Если хотите узнать, каково жить в черной дыре, просто посмотрите вокруг
После падения метеорита в 2013 году астроном Николай Горькавый назвал Челябинск космическим городом. Закономерно, что именно в Челябинске, в издательстве ЧелГУ, выходит новая книга ученого «Осциллирующая Вселенная», которую автор считает главным трудом своей жизни. Книга рассказывает о происходящей прямо сейчас мировой революции в науке о космосе. Корреспондент ИА «Первое областное» стал первым ее читателем и выяснил в беседе с автором, что космологический переворот начался... в книжном магазине на ЧМЗ, где Николай Горькавый еще школьником купил свою первую книгу о гравитации.
Слово «революция» здесь не преувеличение. «Осциллирующая Вселенная» полностью отменяет устоявшиеся представления о разлетающемся в пустоте одноразовом космосе, возникшем из ничего и обреченном на смерть, когда перегорят все звезды. На его месте возникает другая Вселенная — гармоничная, идеально настроенная система, которая сама себя обновляет в бесконечных циклах расширения и сжатия. В самой идее такой Вселенной нет ничего нового, но Николай Горькавый нашел физическую пружину, которая заставляет тикать эти гигантские часы. В новой Вселенной легко находят свое объяснение тайны темной материи и темной энергии, а человечество неожиданно получает надежду на вечную жизнь.
Николай Горькавый (справа) и физик Александр Васильков — авторы теории осциллирующей Вселенной
Биографическая справка
Горькавый Николай Николаевич родился в Металлургическом районе Челябинска, где в 1976 году окончил среднюю школу № 92. В 1981 году был среди первых выпускников физфака Челябинского государственного университета. С 1981 по 1986 годы обучался в очной аспирантуре Астрономического совета АН СССР (Москва). С 1986 года работал в Симеизской обсерватории (Крым). Лауреат Государственной премии СССР (1989) за предсказание спутников Урана, доктор физико-математических наук (1991). С 1998 года сотрудничает с Годдардским центром космических полетов НАСА (США). Профессор кафедры общей и теоретической физики Челябинского государственного университета. Лауреат премии имени Роберта Годдарда (2014, совместно с профессором А. Е. Дудоровым и американскими коллегами A. da Silva, D. Rault и P. Newman) за вклад в изучение Челябинского болида. Область научных интересов: планетология, гравитация и космология. Автор более ста научных статей, трех монографий и шести научно-популярных книг. Именем Н. Горькавого назван астероид 4654 Gorʹkavyj.
Содержание статьи
Жизнь в черной дыре
— Николай Николаевич, из истории вопроса, изложенной в вашей книге, следует, что идея о циклической Вселенной не нова, когда-то она даже была общепринятой. Почему она проиграла теории Большого взрыва и почему сейчас снова стала актуальной?
— Первым научным трудом по научной космологии я считаю книгу Иммануила Канта, выпущенную в 1755 году. Кант полагал, что Вселенная циклична. И эта концепция была ведущей до 1980-х. Циклическая космология вовсе не противоречит идее Большого взрыва, просто в такой модели этот взрыв должен быть периодическим явлением на стадии расширения Вселенной.
К несчастью для классической космологии, в 70-х годах в физике элементарных частиц образовалось огромное количество лишних специалистов, которые лихорадочно искали новые области для применения своих квантовых талантов. Они и предложили концепцию квантовой одноразовой Вселенной, которая гораздо примитивнее циклической модели. Дыры в одноразовой космологии они закрыли, настрогав недостающие гипотетические поля и частицы: инфлантоны, вимпы и темную энергию. Я не считаю, что инфляционная теория победила циклическую космологию в 80-х, — она просто затоптала ее как носорог. Но нахрап в науке долго не работает. За десятилетия поисков никаких таинственных вимпов найдено не было, хотя их искали и под землей, и в космосе, потратив многие миллиарды долларов. А теоретики за это время не смогли обосновать существование инфлатона и темной энергии. Естественно, уровень доверия к инфляционной теории стал падать, и сразу несколько команд продолжили развитие циклических моделей. Ключевым событием стало открытие в 2016 году гравитационных волн, возникающих при слиянии черных дыр. Оказалось, что этих дыр звездных масс так много, что они могут объяснить темную материю без всяких гипотетических вимпов. Это поставило знак вопроса и перед другими творениями инфляционистов.
— Как выглядит модернизированная вами модель циклической Вселенной? В каком мире мы живем?
— Судя по всему, Вселенная пульсирует в огромной черной дыре диаметром порядка триллиона световых лет. Подобная модель не нова, но нам с Александром Васильковым, опытным теоретиком и выпускником МФТИ, удалось найти новый механизм Большого взрыва, который заставляет Вселенную расширяться из плотного горячего состояния. Оказывается, теория Эйнштейна содержит нужную для этого физику, но она долго не замечалась. Еще одним новым моментом стал анализ поведения черных дыр и нейтронных звезд в циклической Вселенной, проведенный вместе с директором Пущинской радиоастрономической обсерватории Сергеем Тюльбашевым. Мы показали, что при сжатии Вселенной все имеющиеся в ней черные дыры могут уместиться в объеме лишь в несколько световых лет. При таком сжатии образуется большая черная дыра размером около светового года, которая начинает потом расти. Она пока далеко, но уже растягивает поле окружающих нас галактик так, что они разбегаются от нас с ускорением, которое известно как феномен темной энергии. Сейчас мы разлетаемся вместе с другими галактиками, и такой период расширения может продолжаться еще десятки миллиардов лет. А потом наша и другие галактики остановятся и начнется медленный этап сжатия Вселенной.
Первое изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики Млечный Путь. Получено Телескопом горизонта событий, опубликовано 12 мая 2022 года
— Жизнь в черной дыре — это похоже на фантастику. Ведь вроде бы считается, что черная дыра растянет в лапшу все, что к ней приблизится, а потом сожмет в сингулярность. Наука действительно позволяет провалиться в черную дыру и не погибнуть?
— Распространенное мнение о черных дырах как сверхплотных телах, которые разрывают все живое приливными силами, верно только для черных дыр звездных масс. Чем крупнее дыры, тем меньше их плотность: самые массивные галактические дыры имеют плотность в несколько раз меньше плотности воздуха. Граница крупной дыры перестает быть местом катастрофического разрушения («спагеттификации»), а становится достаточно условным барьером, легко проницаемым в одну сторону. Разрастание большой черной дыры и безболезненное поглощение ею всех галактик в каждом цикле — это изумительный по красоте ход Природы, который позволяет остановить нынешнее расширение Вселенной, одновременно решая проблему сброса ее энтропии (термин, описывающий меру беспорядка и хаоса в системе. — Прим. ред.).
Жизнь в черной дыре обсуждается давно. Айзек Азимов в своей книге 1978 года «Коллапсирующая Вселенная» писал: «Вполне возможно, что вся Вселенная сама по себе является черной дырой (как предположил физик Кип Торн). Если это так, то, скорее всего, это всегда была черная дыра и всегда будет черной дырой. Если это так, мы живем в черной дыре, и, если мы хотим знать, каковы условия в черной дыре (при условии, что она чрезвычайно массивна), нам нужно только посмотреть вокруг».
Нобелевский лауреат Роджер Пенроуз приводит убедительный мысленный эксперимент с галактикой, которая благополучно существует в центре черной дыры. Например, на поверхности Земли сила тяжести велика, но если наблюдатель окажется в центре Земли, то попадет в невесомость: по законам Ньютона и Эйнштейна гравитационное воздействие сферического слоя на внутреннего наблюдателя равно нулю. Окружим наш Млечный Путь таким массивным слоем. Для нас его воздействие незаметно, зато для наблюдателя на поверхности сила тяжести будет огромной. Масса слоя может вырасти настолько, что его поверхность станет поверхностью черной дыры. Но для нас, обитателей Млечного Пути, ничего не изменится, хотя мы и окажемся в центре этой дыры. Полагать, что при небольшом увеличении массы внешнего слоя звезды нашей галактики вдруг сорвутся со своих мест и устремятся к центру, — значит игнорировать законы не только физики, но логики. Безусловно, изначально коллапсирующая система будет сжиматься в очень компактный объем, но не в сингулярность, потому что стремительно нарастающее гравитационное излучение приведет к уменьшению гравитационной массы и вызовет антигравитацию — более мощную, чем ньютоновское притяжение. Это центральный и уже математически доказанный пункт новой модели циклической Вселенной.
По следам Альберта Эйнштейна
— С чего все началось? Как вы пришли к таким выводам?
— Все началось в 1974 году, когда я купил в магазине на ЧМЗ книжку Родичева, где обсуждались странности гравитационной энергии. Проблема меня увлекла, и я потратил на нее немало времени, собрав библиотеку по гравитации и космологии в 250 томов на русском, английском и немецком. Оказалось, что проблема гравитационной энергии уже решена Эйнштейном и Эддингтоном, но это решение было плохо понято многими физиками. Теоретическая физика основана на тонкостях, а нынешние теоретики все время спешат и копают неглубоко. Практический вопрос: имеет ли облако гравитационных волн собственную гравитационную массу — как облако, например, пыли? Эйнштейн считал, что не имеет. Я хорошо усвоил его точку зрения, но полагал, что к практическим следствиям она не приводит. Я ошибался! Когда открыли ускоренное расширение Вселенной, я вернулся к этому вопросу, и меня осенило: если Вселенная сбрасывает при коллапсе часть своей гравитационной массы в невесомые гравволны, то может появиться новая отталкивающая сила! Сначала я обдумал эту антигравитацию на физическом уровне и аналогиях, потом вывел в виде простых уравнений, которые опубликовал в 2003 году в Бюллетене Американского астрономического общества. Но понадобилось еще много лет и помощь Александра Василькова, чтобы этот расчет был сделан в рамках строгой теории Эйнштейна и опубликован в 2016 году в журнале Королевского астрономического общества. А дальше все помчалось само собой, особенно когда теорией заинтересовался мой соавтор Джон Мазер — нобелевский лауреат и создатель знаменитого телескопа «Джеймс Уэбб».
Автопортрет Николая Горькавого в зеркале космического телескопа «Джеймс Уэбб». Фото из личного архива
— Ваша модель очень изящна. Для меня она потому и выглядит убедительной. Понятно, что красота — не научный критерий. Но для вас лично красота теории имеет значение?
— Красота теории, безусловно, важна. Под красотой я понимаю простоту и эффективность рассматриваемых физических механизмов, которые работают независимо, без подпорок и беспрерывных настраиваний, объясняя самый широкий круг наблюдаемых явлений. Но я ежусь от словосочетания «моя модель». У концепции циклической Вселенной много творцов, а у меня — немало соавторов. Но дело даже не в этом. Представьте шахматную партию, где начинающий игрок играет против мастера. Начинающий делает достаточно тривиальные ходы, но когда в игре наступает критический момент, то из-за его плеча появляется рука гроссмейстера Природы, которая делает невероятно смелый, красивый и умный ход. Кто в таком случае выигрывает партию? Дело в том, что я ничего не выдумываю. Единственный принципиально новый момент заключался в обнаружении антигравитации. Это повернуло меня на правильную тропу, на которой я потерял всякую самостоятельность. Что бы я ни предполагал заранее, уравнения приводили меня к нередко противоположному, но единственно правильному выводу. И именно он обеспечивал движение вперед, по железной логической цепи. Я не изобретал новые модели, а просто старательно расшифровывал решения Природы. Как говорил физик Ричард Фейнман, изобретательность природы гораздо выше изобретательности человека. И я нахожусь под сильнейшим впечатлением от гениальности гроссмейстера Природы. Я бы в жизни до таких решений не додумался.
— Вы часто сравниваете сменяющие друг друга космологические циклы с маятником часов. С какой амплитудой он раскачивается?
— Примерно 100 миллиардов лет — от Большого взрыва до Большого сжатия.
— Представить вечную Вселенную, у которой нет начала, не менее трудно, чем Вселенную, родившуюся из ничего. Как вы сами думаете, было начало или нет?
— Начало было, и, полагаю, оно было скучным. Например, наше Солнце 4,5 миллиарда лет назад существовало в виде темного, разреженного и холодного газо-пылевого облака. Только после внешнего толчка в виде ударной волны облако стало сжиматься, разогреваться и превращаться в горячее Солнце и планеты. Примерно так же начиналась и Вселенная, только в другом масштабе. Вначале было очень разреженное и очень холодное облако, которое оказалось достаточно массивным, чтобы начать сжиматься. Дальше возникли пульсации Вселенной между горячим сжатым и холодным разреженным состояниями. Ранняя Вселенная не была похожа на нынешнюю — в ней не было черных дыр и в ней вряд ли была жизнь. И лишь примерно после тысячи циклов Вселенная эволюционировала к нынешнему своему состоянию, в котором она пробудет неопределенно долго.
Астрономия как лекарство от депрессии
— О цикличности мира говорят многие древние мифологии и религии. Там даже есть аналоги расширения и сжатия. Как вы думаете, откуда у древних могли появиться знания, до которых мы доходим только сейчас?
— Думаю, что сама природа подсказала древним идею цикличности Вселенной. Ведь в нашем мире циклично почти все: фазы Луны, смена сезонов, приливы и отливы. А древние были людьми неглупыми.
— В книге вы упоминаете рассказ Джона Апдайка, герой которого впал в депрессию, когда прочитал, что космос ускоренно расширяется и в конце концов должен погибнуть. Связываете ли вы представления об устройстве мира и мораль?
— Я лично вывожу мораль из воспитания человека. Но тонко чувствующий Апдайк видел связь между космологией и такими вещами, как этика и эмоции. Действительно, мы уверены, что после любой холодной зимы непременно настанут весна и цветущее лето. Теперь представим: нам сказали, что данная зима — навсегда, а дальше будет только холоднее. Тут можно впасть в уныние. Так что хорошо, что депрессивная одноразовая космология сходит со сцены. Апдайк был бы рад.
Далекие-предалекие галактики на первом снимке космического телескопа «Джеймс Уэбб»
— Вселенная-феникс — это красиво, но по отношению к живым существам немного нечестно. Ведь из прошлого цикла нельзя забрать опыт, знания и извлеченные из ошибок уроки. Весь путь придется проходить заново, а на этом пути много плохого случается — страдания, войны. Может, есть способ этого избежать, раз уж черные дыры избегают коллапса и переходят в следующий цикл?
— Академик Сахаров верил в циклическую космологию и был одним из немногих, кто всерьез обсуждал возможность выживания цивилизаций на протяжении нескольких космологических циклов. Он писал: «Может быть, высокоорганизованный разум, развивающийся миллиарды миллиардов лет в течение цикла, находит способ передать в закодированном виде какую-то ценную часть имеющейся у него информации своим наследникам в следующих циклах, отделенных от данного цикла во времени периодом сверхплотного состояния?..».
Сейчас, когда циклическая модель разработана достаточно детально, перспектива выживания разума при коллапсе Вселенной стала гораздо яснее и светлее. Мы перейдем к фазе сжатия, когда поверхность большой черной дыры приблизится к нашей Галактике, заставит ее остановиться и устремиться к центру Вселенной со световой скоростью. Галактики пассивны, движутся по инерции и, конечно, окажутся в огненном пекле сжатого мироздания. Но если пристроить к небольшому астероиду комфортабельный город и двигатель, который обеспечивает хотя бы очень слабую тягу, то мы можем выпасть из общего движения к центру Вселенной, остановиться и двинуться в обратном направлении.
Полагаю, что на периферии Вселенной может существовать обширная область, где мало вещества и энергии, но там, вероятно, можно выжить. Не исключено, что в этой «сфере богов» уже есть цивилизации, которые избежали коллапса и существуют там уже в течение многих циклов. За это время они могли достичь огромного могущества. Очень интересно размышлять о поведении таких сверхцивилизаций. Будут ли они рассылать своих представителей по Вселенной? Будут ли увеличивать вероятность появления разумной жизни? Будут ли наблюдать за ее развитием или даже помогать ей? И самое главное — не будет ли им скучно?
Полагаю, что объединенное человечество в обозримой перспективе вполне способно избежать гибели при коллапсе Вселенной. Природа не злонамеренна и не будет гнобить свою микроскопическую часть, которая стала разумной и решила жить вечно.
