Можно ли вытащить что-то из черной дыры?

Черная дыра

Как только объект попадает в черную дыру, покинуть ее он уже не может. Неважно, сколько энергии у вас есть, вы никогда не сможете двигаться быстрее скорости света и преодолеть горизонт событий изнутри. Но что, если попытаться обмануть это маленькое правило и окунуть крошечный объект в горизонт событий, привязав его к более массивному, который сможет покинуть горизонт? Можно ли вытащить что-нибудь из черной дыры хоть как-нибудь? Законы физики строгие, но они обязаны отвечать на вопрос, возможно это или нет. Итан Зигель с Medium.com предлагает это выяснить.

Черная дыра — это не просто сверхплотная и сверхмассивная сингулярность, в которой пространство изогнуто так сильно, что все попавшее внутрь выбраться уже не сможет. Хотя обычно нам представляется именно, черная дыра — если точно — это область пространства вокруг этих объектов, из которой никакая форма материи или энергии — и даже сам свет — не может сбежать. Это не так уж экзотично, как можно было бы подумать. Если взять Солнце, как оно есть, и сжать его до радиуса в несколько километров, получится практически черная дыра. И хотя нашему Солнцу не грозит такой переход, во Вселенной есть звезды, которые оставляют после себя именно эти загадочные объекты.

Самые массивные звезды во Вселенной — звезды в двадцать, сорок, сто или даже 260 солнечных масс — самые синие, горячие и яркие объекты. Они также выжигают ядерное топливо в своих недрах быстрее других звезд: за один-другой миллион лет вместо многих миллиардов, как Солнце. Когда в этих внутренних ядрах заканчивается ядерное топливо, они становятся заложниками мощнейших гравитационных сил: настолько мощных, что в отсутствие без невероятного давления ядерного синтеза, который им противостоят, они просто коллапсируют. В лучшем случае ядра и электроны набирают столько энергии, что сливаются в массу связанных воедино нейронов. Если это ядро массивнее, чем несколько солнц, эти нейтроны будут достаточно плотными и массивными, что коллапсируют в черную дыру.

Итак, запомним, минимальная масса для черной дыры — это несколько солнечных масс. Черные дыры могут расти и из гораздо больших масс, сливаясь вместе, пожирая материю и энергию и просачиваясь в центры галактик. В центре Млечного Пути был найден объект, который в четыре миллиона раз превосходит массу Солнца. На его орбите можно определить отдельные звезды, но никакого света никакой длины волн не излучается.

Черная дыра 1

Другие галактики имеют еще более массивные черные дыры, массы которых в тысячи раз больше наших собственных, и нет теоретического верхнего предела величине их роста. Но есть два интересных свойства у черных дыр, которые могут привести нас к ответу на вопрос, заданный в самом начале: можно ли вытащить что-нибудь «на привязи»? Первое свойство относится к тому, что происходит с пространством по мере роста черной дыры. Принцип черной дыры таков, что ни один объект не может вырваться из ее гравитационного притяжения в области пространства, как бы ни ускорялся, даже двигаясь на скорости света. Граница между тем, где объект может покинуть черную дыру и где не может, называется горизонтом событий. Он есть у каждой черной дыры.

Вы удивитесь, но кривизна пространства гораздо меньше на горизонте событий возле самых массивных черных дыр и увеличивается у менее массивных. Подумайте вот о чем: если бы вы «стояли» на горизонте событий, поставив правую ногу на край, а голову отведя на 1,6 метра от сингулярности, ваше тело растягивала бы сила — этот процесс называют «спагеттификацией». Если бы эта черная дыра была такой же, как в центре нашей галактики, сила растяжение составляла бы только 0,1% силы гравитации на Земле, тогда как если сама Земля превратилась бы в черную дыру, а вы на ней стояли, сила растяжения в 1020 раз превышала бы земную гравитацию.

Если эти растягивающие силы малы на краю горизонта событий, они будут не намного больше внутри горизонта событий, а значит — учитывая электромагнитные силы, которые удерживают твердые объекты в целостности — возможно, мы могли бы осуществить задуманное: окунуть объект в горизонт событий и практически сразу же вынуть. Можно ли так сделать? Чтобы понять, давайте рассмотрим, что происходит на самой границе между нейтронной звездой и черной дырой.

Черная дыра 2

Представьте, что у вас есть чрезвычайно плотный шар нейтронов, но фотон на его поверхности все еще может убежать в космос и не обязательно вернуться к нейтронной звезде. Теперь давайте поместим на поверхности еще один нейрон. Внезапно ядро уже не может сопротивляться гравитационному коллапсу. Но вместо того, чтобы думать о происходящем на поверхности, давайте задумаемся о происходящем внутри, где формируется черная дыра. Представьте отдельный нейтрон, состоящий из кварков и глюонов, и представьте, как глюонам нужно переходить от одного кварка к другому в нейтроне, чтобы протекал процесс обмена сил.

Теперь один из этих кварков оказывается ближе к сингулярности в центре черной дыры, а другой дальше. Чтобы произошел обмен силами — и чтобы нейтрон был стабильным — глюон в определенный момент должен перейти от ближнего кварка к дальнему. Но это невозможно даже на скорости света (а глюоны не имеют массы). Все нулевые геодезические, или путь объекта, движущегося со скоростью света, приведут к сингулярности в центре черной дыры. Более того, они никогда не уйдут дальше от сингулярности черной дыры, чем в момент выброса. Вот почему нейтрон внутри горизонта событий черной дыры должен коллапсировать и стать частью сингулярности в центре.

Поэтому вернемся к примеру с привязью: вы взяли небольшую массу, привязали ее к судну покрупнее; судно находится за пределами горизонта событий, а масса погружена. Когда любая частица пересечет горизонт событий, она не сможет снова его покинуть — ни частица, ни даже свет. Но фотоны и глюоны остаются теми самыми частицами, которые нам нужны для обмена сил между частицами, которые находятся за пределами горизонта событий, и они тоже не могут никуда выйти.

Черная дыра 3

Это не обязательно означает, что трос оборвется; скорее, сингулярность затянет весь корабль. Конечно, приливные силы при определенных условиях не разорвут вас на части, но достижение сингулярности будет неизбежным. Невероятная сила притяжения и тот факт, что у всех частиц всех масс, энергий и скоростей не будет выбора, кроме как отправиться в сингулярность, вот что будет иметь место.

Поэтому, к сожалению, из черной дыры пока не нашли выхода после пересечения горизонта событий. Можно уменьшить потери и отрезать то, что уже попало внутрь, либо остаться на связи и утонуть. Выбор зависит от вас.

hi-news

Метки: Черная дыра
Loading...
Loading...