Жизнь внутри черной дыры

Знаю, что здесь это якобы не приветствуется, но делаю кросс-пост отсюда по прямой просьбе автора — Горькавого Николая Николаевича. Есть некоторый шанс, что их идея перевернёт современную науку. И лучше прочитать о ней в оригинале, чем в пересказе рен-тв или ленты.ру.

Для тех, кто не следил за темой. Рассмотрим две вращающихся друг вокруг друга чёрных дыры, допустим, массами 15 и 20 единиц (масс Солнца). Рано или поздно они сольются в одну черную дыру, но её масса будет не 35 единиц, а, скажем, всего 30. Остальные 5 улетят в виде гравитационных волн. Именно эту энергию улавливает гравитационный телескоп LIGO.

Суть идеи Горькавого и Василькова в следующем. Допустим, вы наблюдатель, сидите в своём кресле и чувствуете притяжение 35 единиц массы делить на квадрат расстояния. И тут бац — буквально за секунду их масса уменьшается до 30 единиц. Для вас, в силу принципа относительности, это будет неотличимо от ситуации, когда вас отбросило в обратном направлении с силой в 5 единиц, делить на квадрат расстояния. То есть, неотличимо от антигравитации.

UPD: т.к. не все поняли предыдущий абзац, рассмотрим мысленный эксперимент по аналогии, предложенной в комменте 0serg. Итак, вы — наблюдатель, сидите в танке, который вращается по очень высокой круговой орбите вокруг центра масс этой пары ЧД. Как говаривал ещё дедушка Эйнштейн, не выглядывая из танка, вы никак не можете отличить движение по орбите от просто висения на месте где-то в межгалактическом пространстве. Теперь, предположим, произошло слияние ЧД, и часть их массы улетела. В связи с этим вы должны будете перейти на более высокую орбиту вокруг всё того же центра масс, но уже объединённой ЧД. И вот этот переход на другую орбиту вы у себя в танке ощутите (спасибо ofmetal ) внешние наблюдатели на бесконечности расценят как пинок, толкнувший вас в направлении от центра масс. /UPD

Дальше там идёт куча расчётов с жуткими ОТОшными тензорами. Эти расчёты после тщательнейшей проверки опубликованы в двух статьях в MNRAS — одном из самых авторитетных журналов по астрофизике в мире. Ссылки на статьи: 2016, 2018 (препринт с авторским введением).

А выводы там такие: никакого Большого Взрыва не было, зато была (и есть) Большая Чёрная Дыра. Которая нас всех зохавает.

В данной статье автор (Николай Николаевич) пытается изложить всё это более-менее популярно. Под катом авторский текст, перепечатанный слово в слово.

После выхода двух основных статей с математическими решениями, на повестку дня вышла задача написания более популярной и широкой статьи, а также пропаганда возрождённой космической космологии. И тут оказалось, что удивительным образом на вторую статью успели отреагировать европейцы, которые уже пригласили меня сделать в июне пленарный доклад на 25 минут об ускорении Вселенной с переменной массой. Вижу в этом хороший признак: специалисты устали от «космологической темноты» и ищут альтернативу.

Также журналист Руслан Сафин прислал вопросы в связи с выходом второй статьи. Несколько сокращенная версия ответов была опубликована сегодня в «Южноуральской панораме» под таким заголовком от редакции «Внутри черной дыры. Астроном Николай Горькавый нашел центр Вселенной».

Во-первых, истины ради должен отметить, что именно Александр Васильков стал активно задаваться «наивным» вопросом: Есть ли у Вселенной центр? — чем и инициировал всю нашу дальнейшую космологическую работу. Так что мы искали и нашли этот центр вместе. Во-вторых, газета запросила наше совместное фото, но не дождалась, так что привожу его здесь вместе с полным текстом прочитанного Сашей и дополненного по его замечаниям интервью. Вот и мы: Александр Павлович Васильков слева, а я справа:

1. После выхода вашей первой с Васильковым статьи вы предположили, что наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной связано с преобладанием сил отталкивания над силами притяжения на больших расстояниях. В новой статье вы приходите к другому выводу — об относительном ускоренном расширении: нам кажется, что что-то ускоряется, потому что сами мы замедляемся. Что привело вас к этой мысли?

В статье 2016 года, вышедшей в журнале Королевского астрономического общества, мы с Александром Васильковым показали, что если гравитационная масса объекта меняется, то кроме обычного ньютоновского ускорения, вокруг него возникает дополнительная сила. Она падает обратно пропорционально расстоянию от объекта, то есть медленнее, чем ньютоновская сила, зависящая от квадрата расстояния. Поэтому новая сила должна доминировать на больших дистанциях. При уменьшении массы объекта, новая сила давала отталкивание или антигравитацию, при увеличении — возникало дополнительное притяжение, гипергравитация. Это был строгий математический результат, который модифицировал известное решение Шварцшильда и получался в рамках теории гравитации Эйнштейна. Вывод применим для массы любого размера и сделан для неподвижного наблюдателя.

Но при обсуждении этих результатов, мы словесно высказали дополнительные гипотезы – скорее надежды, что найденная антигравитация отвечает как за разлет Вселенной, так и за ускорение её расширения в глазах сопутствующих наблюдателей, то есть нас с вами. Во время работы над второй статьей, которая вышла в феврале этого года в том же журнале, и была уже непосредственно посвящена космологии, мы обнаружили, что реальность сложнее наших надежд. Да, найденная антигравитация отвечает за Большой Взрыв и очевидное расширение Вселенной – тут мы были правы в своих предположениях. Но едва заметное ускорение космологического расширения, обнаруженное наблюдателями в 1998 году, оказалось связанным не с антигравитацией, а с гипергравитацией из нашей работы 2016 года. Полученное строгое математическое решение однозначно указывает, что это ускорение будет иметь наблюдаемый знак только тогда, когда какая-то часть массы Вселенной растет, а не уменьшается. В своих качественных рассуждениях мы не учли, что динамика космологического расширения выглядит очень различно с точки зрения неподвижного наблюдателя и для сопутствующих наблюдателей, сидящих в разлетающихся галактиках.

Математика, которая умнее нас, приводит к следующей картине эволюции Вселенной: из-за слияния черных дыр и перехода их массы в гравитационные волны, масса коллапсирующей Вселенной прошлого цикла резко уменьшилась – и возникла сильная антигравитация, вызвавшая Большой Взрыв, то есть современное расширение Вселенной. Эта антигравитация потом уменьшилась и сменилась гипергравитацией из-за роста огромной черной дыры, возникшей в центре Вселенной. Она увеличивается из-за поглощения фоновых гравитационных волн, которые играют важную роль в динамике космоса. Именно этот рост Большой Черной Дыры вызвал растяжение наблюдаемой вокруг нас части Вселенной. Этот эффект был интерпретирован наблюдателями как ускорение расширения, но, на самом деле, это неравномерное торможение разлёта. Ведь если в колонне автомобилей задняя машина отстает от передней, то это может означать как ускорение первой машины, так и торможение задней. С математической точки зрения, влияние растущей Большой Черной Дыры вызывает появление в уравнениях Фридмана так называемой «космологической постоянной», отвечающей за наблюдаемое ускорение разбегания галактик. Расчеты квантовых теоретиков расходились с наблюдениями на 120 порядков, мы же вычислили её в рамках классической теории гравитации – и она хорошо совпала с данными спутника «Планк». А вывод, что масса Вселенной сейчас растет, дает прекрасную возможность построить циклическую модель Вселенной, о которой мечтали несколько поколений космологов, но она никак не давалась в руки. Вселенная – это огромный маятник, в котором черные дыры превращаются в гравитационные волны, а потом идёт обратный процесс. Здесь ключевую роль играет эйнштейновский вывод, что гравитационные волны не имеют гравитационной массы, что позволяет Вселенной менять свою массу и избегать необратимого коллапса.

2. Как появилась растущая Большая Черная Дыра, которая ответственна за относительное ускоренное расширение Вселенной?

Природа тёмная материи, которая, например, вызывала ускоренное вращение галактик, почти век была загадкой. Последние результаты обсерватории ЛИГО, которая поймала несколько гравитационных волн от сливающихся массивных черных дыр, приоткрыли завесу тайны. Ряд исследователей выдвинули модель, по которой темная материя состоит из черных дыр, при этом многие считают, что они попали к нам из прошлого цикла Вселенной. Действительно, черная дыра – единственный макроскопический объект, который невозможно уничтожить даже сжатием Вселенной. Если черные дыры составляют основную часть барионной массы космоса, то при сжатии Вселенной до размера в несколько световых лет, эти черные дыры будут активно сливаться друг с другом, сбрасывая значительную долю своей массы в гравитационные волны. В результате, общая масса Вселенной резко упадет, а на месте слияния облака мелких дыр останется огромная черная дыра размером порядка светового года и с массой в триллионы масс Солнца. Она — непременный результат коллапса Вселенной и слияния черных дыр, а после Большого Взрыва она начинает расти, поглощая гравитационное излучение и любую материю вокруг. Что такая супердыра возникнет на стадии коллапса Вселенной, понимали многие авторы, включая Пенроуза, но никто не знал, насколько важную роль в динамике последующего расширения Вселенной играет эта Большая Черная Дыра.

3. Как далеко от нас и где именно (в какой части неба) она находится? Каковы ее параметры?

Мы полагаем, что на расстоянии порядка пятидесяти миллиардов световых лет. Целая серия независимых исследований говорит об анизотропии различных космологических явлений – и многие из них указывают на область неба возле тусклого созвездия Секстант. В космологии даже появился термин «дьявольская ось». По современной величине ускоренного расширения Вселенной, можно оценить размер Большой Черной Дыры в миллиард световых лет, что дает её массу в 6*10^54 грамм или в миллиарды триллионов солнечных масс – то есть, она выросла в миллиард раз с момента своего возникновения! Но и эту информацию о массе Большой Черной Дыры мы получили с запаздыванием на миллиарды лет. В реальности Большая Черная Дыра уже значительно больше, но насколько — сказать трудно, нужны дополнительные исследования.

4. Можно ли с такого расстояния, на котором располагается эта БЧД, с помощью существующих инструментов увидеть если не ее саму, то хотя бы косвенные признаки, указывающие на ее присутствие в данной части Вселенной? При каких условиях она станет доступна для непосредственного изучения?

Изучив ускорение расширения Вселенной, и как оно зависит от времени, мы определим эволюцию параметров Большой Черной Дыры. Анизотропия космологических эффектов проявляется в распределении по небу флуктуаций реликтового излучения, в ориентации осей галактик и ряде других феноменов. Это тоже способы изучения Большой Черной Дыры на расстоянии. Непосредственно мы её тоже изучим, но попозже.

5. Что бы мы увидели, если бы могли слетать к этой БЧД? Можно ли в нее нырнуть без риска для жизни? Что мы найдем под ее поверхностью?

Насчет внутреннего пространства чёрных дыр даже в учебниках приводится масса противоречивой информации. Многие думают, что на границе черных дыр всех нас непременно разорвет приливными силами на мелкие ленточки – возникло даже словечко «спагеттифицирование». На самом деле, приливные силы на краю очень большой черной дыры совершенно незаметны, а согласно строгим решениям эйнштейновских уравнений, для падающего наблюдателя процесс пересечения границы черной дыры ничем не примечателен. Я полагаю, что под поверхностью Большой Чёрной Дыры мы увидим практически такую же Вселенную – те галактики, которые нырнули в неё пораньше. Главным различием будет смена разбегания галактик на их сближение: все исследователи согласны с тем, что внутри черной дыры всё падает к центру.

6. Если эта черная дыра растет, то однажды она засосет в себя всю остальную материю. Что случится тогда?

Граница Большой Черной Дыры уйдет на границу наблюдаемой Вселенной, и её судьба перестанет нас волновать. А Вселенная внутри дыры вступит во вторую фазу своего цикла – когда расширение сменяется сжатием. В этом нет ничего трагического, потому что на сжатие уйдет примерно те же многие миллиарды лет, которые потребовались для расширения. Разумные существа данного цикла Вселенной почувствуют проблемы через десятки миллиардов лет, когда температура реликтового излучения вырастет настолько, что планеты будут перегреваться из-за тёплого ночного неба. Может, для каких-то инопланетян, у кого солнце будет гаснуть, это станет, наоборот, спасением, пусть и временным — на сотню миллионов лет. Когда нынешняя Вселенная сожмётся до размера в несколько световых лет, то она снова сбросит свою массу, что вызовет Большой Взрыв. Начнется новый цикл расширения, а в центре Вселенной появится свеженькая Большая Черная Дыра.

7. Когда это событие (сваливание Вселенной в БЧД), по-вашему, должно произойти? Является ли этот временной интервал неизменным для всех циклов расширения/сжатия или может меняться?

Думаю, что космологические циклы с хорошей точностью следуют определенному периоду, связанному с общей массой и энергией Вселенной. Трудно сказать, на какой точно стадии своего цикла мы находимся – для этого нужно строить конкретные космологические модели с заданным количеством барионов, черных дыр, гравитационных волн и других видов излучения. Когда нас настигнет граница растущей Большой Черной Дыры? Расчеты показывают, что она непременно выйдет на сверхсветовой режим расширения – это не нарушает теорию относительности, потому что граница черной дыры не является материальным объектом. Но эта сверхсветовая скорость означает, что наша встреча с этой границей Большой Черной Дыры может произойти в любой момент – мы не сможем засечь её приближение по каким-то наблюдениям, которые ограничены скоростью света. Во избежание паники повторяю: ничего трагического в этом я не вижу, но космологи начнут замечать, как красное смещение далёких галактик будет сменяться на синее. Но для этого свет от них должен успеть к нам дойти.

8. Какие наблюдательные и теоретические данные говорят в пользу предложенной вами космологической модели или, может, делают ее даже обязательной?

Классические уравнения Фридмана основаны на принципе изотропности и однородности. Таким образом, обычная космология в принципе не могла рассматривать эффекты анизотропии, о которых говорят многие наблюдатели. Модифицированные уравнения Фридмана, полученные в нашей с Васильковым статье 2018 года, включают в себя анизотропные эффекты – ведь Большая Черная Дыра расположена в определенном направлении. Тем самым открываются возможности для изучения этих эффектов, что даст подтверждение и самой теории. Мы не строили новую космологию, мы просто вставляем недостающие динамические пружины в хорошо разработанную классическую космологию, которая возникла в середине 20 века, начиная с работ Гамова и его группы. Мы возрождаем эту классическую космологию, делая её частью обычной физики. Сейчас она не содержит никаких предположений о квантовой гравитации, о лишних пространственных измерениях и о темных сущностях вроде «инфляции», «вакуумных фазовых переходов», «темной энергии» и «темной материи». Она работает только в рамках классической и хорошо проверенной теории гравитации Эйнштейна, используя только известные компоненты космоса вроде черных дыр и гравитационных волн. Так как она хорошо объясняет наблюдаемые явления, то это делает её совершенно обязательной – согласно принципам науки. Космологических моделей много, а реальность одна. Возрожденная классическая космология поразительно элегантна и проста, поэтому я полагаю, что мы узнали истинный способ существования Вселенной.

Источник: geektimes.ru