Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной

Разумеется, если черная дыра, расположенная на расстоянии Плутона, достигнет конца своего существования и взорвется, зарегистрировать конечный всплеск излучения будет несложно. Однако если черная дыра испускала излучение последние 10 или 20 млрд лет, вероятность того, что она закончит свое существование в течение ближайших нескольких лет, крайне мала. Это с одинаковой вероятностью могло произойти как несколько миллионов лет назад, так и может случиться через несколько миллионов лет в будущем. Чтобы иметь достаточно хорошие шансы наблюдать взрыв черной дыры до того, как истечет срок вашего исследовательского гранта, вам придется изобрести способ регистрации любых взрывов, происходящих на расстоянии порядка одного светового года. И вы все равно столкнетесь с проблемой создания крупного приемника гамма-лучей, способного зарегистрировать небольшое число гамма-квантов от этого взрыва. Однако в этом случае не потребуется определять, что все кванты пришли с одного и того же направления. Чтобы можно было считать, что они порождены одним взрывом, достаточно будет убедиться, что все они достигли приемника в течение очень короткого интервала времени.

Уникальным приемником гамма-лучей, способным обнаружить первичные черные дыры, является атмосфера Земли. (В любом случае, маловероятно, что мы сможем построить более крупный приемник.) Когда обладающий высокой энергией гамма-квант сталкивается с атомом в атмосфере Земли, рождаются пары электрон-позитрон. Когда они в свою очередь сталкиваются с другими атомами, образуются новые пары электрон-позитрон. Начинается так называемый электронный ливень, результатом которого является некая форма света, называемая излучением Черенкова. Следовательно, можно наблюдать гамма-всплески в виде вспышек света на ночном небе.

Разумеется, существует множество других явлений, порождающих вспышки на небе, например разряды молнии. Однако гамма-всплески отличаются от подобных эффектов тем, что гамма-всплески наблюдаются одновременно в двух или нескольких пунктах, находящихся на достаточно большом расстоянии друг от друга. Два ученых из Дублина, Нил Портер и Тревор Уикс, провели поиск таких гамма-всплесков с помощью телескопов, установленных в Аризоне. Они зарегистрировали множество вспышек, но ни одну из них нельзя было с уверенностью приписать всплескам гамма-излучения первичных черных дыр.

Уникальным приемником гамма-лучей, способным обнаружить первичные черные дыры, является атмосфера Земли.

Даже если поиски первичных черных дыр окажутся безрезультатными (что весьма вероятно), они дадут нам важную информацию о самых ранних стадиях эволюции Вселенной. Если ранняя Вселенная была хаотичной или неоднородной или если давление вещества было низким, в ней должно было образоваться значительно больше первичных черных дыр, чем предельное число, установленное по наблюдениям фонового гамма-излучения. Отсутствие наблюдаемых первичных черных дыр можно объяснить, только если ранняя Вселенная была очень гладкой и однородной и если давление в ней было велико.

Общая теория относительности и квантовая механика

Излучение черных дыр стало первым примером предсказания, зависящего от обеих великих теорий XX века — общей теории относительности и квантовой механики. Поначалу оно породило множество возражений, поскольку противоречило общепринятой точке зрения. «Как черная дыра может что-либо излучать»? Когда я впервые рассказал о результатах своих вычислений на конференции в лаборатории им. Резерфорда, расположенной поблизости от Оксфорда, мои выводы были встречены всеобщим недоверием. По окончании моего доклада председатель заседания Джон Дж. Тейлор из лондонского Королевского колледжа назвал все мои результаты вздором. Он даже написал об этом статью.

Однако в конце концов большинство людей, включая Джона Тейлора, пришли к выводу, что черные дыры должны испускать излучение, как нагретые тела, если наши представления об общей теории относительности и квантовой механике верны. Таким образом, даже если мы пока не обнаружили ни одной первичной черной дыры, большинство ученых согласны с тем, что если таковая будет найдена, она должна обладать мощным гамма- и рентгеновским излучением. Если мы найдем ее, я получу Нобелевскую премию.