Путешествие внутрь черной дыры: мысленный эксперимент
Помните, в повести братьев Стругацких»Жук в муравейнике» упоминается о полете уникального звездолета»Тьма» внутрь черной дыры ЕН 200056… Если когда-нибудь человечество дорастет до попытки осуществить такой эксперимент, каковы будут его результаты? 31 марта 2020 11:00
Предположим, что дыра, в которую нужно проникнуть, статична и потому не закручивает окружающее пространство (Стругацкие не упоминают, обладала ли дыра вращательным моментом). В этом случае границей дыры (она же горизонт событий) служит правильная сфера. Космический корабль после вхождения в эту сферу обречен на падение в центр дыры, и никакие маневры не в состоянии это предотвратить. Неподвижные объекты внутри такой дыры существовать не могут, а малейшее движение неотвратимо повлечет к ее центру, к точке сингулярности, вблизи которой сила тяготения стремится к бесконечности. Пространство внутри дыры ведет себя подобно времени — обратные движения там невозможны (это правило распространяется не только на материальные тела, но и на кванты света). Прыгать в такую дыру нет смысла, поскольку звездолет-разведчик не сможет передать оттуда никакой информации, а при приближении к точке сингулярности будет разорван приливными силами.
Космический волчок
Ситуация внутри вращающейся дыры намного интересней. Дело в том, что у нее две не совпадающие внешние границы: горизонт событий и предел статичности. Предел статичности — это граница области, внутри которой любое тело уже не может находиться в состоянии покоя относительно удаленного наблюдателя, а должно вращаться вокруг черной дыры, чтобы удерживаться от падения. У невращающейся дыры горизонт событий и предел статичности совпадают, а у вращающейся соприкасаются лишь на полюсах (они не сферичны, а сплюснуты вдоль оси вращения дыры). При пролете через лежащую между ними полость (эргосферу) капитан «Тьмы» еще может повернуть вспять и вернуться в нашу Вселенную. Керровские черные дыры
Незаряженная вращающаяся дыра описывается решением уравнений Эйнштейна, которое впервые получил новозеландский математик Рой Керр в 1963 году. В случае невращающейся дыры горизонт событий один, а сингулярность представляет собой точку в центре дыры. Но достаточно даже небольшого вращения для появления второго (внутреннего) горизонта событий, сингулярность Керровской черной дыры представляет собой кольцо. При увеличении момента импульса внутренний горизонт событий будет расширяться, а внешний — сужаться, пока они не «схлопнутся» в один (это случай т.н. предельной Керровской черной дыры). При дальнейшем увеличении скорости вращения горизонт событий должен исчезнуть, оставив голую сингулярность (которая, вообще говоря, запрещена «принципом космической цензуры»). Внутренности дыры
Что случится, если «Тьма» все-таки нырнет в дыру? После пересечения горизонта событий звездолет сначала неудержимо потянет вглубь, как это происходит при падении в дыру с нулевым моментом вращения. Это означает, что непосредственно под горизонтом событий находится такое же «времяподобное» пространство, как и в невращающейся дыре, но теперь оно не достигает центра дыры. Изнутри это пространство ограничено вторым горизонтом, а в нем расположено обычное пространство (хотя и сильно искривленное), где возможны перемещения в различных направлениях.
Однако здесь необходима осторожность. В этой области, точнее в ее экваториальной плоскости, имеется зона, где кривизна пространства, а следовательно, и гравитация стремится к бесконечности, — сингулярность. Но в данном случае это не точка, как в случае невращающейся дыры, а замкнутое кольцо. Приближаться к нему не стоит — опять-таки из-за катастрофических приливных сил. Тем не менее звездолет может выйти на траекторию, которая навсегда оставит его внутри второго горизонта, не дав упасть на кольцевую сингулярность. Но корабль уже никогда не пересечет этот горизонт и не вернется во «времяподобное» пространство.
Пролетая насквозь
Допустим, что «Тьма» летит «над» сингулярностью в «северной области» внутреннего пространства. Капитан может направить корабль на «юг», либо обогнув сингулярность, либо пролетев сквозь отверстие в кольце сингулярности. Оба маршрута возможны, но ведут в разные пространства без единой общей точки! Обходное движение оставит корабль внутри второго горизонта все той же дыры. А прыжок сквозь кольцо обещает куда больше — звездолет может выйти на траекторию, которая пересечет оба горизонта и выведет его в нормальное пространство за пределами дыры. Правда, это будет пространство другой Вселенной — отрицательной.
Есть ли у команды «Тьмы» реальный шанс не только выжить, но и проникнуть в иное мироздание? Увы, скорее всего это только математическая иллюзия. Все приведенные сценарии путешествия внутри вращающейся черной дыры основаны на предположении, что корабль имеет нулевую массу и поэтому не возмущает своим присутствием симметрию внутридырного пространства. Но вряд ли звездолеты будущего будут невесомыми…
Поскольку невесомые звездолеты вряд ли появятся и в отдаленном будущем, отважным космонавтам, скорее всего, ничего хорошего не светит. Есть основания полагать, что немедленно по пересечении кораблем внешнего горизонта начнутся «биения» внутренней геометрии дыры, которые превратятся в источник мощнейшего гравитационного излучения. Гравитационные конвульсии необратимо разрушат прежнюю симметрию внутридырного пространства, что полностью исключит возможность прорыва в иную Вселенную. Статья «Прогулка по черной дыре» опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2011). Ещё больше по темам
Обсудить 1 Лучшее за неделю Читайте также
Предположим, что дыра, в которую нужно проникнуть, статична и потому не закручивает окружающее пространство (Стругацкие не упоминают, обладала ли дыра вращательным моментом). В этом случае границей дыры (она же горизонт событий) служит правильная сфера. Космический корабль после вхождения в эту сферу обречен на падение в центр дыры, и никакие маневры не в состоянии это предотвратить. Неподвижные объекты внутри такой дыры существовать не могут, а малейшее движение неотвратимо повлечет к ее центру, к точке сингулярности, вблизи которой сила тяготения стремится к бесконечности. Пространство внутри дыры ведет себя подобно времени — обратные движения там невозможны (это правило распространяется не только на материальные тела, но и на кванты света). Прыгать в такую дыру нет смысла, поскольку звездолет-разведчик не сможет передать оттуда никакой информации, а при приближении к точке сингулярности будет разорван приливными силами.
Космический волчок
Ситуация внутри вращающейся дыры намного интересней. Дело в том, что у нее две не совпадающие внешние границы: горизонт событий и предел статичности. Предел статичности — это граница области, внутри которой любое тело уже не может находиться в состоянии покоя относительно удаленного наблюдателя, а должно вращаться вокруг черной дыры, чтобы удерживаться от падения. У невращающейся дыры горизонт событий и предел статичности совпадают, а у вращающейся соприкасаются лишь на полюсах (они не сферичны, а сплюснуты вдоль оси вращения дыры). При пролете через лежащую между ними полость (эргосферу) капитан «Тьмы» еще может повернуть вспять и вернуться в нашу Вселенную. Керровские черные дыры
Незаряженная вращающаяся дыра описывается решением уравнений Эйнштейна, которое впервые получил новозеландский математик Рой Керр в 1963 году. В случае невращающейся дыры горизонт событий один, а сингулярность представляет собой точку в центре дыры. Но достаточно даже небольшого вращения для появления второго (внутреннего) горизонта событий, сингулярность Керровской черной дыры представляет собой кольцо. При увеличении момента импульса внутренний горизонт событий будет расширяться, а внешний — сужаться, пока они не «схлопнутся» в один (это случай т.н. предельной Керровской черной дыры). При дальнейшем увеличении скорости вращения горизонт событий должен исчезнуть, оставив голую сингулярность (которая, вообще говоря, запрещена «принципом космической цензуры»). Внутренности дыры
Что случится, если «Тьма» все-таки нырнет в дыру? После пересечения горизонта событий звездолет сначала неудержимо потянет вглубь, как это происходит при падении в дыру с нулевым моментом вращения. Это означает, что непосредственно под горизонтом событий находится такое же «времяподобное» пространство, как и в невращающейся дыре, но теперь оно не достигает центра дыры. Изнутри это пространство ограничено вторым горизонтом, а в нем расположено обычное пространство (хотя и сильно искривленное), где возможны перемещения в различных направлениях.
Однако здесь необходима осторожность. В этой области, точнее в ее экваториальной плоскости, имеется зона, где кривизна пространства, а следовательно, и гравитация стремится к бесконечности, — сингулярность. Но в данном случае это не точка, как в случае невращающейся дыры, а замкнутое кольцо. Приближаться к нему не стоит — опять-таки из-за катастрофических приливных сил. Тем не менее звездолет может выйти на траекторию, которая навсегда оставит его внутри второго горизонта, не дав упасть на кольцевую сингулярность. Но корабль уже никогда не пересечет этот горизонт и не вернется во «времяподобное» пространство.
Пролетая насквозь
Допустим, что «Тьма» летит «над» сингулярностью в «северной области» внутреннего пространства. Капитан может направить корабль на «юг», либо обогнув сингулярность, либо пролетев сквозь отверстие в кольце сингулярности. Оба маршрута возможны, но ведут в разные пространства без единой общей точки! Обходное движение оставит корабль внутри второго горизонта все той же дыры. А прыжок сквозь кольцо обещает куда больше — звездолет может выйти на траекторию, которая пересечет оба горизонта и выведет его в нормальное пространство за пределами дыры. Правда, это будет пространство другой Вселенной — отрицательной.
Есть ли у команды «Тьмы» реальный шанс не только выжить, но и проникнуть в иное мироздание? Увы, скорее всего это только математическая иллюзия. Все приведенные сценарии путешествия внутри вращающейся черной дыры основаны на предположении, что корабль имеет нулевую массу и поэтому не возмущает своим присутствием симметрию внутридырного пространства. Но вряд ли звездолеты будущего будут невесомыми…
Поскольку невесомые звездолеты вряд ли появятся и в отдаленном будущем, отважным космонавтам, скорее всего, ничего хорошего не светит. Есть основания полагать, что немедленно по пересечении кораблем внешнего горизонта начнутся «биения» внутренней геометрии дыры, которые превратятся в источник мощнейшего гравитационного излучения. Гравитационные конвульсии необратимо разрушат прежнюю симметрию внутридырного пространства, что полностью исключит возможность прорыва в иную Вселенную. Статья «Прогулка по черной дыре» опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2011). Ещё больше по темам
Обсудить 1 Лучшее за неделю Читайте также
Ещё новости по теме:
18:20