# Маркус Чоун: «Почему мы живы благодаря скромным размерам черной дыры в центре Млечного Пути»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=zju1nq3Eoqo
Канал: The Royal Institution
Опубликовано: 29.10.2024

---

Маркус Чоун, известный научный писатель и популяризатор физики, выступил в The Royal Institution с лекцией об эволюции наших представлений о черных дырах. История этих объектов — от математического «нонсенса» на полях уравнений Эйнштейна до ключевых регуляторов жизни целых галактик — демонстрирует путь человеческого познания от теоретических догадок к прямым визуальным доказательствам.

## 🌀 Природа невидимых монстров: магия термина
[[JUMP:01:05]]

Термин «черная дыра» был введен американским физиком Джоном Уилером только в 1967 году [01:05]. До этого момента исследования в данной области практически не велись, однако яркое и точное название спровоцировало настоящий научный бум. По мнению Маркуса Чоуна, это идеальный пример того, как правильно подобранная метафора может стимулировать прогресс в науке [01:34]. 

Несмотря на закрепившееся название, черные дыры далеко не всегда «черные». В реальности они являются одними из самых ярких объектов во Вселенной [02:03]. Хотя ничто, включая свет, не может вырваться из-за горизонта событий, их окрестности светятся с невероятной силой. Вместо того чтобы просто поглощать материю, черные дыры часто выбрасывают ее в виде титанических джетов (струй), растягивающихся на миллионы световых лет [02:28].

## 🗡️ Рождение идеи в окопах Первой мировой
[[JUMP:03:24]]

История теоретического предсказания черных дыр связана с именем Карла Шварцшильда. В 1915 году, в возрасте 40 лет, он добровольно отправился на фронт Первой мировой войны, чтобы доказать свою преданность Германии, несмотря на растущий антисемитизм [03:37]. Находясь на передовой между расчетами траекторий снарядов, он изучал только что опубликованную общую теорию относительности Эйнштейна [05:46].

Ключевые факты об открытии:

*   **Сложность задачи:** Эйнштейн предложил 10 уравнений гравитации вместо одной формулы Ньютона. Сам создатель теории считал, что найти точное решение для конкретной массы практически невозможно [06:00].
*   **Прорыв:** Через две недели Шварцшильд прислал Эйнштейну решение для сферической массы [06:15].
*   **Предсказание:** Он математически доказал, что если массу сжать в достаточно малый объем, искривление пространства-времени создаст «бездонную яму», из которой нет выхода [06:56].

Карл Шварцшильд умер в мае 1916 года от редкого аутоиммунного заболевания кожи — пузырчатки (*pemphigus vulgaris*), так и не узнав об астрономическом значении своей работы [07:23].

## 🛑 Почему Эйнштейн не верил в черные дыры
[[JUMP:08:22]]

Альберт Эйнштейн категорически отрицал возможность существования черных дыр. Его главным аргументом было наличие **сингулярности** — точки в центре черной дыры, где плотность становится бесконечной [09:05]. По мнению Эйнштейна, появление бесконечностей в математической формуле свидетельствует об ошибке в самой теории или о том, что она используется за пределами своей применимости [09:17].

Большинство физиков 1920-х годов полагали, что коллапс звезды должен быть остановлен какой-то мощной силой. Надежда возлагалась на квантовую механику и **принцип исключения Паули** [10:21]. Этот принцип гласит, что электроны не могут находиться в одном и том же состоянии. Из-за этого при сжатии возникает «давление вырождения», которое делает материю твердой и останавливает коллапс, превращая звезду в белого карлика размером с Землю, но массой с Солнце [12:02].

## 📏 Лимит Чандрасекара и неизбежность коллапса
[[JUMP:12:16]]

В 1930 году 19-летний Субраманьян Чандрасекар во время путешествия на корабле из Индии в Англию пересмотрел теорию белых карликов [12:29]. Он объединил квантовую теорию с частной теорией относительности Эйнштейна (ограничение скорости света).

Его выводы были фатальны для звезд:

1.  Электроны не могут двигаться быстрее света, а значит, их давление имеет физический предел [13:10].
2.  Если масса звезды превышает **1,44 массы Солнца** (предел Чандрасекара), ничто не остановит гравитацию [13:37].
3.  Позже было доказано, что даже нейтронное давление (в нейтронных звездах) не выдержит, если масса объекта превысит 2,5–3 солнечных [15:04].

Роберт Оппенгеймер в 1930-х описал механизм коллапса, но совершил одну ошибку: он считал, что черные дыры невозможно увидеть из-за их малого размера и абсолютной темноты [17:33].

## 🔭 Первое открытие: Cygnus X-1
[[JUMP:18:03]]

Прорыв произошел в 1971 году благодаря Полу Мердину. Проблема заключалась в том, как найти «интересный объект» среди триллионов звезд [18:59]. Мердин предположил, что искать нужно в рентгеновском диапазоне, так как рентгеновские лучи испускает материя, разогретая до миллионов градусов [19:26].

Используя данные спутника NASA *Uhuru*, Мердин и его коллега Луиза Уэбстер обнаружили источник Cygnus X-1 [20:21]. Исследование показало:

*   В этой точке находилась голубая звезда-сверхгигант массой в 30–40 Солнц [20:52].
*   Звезда вращалась вокруг невидимого объекта с периодом 5,6 дня [23:27].
*   Расчеты показали, что масса невидимого спутника составляет минимум 6 солнечных (сейчас известно — 15), что намного выше предела для любой звезды, кроме черной дыры [23:42].

Пол Мердин стал первым человеком, чей дом и нужды семьи (включая покупку десертов детям) фактически оплачивались за счет исследования черной дыры [24:21].

## 🌊 Слияние гигантов: гравитационные волны
[[JUMP:25:11]]

Окончательное доказательство существования черных дыр было получено 14 сентября 2015 года детекторами LIGO [25:11]. Ученые зафиксировали рябь пространства-времени — гравитационные волны от столкновения двух черных дыр, произошедшего более миллиарда лет назад [26:45].

Масштаб события поражает воображение:

*   В момент слияния три массы Солнца мгновенно превратились в чистую энергию гравитационных волн [28:04].
*   Мощность этого события в 50 раз превышала совокупную светимость всех звезд в наблюдаемой Вселенной [28:17].
*   Если бы эта энергия выделилась в виде видимого света, она бы затмила всю Вселенную [28:30].

## 🌆 Бактерия, управляющая мегаполисом: сверхмассивные черные дыры
[[JUMP:28:47]]

В 1963 году Маартен Шмидт обнаружил объекты, названные **квазарами** [30:52]. Обнаружилось, что квазар 3C 273 светит в 100 раз ярче всей нашей галактики, хотя его размер не превышает солнечную систему [37:48]. Единственным источником такой энергии может быть сверхмассивная черная дыра массой в миллиарды Солнц.

Долгое время считалось, что такие монстры — редкость. Однако телескоп «Хаббл» доказал обратное: сверхмассивная черная дыра находится в центре практически каждой галактики [40:05]. Маркус Чоун приводит аналогию: черная дыра по сравнению с галактикой похожа на бактерию по сравнению с Лондоном [41:27]. 

Удивительно, но между массой центральной дыры и массой звездного «балджа» галактики существует строгая пропорция (дыра всегда составляет примерно 1/200 массы звезд) [41:55]. Это означает, что черные дыры управляют эволюцией галактик, регулируя процесс формирования новых звезд своими мощными джетами.

## 🛰️ Наша «крошечная» удача
[[JUMP:46:25]]

В центре нашей галактики Млечный Путь находится объект Стрелец А* (Sagittarius A*). За его исследование Андреа Гез и Райнхард Генцель получили Нобелевскую премию, доказав, что звезды вокруг него движутся со скоростью до 2% от скорости света [48:06].

Масса нашей черной дыры — «всего» 4,2 миллиона Солнц [48:19]. По космическим меркам это «малыш». В соседней галактике Андромеда центральная дыра в 50 раз больше [49:01].
Маркус Чоун утверждает, что именно скромный размер нашей черной дыры позволил нам появиться на свет. Мощные джеты гигантских черных дыр выдувают газ из галактик, прекращая рождение звезд [49:14]. В нашей же галактике родилось три поколения звезд, что позволило накопить достаточно тяжелых элементов (углерод, кальций) для формирования каменистых планет и жизни [49:43].

## 📸 Улыбка «щенка»: первые фотографии
[[JUMP:50:37]]

Проект Event Horizon Telescope (EHT) объединил радиотелескопы по всей Земле, превратив планету в одну гигантскую антенну [51:17].

*   В 2019 году получено изображение черной дыры в галактике M87 (6,5 млрд солнечных масс) [52:07]. Она была спокойной, как «старый лабрадор» [54:19].
*   В 2022 году удалось заснять Стрелец А*. Из-за малого размера материя вокруг него вращается в 1000 раз быстрее, что сделало съемку похожей на фотографирование «непоседливого щенка» [54:32].

В завершение лекции Чоун подчеркнул, что хотя у нас всё еще нет квантовой теории гравитации, чтобы понять, что происходит в самой сингулярности, человечество должно гордиться собой [55:16]. За короткий срок существа с мозгом весом 1,5 кг смогли заглянуть в самые глубины пространства и времени [55:42].