Люси Хокинг - Джордж и тайны Вселенной

Вид на Землю с искусственного спутника.

© NASA/SCIENCE PHOTO LIBRARY

На первой странице было написано:

«О сложном – простыми словами, от Эрика – Джорджу и Анни» (версия 3).

ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О ЧЁРНЫХ ДЫРАХ

Глава 1. Что такое чёрная дыра?

Глава 2. Как образуется чёрная дыра?

Глава 3. Как увидеть чёрную дыру?

Глава 4. Падение в чёрную дыру.

Глава 5. Как выбраться из чёрной дыры.

Что такое чёрная дыра?

Чёрная дыра – это область, где такое сильное притяжение, что свет, который пытается оттуда вырваться, затягивается обратно. А поскольку быстрее света ничего нет, всё остальное тоже туда затягивается. Так что можно провалиться в чёрную дыру и никогда больше оттуда не выбраться. Всегда считалось, что чёрная дыра – это как вечная темница, из которой нет спасения. Упасть в чёрную дыру – всё равно что в Ниагарский водопад: невозможно выкарабкаться наружу тем же путём.

Границу чёрной дыры называют «горизонтом». Эта граница – как край водопада: если ты находишься над ним и очень быстро гребёшь веслом, у тебя есть шанс спастись, но если ты упал за край – ты обречён.

Чем больше всяких предметов попадает в чёрную дыру, тем больше она становится, и тем сильнее раздвигается горизонт. Это как с поросёнком: чем больше его кормишь, тем он толще.

Как образуется чёрная дыра?

Чтобы возникла чёрная дыра, нужно впихнуть очень много вещества в очень малое пространство. Тогда притяжение станет таким сильным, что свет будет втягиваться назад и не сможет вырваться наружу.

Чёрная дыра может образоваться, например, когда звёзда, в которой истощился запас топлива, взрывается, словно гигантская водородная бомба. Это называется взрывом сверхновой. При таком взрыве верхние слои звезды разлетаются, образуя огромную газовую оболочку, а сердцевина сжимается. И если звезда была во много раз больше нашего Солнца, то после взрыва на месте ее сердцевины возникает чёрная дыра.

Чёрные дыры намного большего размера образуются внутри звёздных скоплений и в центрах галактик. В этих областях есть и чёрные дыры, и нейтронные звёзды, и обычные звёзды. Сталкиваясь с другими объектами, чёрная дыра растёт и поглощает всё, что к ней приближается. В центре нашей Галактики находится чёрная дыра, масса которой в несколько миллионов раз больше, чем у Солнца.

Как увидеть чёрную дыру?

Правильный ответ – никак, потому что из чёрной дыры не выходит свет. Это всё равно что искать чёрную кошку в тёмном подвале. Но чёрную дыру можно обнаружить по тому, как она притягивает другие объекты. Видя звёзды, которые движутся по орбитам вокруг чего-то невидимого, мы догадываемся, что это невидимое – чёрная дыра.

Ещё мы видим диски из газа и пыли, обращающиеся вокруг некоего невидимого центра, и тоже понимаем, что этим центром может быть только чёрная дыра.

Падение в чёрную дыру

В чёрную дыру можно провалиться, как и в Солнце. Если падаешь ногами вперёд, то ноги будут ближе к чёрной дыре, чем голова, и притяжение чёрной дыры будет действовать на них сильнее. Поэтому вас растянет в длину и расплющит по бокам.

Это растягивание и расплющивание тем слабее, чем больше чёрная дыра. Если упасть в чёрную дыру, созданную звездой, которая лишь в несколько раз больше нашего Солнца, то не успеешь ты долететь до чёрной дыры, как превратишься в спагетти.

Но если упасть в чёрную дыру, которая гораздо, гораздо больше Солнца, то сам не заметишь, как пересечёшь горизонт – границу чёрной дыры, «точку невозвращения». А тот, кто наблюдает за тобой со стороны, не увидит, как ты пересекаешь горизонт, потому что притяжение чёрной дыры искривляет время и пространство близ неё. С точки зрения наблюдателя ты, приближаясь к горизонту, постепенно замедляешься и тускнеешь. А тускнеешь ты потому, что свету, источником которого ты являешься, нужно всё больше времени, чтобы выбраться из чёрной дыры. Если в момент, когда ты пересекаешь горизонт, на твоих часах – 11: 00, то с точки зрения наблюдателя твои часы всё сильнее отстают, и на них 11: 00 так и не настанет.

Как выбраться из чёрной дыры

Люди привыкли думать, что из чёрной дыры нет возврата. Что упало в чёрную дыру, то пропало; в конце концов, именно поэтому она и зовётся чёрной дырой. Считалось, что всё упавшее в чёрную дыру исчезает навсегда, а сами чёрные дыры будут существовать до скончания века; что чёрная дыра – это темница, из которой невозможно сбежать.

Однако потом выяснилось, что эта картина не вполне верна. Мельчайшие колебания в пространстве и времени означают, что чёрные дыры – не идеальные ловушки, как считалось раньше; на самом деле они медленно испускают частицы. Это так называемое излучение Хокинга. Интенсивность испускания частиц тем ниже, чем больше чёрная дыра.

Излучение Хокинга приводит к тому, что чёрные дыры постепенно испаряются. Скорость испарения поначалу очень низка, но затем, по мере уменьшения, чёрная дыра испаряется всё быстрее – и со временем, через много-много миллиардов лет, исчезнет совсем. Получается, что чёрная дыра – вовсе не вечная темница. Ну, а как же её узники – объекты, которые образовали чёрную дыру или упали в неё позже? Они будут преобразованы в энергию и частицы. И если внимательно изучить то, что выходит из чёрной дыры, можно восстановить, что там было внутри. Так что память о том, что упало в чёрную дыру, исчезает не навсегда – просто очень надолго.

Из чёрной дыры можно выбраться!!!

Когда у звёзд с массой гораздо больше, чем у Солнца, истощается запас топлива, их внешние слои обычно разлетаются в гигантском взрыве, который называется взрывом сверхновой.

Это невероятно мощный и ослепительный взрыв, сияющий ярче миллиардов звёзд!

• Но иногда при этом разлетается не всё – остаётся шаровидное ядро звезды. Сразу после взрыва сверхновой это ядро очень горячее, около 100 000 °С, но потом оно охлаждается, потому что в нём больше не происходит никаких ядерных реакций.

• Некоторые ядра звёзд настолько массивны, что под воздействием собственной силы тяжести они сжимаются, пока не достигнут размера всего в несколько десятков километров. Для этого их масса должна в 1,4–2,1 раза превышать массу Солнца.

• Внутри нейтронных звёзд есть и другие частицы, но в основном они состоят из нейтронов. Современной технике в условиях Земли пока не под силу создать такую жидкость. Давление внутри этих ядер такое высокое, что внутри они становятся жидкими, а снаружи их окружает твёрдая кора толщиной примерно 1,6 километра.