Кирилл Родькин
июль 2017.
36363

Куда деваются объекты при попадании в черную дыру?

КосмосФизикаКак это работает?ТехнологииНаука
Ответить
Ответить
Комментировать
3
Подписаться
24
7 ответов
Поделиться

Сразу говорю 1. текст большой, поэтому для ленивых будет достаточно первых трёх абзацев. 2.По некоторым причинам не смог вставить картинки, но оставил ссылки на них.

У чёрной дыры существует воображаемая граница "невозврата"- горизонт события. Что за ней, точно никто не знает.

 А так как непосредственное наблюдение внутренностей черной дыры нам сегодня недоступно (а может так статься, что не будет доступно никогда),самое верное, что остается, это взять лучшую существующую на сегодняшний день теорию, и попытаться предсказать, что внутри черной дыры в принципе может происходить.

 Лучшая теория, в которой мы более–менее уверены (потому что она подтверждена непосредственными наблюдениями) на космических масштабах — это Теория Относительности Эйнштейна. Сами черные дыры, как экстремальные артефакты пространства–времени, как раз и были вначале теоретически предсказаны в Теории Относительности, и лишь многие десятилетия спустя мы начали наблюдать их в реальности.

 Согласно Теории Относительности космос представляет из себя гладкое пространство–время, в некоторых местах искривленное туда–сюда наличием в космосе вещества. Черные дыры делают с пространством–временем особо извращенную пертурбацию, они не просто гнут, а прямо–таки рвут пространство–время в клочья, от чего для описания пространства–времени вблизи черной дыры удобнее пользоваться не привычными нам декартовыми координатами, которые все изучали в пятом классе, а т.н. координатами (или диаграммой) Крускала (  pp.userapi.com )

 Диаграмма Крускала не такой уж и сложный, но все–таки приличный матан, это хорошо видно в английской версии википедии, от чего сразу предлагаю перейти к ее упрощенному варианту, т.н. диаграмме Пенроуза, что по сути одно и тоже (даже визуально сходство заметно), только лишних линий меньше и формул нет совсем. (  pp.userapi.com ).

 Для того, чтобы не взрывать с разбегу неподготовленный мозг, широкой публике обычно демонстрируется только правая половина этой диаграммы, потому как народ начинает возбуждаться и неадекватно реагировать на слова "Параллельная Вселенная", "Антигоризонт", "Белая Дыра" и так далее. (  pp.userapi.com ).

 Упрощенная диаграмма Пенроуза говорит о том, что пространство–время во Вселенной можно и нужно разделить на две части, одна, где находимся мы, наша Вселенная, и другая, которая находится внутри Черной Дыры. Там уже не совсем наша Вселенная, точнее говоря, там тоже часть нашей Вселенной, но в которой пространство–время ведет себя не так, как мы привыкли. Эти две части разделены границей Горизонта Событий, и на рисунке видно, что граница эта односторонняя, внутрь пройти можно (там стрелочка нарисована), а назад уже нет.

 Почему так происходит? Потому, что, строго говоря, граница Горизонта Событий не делит одно пространство–время на две части — внутри и снаружи. Она является местом соединения (ученые говорят "местом склейки") двух совершенно разных метрик, двух разных пространств–времен. Принципиально разных. Чтобы не завалить сессию Как во время сессии запомнить то, что мне абсолютно не нужно?Как научиться красиво и грамотно говорить?Когда выгоднее идти сдавать: в первой волне или ближе к концу?

  Если мы возьмем формулы Теории Относительности, и начнем их решать в пространстве–времени, которое находится в нашей Вселенной (снаружи Горизонта Событий, то есть в квадранте I, там где ромбик с надписью "Вселенная"), то получим знакомые нам три координаты пространства и одну координату времени. Которые как–то там изменяются в процессе, искривляются и закручиваются в зависимости от присутствия массы, но все более–менее в привычных рамочках.

 А если мы начнем решать те же самые формулы, но находиться при этом будем внутри черной дыры (внутри Горизонта Событий, в квадранте II, в треугольничке, у которого одна сторона — пила не закусывая), то все решения будут явно говорить нам — ребят, у вас пространство и время поменялись местами!

 Выходит, что там, где мы ожидаем встретить наши знакомые пространственные координаты x, y и z вдруг начинает вылезать временная координата t и наоборот, в части формулы, где мы ждем изменения по оси времени, вдруг появляются x, y и z, точнее, их производные, хотя по большому счету, в нашем случае это одно и то же. То есть можно набраться храбрости и заявить во всеуслышание: "Внутри черной дыры пространство стало временем, а время — пространством!"

 NB! Внимание, автор категорически не рекомендует заявлять такого вслух! Это не совсем верно, точнее совсем не верно. Время внутри черной дыры не становится пространством на самом деле, просто формулы начинают указывать на то, что будто бы происходит что–то подобное.

 Получается, что пространство приобретает свойства, которые мы раньше логически связывали со временем, а время в какой–то мере, наделяется свойствами пространства.  

 Например, всем известно, что три координаты пространства у нас вроде "свободные", мы можем двигаться по ним в любую сторону, а вот координата времени четко указывает вперед, и хочешь не хочешь, а двигаться по ней можно только туда, куда указывает стрелка, то есть из прошлого в будущее.

 Внутри черной дыры пространство–время устроено так, что нельзя двигаться куда хочешь. Можно двигаться только в центр, туда, где расположено сердце черной дыры, сингулярность. Которая в данном представлении рисуется не привычной нам точкой, а линией, да еще и специально изображается кровожадно–зубчатой линией, чтобы показать неосторожному путешественнику, собравшемуся вместо Турции на отдых в черную дыру — "там конец, там съедят".

 Сингулярность черной дыры неизбежна (в данном случае, это, кстати, совсем не каламбур), как для нас неизбежно будущее, потому что она находится вроде как в пространственном будущем. Получается, что единственная судьба любого предмета, упавшего в черную дыру — оказаться в сингулярности. Куда бы ты ни двигался, в какую сторону ни пытался бы лететь, разницы никакой, внутри черной дыры физически нет путей, ведущих куда–либо "в другую сторону", все равно пространство тебя вынесет аккурат к сингулярности и разорвет там перед смертью на атомы.

 Вот почему из черной дыры невозможно выбраться. Не потому, что она "так сильно притягивает", хотя и это, конечно, тоже. А потому, что как в нашей привычной жизни, что бы ты ни делал, куда бы ни двигался, все равно в прошлое не попадешь, а будущего не избежать, так и в черной дыре — все дороги ведут только к сингулярности, назад в прошлое, в обычную Вселенную, пути уже нет. 

Иван Капустинотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии

Зачем переписывать десятки абзацев около научных фантазий и засорять мозги соотечественников?

"Попадание в черную дыру" означает пересечь  горизонт событий (сферический радиус Шварцшильда) и оказаться в сингулярности. Внутри сингулярности кривизна пространства становится бесконечной и законы физики не работают. На вопрос куда деваются объекты? - ответа нет, так как в сингулярности не может быть ни объектов, ни атомов, ни кварков, ни пространства, ни времени.

Рискну дать простой ответ: они под действием гигантской гравитации схлопываются с оказавшимся там веществом так, что становятся неразличимы как объекты.

Это можно сравнить с пористым предметом (например, губкой), который падает на небольшую планету - с ним ничего не происходит - потом он падает на планету с большей массой - немного деформируется под действием силы тяжести, теперь продолжаем увеличивать массу планеты и наблюдаем за губкой - в какой-то момент она сожмется в плоскую штуковину с толщиной, близкой к нулю, и непонятной близкой к однородной структурой... Увеличиваем еще массу планеты - и в какой-то момент при падении на планету разница в притяжении между двумя частями губки сначала растянет ее в линию почти нулевой толщины (чем больше длина, тем больше разница сил на двух концах линии-губки, и ещё больше растяжение), а потом, при падении, губка сожмется почти в точку...

Вот такой "почти точкой" окажутся все падающие в чёрную дыру тела...

Показать ещё 4 ответа
Ответить