Физика с Хокингом. Ключевые идеи в популярном изложении - Рюдигер Ваас Страница 13

Если всю массу Земли сжать в черную дыру, планета оказалась бы размером с маленький стеклянный шарик.

Дальше за горизонт – но куда?

Черные дыры – не только самые простые, но и самые безумные объекты в космосе. Их гравитация настолько велика, что, согласно теории относительности, они могут и искривлять свет, и на определенном расстоянии заставлять его двигаться по круговой орбите вокруг себя. В их среде правое и левое меняются местами, и математически говоря, пространство и время также меняются местами внутри них. Становится невозможным свободно перемещаться в пространстве или оставаться неподвижным на одном месте, все будет неумолимо тянуться к центру, где заканчивается время.

Когда лучи света проходят вблизи черной дыры, они буквально искривляются. На расстоянии, в 1,5 раза превышающем радиус невращающейся черной дыры, свет может даже вечно вращаться вокруг нее по круговой орбите. С еще более близкого расстояния спасения нет.

Внешняя граница черной дыры называется горизонтом событий. (Если дыра не вращается, она напоминает сферу с радиусом Шварцшильда.) Для наблюдателей, находящихся на безопасном расстоянии, время на горизонте событий останавливается. Это гравитационное замедление времени описывается общей теорией относительности. Все, что попадает в черную дыру, не исчезает за горизонтом, если смотреть снаружи, а остается «прилипшим» к нему – как остаточное изображение, которое становится все краснее и тусклее. Вот почему черные дыры когда-то называли замороженными звездами.

С точки зрения самого объекта, падающего в черную дыру, движение продолжается за горизонт событий, вниз, в бездну. Однако столь глубокий спуск не рекомендуется для любознательных исследовательских экспедиций. Во-первых, они в любом случае не смогли бы передать свои открытия миру, поскольку горизонт событий никого не выпускает обратно. А во-вторых, даже самая упорная попытка исследовать таинственный центр черной дыры обречена на провал, потому что ничто не может противостоять приливным силам черной дыры: сначала все растягивается, как спагетти, и затем беспощадно разрывается на части.

Если говорить о звездных черных дырах, то это же происходит еще до горизонта. Однако границу сверхмассивных гигантских дыр первоначально можно было безопасно преодолеть. До полного разрушения внутри черной дыры пройдет максимум один час ощущаемого времени. Однако для звездной черной дыры с массой в десять солнечных масс этот период составит всего лишь чуть больше одной тысячной доли секунды.

Таким образом, о зловещем внутреннем мире черных дыр мы можем рассуждать исключительно с точки зрения теории. Какие ужасные вещи там происходят? Все разрушается? Могут ли исчезнуть сами элементарные частицы? Наиболее вероятным видится вариант крайне плотной концентрации энергии или конец самого пространства-времени. Но может быть, врата сквозь пространство и время откроются и приведут в другую Вселенную или даже зажгут новый Большой взрыв?

Если неосторожный астронавт попадет в черную дыру, приливные силы разорвут его на части.

В 1964 году Роджер Пенроуз доказал, что сингулярности кривизны являются неизбежной чертой гравитационного коллапса. Общая теория относительности теряет свое действие в центре черных дыр, поскольку физические параметры здесь принимают бессмысленные значения: ноль или бесконечность. Вместе с Пенроузом Хокинг уточнил этот результат и применил его к сингулярности Большого взрыва.

На вопрос о том, что происходит в центре черной дыры, невозможно ответить в рамках теории относительности. Для этого необходима теория квантовой гравитации, для которой имеются предварительные теории, но нет экспериментально подтвержденных вариантов. Эта теория должна также решить еще одну загадку: согласно теории относительности, вся масса черной дыры содержится в центральной сингулярности. Это фантастическая и практически несостоятельная идея. Для статических черных дыр сингулярность представляет собой точку без какой-либо протяженности, тогда как для вращающихся черных дыр это бесконечно тонкое кольцо. Неужели в нем могут поместиться огромные массы целых звезд и звездных скоплений?! Джон Уиллер назвал этот парадокс понятием «масса без массы».

Черные дыры на практике

Черные дыры уже давно пленяют воображение писателей-фантастов. Но идеи ученых по своей изобретательности едва ли уступают литературным домыслам. Это особенно касается возможностей использования гравитационных  гигантов в соответствии с известными законами природы!

Высокоразвитые цивилизации могли бы строить свои города вокруг небольших вращающихся черных дыр. Они были бы идеальными пожирателями мусора. Кроме того, они могли бы стать источником вращающего импульса для выработки энергии или для запуска космических кораблей в космос.

Черные дыры всеядны. Даже самые опасные отходы можно будет утилизировать в них навсегда. Кроме того, можно генерировать огромное количество энергии. Около 20 процентов энергии вращающейся черной дыры во много тысяч раз больше, чем Солнце сгенерировало за все время своего существования, и она хранится в эргосфере[10]. Это экваториальное выпуклое пространство за пределами горизонта событий буквально вращается за счет движения гравитационного монстра. Объекты, пролетающие мимо черной дыры через эргосферу, черпают энергию вращения черной дыры и получают огромное ускорение. Технологически развитые цивилизации могли бы использовать это для запуска космических кораблей или в качестве неиссякаемого источника энергии.

Чтобы создать гравитационную бомбу, понадобится всего лишь черная дыра в центре сферического зеркала, фонарик и пробка.

По тому же принципу можно создать разрушительное оружие: если черную дыру полностью накрыть вогнутым зеркалом, ее можно будет использовать как гравитационную бомбу. Все,