Однако все подозреваемые объекты очень далеки от нас, изучать их чрезвычайно трудно, и полной уверенности в том, что это действительно черные дыры, пока еще нет. Астрофизикам придется еще потрудиться, чтобы поставить все точки над i.
Падение в тартарары
Итак, для стороннего наблюдателя время в окрестностях черной дыры останавливается, и коллапсирующее тело навеки застывает в виде черного пятна. Никаких изменений с ним больше не происходит. Все процессы там замирают, и спрятанный внутри черной дыры мир никогда не оторвется от нашего. Полного схлопывания пространства и сжатия коллапсирующего тела до размеров геометрического кванта мы никогда не увидим.
Если к черной дыре был направлен звездолет, то наблюдатели на контролирующих станциях зафиксируют постепенное уменьшение его скорости, и, наконец, он повиснет в пространстве, как мушка в густом глицерине. Так и останется навеки, дальше за ним можно не следить.
А вот перед экипажем летящего звездолета развернутся удивительные картины. Сначала ничего особенного, просто скорость корабля будет быстро нарастать, как у падающего на землю камня. Если затратить достаточно много горючего, еще можно затормозить и повернуть обратно. Правда, вернувшись на Землю, молодой космонавт встретит своего близнеца-брата глубоким стариком, а если задержится в окрестностях черной дыры чуть дольше, то встретит на Земле своих далеких потомков — ведь по сравнению с земным его время текло медленнее. Хороший способ путешествия в будущее! Надо только некоторое время полетать вблизи черной дыры. Она, как машина времени, перенесет путешественника в любую, сколь угодно отдаленную эпоху. Жаль только, что нельзя вернуться обратно в наше время, — машина работает в одну сторону!
Если экипаж звездолета отклонит мысль о возвращении и решит продолжать полет к черной дыре, то критическую красную черту, откуда уже нельзя вернуться обратно, притягиваемый черной дырой звездолет пролетит с предельной, световой скоростью. Свойства пространства и времени здесь таковы, что они как бы перепутываются, становятся неразличимыми между собой. Просто четыре равноправных измерения, и все! Если хотите, можно сказать, что пространство перестало существовать, а можно утверждать, что на границе черной дыры нет времени. А дальше произойдет уже нечто совсем сверхъестественное, такое, для чего не хватает ни слов, ни фантазии. Что-то напоминающее превращение времени в расстояние, а расстояния — в трехмерное время. Пространство и время как бы меняются местами. Наших обычных пространственно-временных представлений недостаточно для наглядного осознания того, что там происходит.
У писателя С. А. Снегова есть «космический» роман о путешествии землян к рамирам — таинственным и могущественным существам, жителям центра Галактики.
«— Кто видит океан в штиль, может ли представить, каким он становится в бурю? — пытается передать свои впечатления один из героев романа о происходящих там превращениях пространства и времени. — Вихри… Время здесь рыхлое, оно разрывается… прошлое не смыкается с будущим через настоящее… время больное, рак времени…
Время, подобно ленте Мёбиуса, течет, выворачиваясь в пространство. Замкнутые петли… Вневременные области, куда нельзя попасть из нашего времени… Впрочем, и это, наверное, лишь блеклое отражение тех коловращений, которые претерпевает время вблизи черных дыр».
Конечно, для экипажа звездного корабля это не пройдет бесследно. Те части звездолета и тел самих космонавтов, которые ближе к центру тяготения, будут испытывать действие больших сил. В земных условиях различие тяготения, действующего на наши ноги и голову, не велико (хотя тоже заметно — попробуйте повиснуть на перекладине турника вниз головой, и вскоре почувствуете прилив крови!). В окрестностях черной дыры, где силы притяжения огромны, любое физическое тело будет растянуто и многократно разорвано на мельчайшие части. Сжимаясь в точку, коллапсирующее тело превратится в россыпь геометрических квантов и каких-то не известных еще нам структурных единиц материи. Ни одно тело не может пройти сквозь черные ворота в дочерний мир, не испытав таких катастрофических превращений в каждой своей точке, которые трудно даже представить. Вот уж когда действительно верна пословица: «Пролезть труднее, чем верблюду в игольное ушко!»
Чем массивнее тело, тем большую черную дыру образует оно в пространстве. Например, черная дыра, в которую могла бы провалиться туманность Андромеды, в сотни раз превосходит размеры нашей Солнечной системы. Однако пройти через такой гигантский черный провал в дочерний мир не проще, чем через микроскопическую черную дырочку.
Радиус черной дыры для звезды с массой, равной трем массам Солнца, составляет всего лишь около десятка километров. По астрономическим масштабам — это уже практически точка, тем не менее до размеров геометрических квантов, когда происходит почти полное схлопывание пространства, еще далеко. Что же касается тел, масса которых меньше полутора-двух масс Солнца, то их гравитационные поля недостаточны для того, чтобы «смять» внутренние силы, препятствующие сжатию. Поэтому самые маленькие черные дыры, которые могут возникнуть при гравитационном коллапсе, имеют поперечник в несколько километров.
Но это означает, что мы, кажется, зашли в тупик: с одной стороны, теория предсказывает существование почти замкнутых миров, а с другой — эта же теория приводит к выводу о том, что ни одно космическое тело не может преодолеть барьер черной дыры и так сжаться, чтобы мог возникнуть такой мир. «Стенка» застывшего времени крепче любой брони! Ее нет для падающего в дыру звездолета, но для нас это не имеет значения, поскольку никаких репортажей с борта этого звездолета мы не получим, они так и останутся в гравитационной паутине черной дыры.
Распухающая Вселенная
Горловина, связывающая нас с дочерним миром, действительно не может стать уже нескольких километров. Сомневаться в правильности расчетов нет оснований. Однако наш мир не всегда был таким, как сейчас. В далеком прошлом его свойства были совершенно иными, другими были и условия для образования черных дыр.
Астрономия — древнейшая земная наука. Необходимые для ночной ориентировки зачатки астрономических знаний были известны, по-видимому, уже первобытным охотникам. Наблюдая периодические, повторяющиеся из года в год движения Солнца, Луны и других небесных светил, люди, естественно, пришли к мысли о том, что Земля — центр Вселенной. Широкое распространение библейских мифов о сотворении мира еще более укрепило эти представления. Вселенная считалась конечной как во времени — от сотворения мира, так и в пространстве — ограниченной небесным сводом с закрепленными на нем звездами. И хотя постепенно накапливались наблюдения, которые заставляли сомневаться в справедливости этой картины, новые идеи пробивали себе дорогу с большим трудом. Мысль Коперника о том, что в представлении людей об устройстве мира надо поменять местами Солнце и Землю, казалась просто издевательством над здравым смыслом.
Насколько велика сила привычки и предубеждений, видно, например, из того, как Галилео Галилей, ученый, едва не попавший на костер инквизиции за приверженность идеям Коперника, в молодости был их ярым противником. Воспитанный по канонам церкви, он впервые услышал о них на лекциях в университете и искренне считал их очевидной глупостью.
«Я спрашивал об этом многих из числа бывших на лекциях, — вспоминал он впоследствии, — и увидел, что эти лекции служили неистощимым предметом для насмешек».
Такой же нелепостью теория Коперника показалась и современнику Галилея, послушнику одного из монастырей в Неаполе Джордано Бруно. Он родился всего лишь через пять лет после смерти Коперника и был на шестнадцать лет моложе Галилея. Начав с критики коперниковских трудов, Джордано Бруно вскоре стал их сторонником. В многочисленных публичных диспутах он защищал идею о вечном существовании пространственно бесконечной Вселенной. Через несколько лет после сожжения Джордано Бруно на Площади Цветов в Риме Галилео Галилей с помощью изобретенного им телескопа смог доказать, что светящиеся облака Млечного Пути состоят из мириадов звезд. Как и предсказал Джордано Бруно, мир оказался необычайно большим и разнообразным.
В последующие столетия стараниями астрономов, математиков и физиков получено огромное количество новых сведений о космосе. Картина мира стала несравненно более полной и совершенной, чем во времена Коперника и его первых последователей. Тем не менее в своей основе представления о строении мира, как целого, все эти столетия оставались, по существу, неизменными. Бесконечное пространство, заполненное сгустками кипящей материи, — звезды, шарики планет вокруг них, разреженный межзвездный газ и пыль. Такая картина бесконечной и вечной Вселенной господствовала в науке вплоть до середины XX века. Уточнялись и изменялись детали, иногда целые фрагменты, но убеждение в том, что окружающий мир не имеет конца и края не только в пространстве, но и во времени, сохранялось неизменным. Считалось, что существенные изменения происходят лишь в отдельных участках Вселенной. Планеты, звезды, жизнь — все имеет свой срок существования. Однако, погибнув в одном месте, они возникают и проходят все стадии эволюции в другом. В целом же в своих глобальных свойствах мир остается неизменным.
То, что эта картина не верна (точнее, применима лишь в сравнительно небольшой области пространства и времени, недалеко от нашей планеты и вблизи времени, в котором мы живем), ученые поняли совсем недавно. И главную роль в этом сыграли уже упоминавшиеся две небольшие статьи А. А. Фридмана. В них говорилось не только о том, что мир может быть искривленным и замкнутым, но и о том, что его размеры не остаются постоянными, а изменяются с течением времени.
Анализ уравнений теории относительности, выполненный Фридманом, обнаружил в их решениях «особую точку», некоторый момент времени, в который радиус мира равен нулю, а плотность содержащегося в нем вещества — бесконечности. Исчезающее малая точка бесконечной массы! Из уравнений следовало, что эта точка мгновенно, толчком, превращается в крохотный шарик, который продолжает далее быстро расти. Получается так, что до некоторого стартового момента времени не было ни времени, ни пространства. Затем, в силу каких-то причин (точнее теория сказать не может), Вселенная стала «разбухать», извергаться из точки, равномерно расширяясь во все стороны, как выдуваемый мыльный пузырь.