Эйнштейн был убежден, что область внутри радиуса Шварцшильда нефизична: это область чистой фантазии, математическая абстракция, и природа, несомненно, помешала бы таким объектам вообще сформироваться. В 1939 году он опубликовал трактат, в котором с помощью своей теории относительности пытался доказать, что таких “темных звезд” не существует. Эйнштейн триумфально завершил трактат словами: “Основным результатом этого исследования является ясное понимание того, почему «шварцшильдовские сингулярности» не существуют в физической реальности”. В переводе с научного языка это означало: “черных дыр не бывает”[78].
Но утверждение Эйнштейна оказалось ошибочным. Почти в то же время Оппенгеймер и его коллеги доказали, что звезды могут коллапсировать в точку[79]. Если они достаточно массивны, ничто не может предотвратить их коллапс.
Однако здесь вновь проявляются замечательные свойства теории относительности. То, что человек увидит во время коллапса звезды, в максимальной степени будет зависеть от его местонахождения. Наблюдатель, внимательно следивший за коллапсом в телескоп, увидит, как звезда взорвется и исчезнет в черной дыре. Появится горизонт событий, и все, что приближается к нему, этот наблюдатель будет видеть все менее отчетливым и замедленным. Каждая световая волна станет бесконечно растягиваться, и ее будет невозможно измерить, если она попытается выйти за край. Время сделается вязким, как сироп, и в конце концов словно бы остановится. Если уподобить световые волны маятнику, то они станут, как и пространство, растягиваться все больше и больше… часы будут тикать все реже и реже, пока совсем не остановятся.
Между тем для легкомысленного наблюдателя, который останется сидеть на поверхности коллапсирующей звезды, не произойдет ничего особенного – за исключением, конечно, того, что он провалится туда, где его ждет верная смерть. Он упадет в ядро звезды вместе со всеми остальными частицами. Пересекая горизонт событий, он не заметит ничего необычного – даже того, что пересек эту черту. Он всегда будет видеть черную дыру как большое черное пятно – даже внутри этой черной дыры. Его время также продолжит течь нормально, пока в конце концов он за долю миллисекунды не сколлапсирует в одну точку в ядре звезды. Свет провалится в ядро вместе с ним. Впрочем, в случае со звездной черной дырой это приключение не сулит ничего приятного. Поскольку ноги нашего безрассудного наблюдателя находятся ближе к центру массы звезды, чем его голова, то и притягиваться они будут сильнее, так что несчастного растянет, как макаронину, и в конце концов разорвет.
Хотя такие сценарии далеко не всем кажутся забавными, физики развлекаются, когда их придумывают! Долгое время эти объекты называли “застывшими звездами”, поскольку на краях их дисков время останавливается. Но это не совсем так. Строго говоря, время останавливается только на краю абсолютно статичной черной дыры. А если она растет за счет пожирания материи, то ее горизонт событий тоже увеличивается и как бы проталкивает эту “застывшую” материю внутрь.
Термин “черная дыра” впервые появился в 1964 году в статье журналистки Энн Юинг[80] и окончательно утвердился после того, как был использован Джоном Арчибальдом Уилером в выступлении на конференции. С тех пор бренд “черные дыры” неизменно приковывает внимание как непрофессионалов, так и экспертов. Бренды важны даже в физике, а американцы кое‐что понимают в маркетинге. Никто ведь не купит книгу о получении первого изображения с таким, к примеру, названием: “Изображение объекта, полностью сколлапсировавшего под действием гравитации”.
Но черные дыры могут еще и вращаться. Математик Рой Керр из Новой Зеландии в 1963 году нашел такое математическое решение для вращающейся черной дыры, которое описывает пространство-время вокруг нее[81]. Если вращающееся вещество падает в черную дыру, угловой момент системы сохраняется. Черная дыра заставляет окружающее ее пространство вращаться вместе с ней, подобно тому, как водоворот вовлекает во вращение окружающую его воду. И как лодку затягивает в глубину подхвативший ее водоворот, так и вращающееся пространство заставляет материю и даже свет в определенной области пространства возле черной дыры вращаться вместе с ним. И наоборот – теоретически возможно извлечь энергию вращения черной дыры с помощью имеющихся в области водоворота магнитных полей[82]. Сингулярность в центре вращающихся черных дыр представляет собой уже не точку, а кольцо с невероятными свойствами: математически его можно представить как замкнутую линию, следуя по которой, вы возвращаетесь в ту же точку, из которой отправились в какой‐то момент времени, точно в тот же момент времени.
Черные дыры образуются только из очень больших звезд, которые живут недолго, может быть, всего несколько миллионов лет. Вскоре после своего образования гигантская звезда взрывается. Там, где образуются молодые звезды, вскоре возникают и звездные черные дыры. На настоящий момент в нашем Млечном Пути их количество оценивается примерно в сто миллионов. Они находятся в тысячах световых лет от нас и слишком малы, чтобы мы могли их зарегистрировать. Иногда – если вы застанете какую‐нибудь из них за высасыванием вещества из соседней звезды, обращающейся вокруг нее, – ее можно увидеть в небе в виде ярко сияющего в рентгеновском диапазоне источника. Такие пары называются рентгеновскими двойными звездными системами. На самом деле это обращающиеся друг относительно друга звезда и “звездный труп”. Черная дыра-зомби поедает своего партнера кусочек за кусочком.
Сейчас июнь 2016 года, и я сижу на плоской вершине горы Гамсберг в Намибии, где мы хотим построить новый радиотелескоп[83], на который не нашли пока денег. Я смотрю вдаль на потрясающий ландшафт. Вокруг разбросаны редкие хижины, подо мной во всех направлениях до самого горизонта простирается каменистая разноцветная пустыня, а надо мной заходящее Солнце окрашивает почти безоблачное небо в темно-красный цвет. Я заворожен переливами красок на песке в свете медленно заходящего за горизонт Солнца. Есть ли более чудесный момент, чем этот? Я никогда не смотрю на небо глазами объективного наблюдателя, оно для меня всегда окутано волшебством.
Ясными и сухими южноафриканскими ночами, вдали от городов, звездное небо раскрылось надо мной, подобно огромному расписному куполу. На темном бархате небосвода сияет во всем своем великолепии яркая полоса Млечного Пути протяженностью 100 000 световых лет, и всю ее можно охватить одним взглядом. Бесчисленные звезды сплетаются в светящуюся вуаль, которая тянется через все небо. Темные пятна придают ей непривычную для меня рельефность, поскольку обычно я смотрю на нее из Северного полушария Земли. Эти пятна – межзвездные пылевые облака – питомники по выращиванию новых звезд, планет и черных дыр – я могу здесь рассмотреть невооруженным глазом. Вверху, почти прямо надо мной, находится галактическое ядро Млечного Пути. Где‐то в его центре спрятана “моя” черная дыра. Звездное небо ясно, и потому она кажется настолько близкой, что ее вроде бы даже можно коснуться. Правда, где именно она прячется, я могу только догадываться, потому что темные пылевые облака нашей родной Галактики загораживают ее от меня. Каким бы прекрасным ни был Млечный Путь, нам трудно до конца осознать его красоту – в основном потому, что мы являемся его частью. Мы не просто наблюдатели, мы – обитатели этого островка в космосе.
Наряду с Луной Млечный Путь – самое заметное образование на ночном небе. Он сияет так ярко и отчетливо, что, согласно легенде, привел апостола Иакова Великого в Сантьяго‐де-Компостела. Но сегодня, когда я иду туда же по паломническому пути Эль Камино, я использую GPS. А вот навозные жуки, катящие прочь от навозной кучи слепленные из навоза шарики, для ориентировки все еще используют Млечный Путь[84]. Без сомнения, эта светящаяся полоса в небе не могла не пробуждать мысли и чувства самых первых охотников-собирателей.
Млечный Путь получил свое название еще в древности. Согласно греческому мифу Зевс приложил к груди своей жены Геры, когда та спала, их сына Геракла. Но ребенок сильно толкнул богиню, разбудив ее, и та отстранила Геракла; при этом небольшое количество грудного молока разлилось по небесному своду: так родился Млечный Путь, или по‐гречески – Galaxias (откуда и происходит знакомое нам слово “галактика”). Наш Млечный Путь состоит из сотен миллиардов звезд. Все другие “млечные пути” в космосе называются галактиками. Естествоиспытатель и исследователь Александр фон Гумбольдт именовал их Welteninseln – буквально: “острова миров”. Обычно это немецкое название галактик переводится как “островные вселенные”, и такой вариант мне нравится больше.
Демокрит, греческий философ, в V веке до нашей эры утверждал, что свет Млечного Пути может быть не чем иным, как суммой свечений отдельных звезд. Почти 2 000 лет спустя Галилей, наблюдая в свой телескоп звездное многообразие нашего Млечного Пути, подтвердил, что Демокрит был прав. Иммануил Кант в XVIII веке написал, что Млечный Путь должен представлять собой диск и что звезды в нем должны располагаться примерно в одной плоскости.
Приблизительно в то же время французский астроном Шарль Мессье, находясь в Отеле Клюни в центре Парижа (где сегодня помещается Национальный музей Средних веков), начал охоту за кометами. Попутно он обнаружил на небе множество странных облачных пятен, которые явно не были кометами и не двигались. Что это были за облака, Мессье сказать не мог, но он задокументировал и пронумеровал их. В общей сложности 110 таких размытых образований попало в каталог, который теперь носит его имя.