10 жутких предположений о том, что случится, если вы попадете в черную дыру

Путешествие в параллельную Вселенную

Если однажды попадете в черную дыру, осознанно ли или случайно, то первое, что нужно сделать, постараться оглядеться. Может быть, вы таким образом сможете найти выход, кто знает. Даже если окажется, что вернуться в ту Вселенную, откуда вы прибыли, уже не получится, то оказаться в параллельной Вселенной может оказаться не таким уж и плохим концом вашего путешествия.

Физики теоретизируют о том, что как только вы достигнете сингулярности черной дыры, она может послужить для вас своего рода мостом между этой и альтернативной реальностью, или так называемой «параллельной Вселенной». Что происходит в этой новой Вселенной — остается загадкой и полем для нашего воображения. Некоторые теории даже предполагают, что существует бесконечное число альтернативных Вселенных, в каждой из которых имеется равное число совершенно разных «вас».

Никогда не задумывались о сделанных в вашей жизни выборах? Что было бы, если бы вы устроились не на эту, а на ту работу, познакомились с той девчонкой или парнем, вместо того чтобы просиживать каждый день за компьютером? Стали бы вы богаче или беднее, если бы не сделали или не сделали то, что вас однажды попросили? Так вот, в альтернативной Вселенной у вас появится шанс это выяснить.

Где сингулярность?

Изнутри горизонта событий черной дыры, в каком направлении вы бы ни двигались, вы в конечном итоге сталкиваетесь с самой сингулярностью. Поэтому, как ни странно, сингулярность появляется во всех направлениях. Если ваши ноги указывают в направлении ускорения, вы увидите их перед собой, но также и над собой. Все это легко просчитывается, хоть и чрезвычайно нелогично. И это только для упрощенного случая: невращающейся черной дыры.

А теперь давайте перейдем к физически интересному случаю: когда черная дыра вращается. Черные дыры обязаны своим происхождением системам из вещества — вроде звезд — которые всегда вращаются на каком-то уровне. В нашей Вселенной (и в общей теории относительности) угловой момент представляет собой абсолютную заключенную величину для любой закрытой системы; нет никакого способа от него избавиться. Когда совокупность вещества коллапсирует до радиуса, который меньше радиуса горизонта событий, угловой момент оказывается заключенным внутри него, как и масса.

Сингулярность и горизонт событий.

Решение, которое мы имеем здесь, будет намного сложнее. Эйнштейн представил общую теорию относительности в 1915 году, а Карл Шварцшильд получил решение по невращающейся черной дыре пару месяцев спустя, в начале 1916 года. Но следующий шаг в моделировании этой проблемы более реалистичным способом — когда черная дыра обладает угловым моментов, а не только массой — был предпринят только в 1963 году, когда Рой Керр нашел точное решение в 1963 году.

Существует несколько фундаментальных и важных различий между более наивным и простым решением Шварцшильда и более реалистичным и сложным решением Керра. Среди них:

• Вместо единого решения о том, где находится горизонт событий, у вращающейся черной дыры есть два математических решения: внутренний и внешний горизонт событий.
• За пределами даже внешнего горизонта событий существует место, известное как эргосфера, в котором само пространства перемещается со скоростью вращения, равной скорости света, и частицы в нем испытывают огромные ускорения.
• Существует максимальное допустимое отношение углового момента к массе; если импульс будет слишком сильным, черная дыра будет излучать эту энергию (посредством гравитационного излучения), пока он не упадет до предела.
• И самое интересное: сингулярность в центре черной дыры — это уже не точка, а одномерное кольцо, радиус которого определяется массой и угловым моментом черной дыры.

Учитывая все это, что произойдет, когда вы попадете в черную дыру? Да то же самое, что произойдет, если вы попадете в невращающуюся черную дыру, за исключением того, что все пространство не ведет себя так, будто падает в направлении центральной сингулярность. Вместо этого, пространство также ведет себя так, будто перемещается вдоль направления вращения, как закручивающаяся воронка. Чем больше отношение углового момента к массе, тем быстрее она вращается.

Что происходит внутри

До сих пор космонавты не смогли приблизиться к черной дыре близко. И даже, если бы это случилось, им не удалось бы вернуться и рассказать о своем опыте. Поэтому говорить о том, что будет если попасть в черную дыру можно только, основываясь на теоретических предположениях.

Известно, что внутри происходит постоянное искривление пространства. Поэтому если попасть туда человеку, предмету или даже световому лучу, они станут распадаться на мельчайшие частицы. Постепенное разложение на молекулы будет происходить бесконечно, пока микрочастицы не превратятся в одну общую энергию.

При этом космическая хищница работает по принципу не наполняемости − чем больше она всасывает в себя тел, тем шире становится. А значит внутренняя условная полость растет и способна с большей мощностью вмещать миллионы солнц, звезд и планет.

Здесь возникает закономерный вопрос о том, что будет, если встретятся две черных дыры. Для такой ситуации должно случится одно редкое событие, чтобы две звезды возникли рядом одновременно и, пройдя весь эволюционный путь, были готовы взорваться. Их энергии трансформируются в коллапсары, которые сольются вместе. Мощность такого явления будет гораздо выше и больше, чем от одиночной умершей звезды

Важно отметить, что на воплощение этого процесса ушло бы несколько миллиардов земных лет

«Узнавать про тигровых акул интересней, чем про кильку»

Media playback is unsupported on your device

Ученые нашли близкую к Земле черную дыру

Почему это важно? Рассказывает астрофизик. О том, как ученым удалось выявить эту черную дыру и как изучение подобных таинственных объектов может помочь в изучении устройства Вселенной, Русская служба Би-би-си спросила профессора Российской академии наук (РАН) астрофизика Сергея Попова

О том, как ученым удалось выявить эту черную дыру и как изучение подобных таинственных объектов может помочь в изучении устройства Вселенной, Русская служба Би-би-си спросила профессора Российской академии наук (РАН) астрофизика Сергея Попова.

Би-би-си: Как именно обнаружили эту черную дыру?

Сергей Попов: Черная дыра входит в состав тройной системы. Есть тесная пара из двух объектов и третий объект, вращающийся снаружи по широкой орбите. При помощи телескопа можно изучать внешнюю звезду и один из объектов во внутренней системе.

Ученые пытались понять, что из себя представляет третий невидимый объект. В частности, изучали скорости движения двух видимых звезд в этой системе, и при обработке данных оказалось, что невидимый объект, скорее всего, и есть черная дыра.

Именно таким способом предлагали искать черные дыры 50-60 лет назад, когда еще не знали ни одной.

Технически это трудно реализовать в массовом порядке, ведь мы не знаем, куда надо смотреть. Поэтому необходимо просеивать огромное количество звезд, чем и занимаются ученые.

• Черная дыра и соцсети: что говорят о сенсационном открытии ученых
• «Пушистая черная дыра». Последняя работа Стивена Хокинга опубликована посмертно

Начиная с 1970-х гг., черные дыры обнаруживали в двойных системах по рентгеновскому излучению: ярких рентгеновских источников на небе не так уж много — гораздо меньше чем звезд. И в них часто центральными объектами, на которые течет звездное вещество, оказываются черные дыры.

Image caption

Обсерватория Ла-Силья в Чили

В итоге, только в нашей Галактике мы знаем десятки двойных систем с черными дырами благодаря рентгеновским наблюдениям.

Однако, похоже, что в ближайшие годы основные прибавления в зоопарке известных дыр в двойных системах будут связаны не с рентгеновской, а с оптической астрономией. Эта методика будет применяться чаще, потому что такие исследования можно проводить с помощью относительно недорогих телескопов.

Би-би-си: Чем это открытие так важно?

В первую очередь, это интересно для тех, кто изучает эволюцию двойных и тройных звезд. Насколько я знаю, это первая черная дыра в тройной системе. Это красиво выглядит, но фундаментальной значимости, кроме как особенности эволюции двойных-тройных систем, она, на мой взгляд, не представляет.

Это открытие еще нуждается в подтверждении — например, независимыми группами ученых. В отличие от недавней фотографии черной дыры — большого проекта со множеством участников, в случае небольших проектов часто оказывается, что система нуждается в более тщательном изучении и доработке, чем сделано в самой первой статье.

Например, когда в ноябре прошлого года группа астрономов заявила об обнаружении необычайно массивной черной дыры в двойной системе, ученые бросились все проверять. И оказалось, что дыры там нет.

Будем надеяться, что в данном случае открытие не отменят. К тому же остаются сомнения, что это в самом деле ближайшая из известных черных дыр. Точность измерения расстояний пока недостаточно высока, и, может быть, предыдущий рекорд — принадлежащий, кстати, рентгеновской двойной системе, — устоит.

Image caption

Исследования черных дыр помогают приблизить нас к пониманию фундаментальных свойств гравитации

Би-би-си: Почему черные дыры важны для научного мира и для нас? Что они нам могут рассказать?

Черные дыры — загадочные объекты, пользующийся особой популярностью у широкой публики. В самом деле, это уникальные объекты, в них действие гравитации проявляется самым сильным и интересным образом.

Это приводит ко всяким необычным эффектам, с которыми мы не сталкиваемся в реальной жизни. Например, очень сильное искривление траектории световых лучей, сильное замедление времени. Эти эффекты можно измерить с помощью точных приборов и на Земле, но в черных дырах это проявляется гораздо сильнее, чем и объясняется дополнительный интерес к ним.

Основная значимость изучения черных дыр — в том, что они помогают нам приблизиться к пониманию фундаментальных свойств гравитации.

То, с чем мы не сталкиваемся в реальной жизни, часто вызывает больший интерес. Например, гигантская китовая акула ненамного интереснее кильки с точки зрения фундаментальной биологии: и те, и другие — рыбы. Но с кильками мы постоянно сталкиваемся, а китовых акул видим в основном по телевизору.

Белая дыра

Известно, что черные дыры в конечном итоге поглощают абсолютно все, что попадает в их горизонт событий. Даже свет не может избежать трагичной участи. Менее же известно то, что происходит со всеми этими обреченными частицами дальше. Согласно одной из теорий, все, что попадает в черную дыру с одного конца, выбирается наружу с другого конца. И этим вторым концом является так называемая белая дыра.

Конечно же, никто до сих пор никаких белых дыр не видел (да и черных тоже, откровенно говоря. Мы знаем об их существовании лишь благодаря их мощному гравитационному воздействию), поэтому никто с уверенностью не может сказать, белые ли они на самом деле. Однако причиной, по которой их так называют, является то, что белые дыры представляют собой полную противоположность тому, чем являются черные дыры. Вместо поглощения всего вокруг, они, наоборот, выплевывают все то, что находится внутри них. И как и в случае с черной дырой, от которой убежать не получится, попади вы в ее горизонт событий, так и с белой дырой все то же самое. Только наоборот: попасть вы в нее не сможете.

Если кратко: белая дыра выплевывает все то, что было поглощено черной дырой, в альтернативную Вселенную. Эта теория в некоторой степени заставила физиков задуматься о возможности того, что белые дыры являются основой создания нашей Вселенной такой, какой мы ее знаем. И если вы когда-нибудь попадете в черную дыру и каким-то образом выживете и сможете выйти с другой стороны через белую дыру в альтернативной Вселенной, то обратно в нашу Вселенную вы уже вернуться никогда не сможете.

Что находится за горизонтом событий?

Согласно нашей теории гравитации — общей теории относительности Эйнштейна — свойства черной дыры определяются тремя вещами. А именно:

1. Масса, или общее количество вещества и эквивалентное количество энергии (по формуле E = mc2), которые идут на формирование и рост черной дыры до ее текущего состояния.
2. Заряд, или общий электрический заряд, который существует в черной дыре от всех положительно и отрицательно заряженных объектов, которые попали в черную дыру за всю историю ее жизни.
3. Угловой импульс (момент), или спин, который является мерой общего количества вращательного движения, которое черная дыра имеет по своей природе.

В реальности, все черные дыры, которые физически существуют в нашей Вселенной, должны иметь большие массы, значительное количество угловых моментов и незначительные заряды. Это чрезвычайно усложняет ситуацию.

Искажения в черной дыре могут выглядеть так.

Когда мы обычно представляем черную дыру, мы воображаем простой ее вариант, который описывается только ее массой. У него есть горизонт событий, окружающий одну точку, и область, окружающая эту точку, за пределы которой свет не может выйти. Эта область совершенно сферическая и имеет границу, разделяющую области, из которой свет может вырваться и из которой не может: горизонт событий. Горизонт событий находится на определенном расстоянии (радиус Шварцшильда) от сингулярности во всех направлениях одновременно.

Это упрощенная версия реалистичной черной дыры, но прекрасное место, с которого можно начать размышлять о физике, происходящей в двух разных местах: за горизонтом событий и внутри горизонта событий.

За пределами горизонта событий гравитация ведет себя так, как вы обычно ожидаете. Пространство искривляется в присутствии массы, что заставляет каждый объект во Вселенной испытывать ускорение в направлении центральной сингулярности. Если бы вы оказались на большом расстоянии от черной дыры в состоянии покоя и позволили предмету упасть в нее, что бы вы увидели?

Если предположить, что вам удалось сохранить неподвижность, вы увидите, как падающий объект медленно ускоряется от вас к этой черной дыре. Он ускорится к горизонту событий, после чего произойдет нечто странное. Вам покажется, что он замедляется, затухает и становится краснее. Но он не исчезнет полностью. Он лишь приблизится к этому: станет тусклым, красным и сложнее обнаружимым. Вы всегда сможете его увидеть, если будете смотреть достаточно пристально.

Теперь вообразим тот же сценарий, но в этот раз представим, что вы и есть тот самый падающий в черную дыру объект. Опыт происходящего будет совершенно другим.

Горизонт событий будет становится больше гораздо быстрее, чем вы ожидали, поскольку искривление пространства будет становится сильнее. Вокруг горизонта событий пространство настолько искривлено, что вы увидите множество изображений вселенной, которая находится извне, словно ее отразили и перевернули.

Схема черной дыры.

И как только вы пересечете горизонт событий, вы не только все еще сможете видеть внешнюю вселенной, но и часть вселенной внутри горизонта событий. В последние моменты пространство будет выглядеть совершенно плоским.