Рига: -5°С
Парадоксальные расчеты физика о столкновении с мини-объектом
Представьте себе: крошечная черная дыра, имеющая массу в сотни миллиардов тонн, пролетает прямо сквозь ваше тело. Звучит как сценарий из триллера, однако американский физик Роберт Шеррер из Университета Вандербильта решил перевести эту фантастическую гипотезу в область точных расчетов. Результаты его исследования, опубликованного в International Journal of Modern Physics D, оказались не совсем интуитивными: даже такой колоссальный по массе объект может нанести меньше ущерба, чем, например, выстрел из пистолета калибра 0,22.
Интерес ученого к этой теме возник не на пустом месте. Недавние прорывы, такие как наблюдения гравитационного излучения от слияний черных дыр и получение их новых изображений, подогрели научный интерес к этим таинственным космическим объектам. Кроме того, Шеррер вспомнил научно-фантастическую историю 1970-х годов, где персонаж погибал именно от прохождения сквозь него черной дыры, что и побудило его проверить научную состоятельность подобного сценария.
Первичные черные дыры: кандидаты на роль темной материи
Объекты, рассматриваемые в расчетах, относятся к классу первичных черных дыр. Это гипотетические объекты, которые могли сформироваться не за счет коллапса звезд, а в первые мгновения после Большого взрыва из-за экстремальной плотности материи в ранней Вселенной. Космологи допускают, что они могут быть одним из компонентов темной материи — загадочного вещества, ответственного за дополнительную гравитацию во Вселенной, которое, согласно данным, составляет около 27% ее энергетического баланса (видимая материя – 5%, темная энергия – 68%).
Тем не менее, сами первичные черные дыры не считаются ведущим объяснением природы темной материи. Ученые полагают, что условия, необходимые для их массового образования даже в условиях ранней вселенской турбулентности, были довольно редкими, и их вклад, если они существуют, незначителен.
Скорость решает: ударная волна важнее притяжения
Физик определил минимальную массу, которую должна иметь первичная черная дыра, чтобы ее прохождение вызвало серьезные повреждения человеческому телу. Этот порог составляет 140 квадриллионов граммов, что эквивалентно примерно 140 миллиардам метрических тонн (примерно в семь раз тяжелее астероида Тоутатис). При такой массе радиус Шварцшильда (минимальный диаметр, при котором объект становится черной дырой) будет ничтожно мал — около 0,4 пикометра, что на порядки меньше диаметра атома водорода (около 106 пикометров).
Шеррер подсчитал, что такая крошечная черная дыра пролетит сквозь тело со скоростью около 200 километров в секунду. На такой скорости прямое взаимодействие с тканями будет минимальным. Главный вред нанесет иной эффект:
Скорость движения существенно превышает скорость звука в сухом воздухе, и сверхзвуковой удар, генерируемый вслед за черной дырой, разорвет плоть жертвы, как сверхзвуковой удар от пули калибра 0,22.
Таким образом, в случае с минимально «вредящей» массой, человек, по сути, получит травму, аналогичную баллистическому ранению, вызванному не самой «пулей», а ее сверхзвуковым следом.
Порог «спагеттификации»: когда гравитация берет свое
Существует и второй, более драматичный механизм нанесения урона — приливные силы. Это градиент гравитационного притяжения, когда часть тела, оказавшаяся ближе к черной дыре, притягивается значительно сильнее, чем более удаленная часть. Этот процесс известен как «спагеттификация», при котором объект растягивается и разрывается на части.
Однако гравитация на таких микроскопических масштабах оказывается удивительно слабой по сравнению с силами, удерживающими атомы и молекулы плоти. Вы каждый день существуете на Земле, чья масса составляет 6 секстиллионов метрических тонн, и не распадаетесь. Следовательно, для того чтобы приливные силы черной дыры смогли реально «растянуть» ткани, необходим более массивный объект.
По расчетам Шеррера, для существенного гравитационного повреждения, особенно чувствительных структур вроде мозга, масса черной дыры должна составлять не менее 7 квинтиллионов граммов, что сопоставимо с массой астероида Ирида. Только достигнув этого второго, гораздо более высокого порога, гравитация черной дыры сможет преодолеть внутренние связи материи. Впрочем, ученый отмечает, что при такой массе разрушительный сверхзвуковой удар, вероятно, уже нанесет фатальный урон.
Насколько реалистичен этот риск?
К счастью для всего живого, даже если первичные черные дыры и населяют Вселенную, частота их столкновения с человеком ничтожно мала. Физик Роберт Шеррер оценил вероятность такого события примерно в один раз на квинтиллион лет. Этот период времени во много раз превышает текущий возраст Вселенной, оцениваемый в 13,8 миллиарда лет.
«Меньшая черная дыра могла бы пройти сквозь вас, и вы бы этого даже не почувствовали», — заключает физик, подчеркивая, что угроза носит исключительно теоретический характер и не требует беспокойства в повседневной жизни.
Следите за новостями на других платформах: