуть-чуть выскочил из трещины и повернулся, но в целом держал надёжно. Я проверил и укрепил пару закладок ниже френда и осторожно спустился вниз. Несколько минут я в задумчивости бродил по земле, размышляя, насколько же она твёрдая, после чего смотал верёвку, вытащил из скалы оборудование, до которого смог дотянуться, и больше в этот день не предпринимал попыток восхождения.

Чему же научил меня Криогеникс? Во-первых, никогда не продолжать восхождение, если закончилось снаряжение. Во-вторых, падение не проблема, проблема — приземление. Я вернулся домой без единой царапины, потому что не ударился о землю, хотя и заработал двухминутное кровотечение из носа, — рывок, остановивший меня, был достаточно жёстким, хотя и не шёл ни в какое сравнение с возможным ударом о землю.

И наконец, самый важный урок гравитации, который можно извлечь из опыта свободного падения: вы не ощущаете гравитацию в процессе падения: в падении вы невесомы. Сходные ощущения можно испытать в лифте, когда он начинает движение вниз. Я хотел бы выразить чувство глубокой признательности гравитации за то, что она позволила мне испытать опыт свободного падения. Тогда, на Криогениксе, мне не хватило времени, чтобы оценить этот опыт, а может быть, я слишком переживал за свой рассудок, побывав в дюйме от смерти.

Чёрные дыры

Каково это: упасть в чёрную дыру? Будет ли это похоже на страшный жёсткий удар? Или это будет бесконечное свободное падение? Что ж, давайте отправимся в короткое турне по свойствам чёрных дыр, в котором поищем ответы на эти вопросы.

Прежде всего, чёрные дыры — это объекты, из которых не может выбраться даже свет. Прилагательное «чёрная» в отношении чёрной дыры означает именно полнейшую тьму, отсутствие всякого излучения. Поверхность чёрной дыры называется горизонтом, поскольку никто, находящийся снаружи горизонта, не может видеть ничего, что происходит внутри, ибо для того, чтобы что-то увидеть, нужен свет, а свет не может покинуть чёрную дыру. Принято думать, что чёрные дыры присутствуют в центрах большинства галактик. Они также считаются заключительным этапом эволюции массивных звёзд.

Самое странное в чёрных дырах то, что на самом деле они — просто пустое пространство, за исключением сингулярности в центре. Это может показаться нонсенсом: ну как, скажите, один из самых массивных объектов в галактике может быть пустым? Ответ прост: вся масса внутри чёрной дыры коллапсирует в сингулярность. На самом деле мы не понимаем, — что происходит в самой сингулярности. Всё, что мы понимаем, это то, что сингулярность искажает пространство-время таким образом, что возникает окружающий её горизонт. И всё, что попадает под горизонт, в конце концов сжимается в точку в центральной сингулярности.

Представьте себе, что скалолазу «повезло» свалиться в чёрную дыру. Пересечение горизонта не причинит ему никакого вреда, поскольку там ничего нет, кроме пустого пространства. Скалолаз, вероятно, даже не заметит, как он пересечёт горизонт. Беда в том, что нет и ничего, что могло бы остановить его падение, — вокруг него вплоть до самой центральной сингулярности только пустое пространство. Единственная надежда скалолаза — его верёвка. Но даже если верёвка закреплена на самом прочном и надёжном крюке в истории человечества, она не спасёт нашего скалолаза.

Вероятно, в центре нашей Галактики находится чёрная дыра. Считается, что масса этой чёрной дыры составляет около четырёх миллионов масс Солнца. С точки зрения земного наблюдателя, центр Галактики находится в направлении созвездия Стрельца на расстоянии около 26 000 световых лет от нас. Реальные размеры чёрной дыры гораздо меньше, чем изображённая на рисунке область вокруг неё, свободная от звёзд

Если крюк и выдержит, верёвка наверняка либо порвётся, либо будет растягиваться до тех пор, пока скалолаз не треснется о сингулярность. Если это случится, возникнет, наверное, самая катастрофическая коллизия, какую только можно вообразить, но мы об этом никогда не узнаем, потому что никто, кроме самого скалолаза, не сможет этого наблюдать. Ведь ни один луч света не может покинуть внутренности чёрной дыры.

Главное, что следует уяснить, — гравитационные силы, действующие внутри чёрной дыры, абсолютно непреодолимы. После пересечения горизонта у нашего незадачливого скалолаза не больше шансов остановить своё падение, чем остановить время. И тем не менее ему не будет больно до тех пор, пока он не достигнет сингулярности, потому что весь путь он проделает в пустом пространстве. Скалолаз будет ощущать невесомость, так же как я ощущал её, падая с Криогеникса. Это важнейшее фундаментальное положение общей теории относительности: падающий в гравитационном поле наблюдатель ощущает в точности то же, что и наблюдатель, находящийся в пустом пространстве.

Вот ещё одна аналогия, которая поможет понять ситуацию. Представьте себе горное озеро, из которого вытекает стремительный поток, заканчивающийся водопадом. Рыбы, живущие в озере, знают, что не следует подплывать слишком близко к водопаду, потому что если их унесёт потоком, то им уже никогда не вернуться обратно в озеро. Неразумная рыба, позволившая потоку утащить себя из озера, не почувствует никакой разницы по сравнению с плаванием в озере (по крайней мере, не сразу), но у неё не будет иного выбора, кроме как падать вниз вместе с окружающей её водой. Озеро здесь выступает в качестве пространства снаружи горизонта, а водопад — в качестве внутреннего пространства чёрной дыры. Сингулярность же встретит рыбу в образе камня на дне водопада, достигнув которого рыба найдёт свой мгновенный и кровавый конец. Можно предположить и другой исход: водопад плавно переходит в горизонтальный поток, который вливается в другое озеро, где рыба продолжит сытую и счастливую жизнь. Точно так же и в центре чёрной дыры вместо сингулярности может оказаться туннель, ведущий в другую вселенную. Всё это кажется весьма надуманным, но учитывая, что мы ничего не знаем о природе сингулярности в центре чёрной дыры, полностью исключать такую возможность нельзя.