Правда и мифы о чёрных дырах. Горизонт событий и сингулярность. Основы холонавтики

«Научная фантастика может быть полезной: она стимулирует воображение и избавляет от страха перед будущим. Однако научные факты могут оказаться намного поразительнее. Научная фантастика даже не предполагала наличия таких вещей, как чёрные дыры» (Стивен Хокинг)

Чёрные дыры - самые загадочные и парадоксальные объекты во Вселенной. Едва ли сегодня можно встретить человека, который ничего о них не слышал. Но для того, чтобы разобраться в тонкостях холонавтики, необходимо обладать знаниями едва ли не всех разделов физики: теории относительности, квантовой механики, термодинамики, статистической механики, астрофизики и космологии. Однако некоторые псевдоучёные и псевдопопуляризаторы берутся рассуждать о чёрных дырах, не освоив даже школьную программу по физике. В результате мы имеем множество противоречивых мнений. Одни говорят, что чёрная дыра – всепожирающий монстр и олицетворение неизбежности, другие полагают, что это вход в кротовую нору, ведущий в другую галактику. Одни верят, что чёрные дыры содержат в себе целые дочерние вселенные, и мы живём в одной из них, а другие утверждают, что чёрные дыры – могилы материи, в которых вещество медленно разлагается на элементарные частицы. А кто-то вообще считает чёрные дыры выдумкой учёных.

Короче говоря, тема в интернете буквально затёрта… до дыр, да и хайп вокруг неё поутих с тех пор, как появились первые фотографии, сделанные Телескопом горизонта событий. Но без краткого ликбеза по чёрным дырам будет трудно понять мои будущие лекции по квантовой гравитации и цифровой физике, ведь на горизонте событий пересекаются сферы применимости двух фундаментальных, но плохо совместимых физических теорий – квантовой теории поля (КТП) и общей теории относительности (ОТО). К тому же изучение чёрных дыр – это идеальное упражнение на понимание релятивистской физики Эйнштейна, в частности, принципа относительности одновременности и принципа эквивалентности инертной и гравитационной масс. Поэтому я решил систематизировать информацию о чёрных дырах и расставить все точки над «i». В данной статье мы рассмотрим чёрные дыры как астрофизические объекты, а квантовые аспекты чёрных дыр оставим на потом.

Как появилась идея чёрной дыры?

Как известно каждому шароверу, все достаточно крупные небесные тела, диаметром где-то от 500 км, имеют шарообразную форму. Такими их делает гравитация, не позволяющая веществу разлетаться во все стороны при вращении. У Земли она настолько слабая, что мы можем легко её преодолеть, просто подпрыгнув. Но силы прыжка не хватит, чтобы оторваться от планеты навсегда, хотя на среднем астероиде это вполне реально. Зная массу космического тела, вы можете рассчитать для него первую и вторую космические скорости. Первая космическая скорость – это минимальная скорость, с которой нужно двигаться, чтобы выйти на орбиту, а вторая космическая скорость – это скорость, которую нужно набрать, чтобы улететь в открытый космос. Для Земли первая космическая скорость составляет 7900 м/с, вторая – 11200 м/с.

В конце XVIII века Джон Митчелл и Пьер-Симон Лаплас независимо друг от друга предположили, что у слишком массивного и плотного объекта вторая космическая скорость может превышать скорость света. Такой объект назвали тёмной звездой, потому что даже свет не может вырваться из его гравитационного поля. Также использовались термины «замороженная звезда» и «коллапсар», хотя никто всерьёз не верил в их существование. К тому же в механике Ньютона ничто не мешало ускоряющемуся объекту выбраться из-под горизонта событий, в отличие от релятивистской механики Эйнштейна, запретившей движение со сверхсветовой скоростью. Решения уравнений общей теории относительности для чёрной дыры впервые нашёл в 1916 г. немецкий астроном Карл Шварцшильд. Первым астрофизическим объектом, классифицированным как чёрная дыра, стал источник рентгеновского излучения Лебедь X-1, открытый в 1964 г. Сам термин «чёрная дыра» впервые произнёс на лекции в 1967 г. американский физик Джон Уилер.

Как чёрная дыра может притягивать свет, если он не имеет массы?

По ньютоновскому закону всемирного тяготения – никак, ведь сила гравитации зависит только от массы объекта . Но с точки зрения общей теории относительности – может. Точнее, чёрная дыра не притягивает свет, а настолько искривляет пространство-время вокруг себя, что все мировые линии сходятся под горизонт событий – условную сферу, из-под которой свет уже не может выбраться – она проницаема только в одну сторону. Луч света как бы движется по прямой, но эта прямая превращается в нисходящую спираль, потому что само пространство напоминает водоворот или вихрь. Для наглядности пространство-время обычно сравнивают с резиновым батутом, который продавливает массивное тело – металлический шарик. Если взять маленький, но очень тяжёлый шарик, он порвёт резину и оставит после себя воронку. Какие бы предметы мы не бросали впоследствии на батут, они будут проваливаться в дыру целиком или разрушаться и попадать туда по частям.

Как выглядит чёрная дыра?

Аналогии с водоворотом и продавленным батутом не нужно принимать близко к сердцу, поскольку они изображают двумерное пространство. Большинство картинок и видео по запросу «чёрная дыра» тоже не соответствуют её реальному облику. Более-менее адекватно чёрная дыра показана в фильме «Интерстеллар». На сегодняшний день у нас есть две фотографии сверхмассивных чёрных дыр, сделанные Телескопом горизонта событий: в галактике М87 (2019) и в центре Млечного пути (2022). Но следует помнить, что это фото аккреционного диска и тени чёрной дыры, сделанные в радиодиапазоне. Саму чёрную дыру увидеть нельзя, поскольку формально это даже не материальный объект, а область пространства-времени. Но можно наблюдать излучение, образующееся из-за трения падающего на неё вещества. Если чёрная дыра ничего не поглощает и не имеет звезды-компаньона, она будет видима только по искривлению пространства, если заслонит собой другой объект и станет по отношению к нему гравитационной линзой.

Откуда мы знаем, что объект на фотографии – именно чёрная дыра?

Говорят, прямых доказательств существования чёрных дыр до сих пор не получено, а значит, они остаются гипотетическими объектами. Но что в таком случае могло бы раз и навсегда доказать на 100% существование чёрной дыры? С таким же успехом нельзя быть на 100% уверенным ни в чём из того, что мы видим своими глазами. К счастью, кроме принципа верификации в эпистемологии есть ещё противоположный ему принцип фальсификации, согласно которому теории следует не доказывать, а опровергать. Если хотя бы одно наблюдение будет противоречить общей теории относительности, предсказывающей чёрные дыры, в существовании последних можно будет засомневаться. Пока таких наблюдений не было получено, поэтому чёрные дыры считаются по умолчанию реальными объектами. В том, что на фотографиях изображены именно они, можно не сомневаться – картинка идеально соответствует предсказанию. К тому же есть и косвенные улики, по которым выявляют чёрные дыры, а именно:

• эллиптические орбиты звёзд вокруг центра нашей галактики, доказывающие, что там расположен невидимый объект массой 4 млн. масс Солнца;

• данные гравитационного линзирования, когда изображения звёзд и туманностей искривляются массивным невидимым объектом, находящимся на линии между ними и Землёй;

• многочисленные источники рентгеновского и гамма-излучения, распределённые равномерно по всей наблюдаемой Вселенной – науке неизвестны альтернативные механизмы получения таких мощных сигналов, кроме высвобождения гравитационной энергии при падении на чёрную дыру;

• гравитационные волны, образующиеся при столкновении двух компактных объектов, превосходящих по массе 2,1 солнечных – предел Оппенгеймера-Волкова для массы нейтронных звёзд.

Перефразируя пресловутый утиный тест, можно сказать, что если объект выглядит как чёрная дыра, звучит как чёрная дыра и ведёт себя как чёрная дыра, значит, это и есть чёрная дыра. По крайней мере, наука не знает других объектов, которые могли бы иметь такую же массу и обладать такими же свойствами. Есть гипотетические модели гравастара, планковской звезды, чёрной звезды и даже звезды из тёмной энергии. Но альтернативные объяснения приведенных фактов требуют либо пересмотра известных законов физики, либо дополнения к ним, либо создания более сложной теории. А в науке не принято искать сложные объяснения, если есть более простые.

Могут ли Земля или Солнце коллапсировать в чёрную дыру?

Теоретически в чёрную дыру можно превратить всё что угодно, если достаточно хорошо его сжать. Сжимать придётся до тех пор, пока объект не окажется под своим горизонтом событий – условной сферой, на которой вторая космическая скорость равна скорости света. Радиус этой сферы называют гравитационным радиусом или радиусом Шварцшильда. Для Земли он составляет 0,887 см, для Солнца – 2,95 км. Вместить огромную массу в такой ограниченный объём не так-то просто. У объектов с массой Земли и меньше гравитация намного слабее силы электромагнитного отталкивания частиц, поэтому сами по себе они никогда не становятся чёрными дырами. У Солнца гравитация достаточно сильна, чтобы сдавливать ядра атомов водорода и запускать нуклеосинтез гелия, но выделяющаяся в результате энергия препятствует гравитационному коллапсу, создавая гидростатическое равновесие. К концу жизни такие звёзды сбрасывают внешнюю оболочку и оставляют после себя горячий и плотный белый карлик, который будет остывать триллионы лет. Чтобы Солнце коллапсировало в чёрную дыру, его общую массу, которая равна примерно 2*10³⁰ кг, нужно увеличить как минимум в 10 раз.

Откуда берутся чёрные дыры?

Основной способ образования чёрной дыры – это коллапс звезды массой свыше 10 масс Солнца – голубого сверхгиганта , каковых всего 5% из общей популяции звёзд. В ядре подобной звезды, живущей относительно недолго, после исчерпания запасов водорода начинается термоядерный синтез углерода и кислорода из гелия, затем неона, кремния и т.д. Чем дальше в таблице Менделеева расположен элемент, тем меньше требуется времени на его синтез из более лёгких элементов: для звезды массой 25 солнечных горение водорода занимает 7 млн лет, гелия – 500 тыс. лет, углерода – 500 лет, неона – 1 год, кислорода – 6 месяцев, кремния – 1 день. Когда дело доходит до элементов группы железа, энергетические затраты на дальнейшие реакции превышают возможную отдачу. В результате ядро остывает, равновесие между давлением излучения и силой гравитации нарушается, и звезда начинает падать сама на себя – вещество из внешних слоёв устремляется к железному ядру с околосветовой скоростью. Если ядро перестаёт сжиматься до того, как достигнет своего гравитационного радиуса – происходит взрыв сверхновой и образование нейтронной звезды. Плотность нейтронной звезды сравнима с плотностью атомного ядра, поэтому у части её вещества электроны сливаются с протонами и образуют плотно упакованные нейтроны. Масса нейтронной звезды не может превышать предел Оппенгеймера-Волкова (2,1 массы Солнца). Если же ядро звезды тяжелее, его коллапс не останавливается, ядро проваливается под горизонт событий и становится чёрной дырой звёздной массы. В случае, когда звезда в 200 раз тяжелее Солнца, ни одна сила не способна предотвратить её коллапс в чёрную дыру.

Есть и другие способы получить чёрную дыру. Например, столкновение нейтронных звёзд (килоновая) – событие достаточно редкое, но тем не менее периодически регистрируемое детекторами гравитационных волн. Теоретически в промежутке между нейтронной звездой и чёрной дырой может существовать кварковая звезда, у которой вещество вырождается в кварк-глюонную плазму, а радиус лишь ненамного больше радиуса Шварцшильда. Впрочем, астрономы пока не знают, как по наблюдениям отличить его от чёрной дыры. Также неясно происхождение сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик. Консервативная гипотеза допускает прямой коллапс огромных газопылевых облаков в ранней Вселенной. Первые звёзды тоже могли порождать массивные чёрные дыры, но им бы не хватило возраста Вселенной, чтобы вырасти до своих текущих размеров. А свежие данные от телескопа «Джеймс Вебб» свидетельствуют о том, что уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва существовали квазары с чёрными дырами массой в миллиарды масс Солнца. Ещё существует гипотеза о первичных чёрных дырах, образовавшихся из-за флуктуаций плотности вещества в первые мгновения Большого взрыва, но пока никаких признаков наличия во Вселенной таких объектов замечено не было.

Опасны ли чёрные дыры?

Есть популярное заблуждение, что чёрная дыра засасывает всё вокруг себя, как пылесос, и может проглатывать за раз целые звёзды. На самом деле гравитационное поле чёрной дыры почти не отличается от гравитационного поля звезды той же массы, и вокруг неё даже могут вращаться планеты (точнее, бланеты). Релятивистские эффекты ощутимы только на расстоянии меньше полутора радиусов чёрной дыры от горизонта событий – ниже последней устойчивой орбиты. Там уже необходимо затрачивать энергию, чтобы вырваться из поля притяжения чёрной дыры. По мере приближения к горизонту событий количество прилагаемой энергии стремится к бесконечности, а под горизонтом уже никакая энергия не поможет даже просто остановится, не говоря уже о возвращении назад.

Чёрная дыра звёздной массы может питаться за счёт вещества звезды-компаньона, если таковая имеется. Сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик поглощают в основном межзвёздный газ. Иногда они могут удерживать звезду в приливном захвате вплоть до полного её разрушения. По пути вещество разогревается и образует вокруг чёрной дыры светящийся аккреционный диск, но лишь небольшая его часть падает под горизонт событий. Всё остальное разгоняется до околосветовой скорости и выбрасывается наружу по оси вращения чёрной дыры в виде релятивистских джетов. Так зажигается квазар – самый яркий объект в наблюдаемой Вселенной.

Как устроена чёрная дыра?

С точки зрения астрофизики чёрная дыра – очень простой объект. Для полного её описания нужно знать всего три параметра: массу, заряд и момент вращения (момент импульса), причём заряд и импульс могут отсутствовать. В таком случае две чёрные дыры одинаковой массы неотличимы друг от друга – отсюда выражение, что «у чёрных дыр нет волос». На самом деле волосы у них всё-таки есть, но об этом мы расскажем в другой раз. Что находится под горизонтом событий, теоретически можно узнать косвенным путём по гравитационным волнам, образующимся при слиянии чёрных дыр, но пока технических возможностей для этого нет. Общая теория относительности предсказывает неизбежное образование внутри чёрной дыры гравитационной сингулярности – места, где плотность вещества устремляется в бесконечность, траектории частиц обрываются вследствие геодезической неполноты, пространственно-временной континуум рушится, и законы физики отказываются работать.

Существует несколько решений уравнений Эйнштейна для чёрных дыр. Самая простая, невращающаяся и незаряженная чёрная дыра, описывается метрикой Шварцшильда. Горизонт событий у неё представляет собой идеальную сферу, а в центре должна находиться безразмерная точка сингулярности. Но реальные чёрные дыры всегда вращаются, потому что породившие их звёзды тоже вращались. При коллапсе момент импульса сохраняется, а значит, чёрная дыра будет вращаться намного быстрее любой звезды – даже пульсара, частота вращения которого может составлять сотни оборотов в секунду. У чёрной дыры нет видимой структуры, чтобы распознать её вращение, но она превращает пространство-время вокруг себя в вихрь. К таким чёрным дырам применяется очень сложная метрика Керра. У них сингулярность имеет форму кольца, через которое теоретически могут проходить устойчивые орбиты под горизонтом событий. Горизонтов у вращающейся чёрной дыры два: сферический внутренний и эллиптический внешний. Между ними находится эргосфера, из которой в принципе можно выбраться, приложив реактивное усилие или сбросив в чёрную дыру часть массы. Если направить к чёрной дыре космический корабль и в последний момент разделить его на две части, одна часть упадёт под внутренний горизонт событий, а вторая улетит по касательной с околосветовой скоростью. Этот механизм, называемый механизмом Пенроуза, был показан в фильме «Интерстеллар».

Что будет с человеком, падающим в чёрную дыру?

Назовём его холонавтом. Да, холонавт – это не тот, кто практикует холотропное дыхание (таких правильнее называть психонавтами), а тот, кто «ныряет» в чёрную дыру (hole), по аналогии с астронавтом и акванавтом.

Всё, что попадает в чёрную дыру, пропадает в ней безвозвратно. В момент пересечения горизонта событий холонавт удаляется от остальной Вселенной со скоростью света, и для возвращения назад ему потребовалась бы бесконечная энергия. Сам горизонт событий холонавт не почувствует, так как он не является поверхностью. Не изменится для холонавта и привычное течение времени, вопреки популярному заблуждению, что за секунды его пребывания в чёрной дыре Вселенная снаружи успеет завершить свой жизненный цикл. По уравнениям ОТО получается, что пространство и время в чёрной дыре как бы поменяются местами, и сингулярность станет для холонавта неотвратимым будущим. То есть как в нашей Вселенной по оси времени можно двигаться только в будущее, так и в чёрной дыре по оси пространства можно двигаться только к центру, какие бы усилия вы не прилагали. Потому что под горизонтом событий само пространство движется к сингулярности со сверхсветовой скоростью, образуя т.н. водопад Шварцшильда. Впрочем, теория относительности плохо работает при экстремальных приливных силах и плотности. Может, никакой сингулярности там и нет, а есть что-то другое. Но в любом случае холонавт не сможет никому рассказать об увиденном – всё, что было в чёрной дыре, останется в чёрной дыре.

Где-то за секунду до сингулярности холонавт подвергнется неприятному процессу под названием «спагеттификация» - вытягиванию в направлении движения, вызванному тем, что гравитация действует на ноги намного сильнее, чем на голову. Чёрная дыра звёздной массы разорвёт холонавта на атомы ещё до пересечения горизонта событий, но сверхмассивные чёрные дыры в этом плане более гуманны – в них «спагеттификация» происходит лишь вблизи сингулярности. Дело в том, что сила гравитации убывает пропорционально квадрату расстояния, а масса чёрной дыры пропорциональна радиусу, поэтому чем тяжелее чёрная дыра, тем слабее гравитационное поле на горизонте событий и тем меньше приливные силы. Чёрные дыры массой в миллиарды солнечных сравнимы по размерам с орбитами Урана и Нептуна, и полёт в один конец со скоростью света занимает в них несколько часов. Но в конечном итоге приливные силы всё равно превратят холонавта в тонкую цепочку элементарных частиц, которые одна за другой упадут на сингулярность.

Для иллюстрации причинно-следственной структуры пространства-времени по обе стороны горизонта событий используются диаграммы Пенроуза. Это такие двумерные схемы, метрика которых конформно эквивалентна метрике бесконечного пространства-времени наблюдаемой вселенной: каждая точка диаграммы соответствует двумерной сфере. Как и в диаграммах Минковского со световыми конусами, вертикальная ось здесь представляет время, горизонтальная – пространство, а линии под углом 45° - траектории лучей света. Вселенная в виде ромба и чёрная дыра в виде перевёрнутого треугольника – это две разные метрики, склеенные линией горизонта событий. На ней времениподобные и пространственноподобные координаты меняются местами: если до горизонта однонаправленным было время, то после него таковым становится пространство. Горизонтальная зубчатая линия вверху – это сингулярность. Она пространственноподобна, поэтому становится неизбежностью для любого объекта, пересекающего горизонт событий.

Что увидит человек, оставшийся на орбите чёрной дыры?

Для внешнего наблюдателя события внутри чёрной дыры никогда не происходят, а значит, он не увидит, как холонавт пересекает горизонт. Поскольку чёрная дыра сильно искривляет пространство-время, друг холонавта будет наблюдать, как его изображение уплощается, замедляется, замирает в точке невозврата и постепенно тускнеет за счёт красного смещения. Если холонавт по мере приближения к горизонту событий будет посылать ему сигналы через равные промежутки вашего времени, до него сигналы будут доходить всё реже и реже, пока не исчезнут вовсе. Если друг будет посылать холонавту сигналы через равные промежутки своего времени, они будут доходить всё реже и реже, но всё ещё смогут догнать холонавта под горизонтом событий. Также с точки зрения внешнего наблюдателя холонавт будет становиться всё тоньше, пока не достигнет планковской длины – ничего более тонкого измерить просто не получится. В принципе всё, что когда-либо попадало в чёрную дыру, запечатлено на её горизонте событий в виде застывшего света. Но на практике увидеть это невозможно, потому что для наблюдателя длина волны пересекающего горизонт событий фотона увеличивается до бесконечности за счёт красного смещения. Впрочем, наблюдатель зафиксирует, что масса чёрной дыры выросла на несколько десятков килограммов, и её горизонт событий пропорционально увеличился за конечное время, поглотив крайне утончённое изображение холонавта.

Теперь рассмотрим некоторые заблуждения о чёрных дырах.

Мифы о чёрных дырах

Миф №1. Замедление времени для падающего в чёрную дыру объекта бесконечно, поэтому он никогда не достигнет горизонта событий, а будет вечно падать, наблюдая в ускоренном режиме всё будущее Вселенной.

Это похоже на апории Зенона, в которых и Ахиллес никогда не догонит черепаху, и стрела не долетит из точки А в точку Б, и вообще никакое движение невозможно. Такая проблема действительно существовала, и с ней не мог справится сам Эйнштейн, но она была решена в 1965 г. Роджером Пенроузом с помощью системы координат Эддингтона-Финкельштейна. Оказывается, падающий в чёрную дыру холонавт никакого замедления не заметит и спокойно пересечёт горизонт событий – в его системе отсчёта время идёт так же, как и раньше. Обернувшись, он увидит Вселенную не ускоренной, а слегка замедленной и покрасневшей, потому что падающий вместе с ним свет не будет за ним поспевать. Для правильного понимания ситуации вместо холонавта лучше взять свободно падающий в чёрную дыру дождь – тогда очевидно, что в его системе отсчёта пространство между каплями не искривляется и время не замедляется. Всё это происходит лишь с точки зрения внешнего наблюдателя.

А вот если холонавт вдруг захочет вернуться назад, тогда его время по отношению к окружающему потоку действительно замедлится, но даже на скорости света из чёрной дыры ему уже не выбраться. Зато свет от Вселенной снаружи горизонта событий будет испытывать синее смещение, и холонавт увидит будущее в ускоренной прокрутке (если не погибнет от усиленных рентгеновских и гамма-лучей). Но для этого ему понадобится огромное количество энергии, чтобы противостоять чудовищной гравитации и давлению излучения. И даже в этом случае холонавт продолжит падать к сингулярности, поэтому всё будущее Вселенной он всё равно не увидит. Единственный способ «заморозить» своё время относительно остальной Вселенной – это зависнуть прямо на горизонте событий и постоянно ускоряться в направлении, противоположном направлению вращения чёрной дыры. Энергию для этого можно получить разве что от самой чёрной дыры.

Миф №2. Чёрная дыра не может существовать в реальности, потому что для её формирования веществу коллапсирующей звезды нужно бесконечное время.

Здесь всё решается как и в предыдущем пункте: для вещества звезды, падающего на ядро, время не замедляется, оно замедляется с точки зрения неподвижного удалённого наблюдателя. Для наблюдателя вещество резко замедлится у горизонта событий, и его излучение перейдёт в радиодиапазон, пока полностью не затухнет. Фактически увидеть сам коллапс ядра в чёрную дыру невозможно – для вас звезда просто погаснет. А ядро вместе с догоняющей его оболочкой довольно быстро коллапсирует в сингулярность, не считаясь с мнениями удалённых наблюдателей.

Миф №3. Ни один макроскопический объект не пересечёт горизонт событий целиком, потому что между частицами, находящимися по разные его стороны, никакие взаимодействия невозможны.

Находясь вблизи горизонта событий и закидывая в чёрную дыру удочку, рыбак не достанет крючок с наживкой (или холонавтом) обратно, потому что из чёрной дыры ничто не возвращается. Лёска состоит из атомов, которые удерживает вместе электромагнитное взаимодействие, переносимое фотонами. Если скорость на горизонте событий достигает скорости света, атомы уже не смогут обмениваться фотонами, и лёска порвётся. Значит, точно так же горизонт событий разорвёт и холонавта? Нет, не разорвёт. Рыбака удерживает снаружи космический корабль, которому нужно затрачивать энергию, чтобы не провалиться под горизонт. А при свободном падении лёска не натянута, все части тела холонавта падают примерно с одинаковой скоростью. Горизонт событий просто не успеет разорвать частицы, и электромагнитное взаимодействие между ними не нарушится. То же самое и с лёской: она будет свободно падать, пока рыбак не дёрнет удочку.

Миф №4. Чёрные дыры не поглощают вещество, а наоборот, привносят в нашу Вселенную новую материю и новую энергию.

Если вы не астрофизик, вам может показаться странным: как чёрные дыры могут быть самыми яркими объектами во Вселенной, если они поглощают свет? Напрашивается вывод, что они сами и являются источниками того рентгеновского и гамма-излучения, которое фиксируют наши телескопы. Но в действительности то, что мы видим как квазар – это свет аккреционного диска и релятивистских джетов, образующихся в результате ускорения и сильного разогрева вещества вращающейся чёрной дырой. Всё это выносится наружу просто потому, что чёрная дыра слишком маленькая по сравнению с окружающими её газопылевыми облаками, и вся масса вещества не успевает втиснуться в такую узкую воронку. А собственное излучение у чёрной дыры всё-таки есть, и называется оно излучением Хокинга, но эту тему мы раскроем в отдельной статье.

Миф №5. Искусственная чёрная дыра уничтожит Землю

Микроскопические чёрные дыры в принципе можно получить искусственным путём на космических ускорителях частиц, что позволит экспериментально проверить гипотезу об излучении Хокинга и познать реальность на планковских масштабах. Правда, для этого понадобится на 14 порядков (в 100 трлн раз) больше энергии, чем можно получить на Большом адронном коллайдере. Энергия столкновения на БАКе составляет 10¹² эВ, а для чёрной дыры требуется не менее 10²⁶ эВ. Так что конец света из-за искусственно созданной чёрной дыры нам в ближайшем будущем не грозит. Да и в любом будущем не грозит, поскольку микроскопическая чёрная дыра испарится прежде, чем успеет что-то поглотить – за время порядка 10^–26-10^–27 с. А если этого вдруг не произойдёт, чёрная дыра массой в несколько тысяч масс протона будет радиусом порядка 10^–16 см и при средней плотности Земли 5,4 г/см3 столкнётся всего лишь с одним протоном или нейтроном на каждые 300 км. Даже в случае попадания такой чёрной дыры внутрь планеты она сможет поглощать не более миллиона нуклонов в год. На поглощение всех 10⁵⁰ атомов в составе Земли ей просто не хватит тех 6 млрд лет, которые осталось жить нашему Солнцу.

Миф №6. Чёрные дыры – самые плотные объекты во Вселенной.

Как это ни парадоксально, нет. Конечно, мы не знаем, как там вещество распределено внутри чёрной дыры: равномерно по всему пространству под горизонтом событий или сконцентрировано в безразмерную точку сингулярности. Но это знать и не нужно, ведь плотность вычисляется делением массы на объём. У чёрной дыры радиус горизонта событий прямо пропорционален её массе – при поглощении вещества она увеличивается в размерах, но не становится плотнее. Следовательно, чем массивнее чёрная дыра, тем она менее плотная. Плотность сверхмассивных чёрных дыр массами в миллиарды солнечных не больше плотности воды (1000 кг/м3), а самые большие среди них, массой в десятки миллиардов солнечных, имеют плотность ниже плотности воздуха (1,29 кг/м3).

Теоретически для создания чёрной дыры даже не нужно ничего сжимать. Её можно сделать из любого вещества в любом агрегатном состоянии, сохраняя плотность постоянной и наращивая объём. В таком случае масса объекта будет пропорциональна кубу его радиуса: увеличение радиуса в 10 раз будет означать увеличение массы, а вместе с ней и гравитационного радиуса в 1000 раз. При этом объём внутри гравитационного радиуса вырастет в миллиард раз, а плотность помещающейся там материи уменьшится в миллион раз. Если продолжать увеличение объёма, рано или поздно гравитационный радиус сравняется с реальным радиусом, и объект превратится в чёрную дыру. Об этом писал ещё Джон Митчелл в 1784 г.: «если бы радиус шара той же плотности, что и у Солнца, превзошёл солнечный в 500 раз, (...) весь излучённый таким телом свет должен был бы к нему вернуться».

Именно так могли сформироваться сверхмассивные чёрные дыры из разреженных облаков газа в ранней Вселенной. Аналогичным образом можно превратить в чёрную дыру, скажем, нашу галактику, увеличивая массу её гало теми же чёрными дырами или тёмной материей. Забавно, что это никак не отразилось бы на структуре галактического диска и на нашей жизни, даже если бы мы оказались под горизонтом событий. Отсюда напрашивается следующий вопрос: а что, если мы уже живём в чёрной дыре?

Миф №7. Наблюдаемая вселенная, в которой мы живём, является одной большой чёрной дырой

Изучив строение нашей Вселенной на космологических масштабах, можно обнаружить подозрительное сходство с чёрной дырой. Эта гипотеза известна как Космология чёрной дыры. Как вы помните из моей предыдущей статьи, Вселенная вроде бы как начинается с сингулярности Большого взрыва и имеет свой горизонт событий – сферу Хаббла, пересекая которую, объект удаляется от нас со скоростью света и выше. Если посчитать массу наблюдаемой Вселенной (порядка 10⁵² кг) и подставить это число в формулу Шварцшильда, то её гравитационный радиус составит около 10,5 млрд. св. лет. А радиус сферы Хаббла – 13,8 млрд. св. лет. Чуть больше, но всё равно величины одного порядка. То есть плотность Вселенной близка к критической, и, если бы не ускоренное расширение, она имела бы все шансы схлопнуться в чёрную дыру. Так может, она уже это сделала на ранней стадии Большого взрыва, когда вся её масса точно была сосредоточена под гравитационным радиусом?

На самом деле критическая плотность Вселенной и близость её реального радиуса к радиусу Шварцшильда указывает лишь на то, что Вселенная плоская, т.е. имеет нулевую кривизну. Сходство Вселенной с чёрной дырой довольно поверхностное, с точки зрения ОТО у них совершенно разные метрики. Сингулярность Большого взрыва находится в прошлом и обладает низкой энтропией, а сингулярность чёрной дыры находится в будущем и имеет высокую энтропию. В таком случае напрашивается аналогия не с чёрной, а с белой дырой, горизонт событий которой можно пересечь только изнутри наружу. Но, как я рассказывал в предыдущей статье, центр наблюдаемой вселенной везде, а окружность нигде – не существует одной точки, из которой Вселенная начала расширяться, и нет единого для всех наблюдателей горизонта событий. Что касается ранней Вселенной, то на стадии инфляции она расширялась на сверхсветовой скорости: значение постоянной Хаббла составляло порядка 10⁴⁶ км/с/МПк. Да и сейчас многие галактики удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света, что не мешает нам видеть ранее излучённый ими свет. Также следует учитывать, что нам неизвестны реальные размеры Вселенной, а не только её наблюдаемой части – возможно, она всегда была бесконечной, что исключает космологию чёрной дыры.

Миф №8. Если существуют чёрные дыры, должны существовать и противоположные им белые дыры

Помните диаграмму Пенроуза? Ранее мы показали её в усечённом виде, а вот полная версия. Здесь появляются такие странности, как белая дыра, параллельная вселенная и антигоризонт. Уравнения общей теории относительности действуют как при прямом, так и при обратном течении времени. Если они описывают такой объект, как чёрная дыра, значит, теоретически может существовать и противоположный во времени объект – «белая дыра». Это та же чёрная дыра, только наоборот: её горизонт событий можно пересечь в направлении изнутри наружу, но попасть внутрь белой дыры нельзя. Вопрос в том, откуда возьмутся информация и энергия, выплёскиваемые белой дырой.

На практике обнаружить белую дыру было бы гораздо проще, чем чёрную, но ни одного такого объекта пока не нашли. К тому же неясно, в результате какого процесса белая дыра могла бы сформироваться. Впрочем, есть одна зацепка, позволяющая рассматривать сверхмассивные объекты в центрах галактик как «чёрно-белые» дыры, работающие сразу в обоих направлениях. Все астрофизические чёрные дыры вращаются, поэтому сингулярность у них имеет форму кольца, через которое в принципе можно пройти. Это может быть туннель, соединяющий две параллельные вселенные или «браны». Но тогда потоки вещества из нашей и параллельной вселенных будут сталкиваться и порождать вспышки в определённом диапазоне, чего в реальности не наблюдается. Так что если чёрная дыра куда-то и ведёт, то это путь в один конец, а белых дыр попросту не существует.

Могут ли чёрные дыры быть кротовыми норами или порталами в другие миры?

Кротовая нора, или червоточина – это гипотетический туннель, связывающий удалённые участки пространства-времени и позволяющий преодолевать расстояние между ними быстрее скорости света. Если сравнивать космическое пространство с двумерной поверхностью яблока, червоточина сократит путь с одной его стороны на другую. Или можно вспомнить кинематографическое объяснение червоточины как сложенного вдвое листа бумаги, протыкаемого карандашом. Эта идея давно будоражит умы фантазёров, мечтающих о межзвёздных путешествиях. Многие из них уверены, что чёрные дыры являются естественными червоточинами, через которые можно попасть даже в другую галактику. Но на самом деле не всё так просто.

Действительно, есть решения уравнений ОТО, позволяющие соединить две вселенные или две области одной вселенной червоточиной. В первом случае кротовая нора называется межмировой (inter-universe), во втором – внутримировой (intra-universe). Также различают непроходимую червоточину Шварцшильда (мост Эйнштейна-Розена) и проходимую червоточину Морриса-Торна. Первая имеет слишком узкую горловину или схлопывается слишком быстро, чтобы через неё можно было пройти, а вторая вроде бы пропускает через себя макроскопические объекты, но для её создания и поддержания нужна экзотическая материя с отрицательной массой-энергией, а также шесть дополнительных измерений. Так вот, чёрные дыры могут быть только непроходимыми червоточинами, других вариантов нет.

Под горизонтом событий любой чёрной дыры есть мировые линии, следующие из некой другой вселенной, где находится зеркально симметричная чёрная дыра. Более того, холонавт даже может увидеть свет из этой вселенной и встретится с прибывшим оттуда коллегой, но выбраться они всё равно не смогут. Также ОТО допускает сценарий, при котором две белые дыры из параллельных вселенных сближаются, их сингулярности аннигилируют и образуют общую червоточину, затем сближаются антигоризонты, при столкновении они превращаются в горизонты событий, и в результате червоточину разрывают образовавшиеся между ними сингулярности уже чёрных дыр. Но и в таком случае кротовая нора остаётся непроходимой: траектория, соединяющая вселенные, пространственноподобна, а значит, предполагает перемещение со сверхсветовой скоростью.

Есть предположение, что туннели Эйнштейна-Розена могли бы возникнуть во время инфляции, когда близко расположенные участки пространства были мгновенно разнесены на большие расстояния. Но такие червоточины вряд ли будут стабильными и доживут до нашего времени. В статье «Жуткое дальнодействие» мы уже писали про гипотезу ER=EPR, согласно которой квантово-запутанные частицы как раз и соединены мостами Эйнштейна-Розена. Из неё следует, что для создания макроскопической червоточины требуется запутать между собой большие участки пространства-времени, а квантовая запутанность – вещь очень хрупкая. Возможность микроскопических кротовых нор не вызывает сомнения и доказана экспериментально телепортацией состояния кубитов квантового компьютера. Но путешествие сквозь червоточину макроскопического объекта невозможно по той же причине, что и его телепортация или туннелирование – из-за квантовой декогеренции. Подробнее об этом – в статье «Квантовое туннелирование, телепортация, квантовый интернет».

Чёрная дыра – машина времени?

В некотором смысле да, поскольку она искривляет время вместе с пространством и позволяет совершать путешествия в будущее. Находясь вблизи горизонта событий, вы субъективно не почувствуете ничего особенного, но если вернётесь оттуда назад, окажетесь в будущем, как герои «Интерстеллара», которые находились на планете Миллер несколько минут, а на корабле за это время прошло 23 года. Конечно, в фильме эффект немного преувеличен, поскольку в области с такой задержкой во времени стабильные орбиты планет уже невозможны. Но сам факт гравитационного замедления времени проверен на околоземной орбите с высокой точностью и практически не вызывает сомнений. Только путешествия в будущее мало кого интересуют – разве что желающих повторить трюк Мэттью МакКонахи и познать парадокс близнецов на собственном опыте, вернувшись молодым к своим состарившимся детям. Совсем другое дело – путешествия в прошлое. Здесь ни чёрная дыра, ни что-либо ещё не поможет. Скорее всего, вернуться во времени назад никак нельзя.

Любые попытки вернуться в прошлое или превысить скорость света автоматически приводят к образованию замкнутых времениподобных кривых (ЗВК). Это такие временные петли, в которых путешественник во времени со своей точки зрения движется из прошлого в будущее, но с точки зрения других наблюдателей возвращается в тот самый момент в прошлом, откуда он начинал движение. Образование ЗВК вокруг бесконечного вращающегося цилиндра было предсказано Виллемом ван Стокумом в 1937 г., а в 1974 г. Фрэнк Типлер выяснил, что ЗВК могут существовать около вращающегося цилиндра конечной длины (или чёрной дыры Керра), но, как впоследствии показал Стивен Хокинг – только при наличии отрицательной энергии. ОТО не запрещает существование частиц с отрицательной массой-энергией, но пока таких частиц обнаружено не было (в отличие от античастиц, которые имеют противоположный обычным частицам заряд, но положительную массу). Отрицательной энергией может обладать только вакуум, что наглядно демонстрирует эффект Казимира. Но частицы с отрицательной массой будут вести себя парадоксально, особенно при взаимодействии с положительной массой – например, бесконечно самоускоряться в убегающем движении. Поэтому отрицательная масса, скорее всего, ничем не лучше мнимой массы у тахионов – ни то, ни другое не имеет никакого физического смысла.

Науке пока не известны механизмы, которые приводили бы к образованию проходимых кротовых нор естественным путём. Для создания искусственной кротовой норы нужно искривить пространство-время так, чтобы оно замкнулось само на себя. Есть два варианта, как создать разницу во времени между входами в червоточину: переместить один из входов на околосветовой скорости относительно другого или поместить один из входов у горизонта событий вращающейся чёрной дыры. Главное, чтобы входы в червоточину были не сильно удалены друг от друга, и вы могли преодолеть расстояние между ними по «нормальной» траектории. Но это может нарушить причинно-следственные связи и привести к логическим парадоксам вроде пресловутого парадокса дедушки или события, которое является причиной самому себе. Например, вы можете послать себе световой сигнал в будущее, обогнать его через кротовую нору и поймать на другом конце, а заодно увидеть себя в прошлом. Или встретится с самим собой в прошлом.

Но главная проблема даже не в этом. Фотон, который входит в червоточину с одной стороны и выходит с другой, может преодолевать расстояние между двумя входами естественным путём и проходить червоточину снова и снова, копируя себя неограниченное количество раз, нагромождаясь на эти копии (он же бозон, ему можно) и подвергаясь настолько сильному синему смещению, что любой объект в червоточине будет мгновенно испепелён. И если свет ещё можно расфокусировать и ослабить, то с квантовыми флуктуациями вакуума так дело не пройдёт: они будут накапливаться очень быстро и доводить плотность энергии в червоточине до бесконечности, разрушая её. Поэтому вероятно, что кротовая нора, даже если бы она существовала, схлопнулась бы прежде, чем кто-то смог бы через неё пройти.

Поэтому, по мнению Стивена Хокинга, во Вселенной работает принцип защиты хронологии или хронологической цензуры, запрещающий путешествия в прошлое по замкнутым времениподобным кривым. Согласно этой гипотезе, любая попытка создания замкнутых времениподобных кривых должна обязательно приводить к появлению черной дыры. Пока не найдено ни строгого доказательства, ни опровержения принципа хронозащиты. Скорее всего, решить эту проблему сможет только теория квантовой гравитации.

Могут ли чёрные дыры быть «дочерними» вселенными?

Ещё одна смелая идея, которая пересекается с теорией вечной хаотической инфляции. Если наша Вселенная является одним из бесчисленных «пузырей» в первичном скалярном поле, то почему бы не допустить возникновение таких «пузырей» в ней самой? Внутри чёрной дыры может запускаться своя инфляция, которая расширяет пространство до внушительных размеров. Если вы думаете, что в чёрной дыре для этого не хватит места, то вы ошибаетесь. Выше мы уже писали, что под горизонтом событий пространство становится временем, а время – пространством. В результате время нахождения там будет измеряться расстоянием до сингулярности, а объём пространства – сроком жизни чёрной дыры. А чёрные дыры живут если не вечно, то очень и очень долго. Сверхмассивная чёрная дыра вроде той, что находится в центре нашей галактики, испаряется не меньше 10¹⁰⁰ лет. Значит, изнутри она на 90 порядков больше наблюдаемой Вселенной! Но проблема в том, что количество информации, которая может в ней содержаться, ограничено площадью горизонта событий. Подробнее об этом – в статье о термодинамике чёрных дыр.

Можно ли создать чёрную дыру из тёмной материи, антиматерии или вообще не из материи?

Природа тёмной материи ещё неясна, поэтому трудно сказать, могла ли она коллапсировать в чёрную дыру как облако барионного вещества в ранней Вселенной. Но на текущем этапе космологической эволюции образование чёрных дыр из тёмной материи исключено. Тёмная материя слабо взаимодействует сама с собой и с обычной материей, она не может комковаться и участвовать в термоядерных реакциях. Хотя по массе её в пять раз больше обычной материи, эта масса равномерно распределена внутри галактического гало, а не сконцентрирована в центре галактики. Поэтому в пределах Солнечной системы – возьмём сферу радиусом 100 а.е. (расстояний от Земли до Солнца) – масса обычной материи составляет порядка 2*10³⁰ кг (в основном это масса Солнца), а масса тёмной материи – порядка 10¹⁹ кг (что сравнимо с массой астероида), или 0,0000000005% от массы обычной. В среднем в нашей области галактики плотность обычной материи составляет 1,2*10²⁸ кг на кубический световой год, а плотность тёмной материи — 2,5*10²⁷ кг на кубический световой год, или 20% от обычной. Чёрные дыры из обычной материи могут поглощать и тёмную материю, однако вклад последней в их массу будет небольшим: до 16% на периферии галактики и не более 0,004% в галактическом центре.

Свойства антиматерии почти не отличаются от свойств обычной материи, а чёрной дыре вообще всё равно, что поглощать: частицы или античастицы. Но антиматерии в обозримой вселенной слишком мало, чтобы она могла образовать массивные сгустки. Такие сгустки будут аннигилировать с обычным веществом прежде, чем успеют сформировать антизвезду и тем более анти-чёрную дыру. Стоимость создания одного грамма антиводорода, которого в принципе должно хватить для чёрной дыры планковских размеров, по оценкам 1999 г. составляла 62,5 трлн долларов. Ещё дороже обойдётся генерация энергии, необходимой для получения такой чёрной дыры – порядка 10²⁶ эВ. Но даже если мысленно допустить создание чёрной дыры из антиматерии и успеть столкнуть её с чёрной дырой из обычной материи за те доли секунды, которые они будут существовать – скорее всего, они не аннигилируют, а сольются в одну чёрную дыру. Чёрные дыры из материи и антиматерии для внешнего наблюдателя неотличимы, а их заряды не могут превышать значения, задаваемого массой, иначе будет нарушен принцип космической цензуры.

Чёрная дыра из света и вовсе звучит как оксюморон, ведь у фотонов нет массы покоя. Но из формулы E=mc² мы знаем, что энергия и масса эквивалентны, а значит, теоретически ничто не мешает создать чёрную дыру, сосредоточив в малом объёме большое количество энергии. К тому же экспериментально уже получалось создавать массивные частицы, сталкивая высокоэнергетические фотоны. Если сконцентрировать в одной точке достаточное количество излучения, это приведёт к искривлению пространства-времени, формированию горизонта событий и образованию кугельблица – гипотетической чёрной дыры из света. Однако на практике не всё так просто: расчёты показывают, что минимальный приток мощности для создания кугельблица должен составлять 10⁸³ Ватт на метр. Для сравнения: на сегодняшний день максимальная мощность искусственных лазеров составляет порядка 10²⁷ Ватт на метр, а мощность самых ярких квазаров – порядка 10⁴¹ Ватт на метр.

Можно ли создать чёрную дыру из релятивистской энергии?

Этот вопрос сводится к давнему спору о том, существует ли релятивистская масса и оказывает ли она гравитационное воздействие. Релятивистская масса – это суммарное количество энергии в системе, делённое на c². В старых учебниках по теории относительности говорилось, что с точки зрения неподвижного наблюдателя масса ускоряющегося объекта увеличивается. Но масса покоя и релятивистская масса имеют совершенно разную природу: первая не зависит от системы отсчёта и определяется константой хиггсовского взаимодействия, а вторая неинвариантна относительно преобразований Лоренца и никак не связана с полем Хиггса. Поэтому лучше оставить массу в покое и пользоваться термином «релятивистская энергия» или просто «энергия». Когда речь идёт о релятивистских скоростях, массой покоя вообще можно пренебречь и считать энергию по формуле E=pc (импульс, умноженный на скорость света).

Квадрат скорости света – большое число, поэтому для получения релятивистской массы, которая оказывала бы заметное гравитационное воздействие, нужно приложить огромное количество энергии. А если сконцентрировать слишком много энергии‑массы в одном месте, она коллапсирует в чёрную дыру. Получается, с точки зрения неподвижного наблюдателя образуется чёрная дыра, а с точки зрения частицы её масса покоя остаётся неизменной? Нет. Ни одна частица от ускорения тяжелее не станет и сильнее гравитировать не будет – с точки зрения наблюдателя она набирает не массу, а энергию. Но если её резко остановить, столкнув с чем-то – можно и чёрную дыру получить. Собственно, при коллапсе звезды это и происходит: оболочка на околосветовой скорости падает на ядро и продавливает его под гравитационный радиус.

Одиночная частица в ускорителе набирает инерционную массу, но её энергии недостаточно для создания заметных гравитационных эффектов. Теоретически в чёрную дыру может коллапсировать даже фотон, если накачать его планковской энергией - порядка 10²⁸ эВ. Как мы уже писали, ни БАК, ни любой другой ускоритель на это не способен. А много частиц меньшей энергии не так просто сконцентрировать в одном месте, чтобы в сумме они набрали нужную массу. В экстремальных условиях аккреционного диска, релятивистского джета или взрыва сверхновой частицы разогреваются трением и гравитацией до сверхвысоких температур и движутся почти со скоростью света, но даже этого недостаточно для коллапса и других гравитационных эффектов. Землю регулярно навещают ультрарелятивистские частицы с энергиями, которые физикам из ЦЕРНа даже не снились, и планета от этого не сходит с орбиты. А макроскопический объект вроде космического корабля разогнать до 99,(9)% скорости света попросту невозможно: он распадётся на частицы задолго до того, как будет накачан необходимым количеством энергии. Таким образом, сделать чёрную дыру из одной релятивистской массы не получится.

Вместо заключения ответим на последний вопрос:

Зачем изучать чёрные дыры? Чем они могут быть полезны?

Казалось бы, эти странные космические объекты очень далеки от нас, не представляют для Земли непосредственной угрозы и не несут никакой практической пользы – тогда почему учёные уделяют им столько внимания, фотографируют их и регистрируют с помощью гравитационных волн?

- Во-первых, чёрные дыры помогают нам в жизни уже сейчас. Без них не было бы квазаров, а по квазарам ориентируются в пространстве навигационные спутники.

- Во-вторых, вращающиеся чёрные дыры являются практически неисчерпаемыми источниками энергии, и мы, возможно, научимся её использовать в далёком будущем.

Речь идёт о так называемом генераторе Пенроуза: любой объект может «украсть» немного энергии вращения чёрной дыры, сбросив в неё часть своей массы из эргосферы вблизи горизонта событий. Этот гравитационный манёвр, показанный в фильме «Интерстеллар», можно придать любому объекту скорость, близкую к скорости света. При этом полученная энергия намного превысит энергию, заключённую в массе сброшенного в чёрную дыру вещества. Закон сохранения энергии не нарушается, поскольку чёрная дыра слегка замедлит своё вращение и увеличится за счёт сброшенной в неё массы. С помощью механизма Пенроуза можно извлечь до 29% общей энергии чёрной дыры. Также можно извлечь до 50% энергии заряда чёрной дыры. Для сравнения: КПД ядерного горения водорода на Солнце составляет всего 0,7%. Использовать эту энергию можно не только для разгона космических кораблей, но и для других полезных целей – например, для выработки электричества. Правда, потребуется построить вокруг чёрной дыры конвейер доставки мусора, который будет подключён к генератору электроэнергии.

Ещё лучше – соорудить сферу Дайсона из солнечных панелей, поглощающих излучаемый чёрной дырой свет – аккреционного диска или хокинговского излучения. Другой один интересный проект основан на эффекте рассеивания с помощью сверхизлучения, предсказанном советским физиком Яковом Зельдовичем. Идея в том, чтобы полностью окружить чёрную дыру зеркальной сферой и пустить внутрь луч света. Небольшая его порция упадёт под горизонт событий, а остальной свет пройдёт через эргосферу, будет усилен энергией вращения чёрной дыры, затем отразится от зеркал и всё по новой. С каждым циклом электромагнитная волна будет становится всё сильнее, пока не разнесёт зеркальную сферу взрывом, сравнимым по мощности со сверхновой (если нам нужна бомба) или не будет извлечена через открывающееся окно (если нам нужен лазер).

Возможно, такая конструкция станет единственным источником энергии через триллионы лет, когда все звёзды погаснут и наступит эра чёрных дыр. К тому же построить сферу вокруг компактной чёрной дыры гораздо проще, чем вокруг огромной звезды. Если чёрная дыра сравнима по массе с Землёй, а радиус сферы – с радиусом Земли, сила гравитации на поверхности сферы будет такой же, как у нашей планеты, и на ней можно будет жить.

- Ну и самое главное – изучение чёрных дыр приближает нас к созданию теории квантовой гравитации, которая должна объединить квантовую механику с общей теорией относительности. Так что чёрные дыры всё ещё находятся на передовом рубеже науки и могут преподнести нам немало сюрпризов.