В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс разбирают «случайный набор» вопросов от слушателей. Дискуссия охватывает широчайший спектр тем: от научной достоверности голливудских блокбастеров и механизмов продления жизни Солнца до возможности существования тахионов и физики перемещения в пространстве быстрее скорости света с помощью пузыря Алькубьерре.
☀️ Солнце, ядерные бомбы и «алмазные» корабли 0:56
Обсуждение началось с вопроса о фильме «Пекло» (Sunshine), где человечество пытается «перезапустить» умирающее Солнце, сбросив в него весь ядерный арсенал Земли. Нил Деграсс Тайсон настроен скептически относительно этой идеи: он напоминает, что современные ядерные заряды работают на принципе деления (fission), в то время как Солнце — это гигантский реактор термоядерного синтеза (fusion) .
По мнению Тайсона, попытка повлиять на Солнце нашими ядерными бомбами — это всё равно что бросать «шарики из слюны» (spitballs) в костер . Для контекста астрофизик приводит следующие факты:
- Типичное солнечное пятно по размеру превосходит всю планету Земля .
- Энергия земного ядерного арсенала ничтожна в масштабах солнечных процессов.
- Единственный способ реально продлить жизнь Солнца — это запустить процесс конвекции, чтобы доставить свежий водород из внешних слоёв в ядро, где происходит синтез .
Тайсон утверждает, что Солнце при естественном течении жизни израсходует лишь несколько процентов своего водорода. Если бы мы нашли способ «перемешивать» звезду, она могла бы светить триллионы лет . Что касается приближения к Солнцу, главной проблемой становится радиационный поток. По словам ведущего, для защиты понадобился бы экран, который нужно постоянно вращать (эффект вертела), чтобы тепло распределялось равномерно .
Самую высокую температуру плавления среди известных материалов имеет углерод (около 5000 градусов Цельсия) . В шутку Тайсон замечает, что идеальный корабль для полета к Солнцу должен быть сделан из алмаза (кристаллической формы углерода) .
🚀 Парадокс поколений и межзвездные перелеты 11:15
Слушатели подняли классическую проблему «кораблей поколений»: если мы запустим миссию к далекой планете сегодня, не обгонит ли её через 50 лет более совершенный и быстрый корабль?
Нил Деграсс Тайсон считает, что в практическом смысле человечество, скорее всего, подождет появления технологий деформации пространства (warp drives). По его мнению, если более быстрый корабль догонит старый «ковчег», экипаж просто заберет людей на борт и продолжит путь вместе .
Основные тезисы Тайсона по этой теме:
- Вместо того чтобы искать новый дом, гораздо логичнее и проще «починить» Землю .
- Наличие кислорода на другой планете однозначно указывает на наличие там жизни, которая, скорее всего, будет враждебна человеку («она вас съест») .
- Корабль поколений создает этическую проблему: дети рождаются в изоляции на миссии, которую они не выбирали .
🎈 Визуализация Большого взрыва и теории относительности 15:59
На вопрос о том, как объяснить Большой взрыв 7-летнему ребенку, Тайсон предлагает использовать аналогию с надувающимся шаром, но с важной оговоркой:
- Все три пространственных измерения нужно представить как двухмерную поверхность воздушного шара .
- Время — это процесс расширения этого шара.
- Галактики нужно нарисовать прямо на поверхности: по мере надувания они удаляются друг от друга, хотя сами не перемещаются «по» поверхности шара .
Говоря о специальной теории относительности, Тайсон разъясняет эффекты при приближении к скорости света. По его словам, для внешнего наблюдателя размеры объекта сокращаются по направлению движения (лоренцево сокращение), масса растет, а время замедляется . Однако сам объект внутри системы ничего этого не чувствует.
Для самого фотона времени не существует: с его «точки зрения» он поглощается в то же мгновение, когда был излучен, даже если он пересек всю Вселенную . Тайсон поделился личной историей о своей работе в Чили: пока туристы загорали на пляже, детекторы его телескопа ловили фотоны, летевшие из центра Галактики 30 000 лет, чтобы ученый мог изучить природу галактического ядра .
🕳️ Черные дыры: гравитационные маневры и жизнь внутри 22:47
Разбирая вопрос 13-летнего школьника о «гравитационной рогатке» вокруг черной дыры, Тайсон уточняет механизм этого маневра:
- Гравитационный маневр (slingshot) работает не за счет падения в гравитационный колодец и вылета из него (энергия входа и выхода симметрична и обнуляется) .
- Энергия приобретается за счет «кражи» части орбитальной энергии планеты или звезды. Корабль как бы цепляется за движущийся объект и получает ускорение от его собственного движения в пространстве .
Ведущий отмечает, что при падении в сверхмассивную черную дыру человек может даже не заметить пересечения горизонта событий, так как при огромном радиусе приливные силы на границе невелики . Однако по мере приближения к сингулярности неизбежно наступает «спагеттификация»: тело растягивается в тонкую струю атомов из-за разницы гравитации в ногах и голове .
Тайсон также прокомментировал гипотезу о том, что наша Вселенная может находиться внутри черной дыры. По его мнению, это интересная идея, которая не противоречит наблюдениям: если бы мы были внутри, мы могли бы и не видеть «входящую» материю, если черная дыра в данный момент не находится в фазе активного поглощения (как это происходит с квазарами) .
🌌 Пузырь Алькубьерре и Мультивселенная 30:03
Обсуждая двигатель Мигеля Алькубьерре (Alcubierre Drive), Тайсон поясняет, что это теоретический способ обхода ограничения скорости света. Механизм заключается в сжатии пространства перед кораблем и его расширении позади . Поскольку само пространство-время может расширяться с любой скоростью, это позволяет перемещаться «быстрее света», не нарушая законов физики локально.
В контексте Мультивселенной возник вопрос о столкновении «пузырей» разных вселенных:
- Тайсон опасается, что в другой вселенной могут быть иные физические константы (например, другой заряд электрона), что превратит человека в «кучу слизи» при переходе .
- Астрофизик находит привлекательной гипотезу о том, что темная материя или темная энергия могут быть проявлением другой вселенной, которая проходит сквозь нашу в высшем измерении, взаимодействуя только гравитационно .
🎮 Вселенная как симуляция и тахионы 39:52
Один из слушателей предположил, что гравитационное замедление времени похоже на падение частоты кадров (FPS) в видеоиграх при рендеринге сложных сцен. Тайсон соглашается, что в рамках гипотезы симуляции это логично: «симулятору» не нужно просчитывать всю планету целиком, а достаточно рендерить только те области, которые наблюдаются в данный момент .
В завершение выпуска была затронута тема тахионов — гипотетических частиц, движущихся быстрее света:
- Согласно уравнениям Эйнштейна, ничто материальное не может достичь скорости света, но математика допускает существование частиц, которые всегда движутся быстрее неё .
- По словам Тайсона, такие частицы (тахионы) должны двигаться назад во времени .
- Мы никогда не находили тахионы в реальности, но теоретически мы могли бы увидеть их только в момент «встречи», когда они пролетают сквозь наше время в противоположном направлении .
