Чердак. Только физика, только хардкор!

Землю нужно сжать до размеров черешни, Солнце – до шара диаметром 6 километров. Звезды тяжелее трех солнц уже сами по себе могут сжаться до черной дыры, только за счет собственной гравитации. Меньшим объектам не хватает массы и, соответственно, гравитационного сжатия, чтобы этого достигнуть.

Черные дыры без сжатия

Интересно, что средняя плотность черной дыры тем меньше, чем больше ее масса. Например, если черная дыра в 135 миллиардов раз тяжелее Солнца, то ее средняя плотность будет равна плотности воды. Только представьте, если взять всю воду на Земле, потом еще столько же, и еще столько же, и так 2000 миллионов миллиардов раз, и собрать всю эту воду где-то в космосе в огромную-огромную каплищу, то она станет черной дырой! И ничего сжимать не придется.

Устройство черной дыры

Но что находится внутри черной дыры? Как она устроена? Под действием колоссальной гравитации вся материя сжимается в одну точку. Эта точка имеет бесконечную плотность и называется сингулярностью. Вокруг нее образуется область, из которой ничто не может выбраться, даже свет. Ограничена эта область пространства так называемым горизонтом событий.

Падение в черную дыру (с точки зрения наблюдателя)

Интересно, а что же произойдет, если вы упадете в черную дыру? Сначала посмотрим со стороны вашего предполагаемого напарника. Тут будут сказываться эффекты общей теории относительности. В области с сильной гравитацией время течет медленней относительно областей со слабой гравитацией. Поэтому со стороны будет видно, что по приближении к горизонту событий ваша скорость уменьшается и уменьшается. Вы движетесь все медленней и застываете вблизи горизонта событий. Ваш напарник никогда не увидит, как вы пересекаете его, ведь там время останавливается полностью (с точки зрения стороннего наблюдателя, конечно). Более того, световые волны, отраженные от вас, будут испытывать все большее красное смещение и тускнеть. Так что напарник увидит, как вы потихоньку краснеете, тускнеете и в итоге исчезаете.

Падение в черную дыру (с точки зрения падающего)

Однако для вас все будет происходить совсем по-другому! Если черная дыра достаточно большая, то вы спокойно пролетите горизонт событий, ничего не заметив. Ведь внешне эта граница в пространстве особо ничем не примечательна, хотя обратно дороги уже не будет. Другое дело, что в какой-то момент времени вы превратитесь в спагетти! То есть вы почувствуете, что вас начинает вытягивать по направлению к сингулярности. Ученые решили назвать этот процесс креативно – спагеттификация. Происходит он из-за того, что гравитационное поле вокруг сингулярности очень неоднородно. Чем ближе к ней, тем оно сильнее, поэтому ваши ноги будут притягиваться намного сильнее, чем голова, и будет происходить такое вот растяжение. Так что вас разорвет еще до подлета к точке сингулярности. Ну а когда атомы, из которых вы состоите, все-таки упадут на нее, что будет с ними происходить, пока загадка.

Черные дыры являются крайне интересными объектами даже для теоретиков, ведь в них проверяются научные теории в экстремальных условиях. Опасаться их тоже не стоит, просто так они по космосу не летают. Но если уж вас и занесет в одну такую, просто наслаждайтесь, не каждому уготована такая судьба.

5.4.1. Почему черная дыра притягивает свет, если у него нет массы?

Каким образом черные дыры притягивают свет при помощи гравитации, если он не имеет массы?

Действительно, у фотона нет массы покоя, и, казалось бы, гравитация на него не должна действовать. Тогда почему говорят, что свет не может покинуть черную дыру?

Дело в том, что массивные тела (звезды, планеты… рюкзаки первоклашек…) искривляют пространство-время. А в искривленном пространстве свет может двигаться уже не по прямой, а по искривленной траектории, даже по замкнутой. Этот эффект подтвержден экспериментально: например, свет от далеких звезд искривляется, когда проходит вблизи Солнца. А вот около черной дыры пространство искривлено настолько сильно, что свет просто не может, грубо говоря, взобраться на слишком крутую стену искривленного пространства. Вот истинная причина черноты черных дыр.

5.5. Как далеко можно увидеть в телескоп?

С первобытных времен человек всегда хотел заглянуть за горизонт. Ему было интересно, что там? Есть ли край света? Если да, то что там происходит?

После Великих географических открытий не осталось сомнений, что у Земли нет края. Это всего лишь шар, вращающийся вокруг Солнца наряду с другими планетами.

После изобретения телескопа были открыты самые далекие планеты Солнечной системы. Стало понятно, что Солнце – это всего лишь одна из миллиардов звезд, которые мы каждую ночь видим на небосводе. Все эти звезды входят в огромную галактику Млечный Путь, диаметр которой 9,46 × 10¹⁷ километров.

И, как оказалось, наша галактика – это только одна из миллиардов галактик, которыми наполнена наша вселенная. Они объединяются в кластеры, скопления, и их очень много.