Черные дыры – одни из самых обсуждаемых космических объектов в сообществе астрономов и физиков. Они обладают бесконечной плотностью, не позволяющей ничему, даже лучам света, выбраться наружу. На сегодняшний день обнаружено огромное множество подобных объектов, даже сделана первая настоящая фотография сверхмассивной черной дыры.
Всем вы наверняка слышали утверждение: все, что попадает за горизонт событий, там и остается, даже свет. Пересекая эту границу, вы окажетесь в сингулярности, откуда уже нет выхода. Неважно, в маленькую дыру вы попали, или в сверхмассивную, размером с Солнечную систему. Какая бы сила ни пыталась вас оттуда вытащить, она обречена на поражение. Причина этому кроется в том, как именно черная дыра искривляет время и пространство.
Но что вообще находится по ту сторону? Что происходит со светом, попадающим внутрь? Что будет, если упасть в черную дыру? Точного ответа, естественно, ни у кого нет, но физики уже сделали вполне правдоподобные научно обоснованные предположения.
Принцип работы черной дыры
Чем дальше вы стоите от черной дыры, тем меньше искривляется пространство-время. Если вы ведете исследование издалека, регистрируя различные сигналы и излучение, то ее гравитация будет казаться точно такой же, как у простых звезд. Пространственные искривления с очень большого расстояния вы не заметите. Все, что вы сможете определить, это наличие огромной массы, но не то, как она распределяется. Если вы захотите лично посмотреть на черную дыру, то увидите не ее саму, а черную пустоту, сферу, обрамленную искаженным светом, – ее тень. Увидеть настоящую черную дыру невозможно, так как она совсем не отражает свет. Граница перехода между тенью черной дыры и сингулярностью называется горизонтом событий. Пересекая эту область, ничто, даже свет, уже никогда не вернется обратно.
Если масса черной дыры примерно равна планете Земля, то ее тень будет очень маленькой – около двух сантиметров в диаметре. Если она весит примерно, как Солнце, то диаметр этой черной сферы будет уже около 6 км. А та самая сверхмассивная черная дыра в галактике M87, фото которой вы все уже видели, имеет размер больше, чем околосолнечная орбита Плутона.
Что произойдет в начале падения
Ничего хорошего. Вы умрете довольно болезненной смертью от чудовищных перегрузок и гравитации. Но давайте представим, что с вами все будет в порядке. Что тогда произойдет, если вы упадете в черную дыру?
Для начала давайте рассмотрим пример с обычной звездой. Подлетите к ней на определенное расстояние, а затем сократите его на половину, и ее угловой размер покажется вам в два раза больше. Еще на половину – в четыре раза больше, и так далее. Именно так и работает геометрия обычных объектов – чем вы к ним ближе, тем больше они кажутся.
Но черные дыры не такие – сокращая расстояние с ними вы заметите, что они увеличиваются гораздо быстрее, чем любой другой объект. Это происходит из-за сильного искривления пространства. При этом, чем ближе вы к горизонту событий, тем сильнее искривляется пространство и больше увеличивается дыра. Таким образом, если вы придвинетесь к тени очень близко, она станет для вас настолько огромной, что закроет собой весь обзор впереди. Вы не будете видеть перед собой ничего, кроме черной пустоты. Заходя на внутреннюю круговую орбиту, вы увидите, что даже сзади все начинает темнеть, так как пространство здесь сильно искривлено, и свет движется иначе.
Пока вы еще не достигли горизонта событий, у вас есть шанс вырваться из объятий черной дыры. Гравитация здесь огромна, но не бесконечна. Используйте свои гравитационные датчики, которые покажут, где нисходящий градиент сменяется плоскостью – там и будет выход. Проще говоря, идите на свет, его здесь не так много.
Что будет за горизонтом событий
Если вы решили двигаться дальше и пересечь ту самую точку невозврата, вы начнете видеть, как свет позади меркнет и превращается в маленькую точку. Точка вдруг загорится красным, потом белым, затем станет синей из-за гравитационного смещения и сдвигов радиоволнового фона.
А потом… потом настанет полное ничто, абсолютная темнота, не отражающая свет, которая начнет медленно сводить вас с ума. Затем вы наконец поймете, что пора бежать с этого праздника темноты, и начнете искать выход с помощью все тех же гравитационных датчиков. Они смогут определить гравитационный градиент по направлению к сингулярности и вывести вас наружу.
Но как только вы посмотрите на датчики, то подумаете, что они сломались. Они будут показывать, что гравитационный градиент уходит сразу во все стороны, даже в, казалось бы, противоположную от сингулярности. Почему так? Потому что вы попали в черную дыру, и вы уже слишком глубоко, чтобы выбраться. Но как такое возможно, если прошло всего несколько секунд? А большего и не надо. Вы ведь не забыли про сильнейшее искривление пространства? Даже попав в сверхмассивную черную дыру, вы доберетесь до ее центра всего за считанные секунды.
Хуже всего в этой ситуации то, что ускорение в любую сторону лишь сильнее затянет вас в сингулярность. И в этот момент до вас наконец дойдет, почему датчики барахлят и показывают гравитационный градиент, направленный во все стороны. Вы поймете, что они все еще исправны и показывают направление к сингулярности, просто сингулярность теперь повсюду. И выхода отсюда уже нет.
