Интерстеллар — наука за кадром

interstellar-big копия

От научного консультанта фильма «Интерстеллар»

Черные дыры

Черная дыра Гаргантюа играет в «интерстеллар» ключевую роль. В этой главе мы ознакомимся с общими сведениями о черных дырах, а в следующей — перейдем непосредственно к Гаргантюа. начну я со странного заявления: черные дыры состоят из искривленного времени и искривленного пространства. и больше ничего — никакой материи. А теперь некоторые пояснения.

Муравей на батуте: искривленное пространство черной дыры

представьте, что вы муравей, который живет на детском батуте — резиновом полотнище, натянутом между высокими шестами. под тяжестью лежащего на нем камня батут прогибается вниз (рис. 5.1). Вы — слепой муравей и не можете видеть ни шестов, ни камня, ни прогибающегося полотнища. но вы умный муравей. резиновое полотнище — это ваша вселенная, и вы подозреваете, что она искривлена. Чтобы узнать ее форму, вы ползаете по кругу в верхней ее части, измеряя длину окружности, а потом ползете с одного края на другой через центр, чтобы измерить диаметр. если бы ваша вселенная была плоской, длина окружности равнялась бы числу π (3,14159…), помноженному на диаметр. но, как выясняется, длина окружности меньше диаметра, даже не помноженного на π. Ваша вселенная, понимаете вы, сильно искривлена!

Пространство вблизи не вращающейся черной дыры изгибается подобно батуту. Сделаем экваториальный срез черной дыры, получив двумерную поверхность. если смотреть из балка, эта поверхность окажется искривленной, словно батут. рис. 5.2 почти ничем не отличается от рис. 5.1, только там нет шестов и муравья, а вместо камня в центре черной дыры находится сингулярность.

Сингулярность — это крошечная область, где поверхность «бесконечно искривляется» и сходится в точку, в которой силы приливной гравитации бесконечно велики, из-за чего материя в том виде, как мы ее знаем, растягивается и сжимается вплоть до полного исчезновения. В главах 26, 28 и 29 рассказывается, как и почему сингулярность Гаргантюа несколько отличается от сингулярности на рис. 5.2.

Искривление батута вызвано тяжестью камня. по аналогии можно предположить, что искривление пространства вблизи черной дыры вызвано ее сингулярностью, однако это не так. В действительности пространство черной дыры искривлено чудовищной энергией его искривления*. Вам не почудилось, я сказал именно то, что хотел сказать. если вам кажется, что это утверждение закольцовано, что ж, так оно и есть, но в этом заключен глубокий смысл.
Чтобы согнуть лук перед выстрелом, требуется много энергии. Чтобы «согнуть» пространство, тоже нужно много энергии. и так же, как энергия изгиба «хранится» в согнутом луке (до тех пор пока не спустят тетиву и эта энергия не перейдет к стреле), энергия искривления хранится в искривленном пространстве черной дыры. причем энергия эта

столь велика, что сама вызывает искривление. искривление порождает искривление — нелинейным, закольцованным образом. Это следствие из теории относительности Эйнштейна лежит за гранью повседневного опыта и отчасти напоминает научно-фантастический сюжет, где герой, переместившись назад во времени, становится собственным родителем.

Этот сценарий само-порождающего искривления практически невозможен в нашей Солнечной системе. искривления пространства в ней столь малы, что их энергия слишком слаба, чтобы привести к закольцованному искривлению*. почти все случаи искривления пространства в Солнечной системе вызваны непосредственно материей: веществом Солнца, Земли и других планет, тогда как для черной дыры искривление целиком порождается самим искривлением.

Горизонт событий и искривление времени

Когда вы слышите «черная дыра», то, скорее всего, думаете не об искривлении пространства, а о том, как черная дыра засасывает объекты.

Если бы я с микроволновым передатчиком в руках падал в черную дыру, после пересечения горизонта событий меня бы неотвратимо затягивало вниз, к сингулярности, и любые передаваемые мной сигналы устремлялись бы туда же вместе со мной. никто, находясь снаружи горизонта событий, не сможет получить отправленные после пересечения горизонта сигналы — они, как и я сам, станут пленниками черной дыры (см. главу 28, где рассказывается, какую роль это играет в «интерстеллар»).

По сути, черная дыра становится ловушкой из-за искривления времени. если я зависну над дырой, сдерживая падение с помощью ракетных двигателей, то чем ниже я буду опускаться, тем медленнее будет течь для меня время. на горизонте событий время замедлится до полной остановки, и в соответствии с эйнштейновским законом искривления времени я должен буду ощутить бесконечно сильное гравитационное притяжение*.

Что же происходит внутри, за горизонтом событий? Время там искривлено настолько сильно, что, можно сказать, приобретает свойства пространственного измерения**: оно течет вниз, устремляясь к сингулярности. Этот нисходящий поток времени и служит причиной того, что выбраться из черной дыры невозможно. Все на свете неизбежно стремится к будущему, а поскольку будущее в черной дыре нисходит вниз, прочь от горизонта, ничто не способно прорваться сквозь горизонт вверх.

Ссылка: http://www.mann-ivanov-ferber.ru/books/interstellar/


Добавить комментарий

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.