# Нил Деграсс Тайсон и Мэтт О’Дауд: тайны темной энергии, гравитационных линз и черных дыр

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=kZPkHkorS9E
Канал: StarTalk
Опубликовано: 04.04.2024

---

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
[[JUMP: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 [1:22]. 

Основные факты биографии Мэтта О’Дауда:

*   **Ученая степень:** PhD по астрономии и астрофизике Мельбурнского университета [1:09].
*   **Академическая деятельность:** адъюнкт-профессор в Городском университете Нью-Йорка (CUNY), колледж Леман [1:35].
*   **Популяризация науки:** ведущий популярного YouTube-канала PBS Space Time, который недавно преодолел отметку в 3 миллиона подписчиков [2:13].

Обсуждая разницу между преподаванием и просвещением, О’Дауд отметил, что в аудитории он получает немедленную обратную связь: если студенты выглядят озадаченными, нужно менять подход [4:38]. 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 [3:46].

## 🕳️ Смерть в черной дыре: почему это лучший выбор астрофизика
[[JUMP: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:

1.  **Информационная ценность:** падающий стал бы первым человеком, узнавшим, что находится внутри, хотя передать данные было бы крайне сложно из-за гравитационного красного смещения [11:34].
2.  **Растяжение:** приливные силы сначала разорвут тело в районе талии, когда они превысят молекулярные силы сцепления тканей [12:00].
3.  **Спагеттификация:** термин, описывающий процесс превращения объекта в тонкую струю материи, подобную зубной пасте, выдавливаемой из тюбика [13:20].

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 [13:59]. Однако из-за замедления времени и красного смещения его сигналы будут идти до внешнего наблюдателя «целую вечность» [14:11].

## 🔭 Гравитационные линзы — «золотой стандарт» открытий
[[JUMP: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 [17:19].

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») [17:59].
*   **Задержка во времени:** изменения яркости квазара дублируются в его «копиях» с задержкой, что позволяет вычислить разницу в длине путей света [18:40].
*   **Картографирование:** анализ мерцания позволяет буквально «взвесить» темную материю в галактике-линзе и изучить структуру далекого квазара [18:13].

## 🌌 Прогнозы на будущее: разгадка темной энергии
[[JUMP: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 [20:35].

Существует два основных сценария для темной энергии:

1.  **Космологическая константа:** энергия вакуума постоянна, как это изначально предполагал Эйнштейн [20:48].
2.  **Динамическая субстанция:** темная энергия меняет свои свойства со временем, что может указывать на «новую физику» [21:01].

По мнению О’Дауда, разгадка может быть получена в ближайшие 5, 10 или 20 лет благодаря новым экспериментам [21:29].

## 📏 Предел масштаба: существует ли неделимая частица?
[[JUMP: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 [23:43].

Ученый подчеркнул:

*   Планковская длина выводится из комбинации фундаментальных констант: скорости света, гравитационной постоянной и постоянной Планка [25:04].
*   Это не обязательно означает, что пространство состоит из «пикселей», но измерения на масштабах меньше планковских принципиально невозможны согласно принципу неопределенности Гейзенберга [25:16].

## 🌊 Гравитационный фон и пульсарная хронометрия
[[JUMP:27:05]]

Одним из самых впечатляющих достижений современной астрофизики собеседники назвали создание «детекторов размером с галактику» — массивов тайминга пульсаров (Pulsar Timing Array) [30:13].

Принцип работы:

*   Пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды, работающие как сверхточные космические часы [30:55].
*   Проходящая через галактику гравитационная волна слегка сжимает и растягивает пространство, вызывая микроскопические задержки или ускорения сигналов от разных пульсаров [30:28].
*   Недавно ученые получили первые убедительные признаки существования «гравитационного волнового фона» — гула от бесчисленных слияний черных дыр по всей Вселенной [32:14].

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 [32:44].

## 🧪 Гипотеза Глинера: связь черных дыр и расширения Вселенной
[[JUMP: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 [36:09].

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 [36:48]. 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 [37:12].

## 🎈 Что «надувает» Вселенную: мифы о создании материи
[[JUMP:38:04]]

Нил Деграсс Тайсон вспомнил историю Фреда Хойла, который ввел термин «Большой взрыв» как насмешку [39:25]. 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 [39:50].

Теория Хойла была опровергнута, когда выяснилось, что все галактики имеют примерно одинаковый возраст — новые галактики не рождаются из «свежего» водорода сегодня [40:05]. Современная наука считает, что расширяется само пространство, а не «заполняются пустоты» новой материей [40:45].

## ✨ Загадка ранних квазаров и JWST
[[JUMP: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 [42:19].

Мэтт О’Дауд объяснил возможный механизм их появления:

*   В ранней Вселенной газ состоял только из водорода и гелия без примеси тяжелых элементов («металлов») [43:38].
*   Отсутствие металлов мешало газовым облакам быстро остывать и фрагментироваться на мелкие звезды [43:53].
*   Это позволяло гигантским облакам коллапсировать целиком, сразу создавая черные дыры промежуточной или даже большой массы [42:59].

## 🌓 Рождение горизонта событий
[[JUMP:44:31]]

Процесс формирования черной дыры при коллапсе ядра звезды происходит следующим образом:

1.  Ядро сжимается, превращаясь в нейтронную звезду [45:12].
2.  Внутри ядра возникает «виртуальный» горизонт событий [45:25].
3.  По мере дальнейшего сжатия нейтронной звезды этот виртуальный горизонт расширяется.
4.  В момент, когда поверхность звезды встречается с расширяющимся горизонтом, объект становится черной дырой, и свет больше не может её покинуть [45:39].

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 [46:19].

## 💥 Рои черных дыр в центре Галактики
[[JUMP: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 [47:54].

Наблюдения рентгеновской обсерватории NuSTAR подтвердили наличие избыточного количества ярких точечных источников в центре Галактики [48:25]. По оценкам ученых, там могут находиться тысячи черных дыр звездных масс, роящихся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры [48:38].