Что произойдет, если сквозь человека пройдет крошечная черная дыра?

В 1974 году писатель-фантаст Ларри Нивен предложил интригующую идею: можно ли убить человека с помощью крошечной черной дыры?* На первый взгляд, ответ кажется очевидным — сильная гравитация, приливные силы и горизонт событий черной дыры, безусловно, способны привести к фатальным последствиям. Однако научный ответ на этот вопрос оказывается более сложным и интересным.

С одной стороны, черная дыра с достаточно большой массой, безусловно, может быть смертельно опасной. С другой стороны, черная дыра с массой одного атома водорода настолько мала, что ее воздействие было бы практически незаметным. Ключевой вопрос заключается в определении критической массы, при которой черная дыра становится смертельной. Этой проблеме посвящено новое исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv.

Исследование фокусируется на первичных черных дырах — теоретических объектах, которые могли образоваться в ранней Вселенной. Их масса может варьироваться от массы атома до массы, превышающей массу Земли в несколько раз.

Хотя астрономы пока не обнаружили первичные черные дыры, наблюдения исключают существование таких объектов в определенных диапазонах масс. Например, черные дыры массой менее 10¹² кг уже испарились бы благодаря излучению Хокинга, а объекты массой более 10²⁰ кг вызвали бы гравитационное линзирование звезд в Млечном Пути, что не наблюдается.

Некоторые теории предполагают, что первичные черные дыры могут быть источником темной материи. Если это так, то их масса должна находиться в диапазоне от 10¹³ до 10¹⁹ кг, что сопоставимо с массой астероидов. Исследование рассматривает два основных эффекта, которые могли бы сделать такие черные дыры опасными для человека: приливные силы и ударные волны.

Приливные силы возникают из-за разницы в гравитационном воздействии на разные части тела. Для черных дыр массой с астероид их размеры настолько малы (менее микрометра), что даже приливные силы охватывают лишь крошечную область. Если такая черная дыра пройдет через тело, она может вызвать локальные повреждения, но вряд ли приведет к фатальным последствиям. Однако если черная дыра пройдет через голову, приливные силы могут разорвать клетки мозга, что может быть смертельно опасным. Для этого потребуется черная дыра с массой на верхней границе рассматриваемого диапазона.

Ударные волны представляют собой более серьезную угрозу. Когда черная дыра проходит через тело, она создает волну плотности, которая повреждает клетки и передает тепловую энергию, усугубляя разрушения. Чтобы создать ударную волну, сравнимую по энергии с пулей 22-го калибра, черной дыре потребовалась бы масса в 1,4 x 10¹⁴ кг, что вполне соответствует возможному диапазону масс первичных черных дыр.

Таким образом, первичная черная дыра действительно может быть смертельно опасной. Однако вероятность столкновения с такой черной дырой в реальной жизни крайне мала.

Даже если первичные черные дыры существуют, их количество настолько ничтожно по сравнению с масштабами Вселенной, что шанс столкнуться с одной из них в течение человеческой жизни оценивается как менее 1 к 10 триллионам. Это делает историю Ларии Нивена увлекательной, но крайне маловероятной в реальности.

* Niven, Larry. “The Hole Man.”  «Человек-дырка» — научно-фантастический рассказ американского писателя Ларри Нивена. Впервые опубликован в журнале Analog в январе 1974 года. Рассказ получил премию Хьюго за лучший рассказ в 1975 году.