1. А что внутри чёрных дыр и как это доказать наблюдениями?

Моя первая научная дискуссия о чёрных дырах состоялась осенью 1975 года, когда я перешёл на второй курс физического факультета Ташкентского университета.

С обзорной лекцией об открытии кандидатов в чёрные дыры тогда выступил Рашид Сюняев из Института космических исследований в Москве. Он был ещё молод, но уже известен как крупный астрофизик. Позднее я узнал и ещё одну любопытную деталь: он тоже был родом из Ташкента.

Больше часа Сюняев показывал слайды и подробно рассказывал о наблюдениях со спутников, которые за несколько предыдущих лет позволили открыть множество компактных звёзд — источников мощного рентгеновского излучения. Некоторые из этих объектов должны были быть настолько массивными и компактными, что уже не могли быть обычными нейтронными звёздами. Поэтому существовали большие надежды, что среди них наконец обнаружены долгожданные чёрные дыры.

Как один из создателей теории аккреционных дисков вокруг таких объектов, Сюняев подробно объяснял процессы, происходящие в падающем на них веществе.

После доклада он ещё около часа отвечал на вопросы. Их было много. В аудитории сидели профессора, преподаватели, сотрудники научных институтов. Обсуждали детали спектров, участки наблюдательных кривых, особенности приборов на спутниках, свойства рентгеновского излучения.

Но меня всё это время занимал совсем другой вопрос.

Никто его не задавал.

Когда аудитория наконец начала уставать и стало ясно, что обсуждение подходит к концу, я понял: если сейчас промолчу, ответа так и не узнаю.

Пришлось поднять руку.

Я встал и спросил:

— А что находится внутри этих чёрных дыр?

И тут весь зал грохнул от смеха.

Люди, почти два часа напряжённо и серьёзно слушавшие авторитетного гостя, словно получили возможность разрядиться. Смеялись до слёз, кто-то начал аплодировать — тоже сквозь смех.

Я оглядывался и совершенно не понимал, что здесь смешного. Ничего особенно глупого, как мне казалось, я не сказал.

От досады и растерянности я сел и уже смотрел только на докладчика.

Именно тогда меня впервые поразило, как повёл себя Сюняев.

Он оказался не только настоящим исследователем, понимавшим важность вопроса, но и очень интеллигентным человеком. Я сидел близко и хорошо видел его реакцию. На смех аудитории он посмотрел скорее с удивлением, слегка улыбнулся, а затем, ещё до того как зал окончательно успокоился, подошёл ближе и с совершенно серьёзным лицом начал отвечать.

Он объяснил, что имеющиеся наблюдения дают лишь косвенную информацию. Они позволяют судить о том, что происходит вне очень компактного объекта: измерять его массу, оценивать вращение, исследовать движение падающего вещества и излучение аккреционного диска.

Но получить непосредственную информацию о том, что находится внутри чёрной дыры, невозможно уже по самой принятой теории: оттуда ничто не должно выходить.

Можно, говорил он, искать признаки отсутствия обычной материальной поверхности. Если вещество падает на нейтронную звезду, взаимодействие с её поверхностью может сопровождаться наблюдаемыми эффектами. У чёрной дыры такой поверхности быть не должно.

А что касается внутренней области, то теоретики построили для неё весьма необычные модели. Насколько я запомнил тот разговор, речь шла о том, что привычные роли пространства и времени там радикально меняются, а описание становится настолько непривычным, что обычная физическая картина практически исчезает.

Сюняев заметил, что всё это можно найти в известных курсах теоретической физики, но сам он не хотел углубляться в детали подобных построений. Его больше интересовало то, что можно реально наблюдать.

Ответ был обстоятельным.

Но меня он не удовлетворил.

Я снова встал и задал вторую часть вопроса:

— Но как тогда доказать наблюдениями, что это именно чёрные дыры, а не что-то другое?

В аудитории снова засмеялись, хотя уже не так бурно. Раздались и ироничные аплодисменты.

Но теперь смутился уже докладчик.

Он признал, что косвенные данные действительно не являются прямым доказательством внутреннего устройства объекта. Наблюдательная астрофизика вынуждена работать с тем, что доступно наблюдению, а заглянуть внутрь предполагаемой чёрной дыры он в обозримом будущем возможности не видел.

Что же касается многочисленных теоретических моделей внутренности, то это, добавил он, уже дело теоретиков.

Однако разговор на этом не закончился.

Сюняев начал рассуждать о том, какими наблюдениями вообще можно было бы подтвердить существование предсказываемого теорией горизонта событий. Он перебирал возможные признаки, ограничения, косвенные свидетельства.

И вдруг я заметил, что в аудитории давно уже стоит полная тишина.

Оглянувшись, я увидел совсем другую картину.

Люди, которые несколько минут назад смеялись над наивным вопросом студента, теперь с огромным вниманием слушали крупного специалиста, всерьёз обсуждавшего один из самых глубоких вопросов физики: что именно мы наблюдаем, когда говорим о чёрной дыре, и каким образом вообще можно установить природу объекта, из внутренней области которого по определению невозможно получить информацию?

Разговор неожиданно поднялся над частностями спектров, приборов и отдельных наблюдательных кривых.

Перед нами оказался фундаментальный вопрос.

В конце Сюняев посоветовал мне прочитать последние статьи и обзоры по этой теме в ведущих научных журналах и перечислил несколько из них.

На этом обсуждение завершилось.

И тогда зал снова зааплодировал — теперь уже без всякой иронии. Аплодировали докладчику за интереснейшие профессиональные ответы и, как мне показалось, самим вопросам, которые позволили ненадолго выйти за пределы повседневной научной работы.

Так состоялось моё первое своеобразное крещение научным сообществом.

По недоразумению и стечению обстоятельств надо мной сначала смеялись полторы сотни умных и образованных людей, а через несколько минут те же люди слушали обсуждение моих вопросов в полной тишине и в конце благодарно аплодировали.

Ни я, ни кто-либо другой в той аудитории тогда, конечно, не могли предполагать, что спустя много лет эти два простых вопроса окажутся для меня далеко не случайными.

Что находится внутри чёрной дыры?

И ещё важнее:

как доказать, что наблюдаемый объект является именно чёрной дырой?

В течение многих лет я, как и большинство физиков, принимал существование чёрных дыр почти как установленный результат теории. К этим вопросам я вернулся значительно позже, когда начал всерьёз заниматься общей теорией относительности и гравитационным коллапсом.

И тогда выяснилось, что проблема гораздо глубже, чем казалось мне в 1975 году.

Постепенно сам вопрос изменился.

Речь уже шла не о том, что находится внутри чёрной дыры, а о том, образуется ли такая внутренняя область вообще при реальном гравитационном коллапсе звезды в общей теории относительности.

И не о том, как доказать существование чёрной дыры, а сначала о более элементарном требовании науки:

что именно предсказывает сама теория Эйнштейна для коллапсирующей звезды?

Ответ, к которому я пришёл спустя десятилетия, оказался совсем иным, чем тот, который предполагался в аудитории осенью 1975 года.

Именно этот путь в конечном счёте привёл меня к теории фрозаров.

Позднее в научной жизни мне не раз приходилось оказываться в ситуации, когда мои выводы встречались с недоверием, равнодушием или резким неприятием. Но ещё с того студенческого эпизода для меня постепенно складывалось простое правило: реакция большинства сама по себе ничего не доказывает.

Сначала смех, потом тишина, затем обсуждение.

В науке решающим должно быть другое: насколько последовательно поставлен вопрос, насколько строго из исходных принципов получен ответ и насколько этот ответ соответствует наблюдаемой реальности.

Истина не определяется голосованием.

И если простой вопрос обнаруживает противоречие в привычной картине мира, его стоит задавать независимо от того, насколько наивным он кажется окружающим.

В 1975 году я всего лишь хотел узнать, что находится внутри чёрных дыр.

Я ещё не знал, что много лет спустя придётся задать значительно более радикальный вопрос:

а образуются ли чёрные дыры вообще?