Ударная волна вместо «спагеттификации»: Физик рассчитал, что будет, если в человека врежется микроскопическая черная дыра

Неожиданный ответ на фантастический вопрос

Сотрудник Университета Вандербильта, американский физик Роберт Шеррер, решил провести чисто умозрительный эксперимент, вдохновленный научно-фантастическими сюжетами 1970-х годов: что произойдет, если крошечная черная дыра пронзит человеческое тело? Ответ оказался не таким драматичным, как можно было бы ожидать от встречи с одним из самых загадочных объектов Вселенной, но все же весьма разрушительным.

Исследование, опубликованное в International Journal of Modern Physics D, фокусируется на так называемых первичных черных дырах — гипотетических объектах, которые могли образоваться в первые мгновения после Большого взрыва из-за экстремальной плотности материи. Эти объекты, наряду с другими кандидатами, рассматриваются в контексте темной материи — невидимого вещества, отвечающего за избыточную гравитацию во Вселенной, на которую приходится около 27% ее энергетического баланса (вместе с 68% темной энергии и лишь 5% видимой материи по данным NASA).

Шеррер установил минимальную массу, необходимую для того, чтобы такая черная дыра нанесла серьезный ущерб при прохождении через тело. Эта критическая отметка составляет около 140 квадриллионов граммов, что эквивалентно 140 миллиардам метрических тонн. Для сравнения, это масса примерно в семь раз превышает массу астероида Тоутатис.

Крошечный гость и сверхзвуковой след

При такой массе черная дыра остается поразительно мала. Ее диаметр по Шварцшильду — минимальный размер, при котором объект становится черной дырой — составит всего 0,4 пикометра. Это в сотни раз меньше диаметра атома водорода, который сам по себе составляет около 106 пикометров.

«Крошечная черная дыра пройдет через ваше тело со скоростью около 200 километров в секунду и не будет сильно взаимодействовать с тканями вокруг», — поясняет Шеррер. Ввиду ее ничтожного размера и высокой скорости, прямое гравитационное воздействие на отдельные молекулы будет минимальным.

Наибольшие потери в этом случае принесет именно взрывная волна.

Именно этот сверхзвуковой удар, генерируемый вслед за быстро летящим объектом, окажет основное разрушительное действие. По эффекту это будет сопоставимо с повреждениями, которые наносит сверхзвуковой удар от пули калибра 0,22. По оценкам физика, даже черная дыра массой в 100 миллиардов тонн оставит после себя меньший ущерб, чем такой малокалиберный выстрел.

Когда гравитация становится решающей: Эффект «спагеттификации»

Существует и другой, более известный механизм разрушения от черных дыр — приливные силы. Это явление, известное как «спагеттификация», возникает из-за неравномерного гравитационного притяжения: часть объекта, ближайшая к черной дыре, притягивается сильнее, чем более удаленная, что приводит к растяжению и разрыву объекта.

Однако в случае с первичными черными дырами, даже достигающими массы в сотни миллиардов тонн, химические и молекулярные связи, удерживающие плоть человека, оказываются прочнее гравитационного воздействия. Чтобы приливные силы стали серьезной угрозой и смогли разорвать тело на части, масса черной дыры должна быть значительно выше.

По расчетам Шеррера, для возникновения заметной «спагеттификации» потребуется масса не менее 7 квинтиллионов граммов, что соответствует массе астероида Ирида. Только на этом минимальном пороге гравитационное поле черной дыры сможет преодолеть силы, удерживающие атомы вместе, и начать «растягивать» ткани, потенциально нанося критический урон нервным клеткам и мозгу.

Практическая неактуальность риска

Несмотря на детальный расчет потенциального вреда, физик поспешил успокоить: вероятность подобного сценария стремится к нулю. Первичные черные дыры, если они и существуют, являются редкими объектами, и условия для их образования в ранней Вселенной считаются маловероятными даже в условиях той эпохи.

Учитывая редкость этих черных дыр (если они вообще существуют), то частота их столкновения с человеком равна примерно разу на квинтиллион лет.

Этот срок в десятки тысяч раз превышает текущий возраст Вселенной (13,8 миллиарда лет). Следовательно, хотя теоретический интерес к таким объектам, подогреваемый недавними наблюдениями гравитационных волн от слияния массивных черных дыр, остается высоким, угроза для индивидуума остается чисто умозрительной.