Самое одинокое место во Вселенной

Доклад Мизнера на конференции «Природа времени» назывался «Бесконечное красное смещение в общей теории относительности». Начинался он на юмористической ноте: «Я бы хотел поговорить о том, как люди теряют контакт друг с другом, – объяснял он, подразумевая ограничения контакта, известные как «горизонты». – Два наблюдателя, способные поговорить, отправляются в противоположных направлениях, и в конечном итоге теряется возможность коммуникации между ними… Эта ситуация имеет место, когда случается то, что описали Оппенгеймер и Снайдер, говоря о проблеме постоянного звездного сжатия»¹¹⁴.

«Проблема постоянного звездного сжатия Оппенгеймера-Снайдера» звучит устрашающе, поэтому сейчас этот феномен описывается простым словосочетанием «черная дыра».

Но Мизнер не слышал этого термина.

Интересно вспомнить, как словосочетание вошло в научный оборот.

Научный писатель Маршия Бартузиак объясняет, что в начале шестидесятых Дике начал сравнивать гравитационно сжимающиеся объекты с «Черной дырой Калькутты», позорно переполненной тюрьмой восемнадцатого века. Астроном Чу Хунье, слышавший высказывания Дике, мог использовать выражение «черная дыра» в январе 1964 года на встрече Американской ассоциации за прогресс в науке в Кливленде, которую Мизнер посетил. Несколько журналов, описывавших событие, повторили яркую фразу¹¹⁵.

Но в научном обороте термин появился только в 1967 году, когда Уилер услышал выражение во время дискуссии после доклада, и стал пропагандировать как краткое описание того, что он ранее именовал «объект, претерпевший полное гравитационное сжатие». Впоследствии Уилера назвали автором выражения, хотя он, по его собственным словам, был не более чем промоутером.

Сегодня выражение «черная дыра» обычно подразумевает остатки катастрофически сжатой звезды в конце ее жизненного цикла.

Уилер читал статью Оппенгеймера и Снайдера еще когда она вышла, и относился к гипотезе скептически. Он знал, что она базируется на модели Карла Шварцшильда, одном из первых и наиболее простых решений уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Вышло несколько статей с применением этой модели.

Начнем с того, что порог, ныне именуемый «горизонт событий», отделяет некую область, где пространство и время «меняются местами» посредством обмена знаками (с положительного на отрицательный для пространства и наоборот для времени). Как нечто может проникнуть через столь экстравагантную границу? Кроме того, если динамика колоссальной звезды выглядела достаточно сложной, то что могло гарантировать, что ее ядро сожмется в компактный объект, описанный настолько простым решением Шварцшильда, где в счет идут только масса и радиус?

Математик Мартин Крускал, которого Уилер знал по проекту «Маттерхорн», помог объяснить природу горизонта событий черной дыры переделкой уравнения Шварцшильда в пределах новой системы координат. В пересмотренной системе координат горизонт событий вовсе не является барьером, это проницаемая мембрана, через которую может пройти что угодно (двигаясь внутрь, по крайней мере).

Крускал в частном порядке поведал Уилеру о своих находках, и тот оказался столь впечатлен, что все записал и отправил статью в Physical Review под фамилией автора, ничего тому заранее не сказав. Получив корректуру, Крускал сильно удивился, но в конечном итоге дал добро на публикацию.

Последовавшая работа Мизнера, физика Дэвида Финкльштейна и студента Мизнера Дэвида Бэкедорфа показала, что горизонт событий является однонаправленным порталом. Все, что угодно, может войти, но ничто не в состоянии выйти, даже свет. Открытие это стало основой для доклада Мизнера «Бесконечное красное смещение» и послужило одной из причин того, что словосочетание «черные дыры» сделалось в конечном итоге научным термином.

Уилер удостоверился в правильности результатов и уделил много внимания математическим моделям сжатия тяжелых звезд, которые выглядели тем материалом, из чего возникают черные дыры. Он также отметил вывод Роя Керра от 1963 года, касающийся решения для черных дыр, поскольку тот включил в рассмотрение не только массу, но и вращение. Последним шагом стала схема Эзры Ньюмана, ведь он учел не только массу, вращение, но еще и заряд, создав таким образом полную модель.

Само собой, Джон ознакомился и с выводами Пенроуза от 1965 года, что конечным результатом катастрофического гравитационного сжатия будет, в определенном случае, пространственно-временная сингулярность – центральная точка бесконечной плотности. Взвесив все доказательства, Уилер из скептика в отношении черных дыр превратился в их сторонника.