Можно ли создать черную дыру

Гравитация черных дыр столь велика, что даже свет не может ее покинуть. Однако если в космосе они образуются естественным путем, в результате коллапса массивных звезд, то возможно ли воспроизвести это явление в лаборатории? На этот вопрос ответит «‎Рамблер».

Что такое черная дыра с точки зрения физики?

Черная дыра — это область пространства-времени, в которой гравитация настолько сильна, что ничто не может покинуть ее горизонта событий. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, критическая масса и плотность материи способны искривить пространство-время до такой степени, что оно «схлопывается» внутрь. Традиционно черные дыры возникают из массивных звезд (не менее 20 солнечных масс), которые исчерпали свое топливо.

Мини-черные дыры и теория дополнительных измерений

Теоретически, черную дыру можно создать, если сконцентрировать достаточно энергии в очень малом объеме. По некоторым моделям квантовой гравитации, такие микроскопические черные дыры могут возникнуть при столкновении частиц на энергии порядка Планка (~10¹⁹ ГеВ).

В 1998 году физики Нима Аркани-Хамед, Савас Димопулос и Георгия Двали разработали ADD-модель на основе теории струн, согласно которой наша Вселенная может содержать дополнительные пространственные измерения, а гравитация — проникать в них. Это могло бы объяснить ее необычайную слабость по сравнению с другими силами и позволило бы черным дырам образовываться при столкновениях высокоэнергетических частиц. Исследование на эту тему опубликовано в журнале Nature.

Если такие измерения действительно существуют, то на ускорителях вроде Большого адронного коллайдера (БАК) могли бы формироваться микрочерные дыры — крошечные объекты размером меньше атома, существующие доли секунды. Эта возможность стала предметом активного обсуждения в научном сообществе в начале 2000-х годов.

Почему именно скорость света является абсолютным пределом

Безопасность экспериментов

Когда Большой адронный коллайдер (БАК) только запускался, в СМИ появились тревожные предположения, что такие дыры могут «‎поглотить«» Землю. Однако исследование, опубликованное в журнале Physical Rewiev, Стивена Гиддингса и Микеланджело Манджано 2008 года показало, что гипотетические микроскопические черные дыры, даже если бы и образовывались, распадались бы почти мгновенно из-за излучения Хокинга.

Вдобавок, если бы подобные стабильные дыры возникали, их следовало бы уже давно обнаружить в нейтронных звездах и других плотных телах. А это до сих пор не произошло.

Для создания даже самой маленькой черной дыры массой в одну планковскую единицу (около 2.2 × 10⁻⁸ кг) нужно сосредоточить энергию, как мы упоминали ранее, порядка 10¹⁹ ГэВ, что в триллионы раз превышает мощность БАК. Современные технологии не могут приблизиться к таким энергиям. К примеру, на данный момент максимальная энергия столкновения на БАК составляет около 14 ТэВ — это на 16 порядков меньше необходимого уровня.

Аналоги в лабораториях

Создать настоящую гравитационную черную дыру мы пока не можем, но ее свойства можно смоделировать. Например, в 2016 году группа исследователей из Израиля использовала ультрахолодные атомы для создания аналога горизонта событий. А в 2010 году была создана оптическая аналоговая черная дыра, где поведение света в определенной среде имитировало поведение материи вблизи горизонта событий. Такие эксперименты не несут угрозы и дают представление о том, как ведет себя информация на границах черной дыры, что может быть ключом к квантовой теории гравитации.

Подводя итог: создание искусственной черной дыры требует энергий, значительно превышающих возможности современных ускорителей. Тем не менее, теоретические исследования продолжаются, и будущие технологические достижения могут приблизить нас к этой цели.

Ранее мы разбирались, когда человечество колонизирует Марс.