Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Такой необычный на первый взгляд результат является следствием странного поведения времени: оно идёт с разной скоростью, которая зависит от того, насколько близко от чёрной дыры находится наблюдатель. Предположим, что есть два наблюдателя, A и B, которые разместились на некотором расстоянии от чёрной дыры каждый со своими часами. После синхронизации часов один из наблюдателей, скажем B, помахав на прощанье рукой, устремляется к чёрной дыре. Тот, кто остался на месте (A), смотрит, как он постепенно приближается к чёрной дыре. С помощью телескопа он видит часы B и замечает, что по мере приближения к чёрной дыре они идут всё медленнее. Наконец они почти, но всё же не совсем, останавливаются. Самому B кажется, что он никак не может долететь до поверхности чёрной дыры.

Что же видит наблюдатель B, летящий к чёрной дыре? Для него звезда выглядит «замёрзшей»; он быстро приближается к чёрной дыре; глядя на часы, он видит, что они идут нормально. Если же он оглядывается, то видит, что часы A спешат, причём, чем ближе он подлетает к дыре, тем больше.

Приближаясь к чёрной дыре, он замечает ещё кое-что: его начинает растягивать и раздирать на части. Происходит это под действием так называемых приливных сил, которые действуют, когда на небольшом расстоянии происходит резкое изменение поля тяготения. Если ноги окажутся ближе к поверхности чёрной дыры, чем голова, их будет притягивать к ней с большей силой, и тело начнёт растягиваться. То же явление, только в меньшей степени, наблюдается по мере приближения к нейтронной звезде. Когда наш наблюдатель окажется у самой поверхности чёрной дыры, его тело будет походить на натянутую струну. Позднее мы увидим, что если чёрная дыра достаточно массивна, приливные силы малы. Предположим, что в данном случае это так, и закончим наш рассказ.

За конечное (весьма короткое) по его часам время падающий наблюдатель пройдёт через горизонт событий и попадёт в «отдалённую местность» внутри. Скрывшись за горизонтом, он исчезнет для внешнего мира. Он никогда не сможет вернуться, никогда не сможет дать о себе знать. Именно этим объясняется название «горизонт событий»: он является пределом (горизонтом) событий в нашей Вселенной.

Попав в чёрную дыру, наш наблюдатель не сможет сообщить о том, что видит; он всё время будет приближаться к её центру. Если он попытается вернуться к горизонту событий, то обнаружит, что горизонт удаляется от него со скоростью света, а он, естественно, не может двигаться так быстро. В центре находится то, что осталось от звезды после коллапса, – сингулярность.

По мере приближения к сингулярности наблюдатель заметит, что пространство и время поменялись ролями. По нашу сторону горизонта событий мы можем управлять пространством, но не временем: время течёт одинаково независимо от наших действий. Но за горизонтом, как ни странно, можно управлять временем, но не пространством, – нас затягивает сингулярность, хотим мы этого или нет. Оказавшись с ней рядом, мы поймём, что нас ждет та же судьба, что и звезду – нас сожмёт до нулевого объёма.

Другие типы чёрных дыр

Чёрная дыра, о которой шла речь выше, относится к невращающимся. Решение уравнения Эйнштейна, соответствующее такой чёрной дыре, было найдено Шварцшильдом, поэтому она называется шварцшильдовской. Однако большинство звёзд, если не все, вращается, и, следовательно, вращаются образовавшиеся из них чёрные дыры. Решение для таких случаев нашёл в 1963 году Рой Керр из Техасского университета. Решение это сложнее предложенного Шварцшильдом, и соответственно сложнее поведение чёрной дыры.

Как только наблюдатель приблизится к чёрной дыре Керра, он начнёт вращаться в том же направлении, что и эта дыра. И чем ближе он к чёрной дыре, тем выше будет скорость вращения. На определённом расстоянии от оси вращения он обнаружит, что вращается со скоростью, близкой к световой. Та поверхность, на которой это произойдёт, называется статическим пределом. Если вы решитесь проникнуть за него, то обнаружите, что в такой чёрной дыре есть свой горизонт событий, и так же, как в случае со шварцшильдовской чёрной дырой, форма у него сферическая. С другой стороны, поверхность, соответствующая статическому пределу, сплющена и соприкасается с горизонтом событий только у полюсов. Область между этими поверхностями называется эргосферой.

Попав за горизонт событий, мы обнаружим сингулярность, хотя и отличную от предыдущей – тут она имеет форму кольца. Есть и другое важное отличие. Эйнштейн показал, что в случае шварцшильдовской чёрной дыры, для того чтобы пройти через связанную с ней кротовую нору, необходимо иметь скорость больше световой. В случае, рассмотренном Керром, скорость может быть меньше световой.