Мифология черных дыр

В нашей Галактике существуют миллионы черных дыр массой в несколько солнечных (плюс исполинская черная дыра в самом центре). Но в радиусе сотни световых лет от Солнца, судя по всему, нет ни единой черной дыры, так что столкновение с нею нам не грозит
Алексей Левин
13
56498
  • Нет — с точки зрения физиков и астрофизиков; да — если верить сплетням, переполняющим блогосферу и желтую прессу. Если появляется хоть малейший намек на возможное возникновение микроскопической черной дыры в результате столкновения заряженных частиц в ускорителе высоких энергий, слухи о грозящем нам апокалипсисе вспыхивают мгновенно и множатся без предела
    Нет — с точки зрения физиков и астрофизиков; да — если верить сплетням, переполняющим блогосферу и желтую прессу. Если появляется хоть малейший намек на возможное возникновение микроскопической черной дыры в результате столкновения заряженных частиц в ускорителе высоких энергий, слухи о грозящем нам апокалипсисе вспыхивают мгновенно и множатся без предела
  • Зачем нужен Бак Основная задача БАК — конечно, не получение черных мини-дыр. В первую очередь физики надеются изучить хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии (путем обнаружения бозона Хиггса), но этим научные задачи БАК не исчерпываются. Возможно, удастся подтвердить экспериментально предсказания, сделанные в рамках теории суперсимметрии, изучить свойства тяжелых кварков (топ-кварков), кварк-глюонной плазмы, а также проверить некоторые интересные экзотические гипотезы об устройстве нашего мира, предложенные теоретиками за последние годы
    Зачем нужен Бак Основная задача БАК — конечно, не получение черных мини-дыр. В первую очередь физики надеются изучить хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии (путем обнаружения бозона Хиггса), но этим научные задачи БАК не исчерпываются. Возможно, удастся подтвердить экспериментально предсказания, сделанные в рамках теории суперсимметрии, изучить свойства тяжелых кварков (топ-кварков), кварк-глюонной плазмы, а также проверить некоторые интересные экзотические гипотезы об устройстве нашего мира, предложенные теоретиками за последние годы
  • Разыскивается: компьютерный фото-робот бозона Хиггса БАК, или LHC (Large Hadron Collider) — самая сложная научная установка, созданная человеком. Подземное кольцо БАК длиной около 27 км проходит под территорией Франции и Швейцарии
    Разыскивается: компьютерный фото-робот бозона Хиггса БАК, или LHC (Large Hadron Collider) — самая сложная научная установка, созданная человеком. Подземное кольцо БАК длиной около 27 км проходит под территорией Франции и Швейцарии

Черная дыра представляет реальную опасность лишь неподалеку от ее горизонта событий, радиус которого для дыр звездных масштабов не превышает десятков километров. Вдали от горизонта дыра проявляет себя как обыкновенное физическое тело, притягивающее другие тела в соответствии с законом Ньютона. Даже совсем рядом с Солнечной системой притяжение черной дыры может лишь возмутить орбиты планет и астероидов. Конечно, ничего хорошего в этом нет, но встреча с обычной звездой аналогичной массы много опасней из-за ее всесжигающего излучения.

А как же страшные черные мини-дыры, которые безответственные физики якобы собираются изготовлять на своих адских машинах? Вдруг они все-таки сотворят хоть одну, пусть и непреднамеренно, и новорожденная дыра сожрет нашу планету?

Бояться не стоит. Даже если Большой адронный коллайдер ежесекундно станет производить по мини-дыре массой от тысячи до десятка тысяч масс протона (подобный исход не противоречит некоторым моделям столкновения ультрарелятивистких протонов, основанным на теории суперструн), и по отдельности, и вместе они не представят ни малейшей опасности ни для ускорителя, ни для человечества. Каждая из таких дыр обречена практически мгновенно испариться из-за излучения Хокинга и посему проживет не долее 10-26-10-27 с. За столь короткое время она не нанесет никакого вреда — просто не успеет. Конечно, скептики могут сказать, что Стивен Хокинг и другие физики ошибаются и черные дыры испарятся много медленнее (или не испарятся вообще). Однако дело в том, что теория, допускающая возникновение черной дыры при столкновении протонов, однозначно настаивает и на ее сверхбыстром испарении. Если не верить этому, то придется отменять теорию — а тогда откуда возьмутся черные дыры? Читать далее

Можно ли рисковать судьбой планеты? Хорошо, проявим похвальную осторожность и допустим, что мини-дыра массой в несколько тысяч протонных масс родилась, но испаряться не пожелала. Посмотрим, что произойдет при таком раскладе. Радиус дыры (вернее, радиус ее горизонта событий) составит примерно 10-16 см — 0,001 радиуса протона (точности ради заметим, что эту величину определяют по другой формуле, нежели радиус космической черной дыры, иначе она окажется на 33 порядка меньше). Площадь круга такого диаметра окажется равной 10-32 см2. Припомним теперь, что средняя плотность земного вещества равна 5,4 г/см3. Нетрудно вычислить, что на каждых 300 км пройденного пути новорожденная дыра в среднем столкнется всего с одним протоном или же нейтроном. Из-за мизерных размеров дыры такая встреча для нуклона почти наверняка пройдет без последствий. Но даже если дыра скушает каждую из попавшихся ей под руку частиц, она сможет совершить свое злое дело не более 40 раз, прежде чем пронзит Землю и уйдет в космос (длина земного диаметра 12 000 км — 40х300 км). Даже максимальная чернодырная производительность коллайдера сможет ежесекундно лишать нашу планету всего 40 нуклонов — уж как-нибудь Земля переживет такую потерю.

А если дыра останется на Земле? Такое в принципе возможно, если ее скорость на вылете окажется меньше первой космической. Расчеты показывают, что это может происходить не более одного раза в сутки. Будем считать, что новорожденная дыра отправилась по радиусу непосредственно к центру Земли, а оттуда — прямым путем к антиподам. Если ей не удастся улететь в космос, она вернется по той же траектории и будет осциллировать на ней, как маятник. На каждом пробеге, который будет длиться 42 минуты, дыра уничтожит максимум по 40 нуклонов, что за год составит аж миллион. За три года эксперимента внутри Земли скопится тысяча черных дыр, которые ежегодно будут съедать миллиард нуклонов. Это ничтожно мало по сравнению с числом нуклонов в веществе Земли, которое выражается устрашающим числом 3х1051. За те 6 млрд лет, что остались Солнцу до его кончины, наша планета потеряет столь малую часть вещества, что об этом не стоит и говорить. Даже если черные дыры будут изготовляться поточным методом и все без исключения останутся в земных недрах, ни масса, ни строение нашей планеты практически не изменятся и за сотню миллиардов лет (а Земле столько не прожить).

Физики не только не склонны впадать в панику, но даже чрезвычайно обрадуются, если БАК или какой-либо другой ускоритель начнет производить черные дыры — ведь это экспериментально подтвердит какие-то версии теории суперструн. Энтузиасты этой теории надеются на такой исход, но абсолютно его не боятся. Вот и нам не стоит уподобляться умной Эльзе из бессмертной сказки братьев Гримм.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№99, январь 2011).

Комментарии

13 комментариев