Можно ли создать черную дыру в лаборатории?

Черная дыра — это область пространства, где притяжение настолько велико, что его не может покинуть даже луч света. Такие объекты появляются в космосе при сжатии сверхплотных тел, например, ядер массивных звезд. 

Все известные науке черные дыры возникли естественным путем и находятся на огромных расстояниях от нас. Если бы удалось получить черную дыру в лаборатории, это стало бы прорывом в понимании Вселенной. Но реально ли это?

Что нужно, чтобы возникла черная дыра

Материю любой массы можно превратить в черную дыру, если сжать ее до сверхмалого объема. Однако для этого на Земле потребовалась бы невероятно высокая плотность. Чтобы появилась черная дыра, гравитация должна победить фундаментальные силы, которые скрепляют атомы и создают структуру материи, —  электромагнетизм, а также сильное и слабое ядерные взаимодействия.

Космические объекты могут быть гораздо плотнее физических тел на Земле. Массивная умирающая звезда может сжаться в нейтронную звезду, у которой гравитация ядра преодолевает взаимодействие между атомами. Тогда все вещество нейтронной звезды превращается в один огромный атом с плотностью около миллиона миллиардов (10¹⁵) граммов на кубический сантиметр. Чайная ложка такого вещества была бы в тысячу раз тяжелее пирамиды Хеопса.

Если нейтронная звезда становится еще массивнее и плотнее, силы, удерживающие атомы, в конце концов не выдерживают гравитации, и вся масса падает внутрь ядра. В какой-то момент скорость, нужная для преодоления гравитации, превышает скорость света. Это значит, что ничто не может вырваться наружу, а все частицы вокруг звезды затягиваются внутрь. Вместо одного большого атома формируется черная дыра.

Если представить себе черную дыру, масса которой равна массе нашей планеты (5,972 × 10²¹ тонн), то радиус такой черной дыры составил бы примерно 1, 27 сантиметров, то есть был бы меньше большого пальца. Плотность такого космического объекта колебалась бы в пределах нескольких миллиардов миллиардов миллиардов (10²⁷) граммов на кубический сантиметр.

Самые маленькие искусственные объекты, существующие сегодня, — это крошечные компьютерные чипы и биомедицинские устройства, которые в 100 миллионов раз меньше большого пальца. 

Если бы мы смогли поместить в микроскопический компьютерный чип какой-то предмет, который бы весил тонну, — например, небольшой автомобиль — мы получили бы черную дыру. 

Сегодня создать искусственный объект такой огромной плотности невозможно. 

Будет ли возможно создать черную дыру в будущем?

Как бы ни развивались технологии будущего, чтобы создать черную дыру в лабораторных условиях, материю потребуется сжать до сверхмалых объемов. С точки зрения науки, это недостижимо. Но по мнению некоторых ученых, существует лазейка, которая позволяет обмануть законы физики.

Существуют частицы, которые не оказывают друг на друга внешнее давление.  В заданном объеме можно разместить сколько угодно таких частиц. Такими частицами, например, являются фотоны. Поэтому теоретически возможно сфокусировать в одной точке множество фотонов, создав плотность, необходимую для образования черной дыры.

В теоретической физике такие черные дыры называются «кугельблиц». Для создания кугельблица необходимо преобразовать огромное количество массы непосредственно в энергию, а затем сфокусировать всю эту энергию на крошечном участке пространства. 

Некоторые ученые считают, что нужный эффект может обеспечить мощный лазер. 

Другие утверждают, что сфокусировать достаточное количество света невозможно. Пока что возможность существования кугельблица в нашей Вселенной остается недоказанной. 

Но даже, если такая искусственная черная дыра будет создана, она будет очень недолговечной. 

Согласно теории Стивена Хокинга, черные дыры постепенно теряют свою массу, так что черная дыра небольших размеров очень быстро бы исчезла. Поскольку любая черная дыра, созданная в лаборатории, будет крошечной, она просуществует лишь долю секунды, после чего бесследно рассеется в высокоэнергетическом излучении.  

По материалам: theconversation.com.