Чёрные дыры в теории относительности
Наиболее полное описание чёрной дыры появилось лишь в 1915 году — с публикацией общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Учёные чаще всего описывают чёрную дыру как область с колоссальным по силе гравитационным полем, по форме напоминающим чашу.
Выводы астрофизиков, изучавших чёрные дыры, долгое время сводились к тому, что любой тесный контакт предмета или организма с этой областью пространства-времени, вероятнее всего, приведёт к их уничтожению.
Дело в том, что чёрные дыры окружает так называемый горизонт событий (известный как «точка невозврата»). За эту границу, считают учёные, не могут проникнуть даже частицы света. При этом гравитационное притяжение небольших чёрных дыр так велико, что любой объект, оказывающийся поблизости, растягивается до состояния цепочки атомов. Чем меньше чёрная дыра, тем более выражен этот эффект.
«Если мы говорим о попадании человека в чёрную дыру, и не важно, заряжена она или не заряжена, то разрушительное действие гравитации связано с действием приливной силы. Если вы оказываетесь в сильном гравитационном поле, которое сильно меняет расстояния, то происходит «спагеттизация» — всё вытягивается к направлению центра чёрной дыры. То есть если мы падаем вперёд ногами в чёрную дыру, то ноги притягиваются в первую очередь», — отметил в беседе с RT астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Сергей Попов.
Небольшие чёрные дыры, как правило, вращаются. И в этих условиях шанс, что попавший туда живой организм выживет, фактически нулевой. Поскольку на объект кроме продольных приливных сил будут действовать ещё и скручивающие силы.
«Человека, попавшего в такую чёрную дыру, будет закручивать и выкручивать. Ему покажется, что он — бельё в стиральной машине. Даже непонятно, что убьёт раньше: разрывающие или скручивающие приливные силы», — рассказал RT физик, специалист в области гравитации Олег Заславский.
Сингулярность и горизонт Коши
Современные физики, работающие в различных областях теории относительности, считают, что помимо горизонта событий у чёрных дыр есть внутренний горизонт Коши. Это гипотетическая граница, за которой перестаёт работать привычная теория детерминизма (учение о закономерности и причинной обусловленности всех событий и явлений. — RT).
Учёные из Калифорнийского университета в Беркли (США) провели детальное исследование чёрных дыр и всего, что с ними связано, и представили ряд любопытных выводов.
Американские физики говорят, что за горизонт Коши им пока заглянуть не удалось, но математические модели демонстрируют, что события там могут разворачиваться по совершенно непредсказуемым сценариям.
«Ни один физик не собирается путешествовать в чёрную дыру и измерять её. Это математический вопрос. Но с этой точки зрения основополагающие уравнения Эйнштейна становятся интереснее, подводя нас к выводам, которые меняют представление о физике чёрных дыр. Всё это говорит о том, что теория детерминизма может быть абсолютно несовместима с общей теорией относительности, как считалось раньше», — отмечает автор исследования Питер Хинц.
Согласно труду Эйнштейна, в центре чёрной дыры находится так называемая сингулярность — точка пространства-времени, в которой привычные законы физики перестают работать. При этом гравитация в ней велика настолько, что всё попадающее туда сразу же уничтожается.
Новая теория
Однако физики из Калифорнийского университета в Беркли предположили, что вблизи сверхмассивных заряженных чёрных дыр заглянуть в сингулярность всё-таки можно благодаря тому, что гравитация у их краёв более слабая. А значит, их горизонт событий можно пересечь.
По словам авторов исследования, Вселенная быстро расширяется. Это означает, что энергия может распределяться равномернее, чем считалось раньше. Если предположения американских физиков верны, то в сверхмассивной чёрной дыре можно очень быстро пройти через горизонт Коши и избежать сингулярности в её центре.
«Мы видим, как сверхмассивные чёрные дыры в галактиках поглощают звёзды. Мы знаем, что если чёрные дыры очень тяжёлые, то они заглатывают звёзды целиком, а если чёрные дыры лёгкие, то они просто разрывают звёзды, и это сопровождается яркой вспышкой. Соответственно, это же верно и для любого другого объекта. Допустим, если космический корабль падает в сверхмассивную чёрную дыру, то его при пересечении горизонта приливными силами не разорвёт. В этом смысле в фильме «Интерстеллар» показывают правду», — говорит Сергей Попов.
Олег Заславский в беседе с RT пояснил гипотезу американцев о возможности выживания в чёрной дыре. По словам эксперта, при достижении горизонта событий массивной чёрной дыры человек или любой другой объект действительно будут находиться в относительной безопасности.
«Дело в том, что если чёрная дыра массивная, то расстояние до её центра просто громадное, поэтому лучше всего оказаться на границе, где разрушительные приливные силы очень слабо влияют на оказавшийся там объект. Кроме того, наблюдателю важно избежать сингулярности в центре чёрной дыры — месте, где кривизна пространства-времени устремляется в бесконечность», — рассказал Заславский.
Физик также подтвердил, что пройти через горизонт Коши в заряженных чёрных дырах теоретически возможно, и этот процесс можно сравнить с воздействием ударной волны на поверхность жидкости.
«Выходит, что очень прочный объект мог бы пройти сквозь него. Поэтому можно вообразить наблюдателя, шагнувшего в чёрную дыру и пересекшего горизонт Коши. Однако в таком случае его будущее уже нельзя предсказать», — говорит Заславский.
Авторы исследования отмечают, что их выводы касаются только чёрных дыр с электрическим зарядом. Однако при этом они подчёркивают, что поведение и состав этих объектов такие же, как и у существующих вращающихся чёрных дыр.
«Конечно, вряд ли вы попадёте в любую из чёрных дыр — теоретических или реальных, но приятно осознавать, что вы сможете пережить это необычное путешествие», — заключает Хинц.