1.    
  2.     Що ви побачите, падаючи в чорну діру?

Що ви побачите, падаючи в чорну діру?

Чорні діри – мабуть, самі загадкові об’єкти у Всесвіті. Вони настільки щільні, що сила тяжіння не дозволяє нічому, навіть світла, покинути межі чорної діри. Фізики виявили безліч чорних дір, від невеликих до надмасивних, масою в мільйони чи мільярди сонячних. Важлива властивість горизонту подій – що світ не може його подолати – створює кордон в просторі: як тільки ви її перетнете, ви приречені опинитися в сингулярності. Але що ви побачите, падаючи в чорну діру? Згасне світло або залишиться? Фізики знають відповідь, і він вам сподобається.

У центрі нашої власної галактики ми побачили рух зірок навколо центральної точки маси в 4 мільйони сонячних мас, які не випускає ніякого світла. Цей об’єкт – Sagittarius A * – однозначний кандидат в чорну діру, якого ми можемо визначити безпосередньо, вимірюючи зірки на його орбіті.

Коли ви перебуваєте дуже далеко від чорної діри, тканину простору вигнута менше. Фактично, коли ви перебуваєте дуже далеко від чорної діри, її гравітація не відрізняється від будь-яких інших мас, будь то нейтронна зірка, звичайна зірка або просто дифузне хмара газу. Простір-час може бути викривлене, але все, що ви можете визначити здалеку, це присутність маси, без даних про розподіл цієї маси. Але якщо поглянути своїми очима, то замість хмари газу, зірки або нейтронної зірки, буде абсолютно чорна сфера в центрі, чи не випромінює ніякого світла.

Ця сферична область, відома як горизонт подій, – це не щось фізичне, а скоріше область простору певного розміру, з якої не може втекти світ. Можна було б припустити, що здалеку розмір чорної діри здається таким, яким є насправді. Іншими словами, якщо ви наблизитеся до чорної діри, вона буде виглядати як абсолютно чорна діра на тлі космосу, по межах якої спотворюється світло.

Що ви побачите, падаючи в чорну діру?

Для чорної діри масою з Землю ця сфера буде крихітної: близько 1 сантиметра в радіусі; а для чорної діри масою з Сонце ця сфера буде близько 3 кілометрів в радіусі. Якщо масштабувати масу (і розмір) до надмасивної чорної діри – на зразок тієї, що в центрі нашої галактики – ви отримаєте розмір планетарної орбіти або гігантську червону зірку на кшталт Бетельгейзе.

Що ж станеться, коли ви наблизитися і врешті-решт потрапите в чорну діру?

З великої відстані геометрія побаченого вами буде відповідати вашим очікуванням і розрахунками. Але в міру просування в вашому ідеально сконструйованому і незруйновністю космічному апараті, ви почнете помічати щось дивне, підходячи до чорної діри. Якщо розділити відстань між вами і зіркою надвоє, кутовий розмір зірки буде здаватися удвічі більше. Якщо ви скоротите відстань до чверті, він буде в чотири рази більше. Але чорні діри інші.

На відміну від всіх інших об’єктів, до яких ви звикли, які чим ближче, тим крупніше здаються, чорна діра зростає в розмірах набагато швидше, завдяки неймовірній кривизні простору.

З нашої точки зору на Землі, чорна діра в галактичному центрі буде здаватися крихітної, її радіус буде вимірюватися в мікродуговим секундах. Але в порівнянні з наївним радіусом, який ви розраховуєте в рамках ОТО, він буде здаватися на 1534% більше через викривлення простору. Якщо ви наблизитеся до нього, до моменту, коли горизонт подій буде розміром з повний Місяць на небі, він буде в чотири рази більше цього. Причина, звичайно, в тому, що простір-час викривляється все сильніше і сильніше, коли ви наближаєтеся до чорної діри.

І навпаки, спостерігається площа чорної діри зростає все більше і більше; до моменту, коли ви будете в декількох шварцшільдовскім радіусах від неї, чорна діра виросте до таких розмірів, що затулить собою практично весь передній огляд корабля. Звичайні геометричні об’єкти так себе не ведуть.

Коли ви будете наближатися до самої внутрішньої стабільної круговій орбіті – яка становить 1 534% радіуса горизонту подій – ви помітите, що передній огляд на вашому кораблі стане абсолютно чорним. Як тільки ви перетнете цю точно, навіть позаду вас все почне занурюватися в темряву. Знову ж таки, це пов’язано з тим, як шляху світла з різних точок рухаються в цьому сильно викривленому просторі-часі.

У цей момент, якщо ви не перетнули горизонт подій, ви все ще можете вийти. Якщо ви докладете достатню прискорення геть від горизонту подій, ви зможете залишити його гравітацію і повернутися в безпечний простір-час подалі від чорної діри. Ваші гравітаційні датчики підкажуть вам, де спадний градієнт в напрямку центру змінюється площиною, де можна побачити зоряне світло.

Але якщо ви продовжите падіння до горизонту подій, ви в кінцевому підсумку побачите, як зоряне світло стискається до крихітної точки позаду вас, змінюючи колір на синій через гравітаційного синього зсуву. В останній момент, коли ви перетнете горизонт подій, ця точка стане червоною, білою, а потім синьою, оскільки космічний мікрохвильовий і радіохвильової фони зрушаться в видиму частину спектру.

І потім … буде тьма. Нічого. Зсередини горизонту подій ніякої світло з зовнішньої Всесвіту не зможе потрапити до вашого кораблю. Тепер ви згадаєте про потужних двигунах свого корабля і задумаєтеся, як можна було б втекти з їх допомогою з цієї пастки. Ви згадайте, в якому напрямку лежала сингулярність, і спробуєте визначити гравітаційний градієнт у напрямку до них. Це за умови, що позаду вас або перед вами не буде ніякої іншої матерії або світла.

Що дивно, навіть якщо разом з вами за горизонт подій потрапить багато світла – ви будете бачити «половину» видимого Всесвіту – на борту з вами будуть також і гравітаційні датчики. І як тільки ви перетнете горизонт подій, зі світлом або без, відбудеться дещо дивне.

Ваші датчики підкажуть вам, що гравітаційний градієнт, який йде в бік сингулярності, буде всюди, у всіх напрямках. Навіть в протилежному сингулярності напрямку.

Як таке можливо?

А ось так, тому що ви за горизонтом подій, прямо в ньому. Будь-промінь світла, який ви зараз випромінюючи, відправиться в напрямку сингулярності; ви занадто глибоко в нутрі чорної діри, щоб він міг потрапити куди-небудь ще.

Скільки ж часу необхідно після подолання горизонту в надмасивної чорної діри, щоб опинитися в її центрі? Вірте чи ні, не дивлячись на те що горизонт подій може бути світловим часом в діаметрі в нашій системі відліку, для досягнення сингулярності буде потрібно всього близько 20 секунд. Сильно викривлений простір – страшна штука.

Найгірше те, що будь-яке прискорення наблизить вас до сингулярності ще швидше. Збільшити час виживання на цьому етапі неможливо. Сингулярність існує у всіх напрямках, куди не кинь оком. Опір марний.

11.08.2018

Написати коментар