Что произойдет, если черная дыра окажется рядом с нашей планетой? Как сильно изменится окружающая среда в день, когда Земля остановится? Какое место занимает бог в пространстве-времени? Именно такого рода вопросы задают посетители сайта askamathematician.com, на котором любой обыватель может удовлетворить свое любопытство. «Теории и практики» выбрали и перевели самые интересные ответы ученых.

Что произойдет, если черная дыра окажется в нашей Солнечной системе?


Ничего хорошего. Первым тревожным признаком станут незначительные отклонения в орбитах других планет. Затем резко возрастет число комет в нашей Солнечной системе — и это будет означать, что черная дыра приблизилась к ее границам. Если она пройдет вдоль границы Солнечной системы так быстро, что не успеет попасть в гравитационное поле Солнца, то кометы — единственная опасность, которую она нам принесет.

При этом черную дыру мы не сможем увидеть, даже если посмотрим в лучший телескоп: она поглощает свет и за счет этого становится практически невидимой. Все, чем она может выдать свое присутствие, — это слабо заметный изгиб света, который мы увидим, когда черная дыра приблизится к астероидному поясу, но к этому времени мы станем свидетелями уже более драматичных событий.

«Не в моих полномочиях говорить богу, что он может делать, а что — нет. Не имея точных представлений о его характеристиках и свойствах, не очень понятно, как с ним работать»

Гравитационные эффекты черной дыры вызовут невиданные землетрясения и извержения вулканов. Земля потеряет привычную орбиту и будет двигаться в случайном порядке то к Солнцу, то от него. К тому моменту вся жизнь на планете уже будет уничтожена.

Для начала черная дыра займется планетой с наибольшей массой — Юпитером. Она постепенно вытянет газ из него. В Солнце сосредоточено 99.9% всей массы нашей Солнечной системы, и поэтому между Солнцем и черной дырой возникнет сильное притяжение. Черная дыра приблизится к звезде, и то же, что ранее произошло с Юпитером, повторится. Землю притянет к черной дыре, и под влиянием огромной гравитационной силы планета расплавится, сплющится, а потом так же будет затянута в нее.

Но насколько же вероятно, что черная дыра заглянет в нашу Солнечную систему и вызовет повсюду смерть и разрушение? Исходя из того, что мы знаем сегодня, кажется совсем маловероятным, что это произойдет где-нибудь в нашей галактике и тем более в нашей Солнечной системе. К тому же черные дыры редко проносятся вокруг галактик на огромных скоростях, что делает вероятность нашего с ними столкновения минимальным.

Мог ли бог существовать всегда? Возможно ли в принципе существовать вечно?


Не в моих полномочиях говорить богу, что он может делать, а что — нет. Не имея точных представлений о его характеристиках и свойствах, не очень понятно, как с ним работать. Было бы неплохо взять несколько тысяч богов и посмотреть, кто из них сможет существовать вечно. Даже если большинство из них не сможет, то хотя бы у какого-нибудь отдельного бога будет неплохой шанс. Следует заметить, что такой опыт потребовал бы от экспериментатора некоторого терпения.

Я уверен, что вы замечали, как мало в мире вечных вещей (вроде игры Risk или Iron Maiden). А те из вещей, про которые мы точно знаем, что они не менялись в течение 13 миллиардов лет с начала Вселенной, оказываются совсем простыми — вроде отдельных протонов. Что касается вещей, которые существовали «до начала Вселенной» (предположим, что это выражение имеет некоторый физический смысл), об этом ничего нельзя сказать наверняка. Потому что если предмет не находится во Вселенной, как его можно наблюдать или измерить? То же касается и бога.

К сожалению, все трюки в арсенале ученого — это наблюдение и эксперимент. Логика и рассуждение пасуют перед результатами эксперимента. Не раз «очевидные» аксиомы, вроде абсолютного времени или геоцентрической системы мира, были опровергнуты многочисленными и неоспоримыми экспериментальными данными. Но боги (по крайней мере бог, с помощью которого объясняются пробелы в науке), к сожалению, не наблюдаемы.

© NASA

© NASA

В книге Курта Воннегута «Фарс, или долой одиночество» сила тяготения Земли возрастает, и самолеты падают с неба. Почему возросшая сила тяготения заставляет их падать, если вес воздуха по логике возрастает примерно настолько же, что и вес самолета?


Если сила тяготения внезапно возрастет, то да, самолеты упадут с неба. Когда самолет достигает постоянной скорости, сила тяготения и подъемная сила становятся примерно одинаковыми. А это значит, что самолету придется набрать скорость, чтобы сравнять подъемную силу с новой силой тяготения.

После того как атмосфера снова станет стабильной — с более высокой плотностью и давлением (можно сказать, что атмосфера «сплющится»), самолеты теоретически смогут летать. Вместе с тем необходимо принимать во внимание, что, если сила тяготения увеличивается в два раза, то, чтобы оставаться в воздухе, самолетам придется летать через воздух в два раза большей плотности (либо летать примерно на 41% быстрее). В этом случае самолету придется ощутить двойную тягу.

Чтобы самолет летал, подъемная сила должна быть больше, чем вес. Например, сейчас ваш компьютер не летает по комнате, потому что его подъемная сила равна нулю. Если гравитация усилится вдвое, то и сила, удерживающая самолет в воздухе, должна удвоиться (потому что самолет будет весить в два раза больше). Самолет может добиться этого, летая быстрее или летая через более плотный воздух. Например, в 5 раз большее тяготение потребует в 5 раз больше энергии.

Что было бы с Землей, если бы она не вращалась?


Одна сторона Земли, которая обращена к Солнцу, быстро нагрелась бы так, что стала горячее кипящей воды и превратилась в безвоздушную пустыню, а другая сторона стала бы настолько холодной, что покрылась бы вечным льдом. Без воздуха, рассеивающего солнечный свет, небо всегда казалось бы черным, и даже днем можно было бы увидеть звезды.

Здесь я допускаю, что Земля не то чтобы совсем не вращается (в этом случае день длился бы целый год), но сцеплена в своих фазах с Солнцем точно так же, как Луна и Земля. Результат этого как раз и заключается в том, что одна сторона Земли всегда будет повернута к Солнцу, а другая всегда будет обращена в противоположную сторону.

Чтобы прикинуть разницу температур между дневной и ночной сторонами, можно использовать пример Луны — у нее примерно такое же расстояние до Солнца, что и у нас. Тогда за несколько минут после того как взойдет Солнце, поверхность Земли достигнет максимальной температуры +110°C. В некоторые кратеры на Луне никогда не попадает солнечный свет, и это примерно то же, что произойдет с темной стороной Земли в нашем воображаемом эксперименте. В этом случае она достигнет температуры -240°C.

Таким образом, на дневной стороне Земли температура будет настолько высока, что океаны испарятся из своих бассейнов, и этот пар превратится в огромные ледники на темной стороне. Примерно этот же эффект мы можем сегодня наблюдать на Северном и Южном полюсах, и именно поэтому Антарктический ледяной покров по своей толщине не уступает глубине океана.

Планета, которая не вращается совсем, встречается лишь в фантастических романах, и в этих романах жизнь обычно может существовать только в сумеречной зоне между дневной и ночной стороной. На самом деле в этой сумеречной зоне температура будет еще ниже, чем на нынешних полюсах Земли. «Комфортная» же зона будет расположена примерно в 20° от кольца по дневной стороне. Не то чтобы все это имело значение — c атмосферой, которая будет при таких температурах, жизнь в принципе не сможет существовать.

Как и когда произойдет конец света?


Когда мы говорим о краткосрочной перспективе (менее пары миллионов лет), то самая большая угроза, с которой может столкнуться Земля, — это люди. Наш образ жизни уже привел к массовому вымиранию в Голоцене, и теперь остается только продолжать двигаться в том же направлении, например, сжечь тератонну угля или сделать что-нибудь подобное.

Если же говорить о долгосрочной перспективе, то еще одна угроза — нехватка углекислого газа. В течение уже очень долгого времени Cолнце становится все ярче (на 10% за миллиард лет). Астрофизик Браунли и палеонтолог Питер Уорд написали книгу, в которой рассказывается о последствиях этого феномена. Ученые предсказывают, что Земля будет раскаляться и все природные химические процессы, в том числе и те, которые поглощают CO2 из воздуха (и хранят его в осадочных породах), ускорятся. Согласно их расчетам, примерно через 500 миллионов лет в атмосфере Земли будет до того мало углекислого газа, что растительная жизнь погибнет, и вслед за ней исчезнет все остальное многообразие видов. Хотя жизнь вокруг существовала как минимум 3,5 миллиарда лет, самое интересное в ней — животные и люди — существуют только 500 миллионов лет. Так что, если Браунли и Уорд правы, мы в своем развитии прошли только полпути, и до конца еще далеко.

Разговор о нехватке углекислого газа как причине конца света вполне может показаться странным — слишком часто мы говорим о том, к каким опасностям ведет его избыток. Разница здесь во временной перспективе — избыток CO2 может привести к катастрофе через несколько сотен лет, а недостаток — через несколько сотен миллионов.

«Когда мы говорим о краткосрочной перспективе (менее пары миллионов лет), то самая большая угроза, с которой может столкнуться Земля, — это люди. Наш образ жизни уже привел к массовому вымиранию в Голоцене, и теперь остается только продолжать двигаться в том же направлении, например, сжечь тератонну угля или сделать что-нибудь подобное»

Еще один возможный сценарий конца света — проблемы с магнитным полем Земли. Оно является результатом того, что в центре планеты перемещаются различные вещества. Они двигаются под влиянием тепла, которое получается в результате разложения радиоактивного калия, урана и тория. Срок годности этих веществ различен, примерно 1,25 миллиарда, 4,5 миллиарда и 14 миллиардов лет, так что большая часть исходного топлива уже израсходована.

Нельзя сказать, что точная природа магнитной динамики очень хорошо изучена: например, до сих пор неизвестно, какие минимальные запасы энергии нужны, чтобы поддерживать работу магнитной динамо-машины, но мы знаем, что она в принципе может и остановиться. Механизм планетарного динамо Марса, например, перестал работать несколько миллиардов лет назад. Если наше динамо остановится, то магнитное поле исчезнет и атмосфера рассеется в потоках солнечного ветра, как это произошло на Красной планете.

© NASA

© NASA

Если под «концом света» подразумевается «конец Вселенной», тогда он наступит, когда закончится жизнь звезд. В самом начале Вселенная состояла примерно на 75% из водорода, а сейчас — только на 70%. Звезды практически полностью существуют на водородном топливе, и если мы предположим, что потребление водорода во Вселенной останется постоянным, тогда через 250 или 300 миллиардов лет во Вселенной практически не останется звезд.

Кроме того, Вселенная может погибнуть из-за того, что она расширяется. Не просто расширяется — а расширяется с возрастающей скоростью. Это достаточно трудно себе представить: такое расширение приводит не к перемещению предметов в пространстве, а к тому, что пространство между ними растет. Сейчас этот эффект может быть виден только в огромных, межгалактических масштабах. Но со временем расширение может стать настолько быстрым, что и пространство между планетами и звездами также начнет стремительно возрастать. Кроме того, есть вероятность того, что из-за этого эффекта когда-нибудь все рассыплется на атомы. Это называется «большое расширение». Некоторые ждут, что это произойдет примерно через 20 миллиардов лет, а некоторые говорят, что этого никогда не случится.