В новом выпуске подкаста StarTalk астрофизики Нил Деграсс Тайсон и Чарльз Лю ответили на самые интригующие вопросы слушателей о тайнах космоса. Ученые обсудили парадоксы времени вблизи черных дыр, возможность мгновенной передачи данных и перспективы использования футуристических материалов. Беседа традиционно объединила глубокие научные тезисы с отсылками к массовой культуре — от «Звездного пути» до концертов Бейонсе.
🌌 Временные плащи и стабильность черных дыр 1:53
Слушатель по имени Джастин из Хьюстона поинтересовался, можно ли создать теоретический «плащ» из черных дыр вокруг тела, чтобы полностью остановить или изменить ход времени для человека внутри него.
По мнению Чарльза Лю, создать подобный защитный плащ из отдельных субструктур физически невозможно, так как квантовомеханические эффекты и гравитационное излучение неизбежно приведут к тому, что эти объекты столкнутся и сольются в одну массивную черную дыру. Нил Деграсс Тайсон добавил, что теоретические конфигурации, напоминающие «рой пчел» вокруг общего центра тяжести, которые в прошлом предлагали астрономы Боден Пински или Андрей Пулич, в конечном итоге все равно сколлапсируют. Подтверждением этого процесса служат гравитационные волны, фиксируемые обсерваторией LIGO.
Для того чтобы испытать на себе замедление времени, ученые предложили более реалистичный, с точки зрения физики, сценарий — оказаться на орбите вблизи настоящей черной дыры, как это было показано в научно-фантастическом фильме «Интерселлар». При этом сами собеседники подчеркивают важный нюанс:
- Для самого наблюдателя, находящегося у черной дыры, время будет течь абсолютно нормально.
- Для далеких внешних наблюдателей время этого человека практически остановится.
В качестве примеров из культуры Тайсон привел книгу научного журналиста Уолтера Салливана «Замерзшая звезда» (Frozen Star), написанную в 1960–1970-х годах, и сериал «Андромеда», главный герой которого застрял на краю черной дыры и отстал от остального мира на 300 лет.
Развивая тему природы гравитации, ученые напомнили разницу между классическим и современным подходами. Если Исаак Ньютон описывал гравитацию как силу взаимодействия между объектами, имеющими массу, то Альберт Эйнштейн доказал, что гравитация — это иллюзия, вызванная искривлением ткани пространства-времени в присутствии массы и энергии. По словам Тайсона, именно эйнштейновское описание позволяет делать сверхточные предсказания космических явлений.
🕳️ Падение в сингулярность и голос на концерте Бейонсе 9:05
Слушатель Билл Бэйли задал фундаментальный вопрос: являются ли черные дыры полноценными физическими объектами или же это просто «места» в пространстве, и сколько времени займет падение в сингулярность?
Чарльз Лю однозначно классифицировал черные дыры как объекты, поскольку они способны перемещаться в пространстве-времени и сталкиваться друг с другом. Однако сама сингулярность внутри горизонта событий, по мнению гостя, может считаться местом. Лю подчеркнул, что современная наука достоверно не знает, как именно структурирована материя внутри горизонта событий и существует ли сингулярность в виде бесконечно плотной точки на самом деле.
Процесс падения в черную дыру описывается учеными как парадоксальный оптический и временной аттракцион:
- Из-за замедления времени по мере приближения к горизонту событий падающий наблюдатель, оглянувшись назад, увидит всю будущую историю Вселенной, разворачивающуюся перед ним одновременно.
- С точки зрения внешнего наблюдателя, горизонт событий будет как бы «вырастать» навстречу падающему человеку.
В ходе дискуссии Нил Деграсс Тайсон процитировал собственное философское изречение: «Мы все пленники настоящего, вечно переходящие из нашего недоступного прошлого в наше непознаваемое будущее». Как признался ведущий, эту аудиозапись с его голосом без предварительного уведомления использовала певица Бейонсе для интерлюдий во время своего всемирного концертного тура.
🛸 Квантовая запутанность и фантастика подпространства 15:15
Слушатель Мэттью из Далласа поинтересовался возможностью использования квантовой запутанности для создания мгновенной связи в любой точке Вселенной без использования вымышленного «подпространства».
Чарльз Лю пояснил, что хотя математических запретов на мгновенную передачу квантовой информации не существует, в физической реальности ученым до сих пор не удалось провести ни одного эксперимента, подтверждающего передачу полезных данных быстрее скорости света.
Астрофизики подробно разобрали концепт подпространства (Subspace), признав, что этот термин был полностью придуман сценаристами сериала «Звездный путь» (Star Trek). По словам Лю, авторам шоу требовался изящный способ обойти ограничение скорости света как для перемещений, так и для коммуникации со Штабом звездного флота в Сан-Франциско. Механика вымышленного варп-двигателя строится на создании пузыря, который выталкивает корабль из нашей Вселенной в подпространство, где скорость измеряется по логарифмической шкале (например, крейсерская скорость корабля USS Voyager составляла варп 9,975). В реальном мире человечество сейчас бесконечно далеко от подобных технологий.
☄️ Гравитационный тягач для защиты Земли 18:45
Слушательница Венди Су из Шанхая спросила: если два космических объекта неподвижны относительно друг друга, будут ли они испытывать взаимное гравитационное притяжение, ведь они не совершают движения по ткани пространства-времени?
Чарльз Лю опроверг это предположение, объяснив, что статичные объекты все равно продолжают искажать пространство-время вокруг себя. Чтобы описать этот процесс, Лю привел знаменитую цитату физика Джона Арчибальда Уилера: «Масса говорит пространству, как изгибаться, пространство говорит массе, как двигаться». Без воздействия сторонних сил два неподвижных объекта неизбежно начнут ускоряться навстречу друг другу.
Нил Деграсс Тайсон добавил, что это свойство лежит в основе одного из самых перспективных и реалистичных проектов по защите Земли от опасных астероидов — метода «гравитационного тягача». Технология включает в себя следующие этапы:
- Космический аппарат выводится на орбиту и паркуется вплотную к летящему астероиду, двигаясь с ним на одной скорости.
- Объекты начинают гравитационно притягиваться друг к другу.
- Корабль задействует собственные микродвигатели (ретро-ракеты), чтобы удерживать дистанцию и не допустить столкновения с астероидом.
- В результате постоянного мизерного смещения корабля астероид постепенно уводится со своей опасной траектории за счет одного лишь взаимного притяжения.
По мнению Тайсона, этот метод намного безопаснее и эффективнее попыток взорвать космическое тело, поскольку многие астероиды представляют собой несвязанные груды щебня, которые после взрыва могут превратиться в опасный поток осколков.
🌃 Предел детекции света и парадокс Ольберса 22:46
Инженер Хавьер Ортега из Панамы задал вопрос о том, как свет звезд сохраняет свою плотность на гигантских расстояниях. Если фотоны разлетаются от сферы звезды во всех направлениях, то на большом удалении лучи неизбежно должны разойтись, оставив пустые промежутки.
Нил Деграсс Тайсон согласился с логикой вопроса и пояснил, что с увеличением расстояния плотность энергии светового потока падает обратно пропорционально квадрату расстояния. В реальном мире для любого физического детектора (включая человеческий глаз) существует определенный порог чувствительности, ниже которого свет просто перестает регистрироваться.
Однако в строгой математической абстракции, как утверждает Чарльз Лю, мы действительно способны принимать фотоны от абсолютно каждого объекта во Вселенной. Эта концепция лежит в основе знаменитого парадокса Ольберса: если Вселенная бесконечна и наполнена звездами, то почему ночное небо остается темным, а не сияет сплошным полотном?
Ученые выделили ключевые причины, разрешающие этот парадокс:
- Конечная скорость света: Свет от многих ультрадалеких объектов просто еще не успел долететь до Земли с момента их зарождения.
- Расширение Вселенной: Ткань пространства постоянно растягивается, из-за чего спектр древнейшего излучения (например, реликтового излучения Большого взрыва) смещается из видимого диапазона в невидимый микроволновый и инфракрасный.
Тайсон напомнил, что участки космоса, казавшиеся абсолютно пустыми, при длительной экспозиции телескопов Хаббл и Джеймс Уэбб (JWST) оказываются заполнены тысячами скрытых галактик, что доказывает решающую роль технологий детектирования.
⏱️ Блиц-раунд: Сферы Дайсона, белые дыры и плоская Вселенная 28:48
В финальной части программы ведущие провели скоростной раунд, отвечая на вопросы подписчиков с Patreon в режиме жесткого тайминга.
Путешествия во времени
Отвечая на вопрос Джейми Уилсон о лучшей точке назначения для таймтревелинга, Нил Деграсс Тайсон выбрал 1945 год, чтобы увидеть первый ядерный взрыв «Тринити». Чарльз Лю предпочел бы отправиться на 4,5 миллиарда лет назад, чтобы воочию понаблюдать за столкновением Земли с гипотетической планетой Тейя, приведшим к формированию Луны. Соведущий Чак Найс лаконично выбрал будущее.
Белые дыры и Большой взрыв
Слушатель из Западной Вирджинии предположил, что Большой взрыв мог быть единственной существовавшей в природе белой дырой. Чарльз Лю кратко ответил, что современные космологические модели Большого взрыва и математическая концепция белых дыр несовместимы. Тайсон добавил, что изначально астрофизики очень хотели видеть белые дыры в квазарах, однако ни один реальный объект во Вселенной так и не подошел под их математическое описание, оставив белые дыры чистой спекуляцией.
Рой Дайсона
Отвечая на вопрос Чеиза Мэттьюса о возможности постройки мегаструктур на орбите Земли, ученые заявили, что создание роя Дайсона вокруг планеты лишено физического смысла. Смысл сферы или роя Дайсона заключается в улавливании всей энергии центральной звезды, поэтому строить такую конструкцию нужно исключительно вокруг Солнца. Существующие спутниковые группировки вроде Starlink формируют созвездие, но не собирают энергию.
Аэрогели и экстремальные нагрузки
Слушатель Сэм Грин поинтересовался, можно ли использовать сверхтермостойкие аэрогели (выдерживающие до 1300°C) для бурения недр Земли или в ядерных реакторах. По словам Чарльза Лю, аэрогели активно применяются в космонавтике в качестве тепловых барьеров. Однако для глубинного бурения они не подходят, так как колоссальное подземное давление мгновенно раздавит пористую структуру материала. В реакторах же жесткое направленное излучение быстро разрушит молекулярные связи аэрогеля, превратив его в обычную пыль. Продемонстрировав неожиданную эрудицию в сфере моды, Лю упомянул, что на недавней Неделе моды в Париже была представлена уникальная дамская сумочка, созданная целиком из аэрогеля.
Геометрия Вселенной
Старшеклассник Гейб Малик из Вашингтона спросил о форме и геометрической природе нашей Вселенной. Чарльз Лю заявил, что на сегодняшний день в научном сообществе достигнут полный консенсус: Вселенная является евклидовой, то есть абсолютно плоской. Согласно доминирующей гипотезе, именно темная энергия (или ее теоретический аналог — квинтэссенция) выступает в роли силы, уплощающей и стабилизирующей пространство, предотвращая его сворачивание в сферу или седловидную форму.
