Если исходить из здравого смысла, то большая звезда неизбежно коллапсирует в черную дыру. Однако, согласно некоторым теоретическим моделям, вместо этого она может превратиться в так называемую голую сингулярность. Выяснение того, что же происходит в действительности, — одна из наиболее важных нерешенных задач астрофизики.

П. Джоши. Голые сингулярности

В сентябре 2007 года Кембриджский университет облетела необычная новость: физик Маркус Вернер решил бросить вызов «гениальному тандему» теоретиков — Роджеру Пенроузу и Стивену Хокингу Профессор Вернер рискнул опубликовать в престижнейшем журнале Nature свои мысли о том, что в нашей Вселенной вполне могут существовать еще более страшные монстры, чем черные дыры, квазары и ядра активных галактик.

Британский ученый предположил, что в глубинах космоса при определенных условиях каннибализм черных дыр может привести к их перерождению в ужасающие «голые сингулярности».

Возникновение голой сингулярности

В «обычной» сингулярности могут происходить всевозможные неизвестные науке процессы, которые никак не влияют на внешний мир. Но все это справедливо лишь для «закрытых» сингулярностей. Космологическая сингулярность открыта по своей сути, и может даже оказаться, что мы живем внутри своеобразной черной дыры.

Принципиальную невозможность разглядеть внутренности черной дыры Роджер Пенроуз окрестил в конце 60-х годов прошлого века «космической цензурой». Против космических цензоров решительно выступила группа ученых, возглавляемая индийским космологом Панкаджем Джоши. Он считал, что достаточно массивная звезда может, безудержно проваливаясь внутрь самой себя под действием силы тяжести, породить самую настоящую голую сингулярность.

Идеи Пенроуза и Джоши объединил и развил профессор Хокинг. Он считал, что в случае голой сингулярности вещество и излучение могут как попадать внутрь, так и уходить из нее, в то время как для обычной сингулярности движение возможно только в одну сторону. Таким образом, существует принципиальная возможность подобраться к обнаженной сингулярности достаточно близко, чтобы детально исследовать ее структуру. Между тем существование голых сингулярностей оказало бы очень важное влияние на современную физику.

Дело в том, объяснял профессор Хокинг, что у обнаженных сингулярностей нет сдерживающего барьера, горизонта событий. Это означает, что загадочные процессы, происходящие вблизи этих бездонных (в буквальном смысле) провалов пространства-времени, могли бы вторгнуться во внешний мир, неузнаваемо изменив Вселенную.

Таким образом, решив загадку природы сингулярного состояния материи, наука будущего не только выяснит, как произошло «нечто», подтолкнувшее досингулярную материю к рождению нашего Мира, но и откроет новые перспективы в познании окружающей нас физической реальности. Ведь кроме вселенской космологической сингулярности теоретически могут существовать и ее «младшие сестры», спрятанные внутри замерзших звезд, ядер галактик и даже элементарных частиц.

Еще один подход к исследованию космических сингулярностей профессор Хокинг предложил в цикле научных работ, созданных в конце прошлого века. Там он описывал самое глубокое дно окружающей реальности. И состоит этот «пол подвала Мироздания», по его мнению, из плетения сверхмалых струн. Подобно звукам музыки колебания этих струн образуют элементарные частицы — основу всего сущего вокруг нас.

Конечно, даже развитому физико-математическому воображению Стивена Хокинга непросто представить, как сотканная из струн мембрана нашей Вселенной парит в безбрежном океане подпространства. В этой модели Мироздания и сам Большой взрыв, возможно, был результатом взаимодействия соседних мембран. Этот сценарий казался профессору Хокингу настолько привлекательным, что он рассчитывал развить его вместе со своим коллегой Пенроузом в схему с бесконечной чередой мембранных столкновений. После взрывного взаимодействия мембраны расходятся и начинают расширяться с убывающей скоростью. Так, по Хокингу, начиналась история нашего Мира….

Еще совсем недавно у физиков существовало своеобразное «табу» на исследование пространства и времени за границей рождения Вселенной. Сейчас уже возникло довольно много теорий, описывающих, как могло выглядеть то очень таинственное нечто, в чем и возник наш Мир. Во-первых, это, конечно же, должно быть не обычное состояние иного пространства-времени. Ведь в нашей повседневной реальности вокруг нас не рождаются новые Вселенные! И даже если бы это происходило, то мы просто бы перенесли вопросы рождения Мироздания в эту старую Вселенную, а потом в еще более старую, и так далее. В математике такой процесс хождения по кругу одних и тех же понятий носит название «дурная бесконечность», и он по определению не способен дать чего-либо нового познанию. Поэтому физики и рассматривают среду, где возник наш Мир, как сверхпространство со многими измерениями.

Тут возникает очень любопытная логическая головоломка. Ведь если геометрического центра Большого взрыва не существует, и он происходил, а по некоторым теориям и происходит, «повсюду», то где-то вокруг нас и спрятано сверхпространство. Первые подозрения высказал Хокинг, обратив внимание на так называемые сугубо квантовые объекты.

Если представить наше Мироздание состоящим из этажей — масштабов, то обитать эти удивительные частицы будут на дне подвала, где-то вблизи самого фундамента Мира. Там, в кажущейся пустоте вакуума непрерывно бушуют штормы физических полей, периодически заставляя его выплескивать энергию — флуктуировать на более высокие масштабные этажи материи. При этом в сверхпространстве возникает вереница возмущений, чем-то напоминающих пузырьки в пенящейся жидкости. Внутри каждого такого пузырька существует особенный мир и течет собственное время, стрелка которого летит краткий миг от рождения до «схлопывания». Подавляющая доля таких миров-пузырьков имеет невообразимо малый период существования, но при этом они успевают проявить себя как полноценные замкнутые минивселенные.

Подойдя к образу подобных сверхмалых миров, профессор Хокинг задался вопросом: что же задержало в свое время квантовый пузырек нашей Вселенной от практически мгновенного схлопывания? Он считал, что здесь мог проявиться своеобразный эффект неустойчивости нестабильности, в силу действия которого Вселенные типа нашей являются ярко выраженными аномалиями. Первично неустойчивое состояние вакуума в результате флуктуации топологии (образования пузырька новой Вселенной) могло привести к тому, что внутри возникшего Мира вакуум начал неожиданно менять свои свойства, стремясь к новому устойчивому пределу. Этот процесс перестройки вакуума должен по теоретическим расчетам сопровождаться гигантским выделением энергии, результатом чего и явился Большой взрыв. Этот процесс можно представить, как своеобразный взрыв вакуума — взрыв непустой пустоты!

Естественно, что грандиозность масштаба таких взрывных процессов, скрывающихся в окружающем нас Мире, вызывают очень много вопросов к этой новой космологии, называемой сценарием Хокинга — Пенроуза.

Сам Хокинг неоднократно отмечал, что исторический опыт науки, особенно последних десятилетий, показывает плодотворность подобных попыток заглянуть за границу известного. По его словам, в последние годы возникло много новых космологических сценариев Большого взрыва и даже досингулярного периода. Разумеется, все они сугубо умозрительны и по-научному спекулятивны, однако среди них встречаются и оригинальные взгляды на возникновение окружающей физической реальности. Среди подобных концепций выделяются космологические модели, основанные на математической теории симметрий, предсказывающие, что сразу же после генерации Вселенной в катаклизме первичной флуктуации, она могла разделиться на две части.

Материальная составляющая этих половинок Мира во всех отношениях должна быть подобна, так что взаимодействовать между собой они могли исключительно гравитационными полями. Ведь все иные силовые поля, связанные с сильным, слабым и электромагнитным взаимодействием, имеют разную природу и принципиально не взаимодействуют друг с другом.