Дэйв Голдберг - Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса

Когда Алиса приблизится к горизонту событий, будет все страньше и страньше. Даже если она переживет спагеттификацию, мы так и не увидим, как она пересечет линию горизонта событий. Прежде всего, с точки зрения стороннего наблюдателя на это уйдет бесконечно много времени. Алиса не столько пересечет горизонт событий, сколько исчезнет, как фотография в фильме «Назад в будущее», начиная с ног.

Если Алисины часы идут медленно, следовательно, все, чем вы теоретически можете воспользоваться для измерения времени, в том числе частота света, тоже замедлится. В частности, длина волны света, излучаемого из передатчика Алисы, по мере приближения к горизонту событий будет увеличиваться, и в конце концов вы перестанете видеть Алису. Сильнее всего этот эффект будет заметен у ног, а слабее всего — у макушки.

Однако во всем этом таится загадка. Если время у горизонта событий бесконечно замедляется, как туда вообще что-то падает?

Ответ, как обычно в теории относительности, состоит в том, что все зависит от наблюдателя. Гравитация, которую мы наблюдаем вдали от черной дыры, — смесь всего вещества и энергии, которые когда-либо туда попадали. Тот факт, что все это с нашей, довольно-таки ограниченной, точки зрения даже не пересечет горизонт событий, не имеет особого значения. Иначе говоря, неважно, насколько массивна черная дыра в данный момент, поскольку нет абсолютного согласия по вопросу о том, что означает «в данный момент».

На самом деле это помогает нам решить еще одну загадку, которая, может быть, уже пришла вам в голову, а может быть, и нет. Если свет не может покинуть черную дыру, а гравитация распространяется со скоростью света, как гравитационное поле выбирается из черной дыры и сообщает нам, что мы обязаны туда упасть?

Вспомним, как объяснял относительность Уилер. Масса (и энергия) должна диктовать пространству-времени, как искривляться. Это как большой мальчик, который уселся посреди батута. Детишки поменьше катятся к середине батута не из-за того, что у большого мальчика такая масса — по крайней мере, прямой зависимости тут нет: причина в том, что батут провис, искривился к середине. На языке взрослых физиков это означает, что когда материал, падающий в черную дыру, приближается к горизонту событий, он деформирует пространство-время, каким оно видится со стороны. И именно это, а не какой-то непосредственный сигнал, и влечет Алису и все остальное к черной дыре.

В заключение всех этих разговоров о том, что попадает в черную дыру, мы побеседуем о том, что оттуда выходит. Возможно, вы полагаете, что ничего, и это логично. Сколько я ни изворачивался, лишь бы не объяснять, как именно действует гравитация, черные дыры получили такое название потому, что свет из них не вырывается.

С другой стороны, мы «видим» черные дыры в форме квазаров в других галактиках. Квазары — необычайно яркие объекты в центрах галактик, где сверкающие облака раскаленного газа поглощаются сверхмассивной черной дырой. И, кстати, за исключением гигантских струй, видимых в радиодиапазоне, мы не можем рассмотреть структуру этих облаков. Когда в новостях о жизни черных дыр вам показывают подробно прорисованные аккреционные диски, это кто-то мухлюет с графическим редактором MS Paint, или чем там теперь рисуют наглядные иллюстрации.

Однако даже если не брать в расчет излучение квазаров, черные дыры все равно не совсем черные. Чтобы понять, почему, вернемся к Международной космической станции. Как мы уже видели, астронавты на борту МКС уверены, и не без оснований, что пребывают в невесомости, и все предметы на борту дружно поддерживают их в этом заблуждении.

Можно взять генератор Ван де Граафа и поставить его посреди МКС. Он из тех устройств, которые часто снимали в старых фильмах ужасов: движущаяся лента генерирует сильный электрический заряд на большой металлической сфере. Кроме того, это верный признак, что вы имеете дело с чокнутым профессором.

С точки зрения наших честных астронавтов, генератор Ван де Граафа повиснет в воздухе. Казалось бы, и пусть его висит. Невесомость тем и хороша, что все в целом где оставишь, там и висит. Это простое следствие из принципа эквивалентности.

А теперь подумайте, как выглядит то же самое устройство и его заряд снаружи. Давайте я припаркую свой собственный звездолет в отдалении, так, чтобы гравитацией Земли можно было пренебречь.

С моей точки зрения астронавты, космическая станция и генератор Ван де Граафа мчатся со скоростью приблизительно 30 000 километров в час. А главное — космическая станция, астронавты и заряженный генератор постоянно меняют направление движения: они же движутся по кругу, а значит, на них, несомненно, действует ускорение.

А заряды при ускорении излучают. Например, радиопередатчик именно так и работает: заставляет пучок электронов в источнике дрожать и испускать излучение с определенной частотой. В крупных исследовательских центрах вроде Брукхейвенской Национальной лаборатории на Лонг-Айленде есть огромные магнитные кольца, где электроны бегают по красивым круглым орбитам. Устройство в Брукхейвенской лаборатории просто потрясающее. Радиус у него около 800 метров, электроны летают на скорости примерно 99,999999 % скорости света, и ускорение там гораздо сильнее, чем нежное земное тяготение. Таким образом получают так называемое синхротронное излучение и очень полезный экспериментальный источник света.

Обо всем этом я упоминаю для того, чтобы показать, что если генератор Ван де Граафа движется по кругу — даже если это круг, огибающий целую Землю, — то он обязательно испускает какое-то излучение. Но если верить принципу эквивалентности, на борту МКС любой эксперимент должен давать те же результаты, что и вообще без ускорения. Из этого следует, что астронавты не увидят никакого излучения от заряда.

Ускоряющиеся заряды в разных системах отсчета

Это серьезная путаница. Свет или есть, или нет. Он не может зависеть от точки зрения [76] Наверное, вы заметили, что я говорю об этом как о своего рода детективной загадке. Это и есть детективная загадка. Проблема в том, что если электроны в генераторе на МКС действительно излучают, то излучают они фотоны с длиной волны во много световых лет. Это не просто на диво огромная величина — она еще и гораздо, неимоверно больше, чем сама космическая станция и масштабы, на которых можно без последствий пренебрегать приливными эффектами. А если не можешь пренебрегать приливными эффектами, нужно применять принцип эквивалентности очень-очень осторожно. При всем при том общие доводы, касающиеся гравитации, ускорения и излучения, которые я еще приведу, остаются в силе. .