Чорні діри захоплюють все, з чим стикаються. Від субатомних часток до зірок, твердих тіл, газів, рідин і навіть світла — все, що в них падає, зникає. І точно так само чорні діри захоплюють популярне уяву. Роздуми про космос з тих пір, як люди вперше побачили точки світла, що прикрашають нічне небо, заставляють розум уявляти речі, які неможливо побачити тут, на Землі. І чорні діри розширюють уяву більше, ніж будь-яке інше диво астрономії.
Як виглядає чорна діра?
Чорна діра — це космічний пилосос, всмоктуючий зоряну пил в саму бездонну прірву, искривляющий простір-час, викликає непереборне гравітаційне тяжіння, небуття, яке може стерти з лиця землі.
Це діра у космосі. Чорна — тому що світло не може уникнути її тяжіння. І тому невидима. Неймовірна.
І все ж чорні діри намагалися собі уявити — ще до того, як дізналися, що вони існують насправді. У 1784 році англійський геолог і священнослужитель (і астроном-любитель) Джон Мічелл припустив, що для великої і досить щільної зірки ньютоновская гравітація буде занадто сильною, щоб світ міг її покинути. Він вважав (як і Ньютон), що світло — це потік частинок (тоді багато хто так вважали). Мішель підрахував, що швидкість легких частинок буде недостатньою, щоб уникнути гравітації зірки такої ж щільної, як сонце, але в 500 разів перевищує його діаметр. «Світ таких не зможе прийти», – писав він.
Приблизно через десять років французький математик П’єр-Сімон Лаплас також припустив, що в космосі можуть існувати «невидимі тіла». Лаплас уявив зірку з щільністю Землі і в 250 разів ширше сонця. Її ньютоновское гравітаційне тяжіння не дозволило б світла залишити поверхню. «Таким чином, найбільші тіла у всесвіті можуть бути невидимими через їх розмірів», заявив він.
Справжні ж чорні діри виникають не з ньютонівської гравітації, а з теорії гравітації Ейнштейна — загальної теорії відносності. Ейнштейн сховав чорні діри (навіть від самого себе) у своїх рівняннях. Але німецький астроном Карл Шварцшильд використовував цю концепцію під час Першої світової війни, незадовго до смерті після хвороби на російському фронті. Шварцшильд, однак, не зміг уявити, що зірка може стиснутися до такої міри, що перевищить щільність, необхідну для того, щоб зробити її невидимою. Цей подвиг уяви здійснили Роберт Оппенгеймер і Хартленд Снайдер у 1939 році (в тому ж році, коли Ейнштейн опублікував роботу, в якій заперечував можливість існування чорних дір). Оппенгеймер і Снайдер розрахували, що досить масивна зірка може коллапсировать під дією власної гравітації. «Тим самим зірка закриється від будь-якого зв’язку з віддаленим спостерігачем; залишиться тільки гравітаційне поле», писали вони.
Незабаром Оппенгеймер зайнявся Манхеттенським проектом зі створення атомної бомби, і ніхто не звертав особливої уваги на його коллапсирующие зірки до 1960-х років. У грудні 1963 року їх обговорили на симпозіумі в Далласі, а ще через кілька тижнів — на зустрічі в Клівленді. Хтось навіть вимовив фразу «чорна діра», щоб послатися на них.
Але ця назва не було популярним до тих пір, поки Джон Арчибальд Уілер не вимовив його у виступі в 1967 році. Потім почалося серйозне наукове дослідження чорних дір. Стівен Хокінг вивчав їх, показуючи, що вони можуть випускати слабку форму випромінювання, яке було назване на його честь. Астрономи зайнялися пошуками чорних дір, збираючи вражаючі докази того, що ті дійсно існують, спираючись на рух зірок і інших речовин в околицях чорних дір. (Насправді, Мішель запропонував саме такий підхід для виявлення присутності невидимої зірки). У 2016 році гравітаційні хвилі надали точне доказ зіткнення двох чорних дір.
Зараз майже ніхто не сумнівається, що вони існують. Але хоча Мічелл, Оппенгеймер, Уілер, Хокінг і багато інші уявляли, якою повинна бути чорна діра, ніхто з них ніколи її не бачив.
І ось, буквально в квітні, колаборація Event Horizon Telescope представила зображення: темрява чорної діри, оточеній світлом в її околицях. Це зображення підтверджує те, що вже було відомо: що чорні діри — це не просто плід уяви, це істина, спочатку представлена умами, пройнятих якимсь науковим духом, вірою в здатність відкривати космічні явища, не буваючи в космосі.
Історія науки пам’ятає інші випадки уявних явищ, які кидають виклик уяві ще до свого відкриття. Поль Дірак уявляв собі антиречовину ще до того, як його знайшли в природі. Олександр Фрідман уявив розширення Всесвіту до того, як астрономічні спостереження це підтвердили. Давньогрецькі філософи уявляли атоми за 2500 років до того, як мікроскопія стала досить складною, щоб їх сфотографувати. Всі ці вдалі фантазії розцінювалися деякими як образу здорового глузду або звичайної логіки. Їх підтвердження, як і з новим зображенням чорної діри, підтверджують урок про те, що очевидна абсурдність — не переконливий аргумент проти існування явища.
Можливо, той факт, що людська уява прийшло до існування чорних дір, незважаючи на їхню абсурдність, є однією з причин, по якій чорні діри чарують кожного, хто про них думає. Чорна діра стала доказом існування неймовірно незбагненних астрономічних явищ.