Чорна діра — місце, де світла і фізики немає

В далекій-далекій галактиці мільярди років тому з’явилася перша чорна діра. Як вона утворилася і як випарувалася, земній науці достеменно до сих пір невідомо. Зате приблизно відомо, коли з’явився термін «чорна діра».

Ключове слово – «приблизно». Тому що якщо не придумав, то популяризував вираз «чорна діра» (від англійського black hole) відносно горизонту подій (точки неповернення) американський фізик-теоретик, учень Нільса Бора і професор Прінстона, Джон Арчибальд Уілер. Під його керівництвом Прінстонський університет став провідним американським центром досліджень ейнштейнівської гравітації, відомою як загальна теорія відносності.

Вперше Уілер згадав про «чорній дірі» 29 грудня 1967 року на конференції в Нью-Йорку, під час популярної лекції «Наша Всесвіт: відоме і невідоме» на презентації, яку він дав в Інституті космічних досліджень імені Годдарда НАСА.

За багато років до того увагу Уїлера привернув конкретний аспект теорії Ейнштейна. У 1939 році Юліус Роберт Оппенгеймер, який згодом став керівником Манхеттенського проекту, і тоді ще студент Хартланд Снайдер припустили, що в рівняннях Ейнштейна міститься у своєму роді «формула Апокаліпсису».

Згідно з їх рішенням рівнянь, викладеного у роботі «Про безмежному гравітаційному стисненні» і предсказавшему утворення та існування чорних дір, зірка достатньої маси може стати настільки щільною, що з неї не виривається навіть світло (гравітаційний колапс). Зірка схлопується таким чином назавжди, а просторово-часовий континуум навколо неї деформується настільки, що в самій реальності утворюється діра – «чорна діра». У центрі цієї нескінченно щільної матерії час-простір нескінченно викривлено – так, та сама гравітаційна сингулярність. Що там – невідомо: поверхню чорної діри служить кордоном доступного нашими спостереженнями простору-часу.

Уілер спочатку намагався боротися з ідеєю, що закони фізики можуть призвести до сингулярності. Як фізика може призвести до порушення самої фізики, тобто до відсутності всякої фізики взагалі? Але після кардинально переглянув свої погляди, після того, як Девід Фінкельштейн розробив математичні методи, які могли працювати як всередині, так і зовні чорної діри.

І ось 29 грудня 1967 року, доктор Уілер, вхопившись за фразу, вигукнуту з аудиторії, придумав на ходу назва «чорна діра», щоб максимально драматизувати страшну перспективу для зірки і для фізики.

Однак у той час подібні об’єкти були не більш ніж темами для обговорення у фізиків-теоретиків, знімок першої чорної діри був отриманий тільки 10 квітня 2019 року (надмасивна чорна діра M 87* в центрі сверхгигантской еліптичної галактики Messier 87 (М87) в сузір’ї Діви).

До Уїлера «чорні діри» називали «сколлапсировавшими зірками» або «колапсари» (від англійського collapsed stars), а також «застиглими зірками» (frozen stars).

Але Уилеру вдалося розповісти про умоглядної (тоді) ідеї просто і дохідливо, та й взагалі він був відомий своєю здатністю висловлювати складні ідеї в елементарних і дуже наочних термінах. Завдяки йому для коллапсаров закріпився термін «чорна діра».