# Нил деГрасс Тайсон и Чарльз Лю о парадоксах Вселенной

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=8A32WA51oy8
Канал: StarTalk
Опубликовано: 13.04.2024

---

В новом выпуске подкаста StarTalk астрофизики Нил деГрасс Тайсон и Чарльз Лю вместе со своим бессменным соведущим Чаком Найсом ответили на самые интригующие вопросы слушателей о космосе. В центре дискуссии оказались парадоксы черных дыр, природа пространства-времени, квантовая запутанность и технологические лимиты человечества. Ученые не только разобрали сложные физические концепции, но и поделились забавными историями из поп-культуры, включая неожиданное использование научных цитат на концертах поп-див и создание одежды из космических материалов.

## 🌌 Черные дыры и плащ времени: как гравитация управляет реальностью
[[JUMP:1:45]]

Обсуждение началось с вопроса слушателя о том, как колоссальная гравитация черных дыр влияет на ход времени и можно ли создать из них гипотетический «плащ-невидимку», останавливающий старение. Нил деГрасс Тайсон сразу подчеркнул, что сформировать защитный плащ из множества миниатюрных черных дыр физически невозможно. Из-за квантовомеханических эффектов и интенсивного гравитационного излучения такие объекты неизбежно столкнутся и сольются в одну массивную черную дыру, что уже неоднократно фиксировалось лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией LIGO. 

Тем не менее Чарльз Лю упомянул историческую гипотезу: астрономы Боден Пински и Андрей Пулич несколько десятилетий назад предполагали, что центры галактик могут содержать стабильные конфигурации черных дыр, «роящихся» вокруг общего центра тяжести подобно пчелам. Однако без внешних негравитационных сил такое облако все равно обречено на коллапс.

Чтобы ощутить экстремальное замедление времени, ученые предложили более реалистичный (и продемонстрированный в фильме «Интерстеллар») сценарий — нахождение на планете, вращающейся по близкой орбите вокруг черной дыры. С точки зрения внешнего наблюдателя, время для путешественника у черной дыры практически остановится. Это явление легло в основу книги научного журналиста Уолтера Салливана «Замерзшая звезда» (Frozen Star), написанной в 1960–1970-х годах, а также сюжета фантастического сериала «Андромеда», где главный герой в исполнении Кевина Сорбо застревает на краю горизонта событий и переносится на 300 лет в будущее, совершенно не состарившись.

Разница в трактовке гравитации между Исааком Ньютоном и Альбертом Эйнштейном, по мнению Нила деГрасса Тайсона, заключается в точности описания:

*   Ньютон рассматривал гравитацию как силу взаимодействия между объектом и его полем.
*   Эйнштейн определил гравитацию как геометрию — искривление ткани пространства-времени под воздействием массы и энергии.

Айнштайновское описание экспериментально доказало свою максимальную точность при прогнозировании космических феноменов. Важнейшей частью общей теории относительности остается принцип эквивалентности, утверждающий, что локально невозможно отличить действие гравитации от ускорения.

## 🕳️ Падение за горизонт событий и тайный бэкстейдж Бейонсе
[[JUMP:9:05]]

Отвечая на вопрос о том, являются ли черные дыры полноценными объектами или просто «местами» в космосе, Чарльз Лю пояснил, что черные дыры — это определенно физические объекты: они обладают массой, способны перемещаться в пространстве и сталкиваться друг с другом. А вот сингулярность внутри них — это потенциальное «место». При этом наука до сих пор точно не знает, как именно структурирована материя внутри горизонта событий.

Процесс падения в черную дыру сопровождается удивительным оптическим и временным парадоксом. По словам Чарльза Лю, когда наблюдатель падает, сам горизонт событий словно разрастается ему навстречу. Если в этот момент падающий посмотрит назад, в открытый космос, он увидит, как время там невероятно ускоряется:

> «В момент достижения горизонта событий черной дыры вы увидите всю будущую историю Вселенной, разворачивающуюся за вашей спиной одновременно».

Это происходит потому, что для самого падающего ход времени практически замирает. В связи с этим Нил деГрасс Тайсон вспомнил свою знаменитую философскую фразу: «Мы — узники настоящего, вечно переходящие из нашего недоступного прошлого в наше непознаваемое будущее». 

Астрофизик поделился забавным фактом из индустрии шоу-бизнеса: мировая поп-икона Бейонсе без официального уведомления взяла аудиозапись с этим высказыванием Тайсона и использовала его в качестве атмосферной интерлюдии между песнями во время своего международного концертного тура. Когда коллеги спросили Нила, какой гонорар ему выплатили, он в шутку признался, что вместо денег стоило потребовать дефицитные билеты на ее концерт.

## ⚡ Квантовая запутанность против «подпространства» из Star Trek
[[JUMP:15:15]]

Слушатели поинтересовались возможностью создания систем мгновенной связи в любой точке Вселенной с помощью квантовой запутанности. Нил деГрасс Тайсон и Чарльз Лю констатировали: на сегодняшний день физика не позволяет использовать квантовую запутанность для передачи информации быстрее скорости света. Несмотря на то, что изменение состояния одной запутанной частицы мгновенно отражается на другой, подтвердить это реальным информационным сигналом без классического (ограниченного скоростью света) канала связи невозможно. Ни одного успешного эксперимента такого рода проведено не было.

Понятие «подпространства» (Subspace), обеспечивающее мгновенную коммуникацию, по мнению ученых, является чистой выдумкой сценаристов сериала Star Trek. В вымышленной вселенной варп-двигатели создают пространственный пузырь, перемещающий корабль за пределы нашей реальности. Чарльз Лю с юмором продемонстрировал глубокие познания в лоре франшизы, напомнив технические характеристики кораблей:

*   Звездолет Enterprise-D был способен поддерживать крейсерскую скорость на отметке варп 9,4.
*   Более современный корабль Voyager, имевший 17 палуб, развивал номинальную скорость до варп 9,975.

В реальном мире человечество абсолютно ни на шаг не приблизилось к подобным технологиям, и любые космические переговоры жестко лимитированы фундаментальной скоростью света.

## ☄️ Гравитационные тракторы и разгадка темного неба
[[JUMP:18:45]]

В ходе разбора природы гравитации была затронута дилемма: будут ли два абсолютно неподвижных относительно друг друга космических тела притягиваться? Опираясь на знаменитый постулат физика Джона Арчибальда Уилера — «Масса говорит пространству, как изгибаться, а пространство говорит массе, как двигаться» — ученые подтвердили, что объекты неизбежно начнут ускоряться навстречу друг другу. Единственный способ удержать их в статике — применить внешнюю компенсирующую силу.

Этот принцип лежит в основе одного из самых перспективных методов защиты Земли от опасных астероидов — концепции гравитационного трактора. Вместо опасного подрыва космического тела предлагается припарковать рядом с ним тяжелый беспилотный корабль. Включая крошечные маневровые ретро-ракеты, удерживающие его от падения на астероид, корабль будет своей слабой гравитацией постепенно смещать орбиту угрозы. Этот метод идеален для астероидов, представляющих собой слабо связанные груды космического щебня, которые просто развалились бы от прямого удара.

Другой масштабный вопрос касался плотности звездного света: почему лучи, рассеиваясь на триллионы километров, не теряют плотность настолько, чтобы исчезнуть, и почему ночное небо остается темным? Нил деГрасс Тайсон пояснил, что энергетическая плотность света действительно падает пропорционально квадрату расстояния, и у любого физического детектора (включая человеческий глаз) есть порог чувствительности.

Математически мы получаем фотоны ото всех объектов, но на практике упираемся в знаменитый парадокс Ольберса. Причина, по которой ночное небо не сияет сплошным ковром из звезд, кроется в трех факторах:

1.  Конечная скорость света — Вселенная имеет возраст, и свет от самых далеких звезд еще физически не успел до нас долететь.
2.  Расширение Вселенной — ткань космоса растягивается, из-за чего реликтовое излучение и свет древнейших галактик смещаются из видимого диапазона в невидимый микроволновый и инфракрасный спектр.
3.  Предел чувствительности приборов — пустые для человеческого глаза участки неба оказываются переполнены тысячами галактик, если направить на них телескопы Hubble или JWST.

## ⏱️ Блиц-раунд: от Плоского мира до геометрии Вселенной
[[JUMP:28:48]]

В финальной части программы ведущие провели скоростной раунд, отвечая на вопросы в режиме жесткого 30-секундного тайминга.

### Точки для таймтревелинга
Чак Найс выбрал бы отправку на 80 лет назад, чтобы воочию увидеть первое в истории ядерное испытание «Тринити». Чарльз Лю предпочел бы переместиться на 4,5 миллиарда лет назад и пронаблюдать грандиозное столкновение гипотетической планеты Тейя с молодой Землей, в результате которого образовалась Луна. Нил деГрасс Тайсон оригинально заявил, что отправился бы исключительно в далекое будущее — туда, «где у чернокожих людей наконец-то все будет хорошо».

### Физика Терри Пратчетта
Слушатели поинтересовались, читал ли Чарльз Лю фэнтези-цикл «Плоский мир». Астрофизик подтвердил, что является фанатом Терри Пратчетта, и высоко оценил его сатирические физические метафоры. Мир, покоящийся на четырех слонах, которые стоят на гигантской космической черепахе, Лю охарактеризовал как своеобразный плоский обитаемый звездолет, экипаж которого регулярно наблюдает смену неизвестных созвездий.

### Существуют ли белые дыры?
По поводу белых дыр — зеркальных антиподов черных дыр, из которых вещество может только извергаться, — Чарльз Лю высказался категорично: математическая концепция белой дыры и наблюдаемые параметры Большого взрыва абсолютно несовместимы. Нил деГрасс Тайсон добавил, что в ХХ веке астрофизики очень хотели признать открытые на краю Вселенной квазары белыми дырами из-за их бешеной светимости, однако детальные спектральные анализы полностью опровергли эту гипотезу. Белые дыры остаются сугубо математической абстракцией.

### Рой Дайсона на орбите Земли
Идея создать «рой Дайсона» (сферу из миллионов спутников для сбора энергии) на низкой околоземной орбите была признана учеными бессмысленной. Главная задача такой мегаструктуры — улавливать излучение центрального источника тепла, то есть Солнца. Строить ее вокруг планеты бесполезно. Существующие группировки связи вроде Starlink образуют подобие созвездий вокруг Земли, но не имеют никакого отношения к энергетическим сферам Дайсона.

### Перспективы применения аэрогелей
Обсуждая уникальные легкие аэрогели, выдерживающие экстремальные температуры до 1300°C, Чарльз Лю поделился курьезом: на недавней Неделе моды в Париже был презентован эксклюзивный дамский аксессуар — сумочка, полностью сделанная из аэрогеля. Однако использовать этот материал для бурения недр Земли или внутри ядерных реакторов нельзя. В земной коре колоссальное литосферное давление мгновенно сомнет хрупкую пористую структуру материала, а в реакторах жесткое бомбардирование элементарными частицами быстро разрушит молекулярные связи, превратив термостойкий технологичный материал в обычную кучку пыли.

### Какова истинная форма Вселенной?
Финальный аккорд коснулся глобальной геометрии космоса. На сегодняшний день в мировом научном сообществе достигнут строгий консенсус: Вселенная является евклидовой, то есть идеально плоской. Ученые предполагают, что за поддержание этой безупречной плоскостности отвечает темная энергия, которая работает как фактор бесконечного и равномерного надувания космического пространства. Впрочем, точный механизм пока остается гипотезой, и исследователи продолжают рассматривать альтернативные теоретические модели — например, концепцию динамического скалярного поля, известную в космологии под поэтичным названием «квинтэссенция».