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.
Падение в черную дыру
Что произойдет с объектом достигшим радиуса действия черной дыры?Рассмотрим падение тела на черную дыру.
Представьте, что звезда начала катастрофически сжиматься. Произошел, как говорят астрофизики, гравитационный коллапс, и тело (допустим Вы) начало падать к центру звезды вместе с ее веществом. Все кругом падает вместе с телом (Вами). Вам просто не за что зацепиться взглядом, падает ведь все вещество звезды! И получается, что Вы совершенно неподвижны относительно тех частиц вещества, которые летят поблизости от Вас, и с которыми Вы можете сравнивать показания своих часов и длины своих линеек. Вы неподвижны друг относительно друга даже в момент пересечения сферы Швацшильда. Для Вас при пересечении этой страшной поверхности ничего не произойдет! Вы будете ускорять свое падение и за доли секунды (по Вашим часам) окажетесь в центре звезды вместе со всем ее веществом, которое свалится Вам на голову (хотя о какой голове может быть речь, если плотность в центре звезды становится бесконечно большой).
Теперь посмотрим на Ваше падение со стороны.
Сторонний наблюдатель видит, как звезда вдруг начинает уменьшаться в размерах. За полчаса она сжимается (падает) от размеров Солнца до радиуса нейтронной звезды. Сжатие продолжается, и тут начинаются странности. Вместо того, чтобы ускоряться (сила тяжести-то растет), падение замедляется! Да, с приближением к сфере Швацшильда сила тяжести устремляется к бесконечности. Но ведь и время начинает течь бесконечно медленно! Если падающая частица сигнализирует о своем движении, ежесекундно испуская по фотону (по часам частицы), то сторонний наблюдатель улавливает эти фотоны 1 раз в сек, затем 1 раз в 2 сек и т.д.. При этом энергия фотонов, преодолевших поле тяготения, становится все меньше и меньше, пойманные фотоны оказываются все "краснее". Те фотоны, которые частица излучит вблизи самой сферы Шварцшильда, дойдут до стороннего наблюдателя с интервалом в тысячи и миллионы лет. А последний фотон будет иметь бесконечно малую энергию и дойдет до стороннего наблюдателя за бесконечно большое время. Другими словами этот фотон никогда не буден замечен сторонним наблюдателем. Получается, что для наблюдателя извне звезда как бы застыла. Все процессы становятся медленнее, пока не застывают окончательно. Сторонний наблюдатель увидит, что звезда как бы застыла. Впрочем, вряд ли можно будет что-либо наблюдать на месте звезды со стороны, т.к. красное смещение станет настолько большим, что видимые волны сместятся в радиодиапазон. Сторонний наблюдатель увидит, что звезда погасла.
В сущности, черные дыры, как принято их называть, это сколлапсировавшиеся звезды, вернее растянутый до бесконечности процесс сжатия звезды.
Художественная интерпретация того, как звезда пересекает горизонт событий центральной сверхмассивной черной дыры
Черная дыра характеризуется невероятно сильной гравитацией, не выпускающей даже свет. Вокруг нее сконцентрирован горизонт событий. Достаточно пересечь эту «линию», и вы обречены. Все об этом знают, но наличие таких «линий» не доказали.
Поэтому ученые решили провести эксперимент. Полагают, что сверхмассивные черные дыры проживают в центрах всех крупных галактик. Но существует мнение, что есть также еще один объект. Это необычное сверхмассивное нечто, которому удалось увернуться от коллапса и сингулярности. Вокруг него также есть горизонт событий.
Если у сингулярности нет поверхностной площади, то у объекта она прочная. Поэтому звезда не упадет в черную дыру, а разобьется об поверхность.
Это огромная массивная сфера в галактическом центре. Мы видим, как звезда врезается в твердую поверхность и разбрасывает обломки
Чтобы выявить подлинность теории, ученые придумали новый тест. Суть в том, чтобы определить, что собою представляет твердая поверхность. Это бы помогло и решить задачу с горизонтом событий.
Для начала они выяснили, что при попадании объекта в твердую поверхность, звездный газ окутает его и будет сиять несколько месяцев или лет. Это должен уловить телескоп. Когда ученые поняли, что необходимо найти, то подтвердили свои доводы.
Они оценили скорость падения звезд в черные дыры. Для этого рассматривали только наиболее массивные, чья масса превосходила солнечную в 100 миллионов раз. Оказалось, таких объектов насчитывается примерно миллион на удаленности в несколько миллиардов лет от нас.
Затем пришлось просмотреть архивные данные 1.8-метрового телескопа Pan-STARRS, исследовавшего северное полушарие 3.5 лет на «временное свечение». Если предположение верное, то при учете всех данных, телескоп должен был выявить 9-10 таких событий.
И… он ничего не нашел.
Получается, что у всех черных дыр должен быть горизонт событий. Поэтому Эйнштейн снова оказался прав. Сейчас команда старается улучшить тест и проверить его на 8.4-метровом Большом Обзорном Телескопе (Large Synoptic Survey Telescope), отличающимся большей чувствительностью.
Прочитало: 0
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.
По-прежнему остаются для ученых загадкой, бросающей вызов постулатам современной физики. Мы с трудом понимаем принцип их существования и практически не понимаем, чем же они на самом деле являются и что они делают. И узнать это невозможно. По крайней мере с текущим уровнем технологий, которыми обладает человечество. Единственное, что нам остается, это наблюдать за ними и выдвигать предположения по поводу того, на что они способны. Один же самый популярный вопрос в отношении черных дыр звучит следующим образом: что вас будет ожидать, если попадете в черную дыру? Разберем 10 наиболее жутких теорий, дающих ответ на этот вопрос.
Клонирование
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 и сейчас наблюдает за тем, как вас туда засасывает. Люси видит, что с приближением к черной дыре ваше тело начинает медленно растягиваться и в конце концов расщепляется на атомы. Люси думает, что вы погибли и благодарна судьбе, что не послушала вас и не отправилась вслед.
Однако погодите. Ведь история заканчивается совсем не так. Вы на самом деле остаетесь живы и продолжаете углубляться в бесконечность черной дыры. Что произойдет с вам дальше - не суть нашего вопроса. Самое интересное заключается в том, что вы остались живы, хотя Люси видела, как вы погибли.
Это и есть информационный парадокс черной дыры. Это никакая не иллюзия, и Люси не потеряла рассудок. Это то, что есть на самом деле. Законы физики говорят нам, что вы можете быть одновременно мертвым за пределами черной дыры и живым, находясь в ней. Некоторые ученые теоретизируют на тему того, что это совсем никакой не парадокс, так как вы просто не можете наблюдать за двумя реальностями одновременно. Другие указывают на клонирование (на возможность существования другого вас в другой реальности) как на возможный вариант решения этого парадокса, даже несмотря на то, что это бросает вызов законам квантовой механики, касающимся процесса сохранения информации.
Определенного ответа для решения этого парадокса нет (пока). Возможно, через тысячи лет человечество сможет разобраться в том, что же на самом деле происходит. Однако уже точно известно, что Люси с собой в путешествия брать больше не стоит.
Спагеттификация
Есть предположение, согласно которому как только вы попадете в горизонт событий черной дыры, то начнете испытывать мощное растяжение, вызванное большой приливной силой в очень сильном неоднородном гравитационном поле. Как только вы начнете падать в черную дыру, на ваше тело начнут 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 из-за гравитации, которая будет воздействовать на вашу голову и ноги. Она будет настолько колоссальной, что вы вытянетесь как спагетти или лапша, если хотите. Отсюда и название - 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, законы физики (те, которые известны нам) перестанут для вас существовать, и 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, жившие на нашей планете, такие как Эйнштейн и Хокинг, теоретизировали в свое время на тему того, что путешествие во времени 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, это то, как в них течет время.
Гравитация внутри черной дыры настолько мощная, что способна искривлять время. Учитывая это, можно предположить, что искривление времени открывает возможность путешествия в нем. Поэтому если научиться 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 .
Поделитесь в вашей соцсети👇