Сегодня физики-экспериментаторы не менее настойчиво ищут микроскопические черные дыры в потоке высокоэнергетичных космических лучей. Существует даже совершенно фантастический проект их массовой генерации при взаимодействии очень энергичных встречных пучков элементарных частиц на мощных ускорителях – коллайдерах. Значение факта существования реликтовых черных дыр для науки трудно переоценить, ведь их космологический смысл выходит далеко за рамками астрономии и астрофизики. При изучении этих таинственнейших объектов природы исследователи надеются глубоко продвинуться в понимании фундаментальных вопросов о сущности пространства и времени, структуры окружающей физической реальности, и, наконец, множественности нашего мира в иных измерениях.
С тех пор как почти столетие назад возникла идея ускорять элементарные частицы в электрических и магнитных полях, она была многократно воплощена в нескольких поколениях всевозможных циклотронов, бетатронов, синхрофазотронов и коллайдеров. Трудно даже перечислить все научные задачи, решенные с их помощью, и открытия, которые были совершены благодаря им. Их использовали для расщепления и синтеза атомов, превращения элементов, создания частиц, ранее не наблюдавшихся в природе, и даже для конструирования первых атомов «антимира». Но все эти замечательные результаты сильно блекнут перед перспективой проводить лабораторные исследования прообразов наиболее таинственных объектов Вселенной – реликтовых микроколлапсаров.
Излучение энергии и массы микроколлапсаром, по расчетам, должно постоянно расти. Поэтому микроскопическая черная дыра выглядит весьма нестабильной. В процессе излучения она должна мгновенно сжаться, нагреваясь и излучая все более энергичные частицы. Когда же микроколлапсар достигает граничной массы около тысячи тонн, он в течение микросекунды взорвется с силой миллиона мегатонных ядерных бомб. Время полного испарения гравитационного коллапсара пропорционально его начальной массе, и у черных дыр солнечной массы время жизни превышает все мыслимые пределы, составляя число с шестьюдесятью нулями лет. Дыра же с массой в миллиарды тонн должна существовать в пределах возраста современной Вселенной. Следовательно, первичные коллапсары такой массы именно сейчас должны были бы взрываться, заканчивая свой жизненный цикл.
Эксперименты с застывшими звездами
Гораздо приятнее Вселенная в фантастических фильмах, где звездолеты переносят путешественников через галактики за времена, непродолжительные с любой точки зрения.
Действительно, в 60-е годы XX века даже некоторые ученые полагали, что каналы и туннели в гиперпространстве сделают такие путешествия возможными и, более того, позволят путешествовать обратно во времени. Но более пристальное изучение физических законов привело к заключению, что ни одно из таких путешествий нереализуемо. Самое большее, на что вы можете рассчитывать – это путешествовать сравнительно недолго по своим часам, но чрезвычайно долго с точки зрения землян.
Для изучения природы гипотетических микроколлапсаров, прежде всего, требуются новые экспериментальные методы. Например, новейшие сверхчувствительные гамма-детекторы могли бы обнаружить первичные черные дыры массой в миллиарды тонн по их взрывам, которые должны сопровождаться вспышками гамма-излучения. Однако часть астрофизиков считает, что фоновое гамма-излучение, приходящие со всех сторон на Землю, не позволит выделить импульсы именно таких дыр, и их взрывы в непосредственной близости должны быть крайне редки. Некоторые астрономы придерживаются противоположного мнения, доказывая, что часто наблюдаемые короткие всплески гамма-лучей могут иметь самое непосредственное отношение к первичным микроколлапсарам.
Создание черных дыр в ускорителях позволило бы проникнуть в глубины материи. В прошлом столетии физики упорно продвигались к границам микромира: от мельчайших пылинок – к атомам, затем к протонам, нейтронам и, наконец, к кваркам. Если они смогут создавать черные дыры, то довольно быстро достигнут сверхмикроскопических масштабов, квантовых ячеек пространства-времени. За этим фундаментальным физическим пределом теряют смысл сами понятия пространства, длины и длительности. И вот здесь возможна совершенно парадоксальная ситуация, когда масштабное увеличение энергии сталкивающихся частиц вместо «дробления» материи на все более мелкие составляющие приведет к рождению все более массивных черных дыр.
С другой стороны, эксперименты с микроколлапсарами позволили бы прояснить давно обсуждаемый вопрос о реальности существования скрытых измерений пространства-времени. Более того, изучая их свойства, физики смогли бы не только убедиться в многомерности нашей реальности, но и исследовать физику многомерных пространств. Например, если создавать на ускорителе дыры все большей массы, они станут проникать все глубже в дополнительные измерения и сравниваться по размеру с одним или несколькими из них, демонстрируя при этом характерные изменения зависимости своей температуры от массы. К тому же, если черная дыра становится достаточно большой, чтобы пересечься с параллельной трехмерной Вселенной в дополнительных измерениях, характеристики ее распада должны неожиданно измениться.
Глава 30Время вечной тьмы
К возрасту Вселенной 10100лет в мире останутся практически только электроны и позитроны, рассеянные в пространстве с ужасающе ничтожной плотностью: одна частица будет приходиться на объем, равный 10185 объемам всей видимой сегодня Вселенной. Означает ли это, что в будущем замрут все процессы, не будет происходить активных движений физических форм материи, невозможно будет существование каких-либо сложных систем, а тем более разума в какой бы то ни было форме?
Что означает число 10150лет? Представить это себе довольно трудно, ведь даже в космических годах Сагана новое число будет содержать далеко за сотню нулей… Между тем именно к этому невообразимо далекому периоду существования нашей Вселенной некоторые космологи планируют полный и окончательный конец света. По традиционному сценарию вся материя к тому времени сольется в некие «шары». Все атомы внутри этих шаров постепенно превратятся в атомы железа, а сами шары сколлапсируют в черные дыры и нейтронные звезды. Через неясно какой, но очень-очень сверхдлинный период времени черные дыры испаряться, и во Вселенной на необозримо далеком расстоянии, сравнимом с современным метагалактическим горизонтом, останутся лишь нейтронные звезды…
Этот несколько унылый сценарий угасания нашего мира в различных непринципиальных вариациях обсуждается с тех пор, как стало достоверно известно, что Вселенная расширяется с ускорением. Подобное развитие событий сильно разочаровало сторонников Большого хлопка. Однако уже скоро их терпение было вознаграждено, и загадочный Большой хлопок сменил не менее таинственный Большой разрыв.
Суть этого бурно обсуждаемого космологического сценария проста и непостижима: через двадцать два миллиарда лет метрика пространства-времени не выдержит отрицательного давления «темной энергии» и разорвется! К «темной энергии» мы еще вернемся, а сейчас попробуем представить себе, как будет бесповоротно гибнуть мироздание в пучинах Большого разрыва. Для этого еще раз окинем взглядом всю доступную нам часть Вселенной – метагалактику.
Наша галактика является структурной единицей метагалактики – части Вселенной, доступной современным астрономическим методам исследования и содержащей несколько миллиардов галактик – звездных систем, в которых звезды связаны друг с другом силами гравитации. В окрестностях нашей галактики расположены еще около сорока галактик, которые образуют местную группу. Скопления галактик – это самые крупные устойчивые системы во Вселенной.
Итак, Вселенная однородна лишь в среднем – в масштабах, превышающих шестьсот миллионов световых лет. По мере уменьшения масштабов начинает проявляться ее структура. Вначале становятся заметны сверхскопления галактик, размером порядка трехсот миллионов световых лет, образующие относительно тонкие стены, толщиной около тридцати – шестидесяти миллионов световых лет. Внутри них вырисовываются скопления галактик, размером порядка тридцати миллионов световых лет, а еще глубже – сами галактики. Размеры галактик колеблются в широких пределах: самые маленькие, карликовые галактики – менее тридцати тысяч световых лет в поперечнике и массой порядка сто миллионов масс Солнца. Размеры же самых крупных галактик достигают многих сотен тысяч световых лет, а их массы – тысячи миллиардов масс Солнца. Внутри галактик вещество структурировано: спиральные рукава, шаровые звездные скопления, отдельные звезды и, наконец, планеты.
А вот теперь представим, что тонкую резиновую пленку пространства с множеством лунок от массивных тел сковал сильный мороз, и она потеряла свою эластичность. Между тем невидимые силы «темной энергии» продолжают растягивать пространство вдоль и вширь. Наконец, вблизи одной из наиболее мощных эллиптических галактик (в сотни раз превышающей по размеру наш
Млечный путь) ткань материи не выдерживает и покрывается сетью трещин. Вблизи этих разрывов мироздания начинается стремительный распад материи на самые простейшие элементарные образования – квантовые струны, которые и сами «виртулизуются», растворяясь в вакууме.
Однако кроме локальных трещин распадающейся материи, согласно теории Большого разрыва, могут возникнуть и вселенские трещины от одной группы галактик к другой. Если же пропустить нескольких последующих этапов, то в конце Эпохи Большого Разрыва окажется, что трещины пространства-времени во многом повторяют ячеистую структуру метагалактики. Есть и еще один любопытный аспект в этом космологическом сценарии – подобно тому, как просверленные в стекле отверстия останавливают дальнейшее развитие трещин, застывшие звезды гравитационных коллапсаров вполне могут остановить разрыв текстуры ткани пространства. И хотя трудно даже представить, во что превратиться человеческая цивилизация за десятки миллиардов лет, уже с