Що таке темрява і яка її швидкість?

Швидкість світла є однією з найважливіших констант у фізиці. Вперше оцінку швидкості світла дав данський астроном Олаф Ремер у 1676 році. Однак вченим, який встановив, що саме світло задає верхню межу досяжної швидкості в нашій Всесвіту, що дорівнює майже 300 000 кілометрів на секунду, був Альберт Ейнштейн. І все ж, відповідно до тієї ж теорії Ейнштейна, все в цьому Всесвіті, включаючи рух. Це, в свою чергу, змушує поставити цілком логічне запитання: яка ж швидкість повної протилежності світла – темряви?

Ми далеко не перші, хто задає це питання, однак портал Gizmodo вирішив глибше в ньому розібратися і з цієї нагоди звернувся до одним з найбільш шанованих і відомих учених, дослідників, теоретиків, експертів з чорним дірам та квантової фізики. Що цікаво, у всіх них немає єдиної думки на цей рахунок. Одні вважають, що темрява може володіти такою ж швидкістю, як і світло. Інші вважають, що вона може бути нескінченно повільніше. Треті впевнені, що все буде залежати від тієї точки зору, з якої ви будете дивитися на це питання.

Джордж Массер

Редактор журналів Scientific American і Nautilus, автор книг «Страшне дальнодействие: феномен, переосмысливающий поняття простору і часу. Значення феномену в теорії чорних дір, теорії Великого вибуху і Теорії всього», а також «Повне керівництво з теорії струн для ідіотів»

«Швидкість темряви? Найпростіша відповідь – швидкість темряви дорівнює швидкості світла. «Вимкніть» Сонце, і наше небо стане темним через вісім хвилин після цього моменту. Але це ж нудний відповідь! Ні, ну правда! По-перше, те, що ми звикли називати «швидкістю світла» є швидкістю поширення, і це не завжди вирішальний фактор. Тінь, що падає на ландшафт, відкидається об'єктами. І особливість цих об'єктів, а також віддаленість від них, буде визначати, з якою швидкістю вона буде падати.

Наприклад, обертовий прожектор маяка висвітлює оточення з регулярним інтервалом. Однак відносна швидкість затемнення оточення зростає зі зростанням дистанції до самого маяка. Якщо відійти від маяка досить далеко, то тінь буде наздоганяти вас швидше, ніж швидкість поширення світла. Те ж саме, наприклад, відбувається з нейтронними зірками в космосі. Іншими словами, в даному випадку швидкість світла буде означати затримку. Навіть якщо маяк буде спрямований прямо на вас, ви побачите світло не відразу, а з деякою затримкою. Однак це ніяк не вплине на хід подій, що ви будете бачити, перебуваючи на своєму місці.

Але чи є взагалі таке поняття, як тьма? Точніше, поняття є, але чи є сам феномен? Навіть якщо ви «вимкніть» Сонце, Земля не порине в повну беспроглядную темряву. Світло від зірок, туманностей і навіть самого Великого вибуху буде висвітлювати ваше небо в даному випадку. Сама планета і все, що на ній знаходиться, включаючи наші тіла, теж випромінюють світло. І це буде видно в інфрачервоному діапазоні. Навіть якщо ви якимось чином знайшли спосіб «вимкнути» Сонце, то навіть у цьому випадку воно буде випромінювати певний рівень світіння чи не вічно. На ваш вік і на багато століть вперед вистачить точно. Тобто поки у нас є можливість бачити, ми будемо бачити. Жоден оптичний датчик не в змозі визначити повну темряву, бо навіть якщо поруч немає ніяких джерел світла, наявні квантові флуктуації теж будуть виробляти дуже легкі спалахи світла. Або взяти хоча б чорні діри – найтемніші з передбачуваних об'єкти. Навіть вони здатні випромінювати деякий відсоток світла, згідно з деякими теоріями. У фізиці, на відміну від сфери міжособистісних відносин, світло завжди перемагає» темряву.

Темрява – це не фізична категорія, це скоріше відносне стан. Навіть не так. Це суб'єктивне сприйняття стану. Фотони можуть відбиватися, а можуть і не позначатися, клітини сітківки можуть запускати процеси роботи пам'яті, але не можуть пояснити суб'єктивне відчуття темряви, так само як і хвилі не можуть бути представлені чимось більшим, ніж нашим досвідом спостереження за кольором і звуком. Наш суб'єктивний досвід час від часу змінюється, проте окремо взяті частини цього досвіду лежать поза часом. І в цьому сенсі можна говорити про те, що темрява сама по собі не володіє швидкістю.

Що є швидкість у загальному розумінні? І чи є вона взагалі? Вона заздалегідь передбачає наявність певного простору, в якому її можна виміряти. Однак багато вчених, що працюють з квантовою фізикою — світом, де звичні поняття звичайної фізики нерідко стають марними, — вважають, що саме по собі простір є однією з похідних більш фундаментального рівня реальності, де взагалі немає таких понять, як положення, дистанція або та ж швидкість».

Аві Лоеб

Професор астрофізики Гарвардського університету, засновник проекту вивчення чорних дір Black Hole Initiative (BHI)

«Притягається до центру чорної діри матерія досягає швидкості, близької до швидкості світла. Все, що потрапляє в межі так званого горизонту подій чорних дір, не має можливості вирватися. Навіть світло навічно запечатується в межах горизонту подій. З урахуванням цього чорні діри можна розглядати як якісь в'язниці вічної темряви. Але це не так.

Зірка, подібна Сонцю, може бути «спагеттифицирована» в потік газу, пройди вона поруч з масивної чорної дірою, як, наприклад, тієї, що знаходиться в центрі нашої галактики Чумацький Шлях і чия маса дорівнює 6 мільярдів сонячних мас.

Проте при падінні в чорну діру матеріяможе створювати між собою тертя і нагріватися. Кінцевим результатом цього тертя стає випромінювання. Якщо темпи аккреції (процесу приросту маси) будуть досить великі, то тиск вихідного випромінювання потенційно здатна вберегти додаткову навколишнє матерію від падіння. У багатьох з найбільш масивних чорних дір у Всесвіті, що володіють масою мільярдів сонць, спостерігається максимально можливий показник аккреції».

Ніл Деграсс Тайсон

Астрофізик, доктор філософії з фізики, письменник, популяризатор науки, директор планетарію Хейдена в Американському музеї природної історії на Манхеттені. Провідний науково-популярного серіалу «Космос: простір і час»

«Швидкість темряви, значить... З урахуванням того, що сама темрява є результатом припинення дії світла? Якщо швидкість світла представлена константою, то швидкість темряви буде прямо протилежною константою швидкості світла. Якщо світ — це вектор, він має величиною і напрямком, то... кажучи про його негативному значенні, ми будемо говорити про його зворотному напрямку. Темрява в цьому випадку є зворотнім напрямком, а не прямим. Я б сказав, що темрява має прямо протилежним негативним значенням швидкості світла».

Сара Коділл

Доктор наук з Центру вивчення гравітації, космології та астрофізики імені Леонарда Е. Паркера Університету Вісконсін-Мілуокі

«Сила гравітації чорних дір настільки велика, що навіть світло не здатний її уникнути, після того, як потрапляє в радіус її горизонту подій – невидимих кордонів, створюють точку неповернення. Так як чорні діри володіють такою сильною гравітацією, то на спостереження, що здійснюються за межами цього сильного гравітаційного поля, буде впливати ефект уповільнення часу.

Припустимо, що далеко від чорної діри знаходиться сторонній спостерігач, який бачить, як в чорну дірку падає якийсь об'єкт, що світився. З позиції спостерігача цей об'єкт, що світився спочатку сповільнить свою швидкість, а потім «згасне», ставши настільки тьмяним, що його неможливо буде побачити. Спостерігач навіть не зможе побачити, як об'єкт перетне кордон горизонту подій.

Якщо розглянути ситуацію з точки зору матерії, що падає в цю чорну діру. Уявімо тепер чорну діру, оточену хмарою світного газу. Це хмара утворено розірваної на частини зіркою, що проходила дуже близько від цієї чорної діри. Це газова хмара буде представлено у вигляді приплюснутого диска, також званого аккреційним диском. Так от, газ цього диска в кінцевому підсумку буде повністю поглинений чорною дірою, але відбудеться це не відразу.

Справа в тому, що існує межа швидкості, що залежить від сили тиску випромінювання розігрітого газу, яка буде чинити опір дії внутрішньої сили гравітації самої чорної діри. В кінцевому ж підсумку, як тільки весь газ буде поглинений чорною дірою, її розміри збільшаться. Наприклад, якщо взяти чорну діру, чия початкова маса буде в 10 разів перевищувати масу нашого Сонця, а темпи її аккреції маси будуть досягати максимальної межі (так званого межі Еддінгтона), то приблизно через мільярд років маса цієї чорної діри досягне маси, в 100 мільйонів разів перевищує масу нашого Сонця».

Давид Рейце

Науковий керівник Лазерно-інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (ЛІГО)

«В основному все буде залежати від того, чи є ви тією матерією, яка поглинається нескінченної безоднею чорної діри, або ж ви перебуваєте досить далеко від місця події і є неупередженим спостерігачем події падіння когось або чогось іншого в цю саму прірву. Якщо вам не пощастило і ви опинилися на місці першого, то швидкість буде дуже великий. Найімовірніше, мова буде йти про показники, близьких до швидкості світла.

Якщо ж ви опинилися на місці другого і знаходитеся досить далеко від чорної діри, то швидкість, з якою буде поглинатися матерія чорною дірою, буде здаватися вам помітно зниженою завдяки ефекту гравітаційного уповільнення часу. Згідно з ним, «годинник» під впливом гравітаційного поля йдуть повільніше, а під впливом дуже сильного гравітаційного поля – ще повільніше, що буде справедливо як раз з наближенням до горизонту подій чорної діри.

Під словосполученням «досить далеко» я маю на увазі те, що ви у своїй локальній системі координат будете залишатися нерухомим щодо чорної діри (тобто не будете в неї притягатися) і ваша локальна система часу не буде перебувати під впливом гравітаційного поля чорної діри. У цьому разі для людини, що знаходиться за межами впливу чорної діри, буде здаватися, що об'єкт або матерія будуть рухатися до горизонту подій чорної діри нескінченно довго».

Ньяеш Афшорди

Астрофізик кафедри фізики і астрономії Університету Ватерлоо, а також завідувач кафедри космології і гравітації в Інституті теоретичної фізики «Периметр» в Канаді

«Я вважаю, що швидкість «темряви» нескінченна! У класичній фізиці під загальним поняттям темряви космосу може розглядатися просто порожній вакуум. Однак завдяки квантовій механіці ми знаємо, що насправді ніякої темряви і порожнього космосу не існує. Навіть якщо вам здається, що тут немає джерел світла, які ми могли б побачити, цим джерелом можуть бути флуктуації електромагнітних полів. Навіть всерединігравітаційних хвиль, розрізаючих простір-час і виявлених лабораторією ЛІГО зовсім недавно, повинні бути ці квантові флуктуації.

Проблема полягає в тому, що рівень гравітації в цій квантової брижів – нескінченний. Іншими словами, у цей час не існує досить переконливої теорії квантової гравітації, з якою могло б погодитися більшість вчених. Потрібний відповідь на питання може ховатися в самій можливості швидкості «темряви», тобто квантової брижів досягати нескінченного значення (або ставати скільки завгодно великою), особливо в малих масштабах і на короткий проміжок часу. Зрозуміло, це лише припущення, проте мені здається, що саме в цьому полягає ефективний спосіб розуміння принципу і суті Великого вибуху, чорних дір, темної енергії і квантової гравітації».