В новом выпуске проекта StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс разбирают «космические запросы» слушателей, касающиеся самых интригующих загадок Вселенной. В центре внимания — механизмы работы черных дыр, вероятность захвата астероидов Луной и детальный разбор физических неточностей в культовой кинотрилогии «Назад в будущее».
🕳️ Информационный парадокс и испарение черных дыр 1:10
Одной из самых сложных тем обсуждения стал информационный парадокс черных дыр. Вопрос слушателя Брайана из Португалии затронул противоречие между квантовой механикой (утверждающей, что информация вечна) и теорией излучения Хокинга (предполагающей исчезновение информации при испарении черной дыры) .
Нил Деграсс Тайсон объяснил современное понимание этой проблемы, опираясь на работы Стивена Хокинга, Кипа Торна и эксперта по черным дырам Джанны Левин :
- Механизм излучения Хокинга: Вблизи горизонта событий постоянно рождаются пары «частица-античастица». Если одна из них падает за горизонт, а вторая улетает в космос, черная дыра теряет часть своей массы .
- Сохранение информации: По словам Тайсона, инвентаризация вылетающих частиц показывает, что они в точности соответствуют тому, что «съела» черная дыра. Гравитационное поле за пределами горизонта событий каким-то образом получает данные о материи внутри и транслирует их наружу при испарении .
- Финал испарения: Когда черная дыра полностью исчезает в результате этого медленного процесса, вся поглощенная информация возвращается во Вселенную, откуда она пришла, что разрешает парадокс .
Однако Нил Деграсс Тайсон признает, что вопрос определения «информации» в астрофизике остается дискуссионным. Если в черную дыру падает сложная молекула, излучение Хокинга не возвращает её в виде целой молекулы — оно возвращает элементарные частицы . Ученый предполагает, что ответ кроется в «бюджете энтропии»: сложность (низкая энтропия) объекта внутри дыры компенсируется увеличением энтропии во внешней системе, подобно тому как Солнце сжигает себя, позволяя жизни на Земле становиться сложнее .
☄️ Астероид 2024 YR4 и «вторая Луна» Земли 5:53
Слушатель Шей из Аризоны поднял вопрос об астероиде 2024 YR4, который сблизится с Землей в 2032 году. Особый интерес вызывает 4-процентная вероятность его столкновения с Луной или возможность его захвата на лунную орбиту .
Нил Деграсс Тайсон разъяснил масштабы системы Земля-Луна, используя наглядную аналогию:
- Если представить Землю в виде школьного глобуса, то Луна будет находиться не «под локтем», как в учебниках, а на расстоянии около 9 метров (30 футов) .
- Свету требуется 8 минут, чтобы достичь земной орбиты, но полет до Луны на космическом корабле занимает 3 дня .
- Пространство между Землей и Луной (цис-лунное пространство) огромно, и пролет астероида в этой зоне — это «попадание в футбольные ворота размером со стадион» .
Относительно захвата астероида Луной Тайсон выразил скепсис. По его словам, захват объекта, летящего с высокой скоростью извне, практически невозможен без участия «третьего тела». Чтобы астероид замедлился и остался на орбите, он должен обменяться гравитационной энергией с другим объектом, который в результате ускорится и покинет систему . Без такого механизма астероид либо пролетит мимо, либо врежется в поверхность Луны, что, по мнению Тайсона, было бы интересным зрелищем, но не уникальным событием для «изрытого кратерами» лица спутника .
🏎️ Физика «Назад в будущее» и ошибки Марти Макфлая 19:10
Слушатель Вильгельм Гейзенберг III представил детальный критический разбор фильма «Назад в будущее», указав на то, что перемещение только во времени без перемещения в пространстве должно было оставить Марти Макфлая в открытом космосе, так как Земля постоянно движется .
Нил Деграсс Тайсон согласился, что любая машина времени по определению должна быть машиной пространства-времени . Однако он указал на «астрономическую лазейку»: Марти переместился ровно на 30 лет назад. Поскольку год — это время полного оборота Земли вокруг Солнца, через целое число лет планета оказывается в той же точке своей орбиты .
Тайсон также продемонстрировал уровень внимания к деталям, который он назвал «аут-гиканьем» (out-geeking):
- Трансформация торгового центра: В начале фильма торговый центр называется «Twin Pines Mall» (ТЦ «Две сосны»). Когда Марти прибывает в 1955 год, он случайно сбивает одну из двух маленьких сосен на ферме Пибоди .
- Эффект бабочки: Когда Марти возвращается в 1985 год, торговый центр называется уже «Lone Pine Mall» (ТЦ «Одинокая сосна»). Этот нюанс часто ускользает даже от внимательных зрителей .
- Ошибка с дробовиком: Тайсон рассказал историю из выступления в Джорджии, где местный житель указал ему на техническую ошибку в фильме: выстрел из дробовика фермера Пибоди по почтовому ящику привел к взрыву, хотя в реальности дробь просто пробила бы в нем дыры. Собеседник Тайсона назвал себя «nerd-neck» (гик-реднек), что Нил счел прекрасным новым определением .
👕 Почему одежда садится в сушилке? 31:43
Вопрос слушателя Джо Кьярелли о том, почему нагрев заставляет одежду сжиматься, хотя большинство веществ при нагревании расширяются, вызвал оживленную дискуссию о термодинамике .
Нил Деграсс Тайсон пояснил, что не все материалы ведут себя одинаково:
- Аномалия воды: Вода при охлаждении до 3°C начинает расширяться, поэтому лед плавает на поверхности. Это создает теплоизоляционный слой, позволяющий рыбе выживать в зимних озерах .
- Сжатие волокон: Сжатие одежды (особенно шерстяной) связано не с простым тепловым расширением, а со структурой волокон. Шерсть имеет чешуйки, которые при нагреве и механическом воздействии в сушилке сцепляются друг с другом, уплотняя ткань .
- Инженерные решения: Чтобы избежать деформации, инженеры используют термопары — соединения металлов с противоположными свойствами расширения, которые компенсируют друг друга при изменении температуры .
🌌 Жизнь внутри черной дыры и межгалактические джеты 37:05
В завершение выпуска Тайсон ответил на вопросы о структуре черных дыр и возможности существования нашей Вселенной внутри одной из них :
- Спагеттификация: Этот процесс не является неизбежным при пересечении горизонта событий. Чем больше черная дыра, тем меньше приливные силы на её краях. Если черная дыра размером с нашу Вселенную, наблюдатель внутри неё не почувствует растяжения .
- Почему аккреционные диски светятся: Вещество, падающее в черную дыру, редко движется по прямой. Оно закручивается, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в кинетическую. Из-за трения газ разогревается до миллионов градусов, начиная излучать в рентгеновском диапазоне .
- Чернодырные джеты: Когда жар в аккреционном диске становится невыносимым, а материя пытается упасть быстрее, чем диск может её пропустить, энергия выбрасывается вдоль оси вращения в виде мощных струй — джетов .
Нил Деграсс Тайсон также анонсировал свою новую книгу «Just Visiting This Planet», написанную в формате вопросов и ответов от лица персонажа по имени Мерлин. Книга проиллюстрирована его братом, выпускником Высшей школы музыки и искусств . Тайсон подчеркнул, что в отличие от ответов искусственного интеллекта (ChatGPT), в общении с живым ученым есть «душа и личность» .
