Популярная астрофизика. Философия космоса и пятое измерение

Согласно общей теории относительности, черные дыры пусты. За горизонтом событий – пустота. А вся масса черной дыры сосредоточена в безразмерной точке, называемой сингулярностью. Поэтому упасть на нее и разбиться в привычном понимании этого слова не получится.

Но по отношению к сингулярности название «дыра» не совсем корректно. Дыра подразумевает пустоту, а это небесное тело, напротив, – максимально сжатый комок вещества. Но раз уж закрепился термин когда-то в науке, не так просто его поменять. «Дыра» – это скорее метафорическая, художественная интерпретация.

Ведь если что-то – свет или материя – попало в дыру, назад пути нет. И на фоне космоса она черная, так как практически ничего не излучает. Свет она не отражает, а захватывает, не выпуская из цепких объятий плотной материи.

Согласно уравнениям Эйнштейна, которые не раз подтверждались на практике, пространство и время не существуют сами по себе. Они связаны с объектом, зависят от его массы. Пространство-время искривляется даже рядом с вами, когда вы идете на работу. Но это настолько несущественное искривление, что, как говорят физики, мы спокойно можем им пренебречь.

Но когда речь идет о таком супермонстре, как черная дыра, искривление пространства-времени становится сильно заметным.

Какая звезда может превратиться в черную дыру

Речь идет о массивных звездах, которые как минимум в три раза больше нашего Солнца. Такая звезда в конце своего пути может коллапсировать в черную дыру. Ее размер будет очень маленьким – максимум несколько десятков километров.

У каждого объекта, даже у человека, есть так называемый гравитационный радиус. Он же радиус Шварцшильда. Назван он в честь немецкого астронома Карла Шварцшильда, который первым предсказал существование черных дыр. Сделал он это в 1916 году, незадолго до смерти, точно решив уравнения Эйнштейна.

Гравитационный радиус – это тот радиус, при котором объект заданной массы превращается в сингулярность. Ну, или, говоря проще, в черную дыру. Высчитывается он по очень простой формуле:

r_g = 2GM/c²

где G – уже знакомая вам гравитационная постоянная, а в знаменателе – скорость света в квадрате.

Подставляем сюда массу объекта вместо М и получаем гравитационный радиус. Для Солнца, например, гравитационный радиус был бы равен 3 километрам. Для Земли он составил бы всего 9 миллиметров.

Но ни Солнцу, ни тем более Земле просто не хватит массы, чтобы сколлапсировать в черную дыру.

Что будет, если человек попадет в черную дыру?

Трудно смоделировать такую ситуацию. Теоретически он может даже не погибнуть, по крайней мере сразу. Пространство-время здесь искривлено настолько, что человек может даже не заметить перехода, – его просто моментально затянет. Одно известно точно: выйти обратно он уже никогда не сможет. Вокруг него будет беспросветная тьма. Даже если он достанет мощный фонарь, свет не выберется и не сможет что-либо осветить внутри черной дыры.

Однако вероятность, что человек попадет за горизонт событий, практически нулевая. Дело в том, что вокруг черной дыры, как правило, на огромных скоростях вращается раскаленный газ – уже упоминаемый мною аккреционный диск. Ведь черные дыры заглатывают вещество, пролетающее мимо звезды, и т. д. И человек, даже в очень защищенном крепком скафандре, вряд ли преодолеет эту преграду. И даже если удастся защититься от высокой температуры, то радиация и рентгеновские лучи добьют человека окончательно. Именно в этих диапазонах свечение аккреционного диска максимально.

Если же представить, что у космонавта будет суперскафандр (фантастика, конечно, но падение в черную дыру космонавта – тоже событие не слишком реалистичное), который защитит и от радиации, и от жары, его ждет другой неприятный сюрприз.

На притягивающийся объект действуют так называемые приливные силы. Грубо говоря, его голова начнет притягиваться чуть сильнее, чем ноги. И из-за приливных сил его просто разорвет на части. Космонавта будет растягивать и растягивать, пока весь он не будет разобран на мельчайшие кусочки (надеюсь, что вы не за обедом читаете эту книгу, а то картину я нарисовал, мягко скажем, неаппетитную). До горизонта событий человек доберется уже разобранным на атомы, и в таком виде попадет внутрь черной дыры.

Почему черные дыры важны для появления жизни

«Черные дыры уничтожают все живое и неживое! О каком позитивном влиянии на жизнь может идти речь?» – спросите вы. Я задался ровно тем же вопросом, когда открыл очередную статью в октябрьском номере «Астрофизического журнала» за 2021 год. Оказалось, черные дыры и правда могут повысить вероятность появления жизни в галактике. Происходит это следующим образом.