Тайны космоса
Шрифт:
Падение в бездну. В черных дырах внутреннее становится внешним, прямое — кривым. Наши привычные представления теряют всякий смысл. Пространство искривляется так сильно, что время останавливается. Граница между нашим миром и другими размывается.
Никакое другое явление природы не способно взорвать, опрокинуть, смести наши привычные представления о мире так, как это делают черные дыры космические объекты, наделенные самыми причудливыми свойствами. С другой стороны, как ни поражают они наше с вами дилетантское воображение, на взгляд физиков, они устроены на удивление просто. Их поведение можно полностью описать с помощью всего трех физических параметров: массы,
Черные дыры — самые массивные объекты во Вселенной. А как предсказывал Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности, масса искривляет пространство. Поэтому там, где сосредоточена громадная масса, свет отклоняется от прямолинейной траектории и движется по кривой. Впервые этот эффект наблюдался в 1919 году во время полного солнечного затмения. Случившееся стало событием в истории физики. Измерения, проделанные учеными, уникальны по своей точности: отклонения звезд составили менее тысячной доли градуса.
Аналогичный эффект можно наблюдать и в данном случае. Когда световые лучи минуют черную дыру, их траектория искривляется. Наблюдается так называемый эффект гравитационной линзы. С определенной закономерностью меняется положение звезд: отдаленные галактики бесформенно искажаются; они выглядят ярче, чем на самом деле. Нередко свет, излучаемый ими, расщепляется. Таким образом, наблюдатель видит несколько изображений одного и того же объекта, лежащего за гравитационной линзой. Подчас вместо одного-единственного объекта мы видим ярко светящееся кольцо.
Когда световые лучи оказываются на определенном расстоянии от черной дыры, они либо начинают вращаться вокруг этого загадочного объекта, либо, двигаясь по спирали, падают в недра черной дыры и исчезают там навеки.
Компьютерные модели показывают, что вращающуюся черную дыру окружает раскаленный, светящийся газопылевой диск. Это свечение выдает присутствие гравитационного чудовища. Пространство в окрестностях черной дыры искажено настолько, что можно буквально заглянуть за угол.
Одна из таких моделей, например, показывает, что наблюдатель под углом 13 градусов смотрит на диск диаметром 1 млрд км. Черной дыры внутри диска поначалу нет, он напоминает кольцо Сатурна. Теперь поместим внутри него черную дыру, масса которой в 100 млн раз превышает массу Солнца. Под действием гравитации изображение диска изогнется и будет напоминать поля шляпы. А диск и черная дыра начинают вращаться, возникает асимметрия.
Еще одна любопытная компьютерная модель. Представим, что наблюдатель находится внутри кольцевого туннеля, окружающего черную дыру. На определенном расстоянии от нее экспериментатору начинает казаться, что туннель уже не огибает этот загадочный объект, а вытянулся по струнке. Еще удивительнее: вглядываясь в даль туннеля, человек неожиданно замечает впереди себя… свой собственный затылок. Переместим бесстрашного натуралиста поближе к черной дыре. Теперь туннель как будто поворачивается в сторону от черной дыры. Меняется опять же на взгляд нашего озадаченного наблюдателя — и направление, в котором действует центробежная сила: сейчас она направлена уже по радиусу к центру окружности, а не наружу. Под действием огромной гравитационной силы пространство выворачивается наизнанку: внешнее становится внутренним, внутреннее — внешним.
Итак, общая теория относительности утверждает, что «внешнее» и «внутреннее» вовсе не объективные, абсолютные понятия, а относительные — как, например, «лево» и «право», «верх» и «низ». Конечно, наш здравый рассудок восстает против такого заявления. И все же даже этот «выверт
Допустим, наш самонадеянный космонавт все же не утерпел и поддался любопытству. Он спешит навстречу неизведанному. Он решил в буквальном смысле слова добраться до черной дыры, дабы выведать ее тайны. Что же с ним приключится?
Поначалу ничего необычного мы не замечаем. Бортовые часы космического корабля показывают то же время, что и часы, которые держим в руке мы люди, благоразумно оставшиеся в стороне. Однако чуть позже часы космонавта, по идее, должны отставать от наших часов. Время, согласно Эйнштейну, «растягивается» — в гравитационном поле часы тикают медленнее, чем на некотором удалении от него. Чем ближе космонавт подбирается к «горизонту событий» — то есть поверхности, ограничивающей черную дыру, — тем дольше, на взгляд стороннего наблюдателя, тянется каждая секунда, отсчитываемая часами космонавта. Как только неосторожный экспериментатор достигнет горизонта событий, стрелки на его часах остановятся.
Что же теперь он собирается делать? Что мы увидим, когда космонавт приблизится к «горизонту событий»? Для нас его изображение как будто застынет. Его космический корабль, как видится нам, все так же парит над черной дырой. Тем временем краски все заметнее меняются; мы видим все больше красных, сумеречных тонов, ведь световые лучи, борясь с силой тяжести, постепенно теряют все больше энергии.
Для космонавта все происходящее выглядит совершенно иначе. Он не замечает, что время замедляет свой бег. Наоборот, оглянувшись назад, он увидит, что стрелки наших с вами часов мчатся как обезумевшие. Окружающие его предметы причудливо дефор мируются. Краски непрестанно переливаются. Гравитационное поле черной дыры все яростнее притягивает космический корабль.
Допустим, наш космонавт устремляется в сторону крохотной черной дыры, масса которой всего в пару раз превышает массу Солнца. Тем не менее центростремительные силы здесь настолько велики, что экспериментатор вместе с космическим кораблем вытягивается словно спагетти, а чуть позже разрывается на части. В общем, хорошо, что наш эксперимент чисто умозрительный и мы можем повторить его заново.
Направим теперь космический корабль к громадной черной дыре — наподобие тех, что прячутся в центре галактик. В данном случае плотность материи близ «горизонта событий» пока еще так мала, что дерзкий путешественник целым и невредимым проникает «туда, откуда никто не возвращается». Весь свет Вселенной сжимается над ним, образуя крохотный, поблескивающий диск. Проходит несколько минут. Космонавт пока еще с упоением изучает недра таинственного объекта. Впрочем, никто из людей, оставшихся по ту сторону черной дыры, никогда не узнает о сделанных им открытиях. Ни один радиосигнал никогда не вырвется из гравитационного поля черной дыры. Оттуда не вырвется и сам космонавт.
Впрочем, он к тому же никогда и не проникнет в глубь черной дыры и не узнает, что же творится в самом центре ее. Его тело распадется на молекулы. Даже атомы, составляющие его тело, не вынесут падения в бездну.
Что станет с ними? Будут ли их обломки окончательно уничтожены? Или же они вновь объявятся, например, в некой другой Вселенной? Пока трудно ответить на эти вопросы. Нельзя пока сказать, что происходит с информацией, которая содержится в материи, падающей в черную дыру. Возможно, внутри черной дыры перестают действовать фундаментальные физические законы сохранения материи…