65 ½ (не)детских вопросов о том, как устроено всё

Более детальное изучение решения Шварцшильда показало еще одну интересную особенность: вокруг точки сингулярности существует некая невидимая сфера. Впоследствии ее назвали горизонтом событий. По сути, это граница, разделяющая две области пространства: внешнюю и внутреннюю область. Всё, что извне попадает внутрь горизонта событий, назад вернуться уже не может – настолько велико притяжение, а точнее, настолько велика кривизна пространства вблизи сингулярности. Даже свет, который движется с максимально возможной во Вселенной скоростью, не может вырваться наружу и через некоторое время обязательно «упадет» на сингулярность. Поэтому такой объект получил название черная дыра. Дыра – потому что никакой материальный предмет, однажды попав за горизонт событий, уже не может оттуда выбраться, а черная – потому что такой объект ничего не излучает[100] и не отражает падающий на него свет, так что со стороны он будет выглядеть как абсолютно черная сфера.

Расчеты показывают, что, если любое тело достаточно сильно сжать, оно превратится в черную дыру. Вот только сжать нужно очень-очень сильно. К примеру, чтобы наша Земля стала черной дырой, ее нужно сжать до размеров шарика радиусом 8,84 мм. Т. е. всё, что находится на поверхности Земли: океаны, леса и горы, а также всё, что находится внутри нашей планеты: мантия и раскаленное ядро – это всё должно быть максимально сжато и упаковано в такой малюсенький шарик. Для Солнца, которое намного тяжелее Земли, размер гравитационного радиуса будет уже больше, около 2,95 км. По сравнению с его реальными размерами (696 340 км) выглядит довольно фантастически. Тем не менее ученым удалось выяснить, что в процессе своей эволюции некоторые звезды, когда они израсходуют все свои запасы топлива, могут испытать гравитационный коллапс и превратиться в черные дыры. Но нашему Солнцу такая участь не грозит – оно слишком мало для этого. Так что человечество может спать спокойно.

Существует ошибочное представление о черных дырах как о таких космических пылесосах, которые летают в космосе и засасывают всё, что попадается им на пути. Это не совсем так. Потому что черные дыры, конечно же, ничего не засасывают. Они просто создают вокруг себя гравитационное поле или, если быть более точным, искривляют пространство-время. Точно так же, как это делает наша Земля, или Солнце, или любой другой космический объект. Но только черная дыра искривляет пространство в большей степени. И если, например, рядом с Землей пролетает какой-то астероид, то Земля его, конечно же, не засасывает, а просто притягивает своим гравитационным полем. И тут возможны три варианта:

1) если траектория астероида достаточно далека от Земли и его скорость достаточно велика, то он просто немного отклонится за счет притяжения Земли, а потом улетит дальше по своим космическим делам;

2) если скорость астероида будет не настолько большой, он останется вращаться вокруг Земли, став ее спутником;

3) но если траектория астероида будет направлена прямо на Землю, то он точно с ней столкнется (надеюсь, в ближайшем будущем ничего подобного не произойдет).

Так вот, с черной дырой точно такая же ситуация: если пролетать от нее на достаточно большом расстоянии и с достаточно большой скоростью, то вы будете в полной безопасности (в том смысле, что сможете вернуться обратно и черная дыра вас не «засосет»). А если ваша траектория направлена прямиком в черную дыру, то после пересечения горизонта событий пути обратно у вас уже не будет (так что не нужно повторять этот эксперимент самостоятельно).

В качестве примера безопасного соседства с черной дырой можно привести центр нашей галактики. Там, как и в центрах множества других галактик, находится сверхмассивная черная дыра, вокруг которой на достаточно близких расстояниях уже миллиарды лет спокойно вращаются звезды, и черная дыра их не засасывает.

Но давайте обсудим более интересный вопрос – а что будет, если все-таки прыгнуть в черную дыру? Как будет выглядеть процесс такого падения? Что при этом увидит космонавт, совершающий такой безрассудный полет? А что увидит внешний наблюдатель? Тут проявится эффект относительности хода времени в максимальной степени. Оказывается, с точки зрения внешнего наблюдателя космонавт никогда до черной дыры не долетит. Вы же помните, что в ОТО время вблизи тяжелых объектов (а точнее – в искривленном пространстве-времени) замедляется? А поскольку вблизи черной дыры пространство-время искривляется максимально возможным образом, то и время там будет течь максимально медленно. То есть внешний наблюдатель увидит, как космонавт по мере приближения к горизонту событий постепенно замедляется, все процессы внутри его космического корабля протекают все медленнее и медленнее. Так что приближение к горизонту событий с каждым метром будет требовать все большего времени. Для внешнего наблюдателя космонавт просто застынет где-то на подлёте, процесс падения в черную дыру никогда не закончится.