Термин «Чёрная дыра»

«Мамочка, а что такое «чёрная дыра»?

Дж. Виндж. «Охота»

Кадр из фильма «Интерстеллар»

Чёрная дыра — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.

Изобретатель термина «черная дыра» достоверно неизвестен, но само обозначение впервые публично употреблено 29 декабря 1967 года Дж. Уилером в популярной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное», после чего новый термин стремительно вошел в фантастику. До этого подобные астрофизические объекты называли «коллапсары». Концепция черной дыры довольно сложна, и неспециалисту лучше всего обратиться к научно-популярной литературе — например ознакомиться с книгой «Краткая история времени» С. Хокинга.

Лишь в 1960-е годы физики начали размышлять о том, может ли коллапсирующая звезда, в три раза превышающая массу Солнца, превратиться в черную дыру, сосредоточенную в сингулярности (предельной точке, где асимптотический подход к бесконечной гравитации полностью уничтожает материю и энергию) и ограниченную горизонтом событий. Фантастов же больше заинтересовал релятивистский эффект замедления времени, связанный с приближением объектов к горизонту событий черной дыры. Этот мотив присутствует в рассказах «Литания» П. Андерсона и «Темная душа ночи» Б. Олдисса, а также в романе «Врата» Ф. Пола. В перечисленных произведениях присутствуют интересные метафорические связи между физикой и психологией, которые позволяют понять, почему концепция черной дыры стала одной из самых притягательных идей в физике конца двадцатого века.

Также выделим психологические драмы: рассказ Р. Сильверберга «К черной звезде» и роман «Галактики» Б. Молзберга, в котором капитан звездолета во главе экипажа мертвецов совершает ритуально-метафорическое погружение в черную дыру. Необычная идея содержится в рассказе «Охота» Д. Варли — здесь фигурирует разумная черная дыра. В целом же сюжетные эксперименты фантастов с черными дырами быстро кончились и термин превратился в один из множества стандартных, заезженных литературных штампов.

Что касается эффекта замедления времени, то этим обстоятельством можно даже воспользоваться, назначая у самого «горизонта событий» рандеву со звездолётами представителей достаточно высокоразвитых цивилизаций — так посчитал Д. Брин в рассказе «Хрустальные сферы». Но М. Пухов в рассказе «Над бездной» привёл скептические доводы, заметив, что конференция экипажей звездолётов так и останется «вещью в себе». В самом деле, к моменту окончания обмена опытом между участниками конференции, цивилизации, их пославшие, успеют пройти долгий путь развития и сделать многие фундаментальные открытия и разработать передовые технологии самостоятельно. Тогда обретённые делегатами сведения попросту устареют морально.

Рисунок П. Элленшоу

Любопытно, что первоначальная физическая концепция со временем стала изменяться. Поначалу казалось, что все, что попадает в черную дыру, обречено на верную гибель и фантасты старались не акцентировать на этом внимание. Затем и космологи, и фантасты предположили, что через черную дыру можно путешествовать, при этом точка выхода может оказаться далеко от точки входа. Поскольку такая особенность черных дыр позволяет обойти релятивистские ограничения на перемещение в пространстве со сверхсветовой скоростью, в фантастике появились так называемые «звездные врата» — системы гиперпространственного перехода, как в романе Дж. Виндж «Снежная королева».

Поначалу у подобных систем не было какого-то общего названия. Например, Дж. Мартин в рассказе «Второй род одиночества» описал «станцию нуль-пространственного перехода», а в романе Д. Холдемана «Бесконечная война» для тех же самых целей используют «коллапсары».

Следом физики-теоретики принялись размышлять, возможно ли избежать гибели, попав внутрь сферы Шварцшильда. Появилась гипотеза, что частные решения уравнений общей теории относительности применительно к вращающимся (а не статическим) черным дырам позволят звездолету, оказавшемуся за горизонтом событий избежать попадания в сингулярность, а значит он не будет раздавлен — он переместится по гипотетическому мосту или туннелю, известному как червоточина и мгновенно появится где-то на другом конце Вселенной. Место выхода из червоточины может оказаться не только в ином месте, а также и в ином времени. Некоторые физики пошли еще дальше и предположили, что точка выхода может быть расположена и в иной Вселенной. Эти идеи изложены в научно-популярном издании Адриана Берри «Железное Солнце: пересечение Вселенной через черные дыры». Фантасты с воодушевлением восприняли всё, что изложено в этой смелой книге и принялись с энтузиазмом сочинять истории, в которых звездолеты просто ныряли в черные дыры и перелетали через червоточины в отдаленные части Вселенной или в другие вселенные.

Популярность темы подогрел фильм «Черная дыра», вслед за которым червоточины в фантастике стали настолько привычными, что писателям пришлось приложить немало усилий, чтобы поддерживать читательский интерес. Примером добросовестной разработки темы является книга П. Макоули «Вечный свет». Ему в противоположность, мало правдоподобен роман Р. М. Аллена «Кольцо Харона», в котором через червоточину похитили Землю. Способ возвращения из черной дыры изобретательно разработан в книге Й. Уоллеса «Прыжок Геллера».

Рисунок Я. Григера

Хотя черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звезд, должны иметь массу по меньшей мере втрое больше Солнца, в начале 1970-х годов в научной литературе появилась концепция миниатюрных черных дыр (другое название — квантово-механические черные дыры). В фантастике об этом можно прочитать, например, в рассказе Л. Нивена «Дырявый». В романе А. Кларка «Земная Империя» показано, что такие объекты можно приспособить под космический двигатель. Физики-теоретики, изучавшие механику Большого Взрыва, пришли к выводу, что в то время могло быть создано огромное количество крошечных черных дыр, наряду с еще более странными сущностями под названием космические суперструны. Однако вскоре появилась математическая теория, из которой следовало, что такие микроскопические черные дыры будут нестабильными и медленно распадутся в результате «квантовой утечки» излучения. Конечно, такая утечка существует в любых черных дырах, только в случае мини-дыр она будет значительной. Любая черная дыра, начальная масса которой была меньше миллиарда тонн, к настоящему времени уже исчезла, хотя более массивные мини-дыры все еще должны существовать. «Неизвестный агент», заставивший расколоться Луну в романе Н. Стивенсона «Семиевие», как раз мог быть таким объектом. Между тем, фантастам не составило большого труда изобрести дополнительные методы стабилизации мини-дыр: один из них описан в триллере Г. Бенфорда «Артефакт».

Имеются примеры использования суперструн как структурообразующего элемента сюжета научно-фантастического произведения. Например, это рассказ Й. Макдональда «Кольцо Верданди» и роман В. Головачёва «На струне».

В романе Д. Брина «Земля» упоминается, что даже крошечные черные дыры можно квалифицировать как целые вселенные. Ф. Пол, познакомив читателя с черными дырами в романе «Врата», продолжил исследовать их потенциал в последующих томах цикла о Хичи. В романе «За синим горизонтом событий» таинственные Хичи прячутся внутри одной из них и появляются в следующем томе, «Встреча с Хичи». Увлечение Пола черными дырами нашло отражение и в созданных на пару с Д. Уильямсоном «Певцах времени», где показаны межвселенские путешествия через червоточины и прославляются чудеса современной теоретической физики.

Еще одна вариация сюжета на тему черных дыр основана на концепции, что черная дыра с низкой плотностью и огромной массой — возможно, в 100 000 раз больше, чем масса Солнца — обычно возникает в центре галактики, включая и нашу галактику Млечный Путь. То подтверждают астрономические наблюдения. Физика, ограничивает свойства таких черных дыр низкой плотности и, по-видимому, допускает возможность существования внутри них целых звезд и планет. Еще более массивные черные дыры, возможно, в 100 000 000 раз превышающие массу Солнца, могли бы существовать в центре невероятно далеких астрономических объектов, известных нам как квазары. Термин «квазар» дословно означает «похожий на звезду радиоисточник». Огромная черная дыра в ядре галактики тоже превратилась в клише современной космической оперы.

Первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики

Фантасты придумали и другие способы использовать черные дыры. В романе Д. Лэнгфорда «Пожиратель космоса» их превращают в абсолютное оружие, а в романе Г. Бенфорда «После наступления ночи» черная дыра становится местом заключения для сумасшедшего разума. Разумная черная дыра присутствует в романе «Пожиратель» Г. Бенфорда, ее интеллект поддерживается сложными электромагнитными полями, связанными с аккреционным диском черной дыры. Бытовое применение черным дырам нашлось в книгах Ч. Шеффилда «Протей раскованный», А. Рейнольдса «Дом солнц» и Й. Бэнкса «Несущественная деталь» — здесь миниатюрные черные дыры обеспечивают комфортную силу притяжения обитателям астероидов и поселений в открытом космосе. Пожалуй, самое странное применение — крошечные черные дыры, «жестко удерживаемые в ячейках устойчивой решетки» используют как строительный материал для возведения Коллапсиума в одноименном романе У. Маккарти.

Существование черных дыр кажется очевидным в свете нашего нынешнего понимания того, как ведут себя материя и энергия, но теория не может заменить доказательств. Поскольку черные дыры являются черными просто по определению, возможны только косвенные наблюдения. Однако астрономы обычно полагают, что наиболее вероятным объяснением некоторых ярчайших периодических источников рентгеновского излучения в нашей галактике (первым из которых был открыт Лебедь X-1 в 1964 году) является то, что рентгеновские лучи испускаются частицами, падающими на черную дыру, которая входит в состав массивной двойной системы со звездой-сверхгигантом; такие системы известны как рентгеновские двойные. Известно, что рассматриваемые объекты слишком массивны, чтобы быть белыми карликами или нейтронными звездами и они кажутся невидимыми. Также собраны значительные свидетельства существования сверхмассивных черных дыр в центрах многих галактик, включая нашу собственную галактику Млечный Путь.

В фильме «Интерстеллар» впервые можно увидеть, например, как выглядит вблизи сверхмассивная черная дыра, окруженная плазменным диском. Можно рассмотреть червоточину, по которой космический корабль за считанные минуты перелетает за миллионы световых лет от Солнечной системы.

© «Энциклопедия НФ» Никколса и Клюта, с изменениями