Диалоги (март 2003 г.)
Шрифт:
А.Ч. В центре чёрной дыры…
Д.Г. Да. И всё равно будут нарушения из-за горизонта событий, и чёрная дыра – она образуется в результате колапса, потом испаряется она нарушает этот процесс квантовой когерентности. Поэтому здесь пока не всё понятно, может быть, сингулярности как раз здесь и играют определённую положительную роль.
Другая квантовая проблема с чёрными дырами связана с тем, что энтропия, мы знаем, имеет геометрическое происхождение, но вместе с тем она должна иметь и какое-то микроскопическое происхождение. Проблема в этих состояниях, когда почему-то энтропия равна площади поверхности горизонта события, то есть является поверхностным эффектом, а не объёмным. Если бы мы исходили из обычной физики, то мы как раз бы ожидали, что будет что-то пропорциональное объёму чёрной дыры, а не её поверхности. Вот это породило ещё некоторые гипотезы, называемые принципом квантовой голографии: может быть, гравитация действительно такова, что она существует в пространстве
Короче говоря, физика чёрных дыр послужила мощным стимулом развития квантовой физики, и развития представлений в квантовой гравитации, и вообще в объединённых моделях всего.
А.Г. Вы сказали, что приходится доказывать существование чёрных дыр, то есть скептики есть. А как эти скептики объясняют эти видимые эффекты в парных системах, если с их точки зрения это не чёрная дыра?
А.Ч. Это могут быть какие-то объекты, имеющие поверхность, но не имеющие магнитного поля, не имеющие быстрого вращения, которые не дают нам наблюдательных признаков поверхности.
А.Г. А что это за объекты?
А.Ч. Есть теория гравитации, которая предсказывает существование объектов, которые могут иметь наблюдаемую поверхность, будучи компактными. Такие теории критикуются физиками с точки зрения основных принципов, но, тем не менее, они имеют право на существование. Для нас, наблюдателей, наличие таких теорий являются дополнительным стимулом; нам интереснее искать чёрные дыры, потому что есть разнообразие возможностей.
Но я хотел бы ещё два слова сказать о сверхмассивных чёрных дырах, которые ещё более убеждают нас в том, что чёрные дыры существуют. Я уже говорил, что наблюдаются два десятка чёрных дыр звёздной массы, все наблюдательные свойства которых согласуются с общей теорией относительности; и есть уже около сотни сверхмассивных чёрных дыр в ядрах галактик. Масса их меряются по движению звёзд вблизи ядра. Например, у нашей галактики с помощью специальных методов в инфракрасном диапазоне удалось померить движение отдельных звёзд. Орбиту построить, орбиту звезды. Три миллиона солнечных масс – это ядро нашей галактики, и звезда (десять масс Солнца), которая на эллиптической орбите вокруг этой чёрной дыры ходит, двигается. И можно точно измерить массу ядра нашей галактики это три миллиона солнечных масс. А радиус меньше двадцати гравитационных радиусов, и доказано, что это не может быть скоплением тел, а это единое тело радиусом меньше 20 гравитационных радиусов. Если это не чёрная дыра, то что это такое? Вот. Конечно, эта чёрная дыра в нашей галактике, несмотря на то, что она чёрная дыра, она не влияет на нас, потому что расстояние до неё очень велико, восемь килопарсек, то есть примерно 24 тысячи световых лет, свет идёт 24 тысячи лет от этой чёрной дыры. И на таких больших расстояниях влияние чёрной дыры эквивалентно нормальной массе; и не надо опасаться, что наша чёрная дыра поглотит нас и так далее. Так что наша галактика имеет чёрную дыру. И есть чёткая коррелляция: чем больше масса так называемого балджа галактики… Это старое звёздное население галактики, которое сохранилось ещё со времён образования галактики: у галактики есть спирали, молодые звёзды, с возрастом десятки, сотни миллионов лет, и балдж галактики это старые звёзды с большими скоростями, возраст которых многие миллиарды лет. Так вот, чем больше масса наблюдаемого балджа галактики, тем больше масса центральной чёрной дыры. Сейчас просто по виду галактики можно сразу сказать, какая масса центральной чёрной дыры. И люди приходят к выводу, что практически каждая галактика имеет в своём центре сверхмассивную чёрную дыру. И вот когда мы наблюдаем снимок с космического телескопа «Хаббл» это много-много галактик, то фактически мы видим чёрные дыры. Только масса чёрной дыры составляет от одной десятой процента до примерно одной тысячной процента от всей массы звёздного населения галактики.
А.Г. Эта сверхмассивная чёрная дыра, которая находится в центре нашей галактики, это ближайшая к нам чёрная дыра?
А.Ч. Это ближайшая к нам сверхмассивная чёрная дыра. Остальные находятся в центрах других галактик, например, в Туманности Андромеды в центре галактики. Примерно сто миллионов солнечных масс, в сто раз более массивная чёрная дыра, чем у нас.
А.Г. А ближайшая к нам чёрная дыра звёздной массы?
А.Ч. Ближайшая чёрная дыра звёздной массы на расстоянии примерно один килопарсек, это примерно три тысячи световых лет. То есть тоже не надо бояться, это очень далеко и масса её всего десять масс Солнца, а не три миллиона масс Солнца. Гравитационное поле чёрной дыры на больших расстояниях много больше, чем гравитационный радиус оно подчиняется Ньютоновскому закону, обычному Ньютоновскому закону, так что ничего бояться не надо. А то иногда бывают в прессе такие штучки…
А.Г. Чёрные дыры как пылесосы, которые засосут…
А.Ч.
На больших расстояниях она ничего не сделает. Только когда мы приближаемся к гравитационному радиусу, там уже начинается сказываться специфические эффекты в общей теории относительности.А.Г. Эволюция звёзд может привести к тому, что количество чёрных дыр будет всё большим и большим?
А.Ч. Так вот, если эти 20 чёрных дыр взять, и учесть все эффекты наблюдательной селекции, и пересчитать, то получается, что в нашей галактике примерно десять миллионов чёрных дыр. И масса, заключённая в виде чёрных дыр, составляет примерно одну десятую процента от массы всей видимой материи нашей галактики. Это немало, одна десятая процента.
А.Г. Но она будет расти?
А.Ч. Она со временем будет расти. Но не очень сильно, потому что в чёрные дыры превращаются наиболее массивные звёзды, а их как раз немного. Звёзды, в основном, в Галактике с массой, близкой к массе солнца, а чем больше масса звезды, тем их относительно этих звёзд меньше. Так что абсолютная масса вещества в виде чёрных дыр будет расти, но доля по отношению к звёздной компании всегда будет не более одной десятой процента, скорее всего. Но одна десятая процента это очень большое количество вещества. Мы имеем сейчас несколько агрегатных состояний: есть жидкая форма, газообразная и так далее… Чёрные дыры – это отдельная форма существования вещества…
Природа запаха
Участник:
Зинкевич Эдуард Петрович – кандидат химических наук, руководитель группы химической коммуникации и хеморецепции Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН
Александр Гордон: Может быть, мы всё-таки выясним, почему запах серы настолько стойко ассоциируется с чем-то не совсем хорошим, уж абсолютно потусторонним.
Эдуард Зинкевич: Обычно считают, что люди доверяют зрению, слуху меньше, а запаху совсем мало. Вот подтверждение: если я вам скажу «говорите громче», а приставлю палец так, вы поймёте, что я говорю про другое. То есть при противоречивой информации вы доверяете зрению. А у животных основной решающий фактор – это обоняние.
Что такое запах и обоняние? Запах – это ощущение, которое возникает у человека, когда определённые вещества – мы называем их летучими, то есть те вещества, которые дают много паров в газовое пространство, – при вдохе попадают на специализированные обонятельные клетки. Вот рисунок, из которого понятно, что эти клетки расположены в носовых проходах и они висят «вниз головой». Эти обонятельные клетки – это настоящие клетки мозга, которые выползли наружу. Человеческий мозг и мозг любого животного контактирует с внешней средой только в этом случае, это прямой ввод в мозг. Это настолько поразительно: все остальные зрительные, акустические рецепторы – это вторичные клетки, где переход от одной клетки в другую через определённые синапсы идёт до мозга. А это настоящие клетки мозга, которые ощупывают внешний мир.
А.Г. То есть сейчас, простите, я залезу пальцем в нос, это я мозг свой трогаю?
Э.З. Нет, обонятельные клетки находятся между глаз, они выше.
А.Г. Гораздо глубже.
Э.З. Вот хорошо видно на рисунке: белым обозначены как раз те обонятельные клетки, настоящие клетки мозга. А вот на следующем рисунке мы видим, как выглядят обонятельные клетки. Вот тело клетки, и сверху волоски. На самом деле они висят вниз головой. И вот на этих волосках расположены настоящие участки, называемые молекулярными рецепторами. Взаимодействие пахучих веществ с этой мишенью даёт электрический ответ, который идёт в мозг. И дальше центральная нервная система анализирует огромное количество электрических импульсов.
У нас, у людей, 10 в 8-й степени клеток, это огромное количество. И чтобы вы понимали разницу между обонянием собаки и человека, это выглядит так. Вот поверхность, которая воспринимает пахучие вещества у человека. Она огромная, 25 квадратных сантиметров, это 5 на 5 сантиметров. У собаки 7 квадратных метров.
А.Г. Метров?!
Э.З. Метров. Вот чтобы было понятно, насколько у них возможности больше, чем у человека.
А.Г. Потрясающе.
Э.З. Следующий рисунок это обычный дыхательный эпителий. Он так структурирован. А вот следующий рисунок покажет вам, как выглядят обонятельные клетки; вот это та поверхность, которая ловит летучие вещества, распространённые в воздухе.
А.Г. И вот этой поверхности у нас…
Э.З. И вот этой поверхности у нас 25 см, но это всё равно огромная, огромная площадь поверхности.
А.Г. А вот у друзей наших меньших…
Э.З. 7 квадратных метров. Поэтому я буду рассказывать о собаках с большим восхищением, хотя могу сказать, что мы пытались с ними конкурировать по индивидуальному запаху. И, например, некоторые люди в состоянии отличать индивидуальный запах мышей, крыс. Но не всех, а только некоторых. А любые собаки это делают легко.