Прочитано в "Поиске"

В течение трех дней в протвинском ГНЦ РФ "Институт физики высоких энергий" работало 27-е Международное совещание по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля. В нем участвовали несколько десятков физиков-теоретиков из вузов и НИИ Москвы, Санкт-Петербурга, Йошкар-Олы, Дубны, Черноголовки, Протвино. Международный "колорит" привнесли небольшие делегации из Азербайджана, Казахстана, США и Испании. Организаторы предложили участникам для выступлений довольно экзотическую тему - "Черные дыры на Земле и в космосе". Казалось бы, что общего между физикой микромира, которой занимаются ученые на ускорителях заряженных частиц, и загадочными межзвездными образованиями под названием "черная дыра"? Оказывается, связь существует.

...В 1916 году немецкий ученый Карл Шварцшильд впервые получил точное решение уравнений общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна для движения частиц и света в поле тяготения и ввел понятие критического, или "гравитационного", радиуса тела, при котором свет не может выйти за пределы этого радиуса. Это было фактически первое математически сформулированное описание физической ирреальности, получившей затем название "черная дыра". К сожалению, Шварцшильд стал одной из жертв Первой мировой войны в том же 1916 году. Его труды продолжили исследователи второй половины XX века, а собственно наименование "черная дыра" предложил Дж.Уилер в 1968 году.

К настоящему моменту совместными усилиями ученые создали (в рамках представлений ОТО) следующую картину звездной эволюции. Все наблюдаемые звезды во Вселенной существуют за счет энергии термоядерных реакций, происходящих в их раскаленных недрах. Но с течением времени вещество звезды вырабатывается, температура снижается, и звезда начинает за счет собственной гравитации "ужиматься". Если масса сжимающихся звезд до начала охлаждения не превышала трех солнечных масс, они превращаются в компактные и сравнительно холодные (тысячи градусов - вместо миллионов) нейтронные звезды или в белые карлики. Эти объекты астрономы научились находить еще в XIX веке. Но если масса звезды до начала коллапса превышала три массы Солнца, то оставшееся вещество уходит под "гравитационный радиус" Шварцшильда, образуя нечто вроде сферы, у которой поверхность заменена на "горизонт событий". За пределы "горизонта" не может вырваться ни единый квант света - только поглощение всего приходящего извне.

При современном уровне знаний о составе нашей Галактики ОТО предсказывает, что из 100 млрд ее звезд около 10 процентов - нейтронные звезды и белые карлики, а черных дыр в 10 раз меньше, но это тоже немало - около 100 миллионов "бывших" звезд, самых массивных из всех "состарившихся" светил. Предполагается также, что черные дыры очень большой массы, в миллионы раз больше массы Солнца, могут образоваться в центральных областях галактик, в том числе и нашей. Для того чтобы их обнаружить, требуются самые изощренные физические эксперименты. Именно поэтому о черных дырах долгое время говорили лишь как об удивительном возможном физическом казусе, и только с появлением в конце XX века спутниковых обсерваторий и рентгеноскопических методик появились данные о параметрах вполне конкретных объектов, которые могут быть интерпретированы как черные дыры.

Анализу работ по поиску космических черных дыр был посвящен уже самый первый и, пожалуй, один из самых интересных докладов совещания. С ним выступил директор Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга член-корреспондент РАН А.Черепащук. Он сразу оговорил, что считает черные дыры не совсем, а "почти" открытыми, поскольку убедительных доказательств их реального существования во Вселенной нет.

Главная задача, которую надо решить в ближайшие годы, - определить достаточно надежные критерии того, что найденные кандидаты являются черными дырами. Для этого надо лишь выполнить три условия - измерить массу "кандидата", доказать, что его размеры не превышают его гравитационный радиус, и убедиться в том, что у объекта нет наблюдаемой поверхности. Только первая задача решается довольно надежно по поведению видимых астрофизических объектов вблизи черной дыры, остальные - не из простых. Не случайно на сегодня более или менее надежные, признаваемые астрофизиками данные имеются приблизительно лишь на пару сотен кандидатов в черные дыры из того огромного количества, которое "обещает" ОТО. Но и в этом случае все указания на их существование носят косвенный характер, поскольку судить приходится по мощным выбросам рентгеновского излучения, которое интерпретируется как выброс энергии вещества, падающего в невидимое жерло всепоглощающей дыры.

Протвинская школа академика А.Логунова предложила другой сценарий звездной эволюции. Вкратце он сводится к тому, что большие коллапсирующие звезды вовсе не обязаны "уходить под свой "гравитационный радиус", оставаясь объектами большой массы и с наличием поверхности, которая может быть либо достаточно "рыхлой", либо подобной абсолютно отражающему зеркалу. Такие суперотражающие объекты уже получили название "коллапсары", и именно их наличие может объяснить при дальнейшей разработке математического и понятийного аппарата все новые наблюдения мощных потоков энергии в рентгеновском спектре. Понятие "черная дыра" при этом подходе становится излишним.

В разрабатываемой школой Логунова релятивистской теории гравитации многое выглядит не так, как в ОТО. Понятие Большого взрыва, породившего Вселенную, заменяется представлением о циклическом изменении плотности вещества в бесконечной и "плоской" (а не "криволинейной", по Эйнштейну) Вселенной. Этот подход воспринимается в научном мире сейчас не как подрыв основ, а как альтернативная теория, имеющая право на существование.

ИФВЭ сегодня активно участвует в создании самого мощного ускорителя начала XXI века - большого адронного коллайдера (LHC) в Женеве. Физические исследования на этом ускорителе будут оперировать с такими энергиями взаимодействия, при которых можно будет создать условия для эффектов, сопоставимых с рождением пусть "мини", но черных дыр. По мнению заместителя председателя оргкомитета совещания доктора физико-математических наук В.Петрова, включение в планы исследований на LHC работ по изучению "мини-дыр" даст значительный стимул всей экспериментальной физике, а открытие такого рода может по своему значению и последствиям превзойти все то, ради чего и было задумано строительство LHC.

Закономерен вопрос: а вдруг рожденная в ускорителе черная дыра поглотит и ускоритель, и всю планету? Ничего подобного произойти не может, успокаивает В.Петров. Энергия ускорителя, даже будь он много большего размера, чем реально возможно построить, все же будет микроскопически мала по сравнению с энергиями межзвездных процессов, а посему гипотетическая "мини-дыра" тут же испарится, преобразовавшись во вспышку излучения и частиц.