"Дыры" в пространстве и времени

Черные дыры - это порождение гигантских сил притяжения. Они возникают, когда в ходе сильного сжатия большей массы материи растущее гравитационное поле ее становится настолько сильным, что не выпускает даже свет, с черной дыры вообще ничто не может выходить. В нее можно только упасть под действием огромных сил притяжения, но выхода оттуда нет.

С какой силой центральная масса притягивает какое-либо тело, находящееся на ее поверхности? Если радиус массы большой, то ответ совпадает с классическим законом Ньютона. Но когда принималось, что та же масса сжата до все менее и менее радиуса, постепенно оказывались отклонения от закона Ньютона - сила притяжения выходила хоть и немного, но все-таки больше. При совершенно фантастических сжатиях отклонения были заметны. Но самое интересное, что для каждой массы существует свой определенный радиус, при сжатии с которым сила тяжести стремилась к бесконечности! Такой радиус в теории был назван гравитационным радиусом. Гравитационный радиус тем больше, чем больше масса тела. Но даже для астрономических масс он очень мал: для массы Земли это всего один сантиметр.

В 1939 г.. Американские физики Р. Оппенгеймер и X. Снайдер дали точное математическое описание того, что будет происходить с массой, сжимается под действием собственного тяготения к все меньших размеров. Если сферическая масса, уменьшаясь, сожмется до размеров, меньше гравитационного радиуса или равны ему, то потом никакой внутреннее давление вещества, никакие внешние силы не смогут остановить дальнейшее сжатие. Действительно, ведь если бы при размерах, равных гравитационному радиусу, сжатие остановился, то силы притяжения на поверхности массы были бы бесконечно большие и ничто с ними бы не могло бороться, они сразу заставят массу сжиматься дальше. Но при стремительном сжатия - падении вещества к центру - силы притяжения не ощущаются. Всем известно, что при свободном падении наступает состояние невесомости и любое тело, не встречая сопротивления, теряет вес. То же происходит и с стискною массой: на ее поверхности сила тяжести - вес - не ощущается. После достижения размеров гравитационного радиуса остановить сжатие массы нельзя. Она неудержимо стремится к центру.

Такой процесс физики называют гравитационным коллапсом, а результатом является возникновение черной дыры. Именно внутри сферы с радиусом, равным гравитационному, притяжение настолько велико, что не выпускает даже свет. Эту область Дж. Виллер назвал в 1968 черной дырой. Название оказалось крайне удачной и была моментально подхвачена всеми специалистами. Границу черной дыры называют горизонтом событий. Название это поняла, потому что из-под этой границы не выходят к внешнему наблюдателю никакие сигналы, которые могли бы представить сведения о событиях, происходящих внутри. О том, что происходит внутри черной дыры, внешний наблюдатель никогда ничего не узнает.

Итак, вблизи черной дыры необычно большие силы притяжения, но это еще не все. В сильном поле тяготения изменяются геометрические свойства пространства и замедляется всплытия времени. У горизонта событий кривизна пространства становится очень сильной. Чтобы представить себе характер этого искажения, сделаем так. Заменим в наших рассуждениях трехмерное пространство двумерной плоскости (третье измерение уберем) - нам будет легче изобразить ее искажение. Пустое пространство изображается плоскостью. Если мы теперь поместим в это пространство тяготея шар, то вокруг нее пространство слегка искривится - прогнется. Представим себе, что шар сжимается и ее поле тяготения увеличивается. Перпендикулярно пространства отложена координата времени, как его измеряет наблюдатель на поверхности шара. С ростом тяжести увеличивается искривление пространства. Наконец, возникает черная дыра, когда поверхность шара сожмется до размеров, меньших горизонта событий, и "прогиб" пространства сделает стенки в прогибе вертикальными. Ясно, что вблизи черной дыры на такой искривленной поверхности геометрия будет совсем не похожа на евклидову геометрию на плоскости. С точки зрения геометрии пространства черная дыра действительно напоминает дыру в пространстве.

Обратимся теперь к темпу всплытия времени. Чем ближе к горизонту событий, тем медленнее проходит время с точки зрения внешнего наблюдателя. На границе черной дыры его бег и вовсе замирает. Такую ситуацию можно сравнить с течением воды у берега реки, где течение воды замирает. Это образное сравнение принадлежит немецкому профессору Д. Либшера. Но совсем другая картина предстает перед наблюдателем, который в космическом корабле отправляется в черную дыру. Огромное поле тяготения на ее границе разгоняет падающий корабль до скорости, равной скорости света. А далеком наблюдателю кажется, что падение корабля затормаживается и вполне замирает на грани черной дыры. Ведь здесь, с его точки зрения, замирает само время. С приближением скорости падения к скорости света время на корабле также замедляет свой бег, как и на любом теле, быстро летит. И вот замедление побуждает замирание падение корабля. Растянута до бесконечности картина приближения корабля к границе черной дыры через все больше и больше растяжения секунд на падающем корабли измеряется конечным числом этих секунд, что все удлиняются (с точки зрения внешнего наблюдателя). По часам падающего наблюдателя или его пульсом до пересечения границы черной дыры прошло вполне конечное число секунд. Бесконечно долгое падение корабля по часам дальнего наблюдателя уместилось в очень короткое время падающего наблюдателя. Бесконечное для одного стало конечным для другого. Вот уж поистине фантастическая изменение представлений о всплытия времени.

То, что мы говорили о наблюдателя на космическом корабле, касается и воображаемого наблюдателя на поверхности стискнои шара, когда образуется черная дыра. Наблюдатель, упал в черную дыру, никогда не сможет оттуда выбраться, какими бы ни были мощными двигатели его корабля. Он не сможет послать оттуда и никаких сигналов, никаких сообщений. Ведь даже свет - самый быстрый вестник в природе - оттуда не получается. Для внешнего наблюдателя именно падение корабля растягивается по его часами до бесконечности. Получается, то, что будет происходить с падающим наблюдателем и его кораблем внутри черной дыры, произойдет уже вне времени внешнего наблюдателя (после его бесконечности по времени). В этом смысле черные дыры представляют собой "дыры во времени Вселенной". Конечно, сразу отметим, что это вовсе не означает, что внутри черной дыры время не всплывает. Там время идет, но это другое время, он всплывает иначе, чем время внешнего наблюдателя.

Что же произойдет с наблюдателем, если он решится отправиться в черную дыру на космическом корабле? Силы притяжения будут затягивать его в область, где эти силы все сильнее и сильнее. Если в начале падения в корабле наблюдатель находился в невесомости и ничего неприятного не испытывал, то в ходе падения ситуация изменится. Чтобы понять, что произойдет, вспомним о приливные силы тяжести. их действие связано с тем, что точки тела, которые находятся ближе к центру тяжести, привлекаются сильнее, чем те, что расположены дальше. В результате привлекаемых тело растягивается. В начале падения наблюдателя в черную дыру приточный растяжения может быть незначительным. Но оно неизбежно нарастает в ходе падения.

Как показывает теория, любое падающее в черную дыру тело попадает в область, где приливные силы становятся бесконечными. Это так называемая сингулярность внутри черной дыры. Здесь любое тело или частица будут разорваны приливными силами и перестанут существовать. Пройти через сингулярность и не разрушиться не может ничто. Но если такой результат абсолютно неизбежен для любых тел внутри черной дыры, то это означает, что в сингулярности перестает существовать и время. Свойства времени зависит от процессов, которые протекают. Теория утверждает, что в сингулярности свойства времени изменяются настолько сильно, что его непрерывный поток обрывается, оно распадается на кванты. Здесь следует еще раз вспомнить, что теория относительности показала необходимость рассматривать время и пространство совместно, как единое многообразие. Поэтому правильнее говорить о распаде в сингулярности на кванты единого пространства-времени. Современная наука раскрыла связь времени с физическими процессами, позволила "прощупать" первые звенья цепи времени в прошлом и проследить за его свойствами в далеком будущем.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >