Мало кому известно, что сама идея черной дыры впервые прозвучала еще в конце XVIII в., когда английский геолог Джон Мичелл (John Michell) предположил существование тела, настолько массивного, что его притяжение не дозволяет покинуть определенные пределы даже свету. В представлении Мичелла движение света в окрестностях такого тела должно напоминать полет камня, брошенного над землей: оно понемногу замедляется, пока не достигнет апогея, замрет там на мгновение — и снова устремится обратно.
Современная концепция черных дыр, конечно, гораздо более сложна, чем идеи 220-летней давности; к примеру, мы знаем, что скорость света — величина постоянная. Однако и сегодня под черной дырой понимается область пространственно-временного континуума, «притяжение которой столь велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в т.ч. и сам свет)». Если пытаться передать современный взгляд несколько упрощенно, можно сказать, что гравитация искажает пространство-время, и, несмотря на то, что свет в окрестностях черной дыры продолжает двигаться с неизменной скоростью и прямолинейно, прямая устремляет его прямо в центр дыры, в точку сингулярности. Туда «соскальзывает» само пространство-время.
В этой концепции особенную важность приобретает понятие горизонта событий — воображаемой границы, за пределами которой скорость «соскальзывания» пространства-времени превышает скорость света. Иначе говоря, именно за пределами этой границы свет уже теряет последние шансы вырваться из объятий черной дыры. Именно за ней черная дыра становится по‑настоящему черной.
Это может разочаровывать любого: все самое интересное происходит как раз за горизонтом событий, но как раз за ним мы в принципе не можем ничего наблюдать. К примеру, совершенно неясно, что же это такое за сингулярность в центре черной дыры, что это за точка, где кривизна пространства-времени уходит в бесконечность.
Если б можно было бы каким-то образом «уничтожить» горизонт событий и раскрыть внутренность черной дыры для исследований! Конечно, это приведет к разрушению самой дыры — но, возможно, на какое-то время откроет нам нечто еще более интересное… С такими необычными идеями выступили недавно известные астрофизики Тед Якобсон (Ted Jacobson) и Томас Сотирью (Thomas Sotiriou).
С точки зрения математики Общей Теории Относительности наличие горизонта событий описывается простым неравенством М2 > (J/M)2+Q2 (с точностью до коэффициентов — гравитационной постоянной и скорости света). Здесь М — масса черной дыры, J — угловой момент ее вращения и Q — заряд. Чтобы «разрушить» горизонт событий, — рассуждали ученые, — достаточно увеличивать вращательный момент и (или) заряд до тех пор, пока неравенство не перестанет соблюдаться. Тогда горизонт событий исчезнет, и нам предстанет… что?
Пока именно в этой точке физика отступает — и начинается почти что философия. Сингулярность — то самое место, где современные теории не должны работать. И вообще трудно сказать, что такое эта самая сингулярность, является ли она физической реальностью, или лишь математической абстракцией. Ни увидеть ее, ни почувствовать ее влияние мы не можем, сингулярность рождается лишь на кончике пера, что и порождает самые разные и самые экзотические теории о том, что же она представляет собой.
И вообще, в выкладках с этим неравенством лишь на первый взгляд, все проще простого. Если вы технологически освоите контроль над достаточной энергией, попробуйте нарастить вращение или заряд черной дыры, и поглядите, что из этого получится. Но на деле с таким прямым подходом у вас будут сложности. Увеличивая заряд или вращение дыры, вы будете увеличивать и ее массу — и неравенство сохранится. Все расчеты и все подходы, которые опробовали Якобсон и Сотирью, не дали однозначного решения о том, как же все-таки нарушить это неравенство.
Видимо, нам остается лишь математика и теория — тем более что порой они позволяют заглянуть если не в саму сингулярность, то по крайней мере далеко в недра черной дыры. Взгляните на мир глазами падающего в нее наблюдателя: «За горизонтом событий».
По публикации physics arXiv blog
Подпишись на новости и будь в курсе самых интересных и полезных новостей.