Изминаха няколко седмици, откакто на нощното небе започнаха да се случват странни неща. Вие, както много други, активно следите новините. Президентът говори, той е подкрепен от астрофизици, геолози и климатолози. Той е нервен, но, отдавайки почит на традицията, той разделя новините на „лоши“и „добри“. Добрата новина: ние не сме мъртви, планетата не е унищожена, не е пометена в космоса и въртена в гравитационно колело. Лошите са „много интересни климатични промени“. Опитът да оцелееш до черна дупка е като бягство от Титаник - за студената смърт в океана.
Преди да посегнете към алармата си или да започнете да полудявате: не се страхувайте, това е просто мисловен експеримент. Черните дупки са едно от най-ужасяващите явления във Вселената. Огромното им тегло огъва пространството и времето - и нашето разбиране за тяхната природа - до краен предел, до една точка. Свръхмасивни черни дупки дебнат в ядрата на галактиките, поглъщайки милиони, милиарди звезди.
Какво ще се случи, ако черна дупка се роди или бъде открита близо до нашата слънчева система?
Както при повечето хипотетични въпроси, дяволът е в малките неща. Колко близо? От къде? Каква е масата?
Веднага трябва да се отбележи, че нашето слънце никога няма да се превърне в черна дупка. Това изисква маса, която е с порядък по-голяма от слънцето - 10-15 пъти. Тогава ще има гравитационен колапс, под въздействието на гравитацията материята буквално се срива в една точка. Подобно явление е в основата на водородните бомби и в теорията за студения термоядрен синтез, освен ако гравитацията не играе различна роля. Освен това други звезди в съседните галактики не са подходящи за ролята на потенциални черни дупки. Повечето от тях са червени джуджета и имат маса 8-60% от нашето Слънце.
Остават две възможности: или в нашата околност спонтанно се появява черна дупка, или тя идва от нищото. Но първото, въпреки че протестира срещу изследванията в Големия адронен колайдер, е невъзможно (ще обясним защо по-късно).
Що се отнася до втората, астрономите и астрофизиците потвърдиха съществуването на около 2000 блуждаещи черни дупки, но шансовете някой от тях да стигне до нас са близки до нулата. И както писателят Дъглас Адамс посочи:
„Космосът е страхотен. Просто не можете да осъзнаете колко невероятен и умопомрачителен е той. Искам да кажа, че може да изглежда дълъг път до аптеката, но според космическите стандарти това са семена."
Промоционално видео:
Това означава, че вероятността от подобно събитие е твърде интересна, за да не го разглеждаме по-близо.
Влияние на черните дупки върху пространството и времето
Ако погледнете черна дупка отдалеч, тя ще изглежда като всеки друг масивен обект. Докато е точно пред вас, той се подчинява на законите на класическата механика и закона на Нютон за универсалната гравитация, който гласи, че привличането между два обекта е пропорционално на тяхната маса и намалява с увеличаване на разстоянието. С други думи, няма гравитационна разлика между R136a1, "синьо" джудже с тегло 265 слънца и черна дупка със същото тегло.
Приближете се до черната дупка, за да влезете в нейното гравитационно поле и ще се изправите пред два различни набора от правила. Теорията на Айнщайн за общата теория на относителността, която позволява на черните дупки да огъват пространството и времето и екстремната гравитация, която довежда тази кривина до крайност.
Ако искате да проучите черна дупка, без да излизате от звезден кораб, ще откриете, че колкото повече се приближавате до центъра на огромната маса, толкова повече двигателите ви ще се напрягат, за да ви държат в кръгова орбита. Отначало малки импулси от ракетата ще я стабилизират; но колкото по-далеч отивате, толкова повече енергия ще трябва да похарчите, за да не излезете от орбитата. В резултат само непрекъснатата работа на ракетните двигатели ще ви отдели от всепоглъщащото нищо.
Веднага след като останете без гориво (или полудеете и изключите двигателите), ще преминете хоризонта на събитията на черната дупка, границата, от която дори светлината не може да се върне. След това ще трябва да отговорите за всичките си грехове. Нищо няма да спре неумолимото движение към сингулярността - ядрото на безкрайно компресирано пространство и време, където физиката, както я познаваме, се свива на топка и хленчи.
Времето ще се забавя, докато напредвате. Много. От ваша гледна точка нищо няма да се промени, но приятелите ви, които гледат вашия трик, ще видят като размазана мълния. Но само до хоризонта на събитията - светлината не излиза извън него, което означава, че никой не може да ви види. Съвършено престъпление, нали?
Гравитационните изкривявания на времето са достатъчно често срещани, но твърде слаби, за да бъдат забелязани. Например на Земята, след като сте живели милиард години на морското равнище, ще бъдете с една секунда по-млади от вашия връстник, живял на върха на Еверест. Казват, че времето се страхува от пирамидите, но трябва да прекарвате твърде много време, подпрян на бузата си, за да усетите забавянето на времето в Париж.
Времето се върти в черна дупка. Когато казваме, че изпадането в сингулярност не може да бъде избегнато, това означава не само неумолимо действие на гравитацията или изкривяване на пространството. Времето в черна дупка се свива до степен, че пътят към сингулярността буквално се превръща във вашето бъдеще. Избягването на сингулярността ще прилича на опит за спиране на времето.
Искате ли да знаете какво ще се случи в нашата слънчева система, ако тя успее да влезе в такъв водовъртеж на сили? Прочетете.
Съдния ден
Да предположим, че черна дупка е затворена в двоична система, прегръщаща звезда, която е на път да отиде свръхнова. Изведнъж се случва, гравитационният гигант стреля в нашата посока със скорост от десетки и стотици километри в секунда. Откъде знаем за това?
Отговорът е прост: няма да разберем, докато не се сблъска с нещо, тъй като огромната гравитация на черните дупки дори не изпуска светлина. Така че, вместо да се опитваме да намерим черен пипер на черен килим, нека разгледаме няколко начина, които ще ни помогнат директно да идентифицираме черна дупка.
Първо, материята, разкъсана от черната дупка, ще излъчва лъчение, докато акреционният диск се върти. Пространството наоколо ще свети като огърлица от новогодишните фенери, носени от котка (странна фантазия, но така да бъде).
На второ място, изкривяването на пространството около черните дупки може да бъде открито чрез земни методи. Това е гравитационна леща, както е предсказано от общата теория на относителността на Айнщайн. Ефектът се проявява близо до масивни обекти и се записва от астрономите.
Но дори и при идеални условия, намирането на черна дупка по този начин ще бъде по-трудно от намирането на бълхи на петнисто куче през нощта с бинокъл. С лепенка за очи. За успешна гравитационна леща трябва да премине черна дупка между нас и звездата. И след това все още трябва да имаме късмет.
В допълнение, черна дупка може да се почувства, ако взаимодейства гравитационно с небесни обекти като планети, звезди, астероиди и комети, което отново ни отвежда до ключовия въпрос: колко близо ще бъде разположена нашата хипотетична черна дупка, сгушена в квартала?
Разбира се, колкото по-близо, толкова по-опасно. С наближаването на орбитите на планетите и луните те ще танцуват салса като врабче, уловено в паяжина, влачейки криви орбити и нарушавайки реда, който се опитват да съставят от времето на Николай Коперник.
Тук на Земята приливите и отливите и цветът на небето биха се променили. Ако гравитацията, както е наредено от Жириновски, премести орбитата на планетата по-далеч от Слънцето, приближи я, направи я по-елиптична, в най-добрия случай ще страдаме от температурни промени и странности със сезоните. В най-лошия случай (освен да стане част от черна дупка), Земята може да попадне в Слънцето или да продължи дълго пътуване в дълбините на космоса, обричайки всички нас на студена смърт.
Известният астрофизик Нийл де Грас Тайсън веднъж лаконично изрази проблемите, които биха възникнали, ако наблизо започне „черен гост“:
„Ако посетим черна дупка, слънчевата система ще има лош ден.“
Е, нека не се преместваме от крак на крак пред хоризонта на събитията и да се гмуркаме най-после.
Контакт: добри и лоши новини
На руски език има дума от шест букви, която най-добре би описала това, което ни очаква. Нека просто го наречем гибел. Учените се научиха да делят на нула и ние се озовахме в черна дупка. Дори Брус Уилис със смел екипаж от нефтени работници, специално обучен в Челябинск, нямаше да ни спаси.
Ако в околностите на Нептун се появи черна дупка, веднага бихме го почувствали. Учените познават орбитата на Нептун толкова добре, че дори могат да открият отклонение от 1 дъга секунда (единица ъглова мярка). Обикновена черна дупка с маса от десет слънца, летяща със скорост 300 км / сек, би издала още една десета от светлинната година.
И ето последната добра новина: черна дупка с такъв размер ще ни даде поне 100 години, за да завършим нашите земни дела. Може би опасност от такъв мащаб ще сложи край на всички земни войни или ще започне една глобална. Може би човечеството ще има време да се самоунищожи, щом научи, че след сто години - всичко, капут. Все още няма значение. Ако дупката се движи по-бавно, фаталното време за изчакване ще се увеличи десетократно. И тогава трябва да има достатъчно време за изграждане на ковчег или събиране на планетарен куфар с вещи.
Когато се приближава до Нептун, черната смърт изважда газовия гигант от орбитата. Планетата започва да се държи странно: докато се отдалечава от нас, настъпва червено изместване - дължината на вълната на нейното излъчване, включително светлината, отива в червения спектър. Веднага след като Нептун е зад черната дупка, гравитационната леща се изтегля над черната сфера и тече около нея. Когато планетата се появи отново, вече пред нас, нейните цветове претърпяват синя промяна - дължината на вълната отива до този край на спектъра.
Червеното и синьото преместване по правило е следствие от премахването или приближаването на звезден обект по отношение на нас. Изглежда ефектът на Доплер по време на пътуване с линейка близо до нас.
В същото време, докато черната дупка „изяжда“планетата, газът ще се вихри в гравитационна спирала, подобно на захарта по време на създаването на захарен памук. От наша гледна точка спиралата завинаги ще отиде в хоризонта на събитията. Но светлината, излъчена от смъртта на Нептун, ще бъде отразена от черната дупка в отрицателното, като слънчевата корона по време на затъмнение.
Колкото по-близо е черната дупка до Земята, толкова по-силно ще се прояви ефектът на изкривяване около нея, както в извито огледало. Всички телескопи ще виждат само празнотата в центъра на черната дупка.
Ако нашата черна смърт е свръхмасивна черна дупка, историята вече ще свърши - нейният хоризонт на събитията ще бъде пет пъти по-голям от Слънчевата система. Но това е скучно. Нека да видим как едно от тези чудовища изглежда отвътре.
Край на света или през огледалото
Изкачвате заешката дупка, знаейки, че запознанството ви с него ще бъде много кратко. Надяваме се, че ще имаме време поне да оценим вътрешността на черната дупка. За наше щастие, но за слънчева система тази черна дупка е супермасивна. Променихме правилата, но ако не го направихме, щеше да приключи по някаква причина.
В малка черна дупка - да речем с маса от 30 слънца - приливните сили, причинени от увеличаване на гравитацията, биха ни разкъсали много преди да достигнем хоризонта на събитията. Но там гравитацията е някъде около милион Земи. За да се насладим на победата - в края на краищата достигнахме хоризонта на събитията - няма да имаме дори 0,0001 секунди.
Съвсем различно преживяване ни очаква в свръхмасивна черна дупка с маса 5 милиона слънца, като тази в центъра на нашата галактика. Всяка черна дупка, която е поела маса над 30 хиляди слънца, има приливни сили с гравитация по-малка от една Земя на хоризонта на събитията. Ще имаме 16 секунди да се огледаме (и да променим правилата на играта), преди да достигнем точката на сингулярност. Колкото повече маса, толкова повече време.
Падането през хоризонта на събитията е като заспиване или влюбване: трудно е да се определи отправна точка кога това ще се случи, но след това усещането ви за реалност ще бъде съвсем различно. В черна дупка ще видите звезди (светлината навлиза, но не и обратно), но пространството около вас ще наподобява сапунен мехур.
Е, след като сте смачкани в нищото, ще се озовете в точка на безкрайно изкривяване, където времето и пространството, които познаваме, приключват.
Иля Хел