Внутри черной дыры
Внутри черной дыры
До сего времени мы гласили о процессах вокруг темной дыры. Обратимся сейчас к самому захватывающему и интригующему: попробуем подойти к границе темной дыры — к краю этой бездонной пропасти (ее нельзя ничем заполнить) и попытаемся заглянуть вовнутрь.
Вобщем, мы знаем, что слово “заглянуть” тут неуместно. Узреть, что происходит снутри темной дыры нереально, даже достигнув ее границы. Для этого нужно последовать вовнутрь темной дыры. В принципе это может быть, к примеру, при ординарном свободном падении (находясь в галлактическом аппарате) в поле тяготения темной дыры. За конечное собственное время такового падающего наблюдающего он достигнет горизонта и будет продолжать падать далее.
Но мы уже знаем, что такое путешествие будет иметь для астронавта самые суровые последствия. Ведь из темной дыры ничто не ворачивается, ничто не выходит во наружное место. Никогда не сумеет возвратиться и астронавт, какой бы мощностью ни обладали ракетные движки его аппарата. Он не сумеет также и отправить нам какое-либо сообщение о собственных наблюдениях (хотя и может продолжать получать сообщения от нас). И все же в принципе такое путешествие может быть. Что все-таки ожидает его снутри темной дыры?
До того как отправиться совместно с астронавтом, вспомним очередное гравитационное явление, отлично всем известное. Идет речь о приливных гравитационных силах. Эти силы появляются поэтому, что все тела, находящиеся в поле тяготения, имеют некие размеры. А поля тяготения всегда неоднородны, и различные точки притягиваемых тел испытывают несколько различную силу тяготения.
Пусть тело находится в поле тяготения планетки. Точки тела, находящиеся поближе к планетке, будут испытывать более сильное тяготение, чем точки, отстоящие далее. Эта разность сил тяготения и именуется приливной силой, стремящейся растянуть, порвать тело. Приливная сила тем больше, чем резче изменяется поле тяготения от точки к точке. Такая “разностная” сила проявляется и при свободном падении тела, и при покое. Тут она резко отличается от деяния самого тяготения, которое не проявляется в состоянии свободного падения.
Очевидно, в обыденных критериях, скажем, в кабине галлактического корабля, парящего вокруг Земли, приливные силы ничтожны, неприметны. Неприметны они и для обыденных тел на поверхности Земли. Но они пропорциональны размерам тел. Потому появляются (и очень приметно) для всей Земли, подвергающейся тяготению со стороны Луны. Рассматриваемые силы вызывают приливы в океанах, откуда и вышло их заглавие.
Но вернемся к наблюдающему, падающему в черную дыру. Поместим поначалу его на поверхность звезды, которая находится в состоянии релятивистского коллапса. Противоборствующие силы давления вещества звезды при всем этом фактически уже не оказывают никакого сопротивления нарастающей гравитации, поверхность звезды пересекает гравитационный радиус и продолжает сжиматься далее. Процесс тормознуть не может, и за маленький просвет времени (по часам наблюдающего на поверхности звезды) эта поверхность сожмется в точку, а плотность вещества станет нескончаемой. Достигается, как молвят физики, сингулярное состояние. Чем оно характеризуется?
Не вдаваясь в тонкости, ответим на этот вопрос так: при приближении к сингулярности приливные гравитационные силы стремятся к бесконечности. Это значит, что хоть какое тело (в том числе и наш воображаемый наблюдающий) будет разорвано. То же самое ждет и хоть какое тело, падающее в черную дыру уже после сжатия звезды, оно также добивается сингулярности. Можно ли как-нибудь избежать падения в сингулярность, если тело уже находится под горизонтом?
Оказывается, нет. Падение в сингулярность безизбежно. Вроде бы астронавт ни маневрировал на собственной ракете, вроде бы ни были сильны движки, ракета стремительно свалится в сингулярность.
Самое “длительное” время, которое ракета может просуществовать снутри темной дыры после скрещения горизонта, равно приблизительно времени, за которое свет проходит расстояние, равное размеру темной дыры. Это маленький миг. Для дыры с массой в 10 масс Солнца очень “длительное” время существования приравнивается всего одной стотысячной доле секунды.
Чтоб просуществовать это очень “длительное” время, галлактический корабль должен выполнить последующий маневр. При падении в черную дыру необходимо включить на полную мощность движок при подлете к горизонту так, чтоб практически тормознуть у самого горизонта. После чего нужно выключить движок и дать кораблю свободно падать повдоль радиуса (от горизонта до сингулярности). Время такового падения и будет наибольшим временем существования. Любые пробы астронавтов как-то затормозить при помощи включения мотора падение вовнутрь темной дыры либо пробы навести корабль в орбитальное движение приведут только к тому, что корабль свалится в сингулярность за более маленький просвет времени (по часам астронавта).
Как так может быть? — спросит читатель. Ну, отлично, согласимся, что работа движков не в состоянии побороть гигантскую силу тяготения снутри темной дыры и приостановить ракету, но все таки торможение должно хоть малость замедлить падение, сделать его более длительным? И уж тем паче это торможение не ускорит падения!
И все же снутри темной дыры это может быть. Дело в том, что, включая движки, астронавт разгоняет свою ракету (назовем ее А} по отношению к свободно падающей ракете (ракета Б). Но на разгоняющейся ракете, как мы напоминали, время идет медлительнее. А снутри темной дыры этот фактор оказывается решающим. Ракета А все равно падает в сингулярность. Но из-за того, что часы на ней шли значительно медлительнее исходя из убеждений ракеты Б, то и весь процесс падения занял по часам А меньше времени. Идя медлительнее, часы А “нати-кают” меньше секунд (либо толикой секунды), другими словами исходя из убеждений этих часов падение было наименее длительным! Вот таковой феномен.
Вернемся сейчас к дилемме приливных сил тяготения. Давайте сравним приливные силы, которые действуют на астронавтов в кабине галлактического корабля на орбите вокруг Земли и на астронавта, падающего в черную дыру.
В первом случае приливные силы растягивают тело астронавта совсем неприметным образом, их деяния соответствуют давлению одной десятимиллиардной доле атмосферы.
При падении же в черную дыру эти силы громадны даже еще на ее границе. Оказывается, чем меньше масса и размер дыры, тем больше приливные силы на горизонте. Для дыры с массой в тыщу масс Солнца приливные силы соответствуют давлению 100 атмосфер. Такие нагрузки тело человека уже выдержать не может. Для наименьших темных дыр приливные силы на границе еще более…
Как следует, если темная дыра имеет массу меньше тыщи солнечных, то человек, приблизившись к ней, не может остаться в живых.
Очевидно, при падении галлактического корабля даже в очень огромную черную дыру, на границе которой человеку не грозит опасность быть разорванным приливны
ми силами, корабль в конце концов начнет неудержимо падать к сингулярности, а тогда неограниченно нарастающие приливные силы все равно в какой-то момент порвут хоть какое тело. Таким макаром, не хотя кончать жизнь самоубийством, астронавт не станет по своей инициативе просачиваться в черную дыру.
Мы разглядели настолько страшный мысленный опыт, чтоб показать сущность основного явления, возникающего снутри темной дыры, — безудержный рост приливных сил, заканчивающихся сингулярностью. Почему это так принципиально?
Дело в том, что в округи самой сингулярности большие приливные силы приводят к изменению физических законов, установленных в критериях, дальних от настолько экстремальных. Мы познакомимся с некими из их во 2-ой части книжки. На данный момент только скажем, что в сингулярности место и время не только лишь “искривляются” наисильнейшим образом, да и утрачивают, возможно, собственный непрерывный нрав, распадаются на отдельные неразделимые более промежутки — кванты. Мы не будем детальнее останавливаться на этом, во-1-х, поэтому, что читатель и так, наверняка, утомился от попыток представить для себя настолько необыкновенные вещи, а, во-2-х, поэтому, что теоретики еще сами толком не знают точно, что там происходит. Это самый фронтальный край гравитационной пауки.
Но уже то, что достоверно понятно о “внутренности” темной дыры, очень любопытно.
Эти познания — плод большой и сложной работы многих теоретиков в различных странах мира.