Живеем ли в черна дупка?

Когато вечер гледаме звездите, е лесно да си представим, че пространството е безкрайно. Но космолозите знаят, че Вселената всъщност има граници.

Първо, най-добрите им модели показват, че пространството и времето са имали начало, субатомна точка, наречена сингулярност. Тази точка на интензивна топлина и плътност бързо се е разширила по време на Големия взрив. И второ, видимата вселена е ограничена от т.нар. хоризонт на събитията, ръб, отвъд който нищо не може да се наблюдава, защото Космосът се е разширил по-бързо от скоростта на светлината, оставяйки части от него твърде далеч дори за най-добрите ни телескопи.

Тези два елемента — сингулярност и хоризонт на събитията — са също така важни характеристики на черните дупки. Такива гравитационни чудовища дебнат из цялата Вселена, поглъщайки газ, прах и светлина. Подобно на Вселената, черните дупки са ограничени от собствените си хоризонти на събитията - граница, отвъд която нищо не може да се наблюдава и за която се смята, че съдържа сингулярност. Може би затова няколко скорошни научни статии предполагат, че цялата Вселена може да съществува вътре в черна дупка.

Въпреки че това донякъде излиза от рамките на обичайната космология, умопомрачителната възможност да живеем в черна дупка не е просто идея за замислени студенти, които са будни до късно. „Определено е разумна идея,“ казва Нияеш Афшорди, астрофизик в Института по теоретична физика „Периметър" във Ватерло, Канада.

Математиката, която стои в основата на нашето разбиране за Вселената, е доста сходна с тази, описваща черните дупки. И двете произлизат от Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. Това е идеята, че обектите в пространството създават извивки в тъканта на пространство-времето, които управляват движението им и обясняват как работи гравитацията. Случайно радиусът на наблюдаемата вселена се оказва същият, какъвто би бил при черна дупка с масата на нашия Космос.

През годините това накара някои учени да допуснат възможността Вселената да се намира вътре в черна дупка. Двама от първите, които разработват подробностите, са теоретичният физик Радж Кумар Патрия и, независимо от него, математикът И. Дж. Гуд през 70-те години.

Около 20 години по-късно физикът Лий Смолин прави крачка напред с теорията, че всяка черна дупка, която се формира във Вселената ни, създава нова вселена вътре в себе си с малко по-различна физика от нашата. Така вселените „пъпкуват“ една от друга, мутират и „еволюират“, докато създават дъщерни вселени. Той нарича това космологичен естествен подбор.

(Какво представлява мултивселената и има ли доказателства, че тя съществува?)

Макар че нито една от тези идеи не е станала особено популярна, много физици все още признават концептуалната връзка между черните дупки и Вселената. „Математически те са много свързани“, казва Газал Гешнизджани, теоретичен физик от Института „Перииметър“. „Те са като противоположности една на друга.“

Нашият Космос се смята, че е започнал със сингулярност – точка с безкрайна плътност, която предшества Големия взрив. Черните дупки, напротив, завършват със сингулярност – миниатюрна точка, където всичко се смачква до степен, че губи смисъл.

Хоризонтът на събитията на черната дупка – сферичната граница около сингулярността – е и точката, от която няма връщане назад. Макар в поп културата често да се представят като космически прахосмукачки, черните дупки всъщност са сравнително спокойни обекти. Космически кораб може да навлезе в стабилна орбита около такава и да се измъкне – освен ако не премине отвъд хоризонта на събитията, след което нищо не може да се върне.

Постоянното разширяване на нашата Вселена води до подобен феномен. Когато наблюдаваме Космоса с телескопи, виждаме, че по-далечните обекти се отдалечават от нас по-бързо от близките. На достатъчно големи разстояния разширението се случва по-бързо от скоростта на светлината, изтласквайки звезди и галактики отвъд един ръб – космическия хоризонт. Почти сякаш тези звезди и галактики изчезват в „глътката“ на обърната отвътре навън черна дупка.

Заболя ли ви главата? Не се тревожете. Основната идея за учените е, че тези повърхностни прилики между черните дупки и Вселената не означават непременно, че едното е другото. За да се направи такава крачка, физиците трябва да знаят какви наблюдаеми последици би имала подобна хипотеза.

„Имаме теории и те водят до последствия“, казва Алекс Лупсаска, физик от Университета "Вандербилт" в Нашвил, Тенеси. „Ако последиците от теорията бъдат опровергани от експеримент, тогава можем да кажем, че предположенията са несъстоятелни или грешни.“

Ако Вселената ни наистина се намира вътре в черна дупка, бихме очаквали да има някаква естествена посока или ориентация – галактики, въртящи се в предпочитана посока, или фина ос в остатъчната топлина от Големия взрив, която изпълва Космоса. „Бихте очаквали някакъв градиент във Вселената“, казва Афшорди. „Едната посока би водила към центъра на черната дупка, а другата – навън.“

Но най-добрите ни измервания показват, че в най-големите мащаби Космосът изглежда доста еднороден. Физиците наричат това космологичен принцип – той гласи, че Вселената няма привилегирована посока и е почти еднаква навсякъде. Как подобна равномерност би могла да възникне от раждането на черна дупка е сериозно предизвикателство за всеки, който твърди, че Космосът се намира вътре в такава. Черните дупки се раждат от умиращи звезди – процес, който е хаотичен, бурен и далеч от равномерност.

Съществува и проблемът със сингулярността на черната дупка. Тази микроскопична точка е фатален край за всичко, което попадне вътре – нещо като пълна противоположност на бързо разширяващата се Вселена.

За да се справят с тези въпроси, физиците трябва да намерят начин да обединят двете най-успешни теории на XX век: Общата теория на относителността, която описва най-големите обекти, и квантовата механика, която управлява най-малките. Тъй като сингулярността е микроскопична точка с огромна маса, тя не може да бъде описана от нито една от тези теории самостоятелно – необходимо е някакво обединение между тях. Въпреки многобройните усилия, такава теория на квантовата гравитация все още убягва на учените. По същата причина не можем да кажем със сигурност какво точно се случва вътре в черна дупка или преди Големия взрив.

Въпреки това, космолозите са единодушни, че изследването на тези идеи е не само увлекателно, но и може да доведе до нови открития. Може би дори ще се появят основания да преразгледаме космическите си модели и да открием, че Вселената наистина се намира вътре в черна дупка.