«Огонек» поговорил с профессором Калтеха Алексеем Китаевым о черных дырах

ОгонёкНаука

«В параллельную вселенную можно попасть по узкому мосту»

Беседовала Елена Кудрявцева

Теоретическая физика — это игра ума, признает профессор Китаев. Вот только потом наступает стадия мучительных вычислений

Можно ли с помощью черных дыр перемещаться во времени? Как научиться управлять квантовым хаосом и построить мост между параллельными вселенными? На эти фантастические вопросы уже ищут ответы физики-теоретики. О черных дырах, которые снова в поле интереса ученых из разных областей науки, «Огонек» поговорил с профессором Калифорнийского технологического института Алексеем Китаевым.

— Алексей Юрьевич, в последнее время появилось много работ, связанных с черными дырами. Прежде чем перейти к разговору о причинах такого внимания, начнем с начала: что наука знает об этих загадочных объектах?

— Мы знаем, что черная дыра — это очень массивный, но относительно небольшой объект. У нее настолько сильное гравитационное поле, что изнутри ничто не может вырваться, даже свет. Большинство черных дыр возникает из обычных звезд, которые в конце своей жизни сильно сжимаются, и в какой-то момент наступает коллапс — выглядит это как взрыв.

— То есть масса остается, а объем исчезает?

— Да, при этом происходит очень сложный процесс: внутренняя часть превращается в черную дыру или в нейтронную звезду, а оболочка звезды разлетается с большой скоростью. После этого взрыва остается черная дыра с массой в несколько раз больше массы Солнца. Черные дыры возникают и в центрах галактик. Например, в центре нашей галактики есть черная дыра, которая в три миллиона раз тяжелее Солнца.

— А у черных дыр есть имена? Как эта, например, называется?

— Стрелец A*. По меркам сверхмассивных черных дыр, Стрелец А* — спокойный объект. Но в мае прошлого года он вдруг «ожил»: на пару часов интенсивность излучения в инфракрасном диапазоне выросла в 75 раз — это, кстати, крупнейшее подобное событие за все время наблюдений. Затем активность вернулась на прежний уровень. А в другой галактике есть черная дыра, масса которой в несколько миллиардов раз больше массы Солнца. Именно ее в прошлом году удалось запечатлеть на фото.

— Это первое фото сверхмассивной черной дыры в галактике М87 журнал Science назвал главным научным прорывом года.

— На самом деле это не обычное фото. Опубликованная фотография была синтезирована коллаборацией Event Horizon Telescope из изображений со многих радиотелескопов. На ней видно излучение от горячего газа вокруг черной дыры, а в середине — как будто дырка. Это, по сути, тень черной дыры. Так как сама она поглощает свет, мы ее не видим. Более того, когда свет проходит мимо черной дыры, он искривляется. Поэтому размер этой «дырки» на фотографии больше, чем размер черной дыры на самом деле.

— Когда черные дыры попали в поле интереса ученых?

— Черные дыры — одни из самых загадочных объектов Вселенной. Они интересны тем, что являются источниками очень мощного гравитационного излучения. Например, когда две черные дыры сливаются в одну, возникает всплеск гравитационных волн, который, что замечательно, мы можем обнаружить на Земле.

Вообще, идея о том, что свет не сможет вырваться из очень большой звезды, давняя. Об этом более 200 лет назад упоминал Пьер Лаплас. Но по-настоящему она обрела жизнь после того, как в 1915‑м Эйнштейн получил уравнения для гравитационного поля, а Карл Шварцшильд нашел для них решение.

— Что из него следовало?

— В частности, что предметы, попавшие в черную дыру, не возвращаются обратно. Они пересекают горизонт событий (точнее, так называемый горизонт будущего, из-за которого можно вернуться, только двигаясь назад во времени). В принципе, предметы могут вылетать из другой области пространства-времени внутри черной дыры, из-за «горизонта прошлого». Однако непонятно, откуда они там возьмутся.

— Не так давно гравитационные волны, о которых тогда же писал Эйнштейн, были открыты физически.

— Это произошло почти век спустя после того, как он открыл их теоретически. В первый раз гравитационные волны от слияния двух черных дыр были открыты в 2015-м. По сути, такие волны — это колебания пространства-времени. Но так как пространство само очень жесткое, эти колебания очень слабые.

— Большинство людей представляют себе пространство как пустоту, нечто типа пустого склада. А как представить жесткое пространство?

— Это довольно сложно. Нам, например, тяжело представить, что сумма углов треугольника может отличаться от 180 градусов. Для этого нужно, чтобы пространство деформировалось. Едущий по улице автомобиль или колышущиеся занавески гонят гравитационную волну и искривляют пространство. Только очень слабо. Ни один детектор не сможет это зафиксировать, потому что, повторюсь, на самом деле пространство очень жесткое.

Замести следы

— Так как пощупать черные дыры в центре галактик невозможно и даже наблюдать за ними можно с большой долей условности, то основной инструмент их изучения— теория. И сегодня эта область, судя по числу публикаций, стала важной частью мировой науки. Почему именно сейчас?

— Потому что черные дыры порождают много необычных явлений, которые вполне можно изучить теоретически. В каком-то смысле создание подобных теорий — игра ума, но при этом такая игра существенно продвигает наше представление о глобальных законах мироздания, в частности, дает надежду решить одну из основных открытых проблем фундаментальной физики: как совместить квантовую механику и гравитацию (речь о создании так называемой теории всего, о чем мечтают ученые.— «О»).

— Можете назвать лидеров современной теоретической физики, о которых всем стоит знать?

— Несомненный лидер сегодня — Эдвард Виттен. Он известен работами в теории струн, теории поля и ряде областей математики, в частности, теории узлов (признан физическим сообществом как один из самых талантливых живущих физиков, преемник Эйнштейна.— «О»). Другой безусловный лидер — Хуан Малдасена, профессор физики из Института передовых исследований в Принстоне.

— В чем смысл вашей нынешней работы?

— Настоящие черные дыры существуют в космосе. Моя же работа теоретическая, и она в каком-то смысле про игрушечную черную дыру. То есть мы строим математическую модель и рассматриваем теоретические вопросы, игнорируя некоторые свойства настоящего мира. Один из интересных вопросов, волнующих ученых в той области науки, которой я занимаюсь, звучит так: что будет с информацией, которая исчезла в черной дыре? Дело в том, что, согласно классической теории, если информация (говоря упрощенно, речь о любом, в том числе материальном, объекте.— «О») попадет в черную дыру, то она бесследно исчезнет. Однако это противоречит принципам квантовой механики. Физики пытаются разобраться с этим парадоксом около 40 лет.

— Так куда же девается информация?

— Давайте сначала представим, что будет с информацией, если мы просто сожжем флешку. Сможем ли мы ее после этого каким-то образом извлечь? Теоретически сможем, так как микроскопические законы физики обратимы и информация останется закодирована в остатках от флешки и в излучении, которое получилось при сгорании. То есть практически восстановить ее нельзя, а теоретически можно — проследив за каждым атомом и заставив его двигаться в обратную сторону. В будущем, возможно, мы сможем это сделать (не для флешки, а для объекта поменьше) с помощью квантового компьютера: если все операции будут точными, мы сможем прокрутить весь процесс назад внутри компьютера и восстановить информацию.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Большое Никитское наступление Большое Никитское наступление

Как счастливые исключения сделать правилом

Огонёк
В Африке найдена четвертая ветвь человечества В Африке найдена четвертая ветвь человечества

В Африке жили четыре популяции людей, имеющие прежде существенные различия в ДНК

Популярная механика
Дети декабря Дети декабря

Декабристы — безумцы, герои, предатели или лучшие сыны нации?

Дилетант
Укрощение боли Укрощение боли

Простые упражнения для улучшения самочувствия

Psychologies
Ню в невесомости Ню в невесомости

Анна Грачевская – девушка явно не робкого десятка

Playboy
Экономика внимания Экономика внимания

Михаил Зыгарь рассказывает о своем развлекательно-просветительском марафоне

Robb Report
Чудесная плесень Чудесная плесень

У открытия антибиотиков большая, долгая предыстория

Дилетант
Трагические судьбы известных моделей: жуткие убийства и загадочные исчезновения Трагические судьбы известных моделей: жуткие убийства и загадочные исчезновения

Вспоминаем самые жуткие истории из жизни моделей

Cosmopolitan
Политбюро заседало два дня Политбюро заседало два дня

Имя Нины Андреевой стало символом первой серьезной атаки на реформы Горбачева

Огонёк
Али акбар! История жизни великого боксера Мохаммеда Али Али акбар! История жизни великого боксера Мохаммеда Али

Он дрался с медведем, тренировался под водой и придумал рэп

Maxim
Выборы на разрыв Выборы на разрыв

Есть ли у Дональда Трампа шансы остаться в Белом доме еще на четыре года?

Огонёк
Как убрать запах из обуви: пошаговая инструкция по борьбе с неприятностью Как убрать запах из обуви: пошаговая инструкция по борьбе с неприятностью

Как избавиться от запаха в обуви и что вызывает его появление

Playboy
Поворотный момент Поворотный момент

Как «Формула-1» изменится в 2021 году

Forbes
Как модные бренды зарабатывают на астрологии Как модные бренды зарабатывают на астрологии

Почему люди «подсаживаются» на гороскопы

GQ
Романтика и страсть есть Романтика и страсть есть

Какой должна быть любовь в новом, нетоксичном мире?

Домашний Очаг
Шандор Мараи: Свечи сгорают дотла Шандор Мараи: Свечи сгорают дотла

Фрагмент романа венгерского писателя Шандора Мараи

СНОБ
Какие мультфильмы полезны детям? Мнение психолога Какие мультфильмы полезны детям? Мнение психолога

Сегодня многие родители не показывают детям мультфильмы, считая, что это вредно

Psychologies
Марсианские хроники 2020 Марсианские хроники 2020

Для межпланетарной космонавтики будущее лето станет особенно жарким

Популярная механика
Что делать, когда у вас нет настроения заняться сексом? Что делать, когда у вас нет настроения заняться сексом?

Заниматься сексом, которого совершенно не хочется – своего рода обман

GQ
Правильные выводы Правильные выводы

Семь способов, как привести себя в порядок

OK!
Как эмигрант из СССР подсадил Америку на онлайн-покер и почему попал под суд Как эмигрант из СССР подсадил Америку на онлайн-покер и почему попал под суд

Исай Шейнберг в среде игроков в «онлайн-покер» пользуется репутацией легенды

Forbes
Пернатые дельфины наших дворов. Статья о непростых птицах воронах Пернатые дельфины наших дворов. Статья о непростых птицах воронах

Эдгар По гордился бы нами: мы тоже увековечили ворона!

Maxim
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
В поисках лучшей ёлки: самые высокие новогодние деревья в мире В поисках лучшей ёлки: самые высокие новогодние деревья в мире

Предлагаем посмотреть подборку самых больших и необычных рождественских деревьев

Cosmopolitan
Личные и общие границы в отношениях: почему их нарушают и как защитить Личные и общие границы в отношениях: почему их нарушают и как защитить

Как понять, кто и где нарушает ваши границы, а где вы делаете это сами

Psychologies
Хватит брать пример с героев стритстайла Хватит брать пример с героев стритстайла

Выставка Pitti Uomo вовсе не про красиво разодетых мужчин

GQ
Лучшая переводная фантастика 2019 года: что почитать Лучшая переводная фантастика 2019 года: что почитать

Подборка самых свежих и неординарных романов в жанре научной фантастики

Популярная механика
«Кукушечка поехала»: к чему приводит излишний самоконтроль и как с ним бороться «Кукушечка поехала»: к чему приводит излишний самоконтроль и как с ним бороться

Депрессия, алкоголизм и кома — последствия синдром профессионального выгорания

Forbes
Хочу поговорить Хочу поговорить

Лучший способ понять, чего вы ждете друг от друга в постели, — обсудить это

Добрые советы
Первобытное мышление: как научиться видеть знаки Вселенной Первобытное мышление: как научиться видеть знаки Вселенной

Возможно, нам следует возвращаться к глубинной сущности и доверять интуиции

Psychologies
Открыть в приложении