Существует ли вероятность того, что весь наш мир — это лишь содержимое космического объекта, из которого невозможно выбраться? В проекте StarTalk ведущий научно-популярного канала разбирает гипотезу о том, что наша Вселенная может находиться внутри черной дыры. В основу этого предположения легли как классические уравнения теории относительности, так и недавние астрономические наблюдения за вращением сотен далеких галактик.
🕳️ Черные дыры и космический горизонт: удивительное совпадение масс 0:00
Традиционно черная дыра описывается как область пространства-времени, где гравитационное притяжение настолько велико, что даже свет не имеет пути для выхода наружу. Все траектории движения внутри нее искривляются и ведут обратно во внутреннюю часть объекта. По словам ведущего, в обывательском представлении дыра — это провал в полу, пройдя сквозь который, можно выйти с другой стороны. Однако в космосе черная дыра трехмерна, поэтому упасть в нее можно с абсолютно любого направления. Граница, за которой возвращение становится невозможным, называется горизонтом событий.
При этом у нашей Вселенной тоже есть свой горизонт — космический. Это физическая дистанция, дальше которой никакая информация не может до нас дойти, поскольку Вселенная еще недостаточно стара, чтобы свет от более далеких объектов успел достичь Земли.
Ведущий указывает на интересную математическую закономерность: размер черной дыры увеличивается строго линейно в зависимости от ее массы. Черная дыра, которая вдвое массивнее другой, будет иметь вдвое больший диаметр горизонта событий. Если увеличить массу в 10 раз, диаметр горизонта событий — наш практический критерий размера черной дыры — вырастет ровно во столько же.
В аспирантуре физики часто выполняют любопытное упражнение: рассчитывают, какого размера должна быть черная дыра, если поместить в нее всю массу нашей наблюдаемой Вселенной. Результат расчетов оказывается поразительным:
- Размер гипотетической черной дыры с массой Вселенной в точности совпадает с текущим расстоянием до нашего космического горизонта.
- Средняя плотность материи внутри нашего космического горизонта идеально соответствует плотности черной дыры аналогичного масштаба.
С точки зрения математики общей теории относительности Эйнштейна, при падении в черную дыру за горизонтом событий открывается совершенно новое пространство-время. Если оглянуться назад, то вся будущая история породившей ее вселенной развернется относительно временных рамок наблюдателя. Прежний мир для него по сути перестает существовать, а впереди рождается новая реальность. На основе этого ведущий задается вопросом: не являемся ли мы той самой новорожденной вселенной, которая открылась перед первыми наблюдателями?
🌀 Загадка вселенского вращения: исследование спиральных галактик 2:41
Недавние научные исследования добавили этой теории неожиданный аргумент: ученые обнаружили признаки того, что все содержимое нашей Вселенной обладает неким чистым (суммарным) вращением. В рамках этого исследования астрономы провели наблюдения за несколькими сотнями спиральных галактик. Чтобы минимизировать помехи, наблюдения велись в наилучших возможных направлениях — выше и ниже плоскости нашего Млечного Пути.
По законам статистики, если бы вращение в космосе было абсолютно случайным, то половина спиральных галактик крутилась бы в одну сторону, а половина — в противоположную, взаимно компенсируя друг друга. Однако результаты показали иную картину:
- Примерно две трети (2/3) из всех измеренных спиральных галактик вращаются в направлении, противоположном вращению Млечного Пути.
- Превышение порога в 50% указывает на то, что Вселенная в целом может обладать чистым угловым моментом (моментом импульса).
Ведущий подчеркивает, что в повседневной жизни мы привыкли: объект начинает вращаться только тогда, когда внешняя сила заставляет его делать это. Но если посмотреть на космос, там вращается абсолютно всё. Причиной тому, как объясняет автор, служат газовые облака, из которых формируются галактики, звездные системы и планеты. Если исходное облако имело хотя бы минимальное тепловое или турбулентное движение, то в процессе сжатия скорость его вращения резко возрастает.
⛸️ Физика закрученного космоса: закон сохранения момента импульса 4:13
Для объяснения этого механизма ведущий приводит классическую аналогию с фигуристами. Когда фигурист хочет вращаться быстрее, он начинает вращение с распростертыми руками, а затем прижимает их к телу. В физике этот феномен называется законом сохранения момента импульса. Если объект уменьшается в размерах в два раза, он начинает вращаться в два раза быстрее; если сжимается в 10 раз — скорость вращения увеличивается десятикратно. Математически это связано со свойствами механики вращения тел.
Именно поэтому во Вселенной практически нет неподвижных объектов: любому гигантскому газовому облаку изначально невозможно не иметь внутренних движений. Чаще всего это тепловые флуктуации или турбулентность, возникающие еще до того, как облако сколлапсирует в твердое космическое тело.
Поскольку турбулентные потоки внутри разных облаков хаотичны, у науки нет оснований полагать, что они должны быть сонаправлены. Каждое облако — это независимая структура. Когда они сжимаются, их итоговое вращение направлено произвольно, и спин одного объекта никак не связан со спином другого. Из-за этого ученые всегда предполагали, что суммарный спин Вселенной должен быть равен нулю. Если же открытие подтвердится, науке придется пересмотреть свои взгляды на случайность космических процессов.
🚽 «Унитазный эффект» космологии: как закручивается черная дыра 5:43
Наличие общего углового момента напрямую связывает аномалию вращения с гипотезой о проживании внутри черной дыры. Как объясняет ведущий канала StarTalk, внутри черной дыры сохраняются и могут быть измерены извне всего два типа информации:
- Общая масса объекта.
- Его угловой момент (вращение).
Любая материя, падающая в черную дыру, затягивается в нее по спирали — ведущий образно сравнивает этот процесс с тем, как вода уходит в слив унитаза. Этот привнесенный угловой момент передается самой черной дыре и сохраняется внутри нее.
Если у нашей Вселенной действительно есть выраженное общее вращение, его происхождение трудно объяснить стандартной моделью Большого взрыва, который представляет собой статистически равномерный взрыв во всех направлениях. В качестве альтернативы рассматривается сценарий, при котором мы находимся внутри черной дыры, закрученной веществом, когда-то спиралевидно упавшим в нее из родительской вселенной.
Тем не менее, ведущий призывает относиться к этой гипотезе с осторожностью и заявляет, что откладывает окончательное суждение до тех пор, пока результаты исследования не будут подтверждены или опровергнуты другими научными группами. Выборка в несколько сотен галактик слишком мала на фоне существующих в космосе миллиардов систем.
В завершение программы ведущий иронично отмечает, что даже если мы живем в черной дыре, для нашей повседневной жизни это ничего не меняет, но обсуждать подобные загадки всегда увлекательно. Кроме того, любителям неразгаданных тайн автор порекомендовал обратить внимание на новый сезон проекта «Секреты ранчо Скинуокер» на телеканале History Channel, посвященный аномальным явлениям и поиску физических улик паранормального.
