В новом выпуске программы StarTalk астрофизики Нил Деграсс Тайсон и Мэтт О’Дауд обсуждают фундаментальные вопросы мироздания: от механизмов гибели материи в черных дырах до природы темной энергии. Ученые разбирают последние данные телескопа «Джеймс Уэбб», гипотезу гравитационного фона и объясняют, почему границы нашего познания ограничены лишь способностью человека мыслить.
🚀 Встреча астрофизиков: Нил Деграсс Тайсон и Мэтт О’Дауд 0:13
Ведущий программы Нил Деграсс Тайсон представил своего гостя, Мэтта О’Дауда, как коллегу, занимающегося самыми «дерзкими» аспектами космоса — внегалактической астрофизикой, квазарами и активными ядрами галактик .
Основные факты биографии Мэтта О’Дауда:
- Ученая степень: PhD по астрономии и астрофизике Мельбурнского университета .
- Академическая деятельность: адъюнкт-профессор в Городском университете Нью-Йорка (CUNY), колледж Леман .
- Популяризация науки: ведущий популярного YouTube-канала PBS Space Time, который недавно преодолел отметку в 3 миллиона подписчиков .
Обсуждая разницу между преподаванием и просвещением, О’Дауд отметил, что в аудитории он получает немедленную обратную связь: если студенты выглядят озадаченными, нужно менять подход . В работе на камеру же приходится использовать воображение. По совету друга он представляет, что говорит с кем-то знакомым — мамой или девушкой, что помогло ему избавиться от скованности первых сезонов шоу .
🕳️ Смерть в черной дыре: почему это лучший выбор астрофизика 9:07
Отвечая на вопрос 10-летнего зрителя Декстера о том, почему Нил Деграсс Тайсон однажды назвал прыжок в черную дыру «лучшим способом умереть», ведущий уточнил свою позицию. Речь идет не о желании умереть, а о выборе наиболее познавательного финала.
Процесс гибели в черной дыре по описанию Тайсона:
- Информационная ценность: падающий стал бы первым человеком, узнавшим, что находится внутри, хотя передать данные было бы крайне сложно из-за гравитационного красного смещения .
- Растяжение: приливные силы сначала разорвут тело в районе талии, когда они превысят молекулярные силы сцепления тканей .
- Спагеттификация: термин, описывающий процесс превращения объекта в тонкую струю материи, подобную зубной пасте, выдавливаемой из тюбика .
Мэтт О’Дауд добавил важный научный нюанс: в случае со сверхмассивными черными дырами (размером с Солнечную систему) градиент гравитации у горизонта событий невелик. Человек может пересечь «точку невозврата» живым и невредимым, продолжая падение к сингулярности . Однако из-за замедления времени и красного смещения его сигналы будут идти до внешнего наблюдателя «целую вечность» .
🔭 Гравитационные линзы — «золотой стандарт» открытий 15:43
Мэтт О’Дауд назвал гравитационные линзы своим любимым типом астрономических объектов. Это массивные тела (галактики или скопления), которые искривляют пространство-время, заставляя свет от более далеких объектов огибать их .
Особенности гравитационных линз:
- Множественные изображения: свет от одного квазара может прийти к нам по разным путям, создавая четыре или более копий одного и того же объекта (например, «Крест Эйнштейна») .
- Задержка во времени: изменения яркости квазара дублируются в его «копиях» с задержкой, что позволяет вычислить разницу в длине путей света .
- Картографирование: анализ мерцания позволяет буквально «взвесить» темную материю в галактике-линзе и изучить структуру далекого квазара .
🌌 Прогнозы на будущее: разгадка темной энергии 19:32
Главным ожидаемым открытием будущего О’Дауд считает понимание природы темной энергии. Ученые используют временные задержки в гравитационных линзах, чтобы точнее измерить скорость расширения Вселенной на разных этапах её истории .
Существует два основных сценария для темной энергии:
- Космологическая константа: энергия вакуума постоянна, как это изначально предполагал Эйнштейн .
- Динамическая субстанция: темная энергия меняет свои свойства со временем, что может указывать на «новую физику» .
По мнению О’Дауда, разгадка может быть получена в ближайшие 5, 10 или 20 лет благодаря новым экспериментам .
📏 Предел масштаба: существует ли неделимая частица? 22:32
Обсуждая вопрос о бесконечной делимости материи, О’Дауд пояснил концепцию планковской длины (около $1,6 \cdot 10^{-35}$ метра). Это фундаментальный предел, ниже которого наши текущие теории пространства-времени перестают работать .
Ученый подчеркнул:
- Планковская длина выводится из комбинации фундаментальных констант: скорости света, гравитационной постоянной и постоянной Планка .
- Это не обязательно означает, что пространство состоит из «пикселей», но измерения на масштабах меньше планковских принципиально невозможны согласно принципу неопределенности Гейзенберга .
🌊 Гравитационный фон и пульсарная хронометрия 27:05
Одним из самых впечатляющих достижений современной астрофизики собеседники назвали создание «детекторов размером с галактику» — массивов тайминга пульсаров (Pulsar Timing Array) .
Принцип работы:
- Пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды, работающие как сверхточные космические часы .
- Проходящая через галактику гравитационная волна слегка сжимает и растягивает пространство, вызывая микроскопические задержки или ускорения сигналов от разных пульсаров .
- Недавно ученые получили первые убедительные признаки существования «гравитационного волнового фона» — гула от бесчисленных слияний черных дыр по всей Вселенной .
На вопрос зрителя о том, не является ли этот фон самой темной энергией, О’Дауд ответил, что на данный момент это не подтверждено, но идея заслуживает изучения .
🧪 Гипотеза Глинера: связь черных дыр и расширения Вселенной 34:51
Участники обсудили резонансную научную работу, пытающуюся связать внутреннюю структуру черных дыр с глобальным расширением Вселенной. Эта идея восходит к работам советского физика Эраста Глинера 1960-х годов .
По мнению Глинера, внутри черных дыр может существовать состояние материи с отрицательным давлением. Современные сторонники этой теории утверждают, что это давление может «подпитывать» темную энергию в космологических масштабах . Однако Мэтт О’Дауд выразил скепсис: он считает такую интерпретацию общей теории относительности необоснованной и «слегка халтурной» (crappy) из-за отсутствия внятного механизма взаимодействия масштабов .
🎈 Что «надувает» Вселенную: мифы о создании материи 38:04
Нил Деграсс Тайсон вспомнил историю Фреда Хойла, который ввел термин «Большой взрыв» как насмешку . Хойл был сторонником теории стационарной Вселенной и полагал, что материя (атомы водорода) постоянно «вылупляется» из вакуума по мере расширения пространства, чтобы поддерживать плотность Вселенной неизменной .
Теория Хойла была опровергнута, когда выяснилось, что все галактики имеют примерно одинаковый возраст — новые галактики не рождаются из «свежего» водорода сегодня . Современная наука считает, что расширяется само пространство, а не «заполняются пустоты» новой материей .
✨ Загадка ранних квазаров и JWST 41:13
Телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил в ранней Вселенной сверхмассивные черные дыры (массой в миллиард Солнц), которые просто не успели бы вырасти за счет обычного «поедания» газа .
Мэтт О’Дауд объяснил возможный механизм их появления:
- В ранней Вселенной газ состоял только из водорода и гелия без примеси тяжелых элементов («металлов») .
- Отсутствие металлов мешало газовым облакам быстро остывать и фрагментироваться на мелкие звезды .
- Это позволяло гигантским облакам коллапсировать целиком, сразу создавая черные дыры промежуточной или даже большой массы .
🌓 Рождение горизонта событий 44:31
Процесс формирования черной дыры при коллапсе ядра звезды происходит следующим образом:
- Ядро сжимается, превращаясь в нейтронную звезду .
- Внутри ядра возникает «виртуальный» горизонт событий .
- По мере дальнейшего сжатия нейтронной звезды этот виртуальный горизонт расширяется.
- В момент, когда поверхность звезды встречается с расширяющимся горизонтом, объект становится черной дырой, и свет больше не может её покинуть .
О’Дауд уточнил, что если бы Землю можно было сжать до плотности черной дыры, её радиус Шварцшильда составил бы около 9 миллиметров — размер небольшой сливы .
💥 Рои черных дыр в центре Галактики 47:16
В финале беседы О’Дауд подтвердил гипотезу о существовании «роев» черных дыр в центре Млечного Пути. Поскольку черные дыры массивнее звезд, в процессе динамической эволюции они постепенно «опускаются» к центру галактического гравитационного колодца .
Наблюдения рентгеновской обсерватории NuSTAR подтвердили наличие избыточного количества ярких точечных источников в центре Галактики . По оценкам ученых, там могут находиться тысячи черных дыр звездных масс, роящихся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры .
