Почему Эйнштейн сомневался в существовании "черных дыр"? Почему они до сих пор не получили "нобеля"? Как устояла теория относительности?
Об этом корреспондент "РГ" беседует с лауреатом Госпремии в области науки и технологий за 2008 год, директором Государственного астрономического института им. Штернберга МГУ академиком Анатолием Черепащуком.
Российская газета: Вокруг "черных дыр" сложилась парадоксальная ситуация. Само это понятие давно вошло в обиход, однако многие физики упорно не верят в их существование. Почему?
Анатолий Черепащук: Сегодня среди физиков примерно половина скептиков. Кстати, даже сам Эйнштейн, в чьих формулах общей теории относительности впервые появились "черные дыры", сомневался, что они реально существуют. Нынешняя ситуация напоминает ту, что была в начале XX века со звездами. Их видели, но никто не понимал, почему они светятся, почему блистает Солнце. И тем не менее звезды активно изучали, раскрывая все новые их свойства.
А загадка свечения была раскрыта, когда Эйнштейн опубликовал свою знаменитую формулу E=mc2. Появилась гипотеза, что звезды светятся потому, что на них протекают термоядерные реакции и масса превращается в энергию. Понадобилось еще около 20 лет, чтобы полностью разобраться в проблеме. Итогом стала Нобелевская премия.
С "черными дырами" сегодня схожая картина. Общая теория относительности приписывает им столь поразительные свойства, что многие физики отказываются верить в данный феномен. Скажем, если к нему полетит космический корабль, то, когда он станет приближаться к "дыре", находящиеся на Земле наблюдатели увидят, что корабль замедляется, а потом и вовсе остановится. Время для него прекратит свой ход, а сам он никогда не проникнет внутрь "дыры".
Зато для самих космонавтов ничего не изменится: ни время, ни скорость движения. Они проникнут внутрь "дыры". Такое нарушение многих устоявшихся понятий, причин и следствий кажется невероятным. Отсюда и скептицизм: а может, эти экзотические объекты существуют только в формулах? Но, несмотря на все сомнения, наука изучает эти феномены. Например, нам впервые в мире удалось оценить их массы.
РГ: Но они не сообщают о себе никакой информации. От них не идет ни свет, ни какое-либо иное излучение. Как же удалось их "взвесить"?
Черепащук: Как часто бывает в науке, пришлось преодолевать инерцию мышления. В 1972 году было обнаружено странное явление: в созвездии Лебедя одна из звезд мигала, как маяк, с периодичностью в 5,6 дня. Почему? Ученые сошлись на версии, что там не одна, а две звезды, но одна слишком мала и не видна. Они перекрывают друг друга и получается элементарное затмение. Вроде бы ясно и просто. И вдруг новая неожиданность: приборы зафиксировали, что от звезды идет рентгеновское излучение. Это противоречит всем законам. Но к тому времени уже были опубликованы работы, где было показано, что при захвате дырой вещества соседней с ней звезды выделяются огромная энергия и "рентген". И тогда Виктор Лютый, Рашид Синяев и я предположили, что в созвездии Лебедя наблюдается вовсе не затмение, а там скрывается "черная дыра". А мигания - это результат воздействия ее гравитационного поля на соседнюю звезду.
Мы сразу же получили изрядную долю критики. Она пошла на убыль, когда мы представили метод, позволяющий рассчитать массу "дыры". И что важно, она точно согласовалась с тем, что было предсказано формулами Эйнштейна. Метод получил "права гражданства" и сегодня широко применяется для расчета масс небольших "черных дыр" в несколько десятков масс Солнца. Что же касается гигантов, в миллионы и миллиарды солнечных масс, то для их определения нами предложен иной способ. Он основан на изучении движения газовых облаков. Сегодня найдены уже более сотни таких космических монстров.
РГ: После ваших работ число оппонентов "черных дыр" поубавилось?
Черепащук: Конечно. Особую интригу здесь придают теории, которые отвергают не только их, но и общую теорию относительности. И определение масс стало серьезным аргументом "за" Эйнштейна. Поясню суть, это на самом деле красиво. Согласно теории, масса "черной дыры" должна составлять как минимум три солнечных. Запомните эту цифру. Еще один отличительный признак: у "дыры" нет твердой поверхности, зато имеется так называемый горизонт событий. Это как раз та самая граница, которую космонавты никогда не смогут преодолеть, около которой время замедляется. Из нее не может вырваться ни свет, ни любое другое излучение. Так вот сегодня уже открыто 23 космических объекта с массой более 10 масс Солнца, и ни у одного нет твердой поверхности. Значит, это должны быть "черные дыры", что полностью согласуется с Эйнштейном.
Но это не все. У "дыр" имеются близкие родственницы - нейтронные звезды. Теория гласит, что их масса не должна превышать трех солнечных. Кроме того, у них, в отличие от "дыр", как раз есть твердая поверхность. Поэтому они ведут себя нормально, предоставляя о себе самую разную информацию, в частности, испускают мощные вспышки рентгеновского излучения, а также регулярные пульсации радио- и рентгеновского излучения. Кстати, за открытие нейтронных звезд была получена Нобелевская премия.
Сегодня измерены массы у 50 таких объектов, и масса каждой не превышает трех масс Солнца. Если хотя бы одна звезда оказалась тяжелей, вся знаменитая теория просто рухнула бы. Это стало бы настоящей мировой сенсацией. Однако здесь все идет по Эйнштейну.
РГ: Но если у "черных дыр" все так удачно складывается, почему физики в них сомневаются? Почему эти феномены пока остаются без "нобелей"?
Черепащук: Когда-то академик Зельдович приводил такой пример. Решив доказать, что в Древней Греции был проволочный телеграф, ученые начали раскопки, но не нашли никаких проводов. Вывод: в Греции был беспроволочный телеграф. Иными словами, нельзя только на основании того, что от "черной дыры" мы не получаем никаких сигналов, утверждать, что они существуют. Нужны более сильные аргументы. Например, доказать, что горизонт событий - это не виртуальная, появившаяся в формулах граница, а реальность. Нынешней технике эта задача не под силу, требуются приборы с очень высокой разрешающей способностью. Возможно, решить проблему сможет космическая обсерватория "Миллиметрон", которую Россия намерена отправить на орбиту через десять лет.
РГ: Так долго ждать? А сейчас вы продолжаете заниматься "черными дырами"?
Черепащук: В последние годы появились новые данные о жизни этих феноменов, в частности, о их связи с не менее загадочной "темной материей". Как известно, ее масса в десять раз больше, чем всех видимых звезд и планет. Кроме того, некоторые новые факты поставили принципиальный вопрос, что же во Вселенной первично: вначале возникли галактики, а потом в них образовались "дыры", или, наоборот, первыми были "дыры", которые, "натянув" на себя вещество, сформировали галактики.
Новые загадки принесло и открытие в центрах галактик "черных дыр" в 20-40 миллиардов масс Солнца. Они очень молоды, им всего по миллиарду лет. Как за такой малый срок они смогли нарастить столь гигантскую массу? Неясно. Словом, чем больше наука узнает о "черных дырах", тем больше они преподносят сюрпризов.
РГ: Нынешняя молодежь идет в астрономию?
Черепащук: Конкурс в МГУ 5-6 человек на место. И это при том, что астрономия исключена из школьной программы. Подобное могло прийти в голову только недальновидному чиновнику. Ведь астрономия ищет ответы на важнейшие, может, самые главные вопросы: как возникла Вселенная, что такое Солнце, есть ли где-то в космосе жизнь и т.д. Это мировоззренческая наука, дающая человеку представление о мире.
Свято место пусто не бывает, и его заняла астрология. Мы везде говорим об этом, но нас не слышат. Значит, кому-то нужно оглуплять молодежь. И результаты уже налицо: некоторые молодые люди уже не знают, кто первым полетел в космос. А мы твердим о патриотизме... Честно говоря, за державу обидно.
РГ: Астрономия - очень дорогое удовольствие. Есть на чем учить нынешних студентов?
Черепащук: Несколько наших обсерваторий остались в странах СНГ. Сейчас отправляем ребят на практику в разные российские обсерватории. Правительство выделило нам деньги на строительство обсерватории под Кисловодском. Телескоп изготавливается во Франции, в апреле будущего года начнется поставка. Телескоп уже оплачен, и мы благодарны правительству за это. Надеемся, что и деньги на капитальное строительство обсерватории в 2010-2011 годах также будут выделены.
- Как я стал астрофизиком? История, может быть, необычная... Жил в Сызрани. В десять лет купил книжку "самодельный телескоп-рефлектор". Загорелся, но требовались стеклянные заготовки, чтобы изготовить зеркало. Отправил письмо автору книги Михаилу Сергеевичу Навашину, и он мне их прислал. Но у меня возникли новые проблемы, и я о них ему написал. И вот получаю большую посылку со всем необходимым, которую мне отправил Арсений Александрович Тарковский. Оказалось, этот выдающийся поэт увлекается астрономией, он дружит с Навашиным и от него узнал, что в Сызрани есть такой Толя Черепащук, который никак не может построить телескоп. Мы стали переписываться, а потом не раз встречались, когда я стал учиться и работать в Москве. Вот такое было у меня начало.