Что будет если упасть в черную дыру?

Что будет если упасть в черную дыру?

EHT Collaboration

10 апреля группа исследователей проекта «Телескоп горизонта событий» показала первое в истории изображение черной дыры. Косвенно существование этих объектов, которые поглощают даже свет, подтверждали и раньше, но теперь их впервые показали наглядно. «Медуза» попросила приглашенного профессора лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ Станислава Бабака и главу лаборатории Юрия Ковалева ответить на распространенные вопросы о черных дырах.

Содержание

Что представляют собой черные дыры? Что такое горизонт событий?

Черные дыры — это наиболее компактные и самые простые объекты во Вселенной. Они описываются всего двумя параметрами — массой и скоростью вращения. С точки зрения астрофизики черные дыры — это конечная стадия эволюции звезд. Например, тяжелая звезда эволюционирует, взрывается, и ее центр сжимается в черную дыру. Горизонт событий черной дыры — это ее условная поверхность, оболочка, никакой физической поверхности нет, это просто некоторое расстояние от центра. Это то место, попадая в которое объект или свет уже не сможет выбраться обратно, так как здесь начинается очень сильная гравитация, которая не выпускает попавшие в него объекты. Это можно объяснить математически: выход из горизонта событий означает движение в обратную сторону по времени, что невозможно с точки зрения физики.

Почему черные дыры так называются? Разве они могут быть какого-то цвета?

Одно из первых названий черных дыр — коллапсары. Название «черные дыры» было придумано в XX веке журналистами и подхвачено одним из великих ученых того времени, американским физиком-теоретиком Джоном Уиллером. Почему именно черные? Это такой объект, который не может ничего излучать, свет оттуда не выходит. Хотя и это не совсем правда: черные дыры могут излучать так называемое излучение Хокинга (испарение черных дыр), но на классическом уровне если свет в них попадает, то ничто оттуда не выходит, именно поэтому их называют «черные дыры» — их никак нельзя увидеть. Мы можем наблюдать черную дыру, только если вокруг нее есть какая-то материя: газ или соседняя звезда, с которой черная дыра стаскивает оболочку. Благодаря гравитационным волнам мы можем «увидеть» две сливающиеся черные дыры. Фактически у черных дыр нет никакого цвета, это условное название, обозначающее, что все в нее падает и ничего не выходит.

Откуда берутся черные дыры?

Это зависит от их массы. Черные дыры бывают небольшими (несколько масс нашего Солнца), а могут быть очень массивными (миллионы масс Солнца). Размер черных дыр пропорционален их массе.

Черные дыры с околосолнечной массой могли зародиться в ранней Вселенной. Подобная черная дыра может образоваться путем сжимания звезды в 20–60 раз больше нашего Солнца, которая взрывается в конце жизни, а то, что останется в центре, сожмется до размеров черной дыры, сколлапсирует. Массы таких черных дыр ограниченны — больше 5 солнечных масс, но меньше 50–60 солнечных масс.

Пример массивной черной дыры показали 10 апреля благодаря «Телескопу горизонта событий», который сфотографировал объект в центре галактики M87 с массой в миллиарды солнечных. В центре нашей Галактики тоже есть подобная черная дыра, ее масса — 4 миллиона солнечных. Эта черная дыра образовалась вместе с Галактикой — либо от гигантского газового облака, которое сжалось и образовало черную дыру, либо это было первое поколение тяжелых звезд, которые образовывали первые черные дыры, те, в свою очередь, сливались и формировали черные дыры размером в тысячу солнечных масс. Основной механизм роста массы черных дыр в центре галактик — заглатывание газа из окружающей среды. Чем больше «бросаешь» в черную дыру, тем больше она растет. Более того, если «бросать» газ или частицы в черную дыру в одном направлении, она еще будет и раскручиваться.

Какой они бывают формы? Если в черную дыру все проваливается, значит, у нее есть дно?

Черные дыры могут быть двух форм: если она почти не вращается — сферической, а если вращается быстрее — сфероидальной (сплющенная сфера). Как правило, все черные дыры вращаются — какие-то быстрее, какие-то медленнее. Дна в черной дыре нет. Мы не до конца понимаем, что конкретно происходит в самом центре, где законы физики перестают работать. Общая теория относительности говорит нам, что кривизна пространства в центре черной дыры бесконечна. Но это означает только, что теория в центре черной дыры не работает. Поэтому, например, попытки создать квантовую теорию гравитации — это попытки ответить, что может быть в самом центре черной дыры. Пока простейший ответ — это бесконечность, сингулярность. Но в природе нет ничего бесконечного, значит, пока в нашем уравнении что-то не так.

Для чего изучают черные дыры?

Достаточно большое количество вопросов о природе Вселенной основывается на понятии черных дыр, поэтому ученым важно подтвердить экспериментально это представление, чтобы сказать: «Да, мы не занимаемся ерундой, эти теории справедливы, наши построения верны, и мы можем двигаться дальше в изучении Вселенной с использованием такого теоретического понятия, как черная дыра». Можно вспомнить открытие гравитационных волн — слияние двух черных дыр массой 20–30 масс Солнца. Это тоже было косвенное доказательство существования черных дыр. Объявленное 10 апреля обнаружение тени черной дыры очень важно, потому что оно подтверждает самосогласованность наших теорий. Предсказание было такое: если в центре галактики Дева А (или Мессье 87) есть черная дыра массой около 6 миллиардов масс Солнца, тогда мы увидим фотонное кольцо из света как раз такого размера, как удалось измерить.

Следующий шаг — обновление общей теории относительности Эйнштейна на основе данных о сильном гравитационном поле массивной черной дыры. Для этого центр галактики М87, где было получено первое изображение, не очень подходит: нужна значительно более высокая точность измерений. Массу с большой точностью ученые смогли определить только для черной дыры в центре нашей Галактики — мы называем этот объект Стрелец А*.

Все обратили внимание, что группа «Телескопа горизонта событий» практически ни слова не сказала про центр нашей Галактики. Дело в том, что Стрелец А* довольно недружелюбно к нам настроен по объективным физическим причинам. Наша центральная черная дыра имеет достаточно маленький горизонт событий. Соответственно, взрывные процессы там происходят очень быстро — в пределах или менее одного часа. «Телескопу горизонта событий» сложно восстановить картинку, когда черная дыра так быстро меняется. Это можно сравнить с попытками родителей сфотографировать своего постоянно крутящегося ребенка — картинка все время получается смазанной. Ученым необходимо научиться восстанавливать изображение в центре нашей Галактики за очень короткое время. Пока таких инструментов нет.

Сколько уже открыто черных дыр?

Объектов, которые ведут себя как одиночные черные дыры (тянут на себя материю и газ), очень много. Что касается двойных черных дыр, если верить каталогу LIGO и VIRGO, то их всего 10 пар.

Черные дыры действительно бесконечно расширяются, поглощая все на своем пути?

Нет. Если в черную дыру специально бросать объекты, масса будет увеличиваться, но в нее очень сложно попасть. Черная дыра при этом будет оставаться очень маленькой. Звездам и газу, которые вращаются вокруг черной дыры, ничего не угрожает — нужно быть действительно очень близко к черной дыре, чтобы она начала их поглощать.

Что будет, если попасть в черную дыру?

Когда падаешь в черную дыру, с одной стороны, тебя начинает сплющивать, с другой — очень сильно растягивать. Есть известная задача: что случится с космонавтом, который падает в черную дыру, — сначала оторвет голову или сплющит? Правильный ответ — голову оторвет вначале. При проходе через горизонт событий пространство искривляется, и кривизна пространства быстро растет, пока космонавт сам не станет сингулярностью (исчезнет).

Могут ли две черные дыры столкнуться? Что тогда произойдет?

Две черные дыры очень тяжело столкнуть. Для этого они должны быть на очень близком расстоянии друг к другу. Один из способов — двойные звезды, которые обе в результате «старения» превратились в черные дыры, тогда они будут с самого начала близко друг от друга.

Чтобы две массивные черные дыры в сталкивающихся галактиках оказались близко, нужны миллиарды лет. И они должны быть очень близко, чтобы гравитационное излучение стало таким, что они сольются в течение нескольких десятков лет. В результате слияния черных дыр получается опять же черная дыра с большей массой и больше по размерам.

Разбираемся, что удастся увидеть и какие изменения претерпит тело человека, попавшего за горизонт событий.

Давайте на минуту представим, что вы решили исследовать внутреннюю часть черной дыры! Вы отправляетесь в путешествие в мир неизведанного. И если наблюдать за этим возможности нет, то это вовсе не значит, что нельзя просчитать, что случится. На сегодняшний день визуализации Эндрю Хэмилтона из Колорадского университета считаются самыми точными моделями, которые позволяют выяснить, что происходит при попадании в черную дыру. Это парадоксальное, но вместе с тем фантастическое зрелище.

Но вернемся к главному. Имейте в виду: ваш путь не будет легким, ведь по мере приближения к черной дыре ваше тело вытянется и станет похожим на спагетти, а время повернется для вас таким образом, что вы будете в полном замешательстве.

Ну что ж, начнем!

Сперва вам нужно выбрать, в какую черную дыру вы отправитесь: в черную дыру звездной массы…

fromquarkstoquasars.com

… или сверхмассивную.

Warner Bros. / Interstellar

Если вы склоняетесь к первому варианту – в нескольких тысячах световых лет от Земли есть подходящая черная дыра, Лебедь X-1. Она находится в созвездии Лебедя и была открыта в 1964 году. Интересно и то, что Лебедь X-1 – один из самых ярких источников рентгеновского излучения.

А масса сверхмассивной черной дыры равна массе миллионов звезд, похожих на Солнце.

universetoday.com

В центре Млечного Пути как раз есть такая, и, по данным научного журнала «Astronomy & Astrophysics», за последние несколько лет она стала намного беспокойнее. Чем не повод проверить?

Поэтому советуем отправиться в сверхмассивную черную дыру. Ведь меньшие по размеру варианты просто разорвут вас на части, прежде чем вы продвинетесь достаточно далеко для своего исследования.

holographicgalaxy.blogspot.com

Однако имейте в виду: там невероятно сильная гравитация.

Настолько, что ничто не может избежать притяжения, в том числе и свет. В результате получается крутой эффект.

Кстати, в черной дыре не действуют привычные законы физики. Поэтому гравитация буквально деформирует пространство-время.

ircamera.as.arizona.edu

Поначалу вы будете чувствовать себя невесомыми, не считая, конечно, грандиозности вашего дела.

BBC America

Но по мере приближения к горизонту событий – границе черной дыры – на вас подействуют приливные силы, и ваше тело начнет растягиваться.

i.imgur.com

Горизонт событий – это точка, в которой сила тяжести становится невероятно сильной.

jasmcole.com

Считайте, горизонт событий – это предел, после которого ни вы, ни любой другой объект уже не смогут выбраться из черной дыры из-за сильной гравитации, которая держит внутри все попавшееся.

tumblr.com

То же самое происходит и со светом, поэтому это похоже на световой водопад.

Если вы прыгнете в черную дыру вперед ногами, то заметите, что они кажутся намного тяжелее головы.

Все потому, что ваши ноги двигаются быстрее, чем верхняя часть туловища. Уверены: ощущение не из приятных.

А теперь начинается самое интересное – «спагеттификация».

Discovery Channel / youtube.com

Ваше тело будет растягиваться по вертикали и сжиматься по горизонтали, пока вы не станете похожими на тонкую линию или спагетти. Отсюда и название.

Астрофизик Чарльз Лю описывает это ощущение как «зубная паста, выдавливаемая из тюбика».

thisisladyland.com

Теперь не осталось никаких сомнений: это ужасно!

Тем не менее не забудьте оглянуться назад – и вы увидите бесконечно расширяющийся горизонт.

commons.wikimedia.org

Вам покажется, будто вы стоите на краю света!

Если вы привели с собой друга, который будет наблюдать за вами с безопасного расстояния, он никогда не увидит, как вы пересечете горизонт событий.

s1069.photobucket.com

Все, что увидит ваш друг, – то, как вы замедлитесь до неподвижного состояния, покраснеете, а затем исчезнете. И он никогда не сможет взглянуть на вас снова.

Но что касается вас, то чем быстрее вы движетесь в пространстве, тем медленнее перемещаетесь во времени.

i.imgur.com

И это очень просто заметить. Когда вы посмотрите вперед, то увидите каждый предмет, который провалился в черную дыру до того, как вы зависли.

ngm.nationalgeographic.com

Но самим предметам будет казаться, что падают они гораздо быстрее, чем вы думаете.

А оглянувшись назад, вы, по словам Чарльза Лю, «сможете увидеть все, чему только предстоит упасть в черную дыру».

holographicgalaxy.blogspot.com

Таким образом, заглядывая вперед, вы увидите все, что произошло в этом месте, начиная с самого начала Вселенной.

jila.colorado.edu

А оглянувшись назад – все, что когда-либо случится в этом месте в будущем, вплоть до конца Вселенной.

Предположим, что рядом с нами из ниоткуда возникла черная дыра. Есть ли у планеты шанс?

Черные дыры всегда были загадкой и вызывали восторг. И теперь, с открытием гравитационных волн, интерес к черным дырам наверняка возрастет.

Меня часто спрашивают, насколько правдиво то, что показывают в фантастических фильмах о черных дырах, и существуют ли на самом деле кротовые норы, похожие на то, что мы видели в «Звездных вратах». Но есть еще один вопрос, который задают почти всегда – он касается того, что теоретически может случиться с людьми и Землей в целом из-за взаимодействия с черной дырой.

Масса, заряд, вращение

Теоретически, мы можем измерить три характеристики черных дыр: их массу, их вращение (кинетический момент), и их общий электронный заряд. Это все, что нам удастся узнать снаружи, так как любая информация о том, что оказывается внутри черной дыры, теряется. Это утверждение называется «теорема об отсутствии волос». Простыми словами: не имеет значения, насколько сложным («волосатым») будет объект, брошенный в черную дыру, он сожмется (или будет «обрит») до ее массы, заряда и вращения.

Из перечисленных параметров самым значительным является масса. Определяющей характеристикой черной дыры является то, что ее масса сжата до исчезающе малого объема («сингулярности»). Именно масса черной дыры, а также генерируемая ею гравитация наносят ущерб близлежащим объектам.

Радиация поджарит нас задолго до того, как мы превратимся в спагетти

Космические спагетти

Одним из наиболее известных эффектов нахождения поблизости от черной дыры является так называемая «спагеттификация». Вкратце – если вы подберетесь к такой дыре, вас растянет, как спагетти.

Этот эффект вызывается распределением гравитации относительно вашего тела. Представьте, что вы падаете в черную дыру ногами вперед. Поскольку ваши ноги ближе к черной дыре, на них будет влиять большая сила гравитации, чем на вашу голову. Хуже того, ваши руки будет тянуть немного в другую сторону. Поэтому тело не только вытянется, но и сожмется (сузится) к центру. Так что ваше тело, как и любой другой объект, включая Землю, превратится в спагетти задолго до того, как достигнет черной дыры.

Когда именно этот эффект станет смертельным, в основном зависит от массы черной дыры. Для «обычной дыры», образовавшейся в результате коллапса звезды с большой массой, это может быть несколько сотен километров от горизонта событий – точки, за которой никакая информация не в состоянии вырваться из черной дыры. Но в случае сверхмассивной черной дыры – подобной той, что предположительно находится в центре нашей галактики, объект может преодолеть горизонт событий прежде, чем превратится в спагетти. Тому, кто следил бы за горизонтом событий издалека, показалось бы, что вы понемногу замедляетесь, а затем начинаете таять.

Плохие новости для Земли

Что будет, если, теоретически, рядом с Землей из ниоткуда возникнет черная дыра? Начнут действовать те же силы, что приводят к спагеттификации. Сторона Земли, находящаяся ближе к черной дыре, ощутит более сильную гравитацию, чем дальняя сторона. Это станет приговором для планеты: нас просто разорвет.

При этом мы могли бы даже не заметить, если бы нас «проглотила» настоящая сверхмассивная черная дыра, поскольку какое-то время все казалось бы обычным. В таком случае катастрофа произошла бы не сразу.

Помните о радиации

Что интересно, черные дыры не всегда бывают черными. Квазары – объекты в центре далеких галактик, заряжаемые черными дырами, могут быть очень яркими. Они могут светить ярче, чем вся галактика, в которой они находятся. Такая радиация вырабатывается, когда черная дыра поглощает новый материал. Следует уточнить: этот материал все еще находится снаружи горизонта событий, поэтому мы способны его видеть. За горизонтом событий из черной дыры не может вырваться даже свет. Материя, которая накапливается в результате «пиршества» дыры, светится. Именно этот свет мы видим, когда наблюдаем за квазарами.

Но в этом и состоит проблема для всего, что вращается вокруг черной дыры – температура является очень высокой. Радиация поджарит нас задолго до того, как мы превратимся в спагетти.

Жизнь вокруг черной дыры

Тем, кто смотрел фильм Кристофера Нолана Интерстеллар, перспектива планеты, вращающейся вокруг черной дыры, может показаться заманчивой. Для развития жизни нужен источник энергии или температурных изменений. Черная дыра может предоставить и то, и другое. Но есть загвоздка: черная дыра должна быть спящей, в противном случае она будет вырабатывать слишком много радиации, чтобы на каком-либо из близлежащих миров могла зародиться жизнь.

Как выглядела бы жизнь на такой планете (если предположить, что она находится на достаточном расстоянии, чтобы не превратиться в спагетти) – другой вопрос. Количество энергии, получаемой такой планетой, будет, вероятно, незначительным по сравнению с той, что Земля получает от Солнца. К тому же вся окружающая среда на планете будет очень странной. Создатели Интерстеллара консультировались со специалистами, чтобы черная дыра в фильме вышла правдоподобной. Эти факты не делают зарождение жизни невозможным – просто ей будет очень непросто возникнуть на такой планете, а формы, которые она может принять, будут самыми неожиданными.

Перевод НВ

Изначально опубликовано на The Conversation. Републикация полной версии текста запрещена

Больше мнений

Существует множество ужасных способов, посредством которых Вселенная может что-нибудь уничтожить. В космосе, если вы попытаетесь задержать дыхание, ваши легкие взорвутся. А если вы выдохнете весь воздух до последней молекулы, то через пару секунд отключитесь. В некоторых местах Вселенной вы превратитесь в ледышку, когда тепло покинет ваше тело; в других же местах так жарко, что ваши атомы превратятся в плазму. Но задумываясь о том, как Вселенная может избавиться от меня (или от вас), я не могу себе представить более завораживающего зрелища, чем отправиться в черную дыру. Так же думает и ученый Хейно Фальке (Heino Falcke), работающий над проектом Телескоп горизонта событий. Он спрашивает:

Каково это — свалиться во вращающуюся черную дыру? Наблюдать это невозможно, но рассчитать можно… я разговаривал со многими людьми, делавшими такие расчеты, но я старею, и многое начинаю забывать.

Вопрос этот чрезвычайно интересный, и наука способна дать на него ответ. Давайте спросим ее.

Согласно нашей теории тяготения, эйнштейновской общей теории относительности, есть всего три характеристики, которые определяют свойства черной дыры. Вот они:

1. Масса, или общее количество материи и соответствующее количество энергии (вычисляется по формуле E = mc2), которая ушла на формирование и рост черной дыры в ее нынешнем состоянии.

2. Заряд, или суммарный электрический заряд, возникающий в черной дыре от всех положительно и отрицательно заряженных объектов, которые попадают туда за время ее существования.

3. Момент количества движения, или вращательный момент, которым измеряется общее количество вращательного движения черной дыры.

Если мыслить реалистически, все существующие во Вселенной черные дыры должны иметь большую массу, значительный вращательный момент и ничтожный заряд. Это очень сильно усложняет дело.

Думая о черной дыре, мы представляем ее в упрощенном виде, характеризуя только по массе. У нее есть горизонт событий вокруг единой точки (сингулярности), а также окружающая эту точку область, из которой не может выйти свет. Эта область имеет форму идеальной сферы и границу, разделяющую участки, способные испускать свет, и не способные. Эта граница и есть горизонт событий. Горизонт событий находится на вполне конкретном и равном удалении (радиус Шварцшильда) от сингулярности во всех направлениях.

Это упрощенное описание реальной черной дыры. Но лучше начать с физических явлений, происходящих в двух конкретных местах: за пределами горизонта событий и внутри горизонта событий.

За пределами горизонта событий гравитация ведет себя как обычно. Пространство искривляется от присутствия этой массы, придавая всем объектам во Вселенной ускорение в направлении центральной сингулярности. Если мы начнем с большого расстояния от черной дыры в состоянии покоя и позволим объекту попасть в нее, то что мы увидим?

Предположим, что мы в состоянии сохранять неподвижность. В этом случае мы увидим, как объект медленно, но с ускорением удаляется от нас, двигаясь в сторону этой черной дыры. Он ускоряется в направлении горизонта событий, сохраняя свой цвет. Но затем происходит нечто странное. Объект как будто замедляется, гаснет и расплывается, а потом приобретает все более красный цвет. Но полностью он не исчезает. Вместо этого он как бы приближается к такому состоянию исчезновения: становится менее отчетливым, более красным, и обнаружить его все сложнее. Горизонт событий — это нечто вроде асимптоты света объекта: мы всегда сможем увидеть его, если тщательно приглядимся.

А теперь представьте себе такой же сценарий, но на сей раз мы не будем наблюдать за падающим в черную дыру объектом издалека. Мы представим себя на месте падающего объекта. И в этом случае ощущения у нас будут совершенно другие.

Горизонт событий по мере искривления пространства увеличивается намного быстрее, чем мы ожидали. Вокруг горизонта событий пространство настолько искривлено, что мы начинаем видеть многочисленные образы находящейся вовне Вселенной, как будто она отражается и выворачивается наизнанку.

А когда мы пересекаем горизонт событий и попадаем вовнутрь, мы видим не только внешнюю Вселенную, но и часть ее внутри горизонта событий. Полученный нами свет смещается в фиолетовую часть спектра, затем снова в красную, а мы неотвратимо падаем в сингулярность. В последние моменты космическое пространство кажется странно плоским.

Физическая картина этого явления сложна, но расчеты довольно просты и понятны, и их блестяще выполнил в серии своих написанных в 2000-2010 годах научных работ Эндрю Хэмилтон (Andrew Hamilton) из Колорадского университета. Хэмилтон на основе своих расчетов также создал серию ярких визуализаций того, что мы видим, попадая в черную дыру.

Исследуя эти результаты, можно извлечь множество уроков, и многие из них противоречат здравому смыслу. Попытка разобраться в них поможет нам изменить наши зрительные представления о пространстве. Обычно мы представляем себе пространство как некую неподвижную структуру и думаем, что наблюдатель провалился куда-то внутри нее. Однако внутри горизонта событий мы постоянно находимся в движении. Все пространство по существу находится в движении подобно конвейеру. Оно движется постоянно, перемещая все внутри себя в направлении сингулярности.

Оно перемещает все настолько быстро, что даже если мы начнем с ускорением двигаться прочь от сингулярности, имея бесконечное количество силы, мы все равно будем падать в сторону центра. Свет от объектов, находящихся за пределами горизонта событий, все равно будет доходить до нас со всех направлений, но мы, находясь внутри горизонта событий, сможем видеть лишь часть этих объектов.

Линия, определяющая границу между тем, что видит наблюдатель, в математике называется кардиодида. Компонент самого большого радиуса кардиодиды касается горизонта событий, а компонент самого маленького радиуса заканчивается в сингулярности. Это значит, что хотя сингулярность и является точкой, она не соединяет неизбежно то, что попадает вовнутрь, со всем остальным. Если вы и я попадем одновременно в противоположные стороны горизонта событий, то после его пересечения увидеть друг друга мы уже не сможем.

Причина этого в структуре самой Вселенной, которая постоянно находится в движении. Внутри горизонта событий пространство движется быстрее света, и поэтому ничто не может выйти за пределы черной дыры. По этой же причине, находясь внутри черной дыры, мы начинаем видеть странные вещи, например, множество образов одного и того же объекта.

Понять это можно, задав следующий вопрос: «Где находится сингулярность?»

Находясь внутри горизонта событий черной дыры мы, начав движение в любом направлении, со временем уткнемся в сингулярность. Это удивительно, но сингулярность появляется во всех направлениях! Если вы двигаетесь ногами вперед и ускоряетесь, вы будете видеть свои ноги под собой и одновременно над собой. Все это довольно просто рассчитать, хотя такая картина кажется поразительным парадоксом. А между тем, мы рассматриваем лишь упрощенный случай: черную дыру, которая не вращается.

Первая фотография черной дыры и ее огненного ореола

А теперь давайте перейдем к самому интересному с точки зрения физики и посмотрим на черную дыру, которая вращается. Своим происхождением черные дыры обязаны системам материи, таким как звезды, которые постоянно вращаются с той или иной скоростью. В нашей Вселенной (и в общей теории относительности) вращательный момент это сохраняемое свойство любой закрытой системы, и избавиться от него нет никакой возможности. Когда совокупность материи сжимается до радиуса, который меньше радиуса горизонта событий, вращательный момент, как и масса, попадает в ловушку и удерживается внутри.

Здесь решение намного сложнее. Эйнштейн выдвинул свою теорию относительности в 1915 году, а Карл Шварцшильд получил решение по невращающейся черной дыре в начале 1916 года, то есть, на пару месяцев позже. Но следующий шаг по реалистичному моделированию этой проблемы — с учетом того, что у черной дыры есть не только масса, но и вращательный момент — был сделан лишь в 1963 году Роем Керром (Roy Kerr), который нашел решение.

Существуют некоторые фундаментальные и важные различия между несколько наивным и простым решением Шварцшильда, и более реалистичным и сложным решением Керра. Вот некоторые удивительные различия:

1. Вместо единого решения вопроса о том, где находится горизонт событий, у вращающейся черной дыры есть два математических решения: внутренний и внешний горизонт событий.

2. За пределами внешнего горизонта событий есть место, известное как эргосфера, где само пространство движется с угловой скоростью, равной скорости света, а попадающие туда частицы получают колоссальное ускорение.

3. Существует максимально допустимое соотношение вращательного момента и массы. Если значение вращательного момента слишком велико, черная дыра излучает эту энергию (через гравитационное излучение) до тех пор, пока соотношение не вернется к норме.

4. И самое поразительное, сингулярность в центре черной дыры это уже не точка, а скорее одномерное кольцо, где радиус кольца определяется массой и вращательным моментом черной дыры.

Зная все это, можем ли мы понять, что происходит, когда мы попадаем внутрь вращающейся черной дыры? Да то же самое, что и при попадании внутрь невращающейся черной дыры, за исключением того, что пространство не ведет себя так, будто оно сваливается в центральную сингулярность. Пространство ведет себя так, будто его тянут по окружности в направлении вращения. Это похоже на водоворот. Чем больше соотношение вращательного движения и массы, тем быстрее происходит вращение.

Это значит, что если мы видим нечто, падающее вовнутрь, мы заметим, как это нечто краснеет и постепенно исчезает, но не только. Оно сдавливается и превращается в кольцо или диск по направлению вращения. Если мы попадем внутрь, нас будет кружить как на взбесившейся карусели, засасывая в центр. А когда мы достигнем сингулярности, она будет в форме кольца. Разные части нашего тела попадут в сингулярность на внутренней эргоповерхности керровой черной дыры в разных пространственных координатах. Приближаясь к сингулярности изнутри горизонта событий, мы постепенно лишимся возможности видеть другие части своего тела.

Самая важная информация, которую надо извлечь из всего этого, состоит в том, что структура самого пространства находится в движении; а горизонт событий определяется как место, где вы, даже имея возможность перемещаться на пределе самой высокой космической скорости, какой является скорость света, и в любом направлении, всегда будете натыкаться на сингулярность.

Визуализации Эндрю Хэмилтона — это лучшие и самые точные в научном плане имитационные модели того, что происходит при попадании в черную дыру. Они настолько противоречат логике и так парадоксальны, что я могу порекомендовать вам лишь одно: смотреть их снова и снова до тех пор, пока вы сами себя не одурачите, думая, что поняли их. Это прекрасное и фантастическое зрелище. И если дух авантюризма в вас настолько силен, что вы решитесь отправиться в черную дыру и попадете внутрь горизонта событий, это будет последнее, что вы увидите!

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *