Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

А сейчас вернемся к регулярным плановым смертям и разрушениям от черных дыр.

Но черная дыра не просто создает прогиб пространства; она вырезает бездонную яму, бесконечно глубокую дыру с вертикальными стенками. Как только вы в нее попали, выбраться оттуда вы не сможете ни на какой скорости. Вы проваливаетесь в нее, и ничто вас не может удержать. Скорость убегания на поверхности черной дыры — называемой горизонтом событий — это скорость света [41] Горизонт событий — это не физическая поверхность черной дыры. Вообще-то у черной дыры нет поверхности; насколько мы можем сказать, материя в черной дыре сжалась до математической точки практически нулевого размера, которая называется сингулярностью. Горизонт событий — это точка на некотором расстоянии от сингулярности, в которой скорость убегания равна скорости света. Материя, образующая черную дыру, по сути, не имеет размера, в то время как диаметр горизонта событий может составлять много километров. Как я и говорил, черные дыры очень необычные. .

Более точным было бы рассуждать об этом, пользуясь математическими формулами Эйнштейна и физическими принципами относительности. Эндрю Гамильтон, астрофизик с кафедры астрофизики и планетологии Университета штата Колорадо в Боулдере, довольно долго изучал черные дыры и у него есть интересное сравнение:

Понять, что происходит, будет легче, если представить, что черная дыра подобна водопаду. Только в черную дыру падает не вода, а само пространство . Снаружи горизонта событий скорость падения пространства меньше, чем скорость света. На горизонте пространство падает со скоростью света. А внутри горизонта пространство падает быстрее, чем свет, унося с собой все, даже свет. Такое представление черной дыры как области пространства-времени, где пространство падает быстрее света, это не просто хорошая концептуальная картинка… у нее есть прочное математическое обоснование [подчеркиваю].

Может показаться, что это нарушает еще один закон Эйнштейна — ничего не может двигаться быстрее, чем свет, — но это применимо только к физическим объектам, обладающим массой (и к самому свету). Пространство же отличается от материи и света (еще одна из великих идей Эйнштейна), поэтому оно может вести себя как захочет, в частности двигаться быстрее света.

Если вы находитесь внутри горизонта событий, пространство стекает в черную дыру быстрее скорости света… и, если вы проваливаетесь, оно уносит вас с собой. Если вы попытаетесь выгрести против водопада, у вас ничего не получится, потому что вы никогда не сможете заставить свою лодку двигаться вверх быстрее, чем текущая вниз вода. Так и внутри черной дыры: в пространстве, текущем с транссветовой скоростью к ее центру, вы не сможете выгребать в своей ракете достаточно быстро. Вы обречены.

Можно представить это и по-другому, но такое сравнение будет еще более фантастическим (если такое вообще возможно). Если вы взглянете на (чертовски сложные) уравнения, описывающие поведение пространства и времени вблизи черной дыры, вы обнаружите, что внутри горизонта событий переменные, представляющие пространство, ограничены. Вне черной дыры — например, там, где вы находитесь сейчас, — вы можете свободно двигаться в пространстве: вверх и вниз, вперед и назад, влево и вправо. Однако внутри черной дыры эта свобода исчезает. Движение возможно лишь в одном направлении — вниз [42] Можно сделать одно уточняющее замечание: как показал Вячеслав Докучаев из ИЯИ РАН, внутри заряженных вращающихся сверхмассивных черных дыр могут существовать, при определенных условиях, квазистационарные орбиты, такие, что движение вниз затянется на миллионы лет. — Прим. науч. ред. .

Черные дыры забавны: даже такое элементарное действие, как движение, оказывается сложным. Но основной вывод таков: если вы проваливаетесь, что бы там ни было, вам конец.

Или не конец?

Другая великая идея Эйнштейна заключалась в том, что время и пространство тесно переплетены, настолько, что мы даже используем для них один термин — пространство-время. Когда Эйнштейн формулировал свою теорию относительности, он осознавал, что для кого-то, кто движется относительно кого-то еще, как пространство, так и время выглядят по-другому. Возможно, вы об этом уже слышали: представьте двух людей, каждый на своем космическом корабле и каждый держит часы. Если один космический корабль движется очень быстро относительно другого, оба астронавта будут видеть, что часы другого идут медленнее, а его собственные идут нормально.

Это не механическая проблема с часами; это физическое проявление, вплетенное в ткань самого пространства-времени. И это не просто догадка: бессчетные эксперименты доказали, что Эйнштейн был совершенно прав. Так как пространство и время — это две стороны одной медали, относительное движение сквозь пространство влияет на то, как мы воспринимаем время .

Более того, поток времени также искажают силы тяготения. Чем ближе вы к объекту, обладающему большими силами тяготения, тем медленнее будут идти ваши часы — будет создаваться впечатление, что время течет медленнее, — для того, кто находится дальше от массивного объекта. Вы же будете уверены в том, что ваши часы идут абсолютно точно. Повторю, это было также подтверждено экспериментами. Если хотите прожить дольше, найдите самое низко расположенное место! На вас будут действовать бо́льшие силы тяготения, а другим будет казаться, что ваши биологические часы идут медленнее. Разумеется, на Земле этот эффект незначителен, потому что ее силы тяготения очень слабые. Возможно, вы проживете на микросекунду дольше на уровне моря по сравнению с тем, если бы вы жили на вершине горы, но только и всего. А что еще хуже — сами вы не заметите разницы, так как для вас ваши часы будут идти точно вне зависимости от того, где вы находитесь [43] Логически из этого вытекает следующее: если хотите дольше не стариться, постоянно быстро двигайтесь, и для сторонних наблюдателей ваши часы будут идти медленнее. Или вы можете сидеть сиднем, почитывая книжки о черных дырах и иных опасных астрономических объектах, и для сторонних наблюдателей ваши часы будут идти совершенно так же, как и их собственные. .

Но сил тяготения (и времени, которое нужно убить) у черных дыр в изобилии . Время вблизи черной дыры очень сильно замедляется. Представьте, что вы астронавт и находитесь у черной дыры. Вы оставляете второго пилота и позволяете черной дыре затянуть вас. По мере того, как вы приближаетесь к ней, вашему другу, уютно устроившемуся в безопасности своей капсулы, будет казаться, что ваше время течет медленнее, чем его собственное. Чем ближе вы к горизонту событий черной дыры, тем медленнее течет ваше время. Вы пытаетесь переговариваться с ним, но ваши фразы начинают ра-а-ас-с-с-тя-я-я-ги-и-и-ва-а-ать-ся-я-я…