Может ли нас засосать в чёрную дыру и реален ли варп-двигатель
Посмотрел подкаст с доктором физико-математических наук, который занимается симметриями в теоретической физике. Разговор шёл про чёрные дыры, тёмную материю, коллайдер и научную фантастику. Пересказываю самое интересное простыми словами, потому что сам не сразу во всём разобрался.
Что вообще такое чёрная дыра
Первое, что стоит понять: чёрная дыра, это область пространства. Возникает она так: звезда светит, потому что внутри неё идут ядерные реакции, и выделяющийся свет как бы «распирает» её изнутри, борясь с гравитацией, которая, наоборот, хочет всё сжать. Когда звезда гаснет, гравитация побеждает окончательно, и вещество схлопывается, оставляя после себя пустое пространство, окружённое условной границей: горизонтом событий. Пройдя через эту границу, назад дороги уже нет.
Объясняется это двумя способами. Первый: гравитация настолько сильная, что даже свет не может её покинуть. Второй, более точный: после пересечения горизонта пространство и время буквально меняются местами: центр чёрной дыры становится для вас точкой будущего, а сам горизонт, точкой прошлого. Именно поэтому никакая ракета не поможет выбраться, тут нужна уже не ракета, а машина времени.
Кстати, забавный факт: сам Эйнштейн, вывод чьих уравнений и предсказал чёрные дыры, долгое время был уверен, что в природе такое решение реализоваться не может, слишком уж дикой казалась картина. Идея пролежала «на бумаге» несколько десятков лет, прежде чем стало понятно, что это не математический курьёз, а реальная часть вселенной.
Про спагеттификацию и Интерстеллар
Если падать в чёрную дыру, с телом происходит то, что физики называют спагеттификацией: гравитация растягивает объект в длину и сжимает по бокам, превращая в тонкую нить. Происходит это на уровне вообще всей материи, вплоть до элементарных частиц, и вот здесь уже никакая физическая теория толком не описывает, что происходит дальше. Поэтому сцена в «Интерстелларе», где герой не просто выживает в сингулярности, а ещё и попадает в многомерное пространство и общается с дочерью через время, это уже чистая фантастика, у которой нет реального физического обоснования. Многомерные пространства в теориях действительно встречаются, но экспериментальных подтверждений им пока не нашли, хотя специально искали на коллайдере.
Отдельная большая тема: тёмная материя. Тут всё довольно приземлённо: астрономы заметили, что звёзды на окраинах галактик вращаются слишком быстро для той массы вещества, которую мы видим напрямую. Обычной гравитации от видимых звёзд и газа не хватает, чтобы удержать их, по идее, галактики должны были давно разлететься. Раз этого не происходит, значит, есть какой-то дополнительный источник гравитации, невидимый и не взаимодействующий со светом. Его и назвали тёмной материей: по оценкам, её примерно в пять раз больше, чем обычного вещества.
При этом ничего мистического тут нет: это чисто рабочая гипотеза, которую подтверждает ещё и гравитационное линзирование, тёмная материя своей массой искривляет свет от далёких объектов, и это можно наблюдать. Есть, впрочем, и альтернативная идея: что дело не в невидимом веществе, а в том, что сами законы гравитации на очень больших расстояниях работают чуть иначе, чем мы думаем. Спор пока не закрыт, но большинство учёных всё же склоняется к версии с тёмной материей.
Найти саму частицу тёмной материи пока не удаётся, хотя эксперименты идут годами возле реакторов и ускорителей. И даже если завтра её обнаружат, на повседневную жизнь это никак не повлияет: ни быстрее ездить, ни решить энергетический кризис она не поможет. Зато закроет большую дыру в понимании устройства вселенной.
Бозон Хиггса и зачем нужен коллайдер
Про адронный коллайдер отдельно прошлись по популярным страшилкам. Разберём по порядку.
Миф про путешествия во времени. Коллайдер к этому не имеет вообще никакого отношения, он изучает столкновения элементарных частиц, а не искривление пространства-времени, которое единственное могло бы иметь отношение к перемещениям во времени.
Миф про чёрную дыру, которая сожрёт Землю. Тоже мимо: энергии, которые разгоняет коллайдер, в тысячи раз меньше тех, что регулярно прилетают на Землю из космоса в виде космических лучей, просто мы не знаем заранее, куда именно они прилетят, и не можем их зафиксировать. Коллайдер просто позволяет столкновения происходить в контролируемой точке, под присмотром аппаратуры.
Миф про бессмертие и тайну мироздания. Настоящая цель была куда прозаичнее: найти последний недостающий кусочек Стандартной модели, бозон Хиггса, и заодно поискать что-то за её пределами. Бозон нашли, а вот выйти за рамки известной физики пока не получилось, и это, кстати, главная причина, почему строительство следующего, ещё более мощного коллайдера сейчас под большим вопросом: нет гарантии, что более высокая энергия даст новый результат.
Реальна ли фантастика: разбор пяти сюжетов
Дальше в разговоре разобрали классические фантастические штуки на предмет реалистичности.
Двигатель на антиматерии (как у кораблей из «Звёздного пути»). Сама антиматерия, штука вполне реальная, её даже производят на коллайдерах и однажды удерживали в ловушке почти двадцать минут. При соединении с обычным веществом она выделяет колоссальное количество энергии в виде света, и теоретически на этом принципе можно построить двигатель. Проблема одна: хранить антиматерию невероятно сложно, она мгновенно аннигилирует при контакте с любой обычной материей, включая стенки контейнера.
Излучатель, воздействующий на мозг (привет Стругацким). Наш мозг действительно работает на электрохимических сигналах, так что в теории воздействовать на него электромагнитным излучением можно, вопрос в том, что мощность, способная реально что-то изменить, скорее всего просто сожжёт ткани, как в микроволновке. Идея не лишена смысла, но реализация: большой вопрос.
Восстание искусственного интеллекта (сюжет из «Дюны»).Ччтобы ИИ захотел нас захватить, ему нужна не только возможность, но и мотивация. А мотивация у живых существ появляется из эволюционной задачи выживания и передачи генов. У современных языковых моделей нет тела, нет физического контакта с реальностью, а значит, и задачи выживания у них попросту не существует, им всё равно, включат их или выключат.
Портал в другое измерение. Теоретически что-то похожее, «мост Эйнштейна, Розена», действительно допускается уравнениями общей теории относительности. Но чтобы такой портал не схлопнулся мгновенно, нужна экзотическая материя с отрицательной массой, а существует ли она вообще в природе, никто не знает.
Квантовая телепортация. Звучит эффектно, но на деле это передача состояния частицы с помощью заранее подготовленной запутанной пары. Причём быстрее света это не работает: чтобы завершить процесс, всё равно нужно передать классическое сообщение о результате измерения обычным способом, а оно не может двигаться быстрее скорости света. Так что телепорт из фантастики, это, по сути, красивое название для довольно скромного по возможностям эффекта.
Пожалуй, самое интересное во всём разговоре: то, что практически под каждым фантастическим сюжетом есть какая-то реальная физическая идея, просто в жизни она устроена куда скучнее и сложнее, чем в кино. Уравнения иногда предсказывают вещи, которые самим их авторам казались полным абсурдом, так было и с чёрными дырами, и с бозоном Хиггса. Так что кто знает, может, часть сегодняшних «глупых» фантастических идей лет через сто тоже окажется частью учебника физики.
Если вы любите постапокалипсис и фантастику рекомендую прочитать Исповедь смертного греха: https://author.today/reader/583416

