Цікаво, що існування чорних дір передвіщалося задовго до створення теорії відносності. 27 листопада 1783 року преподобний Джон Мітчелл ознайомив лондонське наукове суспільство.
У черговий раз про можливість існування чорних дір заговорили в 1915 році, коли Альберт Эйнштейн сформулював загальну теорію відносності. Без експериментальних даних геніям, виявляється, теж довіряють не дуже охоче про існування чорних дір.
Перше свідчення існування чорних дір з’явилося в 1971 році, коли за допомогою супутників у сузір’ї Лебедя було виявлене джерело рентгенівського випромінювання, названий Лебедем Х-1. На перший погляд, нічого особливого у відкритті подвійної зірки не було – на сьогоднішній день таких об’єктів виявлено кілька сотень. Але у випадку з Лебедем Х-1 спостереження показали, що джерело рентгенівського випромінювання повинно мати масу, яка б в 10 разів перевищувала масу нашого Сонця.
Слідом за першим відкриттям чорної діри. Стенфорд і його колеги досліджували інший об’єкт, що одержав назву Х-Персея. Тут була виявлена чорна діра, що перевищує по масі наше Сонце в 40 разів. У наступні роки відкриття чорних дір просто посипалися.
Що ми знаємо сьогодні про чорні діри?
1. Чорна діра – кінцева стадія еволюції масивних зірок.
2. З пояснення природи сверхсвітимості квазарів, даного Яковом Зельдовичем і Эдвіном Сэлпітером із залученням подань про чорні діри, випливає, що ті безупинно поглинають матерію в космосі.
3. А наприкінці 1997 р. з’ясувалося, що не тільки матерію. Американські астрофізики виявили, що газопилові диски навколо чорних дір роблять прецессіонне обертання. Інтерпретація авторів виявилася досить своєрідною: чорна діра всмоктує в себе навколишній простір! «Так потік нечистот, вливаючись у ріку, захоплює за собою частину води», – прокоментував відкриття німецький науковий оглядач Рюдрігер Фаас.
Але на цьому властивості чорних дір не вичерпується. Із цими загадковими об’єктами зв’язаний і так званий «інформаційний парадокс».
Відповідно до класичної моделі чорної діри абсолютно неважливо, із чого вона була побудована: протонів і електронів у будь-якій пропорції, газу, планет або зірок. Дивовижне тяжіння перетворює весь цей матеріал у якусь абсолютно однорідну структуру. Та ж доля чекає і речовину, що попадає в чорну діру уже після її виникнення. Таким чином, відповідно до загальноприйнятої в астрофізиків версії, всі чорні діри усередині зовсім однакові і відрізняються лише масою, а також діаметром у межах якого ніщо не може покинути цей об’єкт. По обчисленнях знаменитого фізика Стівена Хоукінга виходить, що частка, що потрапила в чорну діру, ніяк на неї не впливає. Крім, зрозуміло, що відповідає збільшення маси.
Але теорія чорної діри породила протиріччя з одним із законів квантової механіки – законом оборотності. Він говорить, що теоретичні обчислення повинні простежити будь-який процес, аж до умов, які «запустили» його. Якщо всі чорні діри однакові, то жодна з них навіть теоретично не може бути простежена у зворотньому напрямку – до її унікального початку, і будь-яка інформація про частки, які створили чорну діру, вважаються загубленими назавжди. Інакше кажучи, виходить, що чорна діра знищує інформацію.
На початку 2004 року група вчених з університету Огайо (США), очолювана Саміром Матуром, засумнівалася в такому положенні справ, звернувшись до відомої теорії суперструн. Тут буде доречним для подальшого розуміння матеріалу зробити деякий відступ і пояснити основні положення і короткі висновки з теорії суперструн.
Справа в тому, що теорія відносності Эйнштейна дуже погано поводиться на сверхмалих відстанях. Якщо Эйнштейну, то на відстанях порядку радіуса ядра всі сили спрямовуються в нескінченність. Тому треба було модифікувати теорію гравітації і зробити її квантовою.
Це філософськи виправдано: якщо вся матерія має квантові властивості і при цьому взаємодіє із гравітацією, то і гравітація має не хвильову, як ми вчимо в школі, а квантову природу. На зразок електромагнітного поля з фотоном, одиницею випромінювання гравітаційного поля виявляється частка гравітон. І якщо існують взаємодіючі один з одним фотони і гравітони, то стійку теорію Всесвіту можна побудувати, лише припустивши існування об’єктів, з яких побудовані всі елементарні частки. Ці двовимірні об’єкти і називаються суперструнами. Вони можуть поводитися самим загадковим образом: переплітатися, звиватися кільцями, утворювати спіралі. А ми в нашому масштабі сприймаємо цю «гру» струн, як частки, що становлять світ.
Отож, колектив учених, очолюваний С.Матуром, обчислив, як поведуться струни, об’єднані в дуже масивний і протяжний об’єкт, свого роду гігантську елементарну частку. Виявилося, що струни можуть формувати досить складну, пружну і еластичну структуру великої довжини. Поступово нарощуючи масу речовини у своїй моделі, С. Матур, одержав, зрештою, чорну діру.
Що цікаво – що чорна діра по діаметрі виявилася в точності відповідному поперечнику обрію подій для діри тієї ж маси, але розрахованої по класичній моделі. Нова структура чорної діри одержала назву «Пухнастий клубок». У чорній дірі цей клубок може мати найрізноманітніші форми – немов мільйони осіб або художніх полотен. Чорні діри, за версією професора Матура, унікальні і неповторні. Але це значить, що в цих об’єктах нічого не розчиняється безвісти, але в заплутаному переплетенні струн залишається інформація про частки, що породили космічного монстра.
Інакше кажучи, інформація, що потрапила в чорну діру, у чорній дірі і зберігається. Виникає питання: «Для чого чорні діри?» Відповідно до тієї ж теорії суперструн, частки здобувають у надрах чорної діри таку колосальну енергію, що вона їх просто викидає… в 9-мірний простір!
Таким чином, ми бачимо, що сучасна фізика впритул підійшла до розуміння природи чорних дір.
