Информационный парадокс черных дыр ставит в тупик ученых не один десяток лет. Эта загадка породила бесчисленное количество споров на тему того, что же на самом деле произойдет, как только вы попадете в черную дыру. Чтобы было проще понять этот парадокс, разберем пример с гипотетической Люси. Летите вы себе такой с Люси в черную дыру, и в последнюю секунду она решает туда не попадать. Они решила остаться в стороне и понаблюдать за тем, что с вами будет дальше. Люси видит, что с приближением к черной дыре ваше тело начинает медленно растягиваться, и в конце концов расщепляется на атомы. Она думает, что вы погибли, и благодарит судьбу за то, что не послушала вас и не отправилась вслед.
Но, подождите. Ведь история заканчивается совсем не так. На самом деле, вы остаетесь живы и продолжите все глубже и глубже погружаться в бесконечность черной дыры. Что произойдет с вам дальше — не суть нашего вопроса. Самое интересное заключается в том, что вы выживите, хотя Люси видела, как вы погибли.
Как такое возможно? Это пример информационного парадокса черных дыр. Это не иллюзия, а Люси не потеряла рассудок. Это то, что действительно возможно. По крайней мере в теории. Черна дыра - это место, в котором известные нам законы физики не работают. Согласно одному из предположений, когда вы будете входить в черную дыру, реальность для вас и Люси будет разделена на две части.
Спагеттификация
Согласно другой гипотезе, как только вы пересечете границу горизонта событий черной дыры, то начнете испытывать мощное растяжение под воздействием силы гравитации. При падении в центр черной дыры на ваше тело будут воздействовать силы, которые в конечном итоге вас разорвут на мелкие кусочки (скорее, даже частицы).
Более того, если вы будете падать в черную дыру сначала головой, то она настолько отдалится от вашего тела, что вы начнете выглядеть как спагетти. Суть заключается в разности ускорения при падении из-за гравитации, которая будет воздействовать на вашу голову и ноги. Эта разница настолько большой, что вы вытянетесь как спагетти или лапша. Из-за этого даже появился термин спагеттификация.
Искажение света, пространства и времени
Первое, что заметит любой, перед тем как попадет в горизонт событий черной дыры, будет то, насколько другими станут свет, пространство и время. Как только вы попадете внутрь, известные законы физики перестанут для вас существовать, а в силу вступят совсем иные силы.
Бесконечный уровень гравитации, который производит сингулярность, находящаяся в центре черной дыры, способна искривлять пространство, пускать время вспять и изменять до неузнаваемости свет. Из-за этого ваше восприятие того, что сейчас происходит, будет полностью отличаться о того, что происходило до того момента, как вы попали в горизонт событий. Конечно же, длиться это будет ровно до того момента, пока вы полностью не будете поглощены бесконечной тьмой и уже не будете в состоянии вообще что-либо воспринимать.
Путешествие во времени
Величайшие физики, такие как Эйнштейн и Хокинг, теоретизировали в свое время на тему того, что путешествие в будущее будет возможно благодаря использованию внутренних законов черных дыр. Как указывалось ранее, обычные законы физики внутри черной дыры перестают действовать, и на главную роль выходят совершенно иные. Одна из вещей, которая отличает черные дыры от нашего мира — то, как в них протекает время.
Гравитация внутри черной дыры настолько мощная, что способна искривлять не только пространство, но и время. Учитывая это, можно предположить, что искривление времени открывает возможность путешествия в нем. Если мы научимся использовать столь разительные отличия между пространством внутри и снаружи горизонта событий, то, вполне возможно, за счет гравитационного замедления времени мы сможем отправиться в будущее, где вы по-прежнему останетесь молоды, в то время как ваши друзья уже состарятся.
Конечно же, не стоит забывать, что мы пока не придумали не то что способа путешествия через черные дыры, мы даже не знаем, как до них добраться и, что более важно, пережить все это.
С вами ничего не произойдет
Если у нас однажды появится выбор, через какую черную дыру совершить путешествие, то, вероятнее всего, стоит выбрать какую-нибудь сверхмассивную черную дыру или черную дыру Керра.
Если мы когда-нибудь сможем добраться до черной дыры, расположенной в центре нашей галактики, которая находится примерно в 25 000 световых годах от нас и примерно в 4,3 миллиона раз массивнее нашего Солнца, то, возможно, мы сможем совершенно безопасно для нашего здоровья через нее пройти. Концепция этой идеи заключается в том, что гравитационные силы дыры, воздействующие на того, кто в нее захочет попасть, будут совсем незначительными ввиду того, что горизонт событий расположен гораздо дальше от центра черной дыры. Таким образом вы сможете остаться живым внутри горизонта событий и умрете только от голода и обезвоживания, а, возможно, и от того, что попадете наконец в сингулярность. Здесь можно делать ставки, что произойдет раньше, потому что более точного ответа пока нет.
Более того, теоретически имеется возможность остаться в живых и прожить оставшуюся жизнь внутри черной дыры Керра, являющейся совершенно уникальным типом черных дыр, теория о которых впервые была предложена в 1963 году новозеландским математиком и астрофизиком Ройем Керром. Тогда он предположил, что если черные дыры образуются из умирающих двоичных нейтронных звезд, то внутрь такой черной дыры можно будет попасть совершенно целым и невредимым, так как центробежная сила будет препятствовать возникновению сингулярности в ее центре. Отсутствие сингулярности в центре черной дыры, в свою очередь, будет означать, что вам не нужно будет бояться бесконечных гравитационных сил и вы сможете выжить.
Согласно Эйнштейну, до самого конца вы не поймете, что происходит
Эйнштейн предположил, что если добиться определенного уровня свободного падения, то можно отменить воздействие (или даже скорее восприятие) сил гравитации. Это означает, что если человек при свободном падении перестанет ощущать свой собственный вес, любая вещь, которая будет брошена в черную дыру вместе с ним, не будет казаться падающей. Скорее будет казаться, что она будет парить.
Эйнштейн развил эту идею и на ее основе вывел всемирно известную общую теорию относительности, его, пожалуй, самую удачную мысль. И возможно, это будет самой счастливой мыслью и для вас, если вы попадете в черную дыру. Даже если вы будете падать в бог его знает что, вы все равно не сможете понять, что вы именно падаете, до тех пор пока не попадете в сингулярность. Однако если в этот момент кто-то за вами сможет наблюдать со стороны, то они определенно будут видеть, что вы именно падаете. Все это связанно с восприятием. Чтобы вас ни окружало, оно будет падать относительно вас (и в результате вы не сможете понять, что падаете), в то время как для всех тех, кто будет за вами следить, это будет не так.
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.
Будете следить за историей развития Вселенной
Как уже упоминалось ранее, есть вероятность наличия черных дыр без сингулярности в их центре. Вместо этого в центре будет находиться так называемая кротовая нора. Если мы найдем способ путешествия через кротовую нору, то, скорее всего, станем свидетелем истории эволюции Вселенной, за которым можно будет наблюдать на всем протяжении к тому, что бы ни находилось на другом конце кротовой норы. Будет это выглядеть так, как если бы кто-то запустил видеоролик с историей Вселенной в бесконечно быстрой перемотке.
К сожалению, история эта будет иметь все же плохой конец. Чем быстрее станет двигаться картинка, тем быстрее вы будете приближаться к своей смерти. Свет будет становиться все более и более синесмещенным и заряженным до тех пор, пока полностью вас не зажарит заживо своим излучением.
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.
Вы станете частью Вселенной
Хокинг когда-то предположил, что определенные частицы, попадающие в черную дыру, проходят своего рода процесс фильтрации на положительно заряженные и отрицательно заряженные. Частицы эти очень медленно поглощаются черной дырой. С погружением в нее отрицательно заряженные частицы теряют свою массу. Положительно же заряженные частицы обладают достаточной энергией для того, чтобы оставаться снаружи черной дыры в качестве излучения.
Согласно Хокингу, черные дыры медленно, но верно теряют свою массу и становятся горячее. В конце концов они взрываются и разбрасывают свое содержимое, называемое излучением Хокинга, обратно во Вселенную. Это, по крайней мере в теории, означает то, что вы сможете стать частью Вселенной, как Феникс, возродившийся из атомного пепла.
Бонус: Вы просто… умрете
Иногда мы очень любим игнорировать самые очевидные и страшные последствия того или иного события, будучи ослепленными вероятностью более радостных стечений обстоятельств.
Как бы по-садистски это ни звучало, наиболее вероятным результатом вашего падения в черную дыру станет то, что еще до того момента, как вы просто сможете понять свое присутствие внутри нее, от вас не останется даже праха. У вас даже не будет времени, чтобы понять то, что вы стали свидетелем того, о чем физики говорят как о ключе к пониманию загадок Вселенной.
Черная дыра - это область пространства, которая обладает таким притяжением, что даже свет не может ее покинуть. Идея существования таких объектов появилась еще в конце XVIII века, когда английский естествоиспытатель Джон Митчелл предположил, что если размеры звезды будут очень маленькими, а масса - очень большой, то она не будет светить, потому что ее притяжение просто не даст свету вырваться (Митчелл представлял себе свет состоящим из частиц).
В современной науке существование черных дыр предсказывает теория относительности. Гравитацию в соответствии с этой теорией наглядно так: представим себе ткань, а лучше лист резины, на который кладут камни. Камни продавливают его сильнее или слабее в зависимости от своего веса, а более легкие катятся туда, где более тяжелые продавили яму поглубже. Поэтому планеты «притягивают» спутники, Солнце «притягивает» планеты и так далее.
Остерегайтесь черных дыр и водопадов
Используя эту метафору, Стивен Хокинг объясняет черные дыры так: представим, что мы кладем на резину очень тяжелый и компактный камень, он продавливает в ней бездонную яму, в которую вещество падает безвозвратно.
Граница черной дыры называется горизонтом событий, за этим горизонтом скорость, с которой нужно двигаться, чтобы вырваться из черной дыры, должна превышать скорость света - задача невозможная. Представить это себе можно как падение на лодке в водопад: чем ближе к водопаду, тем сильнее нужно грести, чтобы не затянуло, но с какого-то момента как ни старайся - вырваться уже не получится, вы падаете, но в случае черной дыры на дне вас ждут не острые камни, а загадочная сингулярность.
В области сингулярности плотность материи становится бесконечной. Говорят , может даже образоваться туннель в другую Вселенную. Но это все слухи, а что там на самом деле происходит - никто не знает.
Все это звучит странно и загадочно, но в том, что черные дыры существуют, астрофизики : например, долгожданное открытие , порожденных столкновением двух черных дыр, - весомое подтверждение их существования.
Откуда берутся черные дыры
Черные дыры звездных масс образуются из звезд массой в 3−5 раз больше солнечной (поэтому наше Солнце черной дырой не станет, оно превратиться в белого карлика через миллиарды лет). «Топливо» для термоядерных реакций в звездах не бесконечно, и, когда оно заканчивается, звезда «схлопывается» и вспыхивает сверхновой.
А вот откуда берутся сверхмассивные черные дыры, неизвестно. На этот счет есть только предположения, такие как схлопывание массивных облаков газа на ранних стадиях образования галактик, разрастание черных дыр звездной массы за счет поглощения материи или слияния множества таких дыр в одну сверхмассивную. Недостатка в предположениях нет, а вот с наблюдениями дело обстоит сложнее.
Как увидеть черную дыру
Увидеть саму черную дыру нельзя, на что намекает ее название, а вот падающее в нее вещество - можно. В центрах многих галактик находятся черные дыры массой в миллионы больше солнечной. Они притягивают пыль, газ и звезды. Из этого вещества вокруг черной дыры образуется аккреционный диск. В нем материя закручивается, как в воронке, перед тем как упасть в черную дыру, и из-за трения разогревается, благодаря чему начинает ярко светиться во всем спектре. При падении же материи в черную дыру давление излучения и влияние магнитного поля у границы черный дыры отбрасывают часть вещества далеко от нее.
Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики называется Стрелец A*. Словосочетание «наша Галактика» звучит как-то по-домашнему, будто до центра ее рукой подать, но на самом деле черная дыра находится от нас в 25 тысячах световых лет, масса ее - в 4 миллиона раз больше солнечной.
Разглядеть ее на таком расстоянии очень сложно - все равно что пытаться увидеть теннисный мячик на Луне, и необходимая для этого острота «зрения» доступна лишь радиотелескопам благодаря приему , который позволяет объединить телескопы в разных уголках земного шара в один огромный виртуальный телескоп. Так, проект Event Horizon Telescope объединит наблюдения телескопов в США, Испании, Мексике, Чили и даже в Антарктиде.
Второй объект для наблюдения - черная дыра в центре галактики M 87 Она примерно в 6 миллионов раз массивнее Солнца, но и находится существенно дальше - в 53 миллионах световых лет от нас.
На что похожа черная дыра
Результаты наблюдений будут опубликованы только в следующем году, а пока, чтобы примерно представить себе, что могут увидеть телескопы, можно полюбоваться на черную дыру в фильме «Интерстеллар», создатели которого постарались сделать картину как можно более правильной с научной точки зрения.
Правильность этой картинки в том, что аккреционный диск за черной дырой выглядит не как кольца у Сатурна, а выглядывает из-за черной дыры, потому что ее сильное гравитационное поле искажает путь, который проходит излучение аккреционного диска. Впрочем, есть и отличие от «Интерстеллара»: с одной стороны аккреционный диск из-за его вращения должен выглядеть ярче.
В результате изображение должно получиться похожим на картинку, которую астрофизик Жан-Пьер Люмине (Jean-Pierre Luminet) смоделировал в 1978-м еще на компьютере IBM 7040 , работавшем на перфокартах, и нарисовал от руки для статьи в журнале Astronomy and Astrophysics.
В естественных условиях большинство черных дыр должны вращаться. Это значит, что у черной дыры есть две поверхности, одна внутри другой. Внешняя – это так называемая эргосфера. И вот если туда попасть, но не пересечь горизонт событий, то можно вылететь из черной дыры. Самое интересное происходит, если попасть под горизонт черной дыры. Попав туда, вылететь не получится уже ни при каких условиях - что бы вы ни предпринимали. Избежать падения в центр черной дыры после пересечения горизонта - это то же самое, что избежать следующего понедельника.
Что происходит при приближении к черной дыре и пересечении эргосферы или горизонта, зависит от ее размера. Если черная дыра очень большая, то есть массивная (например, у дыры массой 100 000 000 масс солнца размер будет в два раза больше земной орбиты – где-то 300 000 000 км), и вы пересекаете либо ее эргосферу либо горизонт событий, то ничего страшного с вами не происходит. Дело в том, что когда вы свободно падаете, вы чувствуете гравитацию только через приливные силы. Это разница между тем, как притягиваются к гравитирующему центру ваши ноги и голова. Через разницу этих сил вы и чувствуете гравитацию в свободном падении. Если эта разница небольшая, то вы особо ничего и не чувствуете. Для черных дыр большого размера эта разница совершенно ничтожна. Поэтому пересекая или эргосферу, или горизонт такой дыры, вы не почувствуете никаких разрушительных сил.
Если же черная дыра маленькая (например, если бы солнце могло превратиться в черную дыру, то ее радиус был бы порядка 3 км), то, скорее всего, приливные силы будут огромными, и они разорвут человека на части. Но вас и за пару километров до пересечения горизонта, на подлете, могут порвать приливные силы. С точки зрения гравитационных сил важно здесь то, на каком расстоянии вы находитесь от сингулярности (центр черной дыры – место средоточия
всей ее массы под горизонтом), а не то, на каком расстоянии вы находитесь от горизонта или эргосферы. При приближении именно к сингулярности вы и начинаете ощущать эти приливные силы.
Все эти выводы можно сделать изучая свойства черных дыр в рамках общей теории относительности. Она применима только, если приливные силы не очень большие. Когда приливные силы становятся очень большими (значительно больше тех, которые разрывают человека на части) мы уже не знаем, что происходит. Мы не знаем что происходит при сверхвысоких плотностях, которые возникают в окрестности сингулярности. Мы знаем только то, что сингулярностей не бывает в природе. Что же будет вместо сингулярности – в самом центре черной дыры – нам не известно.
Черные дыры являются одними из самых удивительных и в то же время пугающих объектов нашей Вселенной. Возникают они в тот момент, когда в звездах, имеющих огромную массу, заканчивается ядерное топливо. Ядерные реакции прекращаются и светила начинают остывать. Тело звезды сжимается под действием гравитации и постепенно она начинает притягивать к себе более мелкие объекты, трансформируясь в черную дыру.
Первые исследования
Изучать черные дыры светила науки начали не так давно, несмотря на то что основные концепции их существования были разработаны еще в прошлом столетии. Само понятие «черной дыры» было введено в 1967 году Дж. Уиллером, хотя вывод о том, что эти объекты неизбежно возникают при коллапсе массивных звезд, был сделан еще в 30-х годах прошлого столетия. Все, что внутри черной дыры - астероиды, свет, поглощенные ею кометы, - когда-то приблизилось слишком близко к границам этого загадочного объекта и не сумело их покинуть.
Границы черных дыр
Первая из границ черной дыры называется пределом статичности. Это граница области, попадая в которую посторонний объект уже не может находиться в состоянии покоя и начинает вращаться относительно черной дыры, чтобы удержаться от падения в нее. Вторая граница зовется горизонтом событий. Все, что внутри черной дыры, когда-то проходило ее внешнюю границу и двигалось по направлению к точке сингулярности. По мнению ученых, здесь вещество вливается в эту центральную точку, плотность которой стремится к значению бесконечности. Люди не могут знать, какие законы физики действуют внутри объектов с такой плотностью, и поэтому описать характеристики этого места невозможно. В буквальном смысле слова оно является «черной дырой» (или, быть может, «пробелом») в знаниях человечества об окружающем мире.
Строение черных дыр
Горизонтом событий называется неприступная граница черной дыры. Внутри этой границы находится зона, которую не могут покинуть даже объекты, скорость движения которых равна скорости света. Даже кванты самого света не могут покинуть горизонт событий. Находясь в этой точке, никакой предмет уже не может вырваться из черной дыры. О том, что внутри черной дыры, мы не можем узнать по определению - ведь в ее глубинах находится так называемая точка сингулярности, которая формируется за счет предельного сжатия вещества. Когда объект попадает внутрь горизонта событий, с этого момента он никогда не сможет вырваться снова из нее и стать видимым для наблюдателей. С другой стороны, те, кто находятся внутри черных дыр, не могут видеть ничего из происходящего снаружи.
Размер горизонта событий, окружающего этот загадочный космический объект, всегда прямо пропорционален массе самой дыры. Если ее масса будет удвоена, то вдвое больше станет и внешняя граница. Если бы ученые смогли найти способ, позволяющий превратить Землю в черную дыру, то размер горизонта событий составлял бы всего лишь 2 см в поперечном разрезе.
Основные категории
Как правило, масса среднестатистических черных дыр приблизительно равна трем солнечным массам и более. Из двух видов черных дыр выделяют звездные, а также сверхмассивные. Их масса превосходит массу Солнца в несколько сотен тысяч раз. Звездные образуются после смерти больших небесных светил. Черные дыры обычной массы появляются после завершения жизненного цикла больших звезд. Оба вида черных дыр, несмотря на различное происхождение, имеют сходные свойства. Сверхмассивные черные дыры расположены в центрах галактик. Ученые предполагают, что они сформировались во времена образования галактик за счет слияния плотно прилежащих друг к другу звезд. Однако это только догадки, не подтвержденные фактами.
Что внутри черной дыры: догадки
Некоторые из математиков считают, что внутри этих загадочных объектов Вселенной находятся так называемые червоточины - переходы в другие Вселенные. Иными словами, в точке сингулярности расположен пространственно-временной туннель. Эта концепция послужила для многих писателей и режиссеров. Однако подавляющее большинство астрономов считают, что никаких туннелей между Вселенными не существует. Однако даже если бы они действительно были, у человека нет никаких способов узнать, что находится внутри черной дыры.
Существует и другая концепция, согласно которой в противоположном конце такого туннеля находится белая дыра, откуда из нашей Вселенной в другой мир через черные дыры поступает гигантское количество энергии. Однако на данном этапе развития науки и техники о путешествиях подобного рода не может быть и речи.
Связь с теорией относительности
Черные дыры являются одним из самых удивительных предсказаний А. Эйнштейна. Известно, что сила тяготения, которая создается на поверхности любой планеты, обратно пропорциональна квадрату ее радиуса и прямо пропорциональна ее массе. Для этого небесного тела можно определить понятие второй космической скорости, которая необходима, чтобы преодолеть эту силу тяготения. Для Земли она равна 11 км/сек. Если же масса небесного тела будет увеличиваться, а диаметр - наоборот, уменьшаться, то вторая космическая скорость со временем может превысить скорость света. И поскольку, согласно теории относительности, никакой объект не может двигаться быстрее скорости света, то образуется объект, не дающий ничему вырваться за его пределы.
В 1963 году учеными были обнаружены квазары - космические объекты, являющиеся гигантскими источниками радиоизлучения. Располагаются они очень далеко от нашей галактики - их удаленность составляет миллиарды световых лет от Земли. Чтобы объяснить чрезвычайно высокую активность квазаров, ученые ввели гипотезу о том, что внутри них располагаются черные дыры. Эта точка зрения сейчас является общепринятой в научных кругах. Исследования, которые проводились в течение последних 50 лет, не только подтвердили данную гипотезу, но и привели ученых к выводу о том, что черные дыры есть в центре каждой галактики. В центре нашей галактики также есть такой объект, его масса составляет 4 миллиона солнечных масс. Эта черная дыра носит название «Стрелец А», и поскольку она расположена ближе всего к нам, ее больше всего исследуют астрономы.
Излучение Хокинга
Этот тип излучения, открытый известным физиком Стивеном Хокингом, значительно усложняет жизнь современным ученым - ведь из-за этого открытия в теории черных дыр появилось немало трудностей. В классической физике существует понятие вакуума. Этим словом обозначается полная пустота и отсутствие материи. Однако с развитием квантовой физики понятие вакуума было видоизменено. Ученые выяснили, что он заполнен так называемыми виртуальными частицами - под воздействием сильного поля они могут превратиться в реальные. В 1974 году Хокинг выяснил, что подобные превращения могут происходить в сильном гравитационном поле черной дыры - возле ее внешней границы, горизонта событий. Такое рождение является парным - появляется частица и античастица. Как правило, античастица обречена на падение в черную дыру, а частица улетает. В результате ученые наблюдают некоторое излучение вокруг этих космических объектов. Оно и получило название излучения Хокинга.
В ходе этого излучения то вещество, что внутри черной дыры, медленно испаряется. Дыра теряет массу, при этом интенсивность излучения обратно пропорциональна величине квадрата ее массы. Интенсивность излучения Хокинга ничтожно мала по космическим меркам. Если предположить, что существует дыра массой в 10 солнц, и на нее не попадает ни свет, ни какие-либо материальные объекты, то даже в этом случае время ее распада будет чудовищно велико. Жизнь такой дыры будет превосходить все время существования нашей Вселенной на 65 порядков.
Вопрос о сохранении информации
Одной из основных проблем, которая появилась после открытия излучения Хокинга, является проблема потери информации. Связана она с вопросом, кажущимся на первый взгляд очень простым: что произойдет, когда черная дыра испарится полностью? Обе теории - как квантовая физика, так и классическая - имеют дело с описанием состояния системы. Обладая информацией о начальном состоянии системы, при помощи теории можно описать, каким образом она будет меняться.
При этом в процессе эволюции информация о начальном состоянии не теряется - действует своего рода закон о сохранении информации. Но если черная дыра испарится полностью, то наблюдатель теряет информацию о той части физического мира, который когда-то попал в дыру. Стивен Хокинг считал, что информация о начальном состоянии системы каким-то образом восстанавливается после того, как черная дыра испарилась полностью. Но трудность состоит в том, что по определению из черной дыры передача информации невозможна - ничто не может покинуть горизонт событий.
Что будет, если попадешь в черную дыру?
Считается, что если бы каким-либо невероятным способом человек мог попасть на поверхность черной дыры, то она сразу стала бы его затягивать в направлении себя. В конечном счете человек бы растянулся настолько, что превратился бы в поток субатомных частиц, движущихся по направлению к точке сингулярности. Доказать эту гипотезу, конечо же, невозможно, ведь ученые вряд ли когда-нибудь смогут узнать, что происходит внутри черных дыр. Сейчас некоторые физики заявляют, что если бы человек попал в черную дыру, то у него появился бы клон. Первая из его версий сразу же была бы уничтожена потоком раскаленных частиц излучения Хокинга, а вторая бы прошла через горизонт событий без возможности вернуться назад.
Наука
Что скрывают черные дыры? Можно ли их увидеть? Могут ли они быть входом в иные измерения и миры? И что может произойти, если упасть в черную дыру? Удастся ли нам когда-нибудь открыть все их секреты?
О многом мы можем только догадываться, однако есть вещи, которые уже известны. Предлагаем вам больше узнать о загадочных черных дырах, которые поразят ваше воображение.
1) Образование черных дыр
Черная дыра рождается тогда, когда у крупной звезды начинает заканчиваться топливо и она начинает разрушаться из-за своей же собственной гравитации.
Такая звезда превращается в белого карлика или нейтронную звезду, но если звезда оказывается очень массивной, она может продолжать сжиматься и в конечном итоге достигает размера крошечного атома, который называется центром черной дыры.
2) Масса черной дыры
Масса этой сжатой звезды настолько велика, а гравитация ее центра настолько сильна, что, согласно теории общей относительности Эйнштейна, она на самом деле может деформировать пространство-время вокруг себя, и даже свет не может вырваться из нее.
Граница, за которую свет не может вырваться, называется горизонт событий , а расстояние от центра до горизонта событий - гравитационный радиус или радиус Шварцшильда.
3) Теория черных дыр
Как только частицы и солнечные лучи пересекают горизонт событий, они направляются к центру, их больше никогда никто не сможет увидеть.
4) Самые странные объекты Вселенной
Для внешнего наблюдателя с телескопом кажется, что объект, который проходит через горизонт событий, начинает замедляться и замерзать и что он вовсе не прошел через эту границу. Со временем свет становится красным и более тусклым, а его длина волны - длиннее , в конечном итоге, он исчезает из поля видимости, становясь инфракрасной радиацией, а затем радиоволнами.
5) Падение в черную дыру
Если бы человек мог оказаться в черной дыре, будучи в сознании и имея возможность вернуться оттуда, он бы рассказал, что вначале испытал ощущение невесомости, как будто он находится в свободном падении, но затем почувствовал бы очень мощные силы притяжения, его бы тащило ближе к центру черной дыры.
Чем ближе к центру, тем сильнее гравитация, поэтому если бы его ноги были ближе к центру, чем голова, его бы начало сильно растягивать и в конечном итоге разорвало бы на части.
Во время падения он бы видел искаженное изображение, как будто свет обволакивает его и он бы также увидел, как свет за пределами черной дыры направляется во внутрь.
6) Сила гравитации черных дыр
Важно понимать, что гравитационное поле черной дыры точно такое же, как и у других объектов в космосе, имеющих такую же массу. Другими словами, черные дыры притягивают к себе объекты так же, как это делают обычные звезды, то есть все объекты, которые оказываются рядом с горизонтом событий, падают в них.
7) Кротовые норы
Кротовая нора в теории является туннелем в пространстве-времени, который позволяет пройти коротким путем от одного конца Вселенной к другому. Однако эти объекты могут оказаться с внешней стороны очень похожими на черные дыры.
8) Кто открыл черные дыры во Вселенной?
Джон Мичелл (1783 год) и Пьер-Симон Лаплас (1796 год) впервые предложили концепцию "темных звезд" или объектов, которые при сжатии имеют такую сильную силу притяжения, что скорость убегания рядом с ними будет превышать скорость света.
Позже термин "замороженная звезда" стал использоваться для описания последней фазы гравитационного коллапса звезды, когда свет не может покинуть ее поверхность, поэтому звезда кажется замороженной во времени для наблюдателя.
В 20-м столетии физик Джон Уиллер предложил называть эти объекты "черными дырами" , так как они поглощали все частицы света, которые оказывались поблизости, поэтому ничего отражать были не способны.
