Ученый: Наша Вселенная могла родиться из черной дыры в другой вселенной

Черные дыры настолько же известны, насколько и пугают — это области бесконечного гравитационного притяжения, из которых невозможно выбраться.

Создать черную дыру относительно просто: вам просто нужно сжать достаточно массы до размера ниже определенного порога. Как только вы пересекаете этот порог, гравитация берет верх и подавляет все остальные силы, создавая черную дыру.

Порог зависит от количества массы, которую вы пытаетесь собрать вместе. Для типичного человека этот порог равен размеру атомного ядра. Что касается Земли, если бы вы втиснули все это в объем нута, вы получили бы черную дыру (размером с нут). Для типичной звезды, масса которой в несколько раз превышает массу Солнца, образующаяся черная дыра имеет поперечник в несколько миль — размер среднего города.

Как ни странно, если бы вы взяли все материальные составляющие Вселенной и сгруппировали их вместе, пытаясь создать как можно большую черную дыру, вы бы получили черную дыру… примерно размером со Вселенную.

Наша Вселенная имеет что-то общее с черными дырами

Вот еще кое-что неожиданное: Вселенная имеет еще две общие черты с черными дырами. Пожалуй, самая узнаваемая часть черной дыры — ее поверхность, известная как горизонт событий. Это область вокруг черной дыры, которая представляет собой конечную точку невозврата. Внутри горизонта событий гравитация настолько сильна, что, чтобы выбраться из нее, вам придется двигаться быстрее скорости света; поскольку вы не можете путешествовать быстрее скорости света, вы застряли. Буквально.

В нашей Вселенной тоже есть горизонт событий. Но этот, известный как космологический горизонт событий, находится очень далеко, и это вызвано расширением Вселенной. С каждым днем ​​наша Вселенная становится все больше и больше, и это расширение означает, что более далекие галактики удаляются от нас быстрее, чем более близкие. Кажется, что галактики, находящиеся вдвое дальше, удаляются вдвое быстрее; галактики, находящиеся в десять раз дальше, кажутся удаляющимися в десять раз быстрее; и так далее. На определенном расстоянии, примерно в 14 миллиардах световых лет, галактики удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света.

Это не является нарушением ограничения скорости света, поскольку расширяется само пространство, а не движутся галактики. Но это все равно ведет к горизонту событий. Мы никогда не сможем путешествовать к галактикам дальше, чем на 14 миллиардов световых лет, даже если бы у нас было все время мира. Пространство между нами расширяется настолько, что мы никогда не сможем его догнать. Эти галактики навсегда заперты от нас, так же недоступны, как внешняя Вселенная для того, кто упал в черную дыру.

Вторая особенность, общая как для черных дыр, так и для Вселенной, — это наличие сингулярности.

Сингулярность — это точка бесконечной плотности, где гравитация полностью сжала каждый кусочек материи в бесконечно крошечную точку.

У черных дыр есть сингулярность в центре — именно туда попадает все, что создало черные дыры. И если вы упадете в черную дыру ниже ее горизонта событий, вы тоже окажетесь там. Из-за странной природы гравитации и геометрии черной дыры, как только вы пересечете горизонт событий, вы гарантированно достигнете сингулярности за конечное время, как бы сильно вы с ней ни боролись.

В нашей Вселенной тоже есть сингулярность. Мы называем это Большим Взрывом. Около 13 миллиардов лет назад вся материя нашей Вселенной сжалась в бесконечно крошечную точку. Отсюда оно расширилось, а остальное уже история, с развитием частиц, атомов, звезд, галактик, планет и людей.

... Но это, наверное, не так уж много значит

Итак, хотя наша Вселенная имеет и сингулярность, и горизонт событий, к сожалению, это не совсем соответствует описанию черной дыры. Проблема в природе сингулярностей. Для черной дыры сингулярность находится в точном положении в пространстве. Если поблизости есть черная дыра, я могу указать, где находится сингулярность. И если я попаду за горизонт событий, то смогу попасть в то место (и ужасно умереть, но это уже другая история).

Напротив, сингулярность Большого взрыва существует не в определенном месте в пространстве, а в определенном месте во времени. Сингулярность Большого взрыва, также известная как космологическая сингулярность, не находится где-то во Вселенной, на которую мы можем указать. Мы никогда не сможем достичь этого. Мы никогда не сможем поехать туда. Оно существует только в прошлом каждого существа во вселенной.

Это может показаться мелочью, но в математике гравитации это имеет огромное значение. Сингулярность Большого взрыва и сингулярность черных дыр — это фундаментально разные объекты, которые ведут себя совершенно по-разному. Эта разница означает, что мы не можем жить внутри гигантской черной дыры размером со Вселенную, потому что сингулярность черной дыры совсем не похожа на сингулярность Большого взрыва.

Наша Вселенная все еще может иметь удивительную связь с черными дырами

Но наличие сингулярности при Большом взрыве может означать нечто иное. Правда в том, что мы не совсем понимаем, что происходит в центре черной дыры. Нам не хватает сложности в наших теориях гравитации, чтобы понять истинную природу сингулярности. А некоторые попытки выяснить, что может происходить в центре черной дыры, привели к появлению довольно диких теорий.

Вполне возможно, что сингулярности черных дыр — это не конец истории, а просто сверхсжатые куски материи. В невероятно крошечных масштабах физика может стать по-настоящему странной и совершенно незнакомой. Огромная сила гравитации в сочетании с экзотическими механизмами квантовой механики может привести к огромной нестабильности в структуре самого пространства-времени.

Эти массивные нестабильности могут расти, приводя к образованию разветвленных «пузырей», которые полностью изолированы от Вселенной, в которой находилась первоначальная черная дыра. У этих пузырей будут свои Большие Взрывы, свои расширения, свое все, полностью отдельное от всего остального. Это будут отдельные вселенные, отделенные от родительской вселенной, которая их породила.

Это довольно дикая идея, что наша Вселенная могла образоваться из квантового хаоса внутри черной дыры другой вселенной. Это также чрезвычайно гипотетически; это интересная идея, коренящаяся в очень шаткой и неопределенной физике. Тем не менее, мы недостаточно знаем о природе сингулярностей, чтобы полностью исключить их, так что пока о них определенно интересно думать.

Пол М. Саттер — преподаватель естественных наук и космолог-теоретик в Институте перспективных вычислительных наук Университета Стоуни-Брук.

PopularMechanics

Спасибо, что читаете «Капитал страны»! Получайте первыми самые важные новости в нашем Telegram-канале или Вступайте в группу в «ВКонтакте» или в «Одноклассниках»