Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Когда вы проваливаетесь в черную дыру, по сути, вы летите вместе с проваливающимся пространством. Чем ближе вы, тем быстрее и быстрее оно начинает падать. На горизонте событий пространство проваливается в дыру со скоростью света. С точки зрения вашего напарника, наблюдающего за вами по свету, который вы испускаете, вы так никогда и не пересечете горизонт событий, потому что свет, который вы излучаете, поднимается с такой же скоростью, с какой пространство опускается . Это все равно что стоять на месте. Насколько он может сказать, вы будете оставаться в подвешенном состоянии на горизонте событий бесконечно и никогда не провалитесь.

Однако с точки зрения билета в бессмертие — это не очень приятная поездка. Потому что это только восприятие вашего друга . Для вас это просто падение. Плюх! Для вас горизонт событий — это не какое-то особое место или время, и ваши часы продолжают идти. Вы проваливаетесь прямиком в центр (в сингулярность, где вся материя сжата в точку) — и это конец.

Некоторые спорят, что из-за этого растяжения времени вы никогда не провалитесь в черную дыру, но это ошибочное представление. Наверняка провалитесь — и больше не вернетесь. Ваши друзья могут это воспринимать по-другому, но они-то сидят в безопасном месте, а вы падаете в черную дыру, поэтому какое вам дело до того, что они думают?

Кое в чем черная дыра не сильно отличается от любого другого объекта.

У всего, что имеет массу, имеются силы тяготения. У вас они есть и у меня. У бревна, у Земли, у Солнца, а также у черной дыры. Притяжение от объекта, которое вы ощущаете, определяется всего двумя факторами. Первый — масса этого объекта: удвойте массу объекта, и притяжение, которое вы ощущаете, также удвоится [44] Просто для точности: масса и вес — не одно и то же. Масса — это свойство материи, его можно представить как количество вещества в объекте, и массу мы измеряем в граммах или килограммах. Вес равен силе притяжения, действующей на ту массу, и мы измеряем его в ньютонах. Пушечное ядро имеет одинаковую массу вне зависимости от того, где оно находится, на Земле или на Луне. Но на Луне его вес в шесть раз меньше, потому что ее сила тяготения составляет всего 1/6 от земной; на Земле 1 кг весит 9,8 ньютона, но на Луне он весит примерно 1,6 ньютона. .

Второй фактор, от которого зависят силы тяготения, — на каком расстоянии вы находитесь от объекта, или, точнее, ваше расстояние от центра масс объекта. Помните, как описано выше, силы тяготения уменьшаются с квадратом расстояния, то есть эти силы увеличиваются с таким же темпом по мере того, как вы приближаетесь к объекту.

Возьмем Солнце. Оно очень массивное — 2 × 10 27т (это двойка с 27 нулями), что весьма впечатляет, — и оно довольно большое, примерно 1 391 000 км в поперечнике. Если бы вы могли стоять на поверхности Солнца, не испарившись, вы бы ощущали притяжение в 28 раз больше того, что вы чувствуете здесь, на Земле.

Но это, собственно, максимальное притяжение, которое вы могли бы ощутить от Солнца. Если вы отодвинетесь (хорошая идея), притяжение, которое вы ощущаете, уменьшится, потому что вы будете находиться дальше. А если вы стоите на его поверхности, вы не сможете приблизиться еще сильнее. В противном случае вы очутились бы внутри Солнца — ближе к его центру, но теперь между вами и его поверхностью находится определенная масса. Вы можете представить, что эта масса тянет вас кверху, немного компенсируя силу тяготения, тянущую вас вниз [45] Согласно физике твердых тел, правда заключается в том, что, как ни странно, масса у вас над головой не притягивает вас совсем. Первым это рассчитал математически Ньютон. По сути, как только вы оказываетесь внутри объекта, подобного Солнцу, единственная масса, о которой вам нужно беспокоиться, — это та, что находится между вами и центром. . По мере приближения к центру Солнца притяжение, которое вы ощущаете, уменьшается. А в самом центре вы не ощущали бы притяжения совсем.

Но теперь давайте немного изменим ситуацию. Давайте сожмем Солнце так, чтобы его масса осталась без изменений, но диаметр стал, скажем, 5,8 км. Так как вся масса теперь утрамбована в сферу диаметром всего 1/240 000 от первоначального, сила тяготения на поверхности взмывает… Но притяжение, которое вы ощущали бы на расстоянии 695 500 км (начальный радиус Солнца), было бы абсолютно таким же !

Сами подумайте: масса такая же, и ваше расстояние (от центра масс сжатого Солнца) такое же. Так как силы тяготения зависят только от этих двух параметров, притяжение, которое вы ощущаете, точно такое же, какое было у Солнца нормальных размеров.

Разница в том, что, если вы приближаетесь, сила тяготения растет . Раньше она уменьшалась , потому что вы были внутри Солнца. Но теперь Солнце стало маленьким, поэтому вы можете приближаться и приближаться, и при этом сила тяготения увеличивается. Она будет постоянно расти , пока вы не приблизитесь на расстояние 2,9 км от центра (половина диаметра), и в этой точке у вас начнутся настоящие проблемы.

Почему? Потому что ту цифру — 5,8 км — я взял не из воздуха. При таком диаметре силы тяготения Солнца были бы настолько большими, что даже свет не мог бы убежать (держу пари, вы гадали, к чему я клоню). Правильно — если бы мы могли сжать Солнце до таких размеров, оно стало бы черной дырой.

Важный момент здесь заключается в том, что на большом расстоянии сила тяготения черной дыры действует точно так же, как и сила тяготения гораздо большего объекта, но такой же массы. На огромном расстоянии притяжение черной дыры с массой в десять раз больше массы Солнца ощущалось бы точно так же, как и притяжение нормальной звезды с массой в десять раз больше массы Солнца [46] Однако ни одна черная дыра, образовавшаяся из сверхновой, не может иметь массу меньше, чем примерно три массы Солнца. Ядро взрывающейся звезды должно быть не меньше этой массы, иначе из него образуется только нейтронная звезда, а не черная дыра. Поэтому спокойствие, только спокойствие: Солнце не сможет превратиться в черную дыру. .

Черные дыры опасны, потому что есть риск приблизиться к ним. Именно в этом заключена реальная мощь черных дыр. Они необязательно массивнее других объектов — многие звезды гораздо более массивны, чем черные дыры. Их сила в размере . Или в его отсутствии: они маленькие . Они настолько малы, что вы можете оказаться очень близко, а по мере приближения к ним их притяжение возрастает колоссально.

Если бы вы были достаточно храбрым — или безрассудным, — чтобы приблизиться к черной дыре, вы бы наблюдали удивительные последствия. Более того, просто сногсшибательные.