Черные дыры Ч.4: Страница 2

Оглавление статей
Черные дыры Ч.4
Страница 2
Страница 3

Страница 2 из 3

 

 

***

Писатели-фантасты легко справляются с проблемами межзвездных путешествий, полагая, что неизвестные нам свойства прос­транства-времени допускают почти мгновенное перемещение в прос­транстве на любые расстояния без существенной затраты энергии. В се­редине XX века эти идеи целиком от­носились к области фантастики. Но в последние десятилетия ими серьезно заинтересовались физики-теорети­ки, а точнее — астрофизики-теоре­тики. Резкий прогресс в исследовани­ях самых отдаленных уголков Все­ленной, т.е. самых ранних этапов ее эволюции, обусловленный получением высококачественного наблюда­тельного материала с десятков кос­мических аппаратов, позволил по­полнить тезаурус астрономии новы­ми загадочными терминами: «черные дыры», «темная энергия», «темная ма­терия»… И если оба последних тер­мина действительно «темные» (астро­физики даже толком не могут объяс­нить самой сути явлений, скрываю­щихся за этими определениями), то с черными дырами как будто проще — для астрофизиков они оказались нас­тоящей находкой для оттачивания своего мастерства в создании самых замысловатых космологических тео­рий и моделей звездной и галакти­ческой эволюции, а усилиями попу­ляризаторов науки они стали неис­черпаемой темой для квазинаучных спекуляций о «путешествиях в прошлое и будущее», о «мгновенных пере­мещениях из одной вселенной в дру­гую» и т.п. И хотя большинство теоре­тиков категорически отвергают даже принципиальную возможность ис­пользования черных (а заодно и бе­лых) дыр для создания межвселен­ского транспортного средства, писа­тели-фантасты, воодушевленные по­явлением в их рядах некоторых уче­ных-физиков, продолжают вспахи­вать эту благодарную чернодырно-транспортную целину. Но, сколь бы призрачными ни были шансы люби­телей » чернодырных туров», отправ­ляясь в такое путешествие, им не ме­шало бы предварительно ознако­миться с тем, что ожидает их в пути. Мы начнем с самого простого для рас­смотрения, но самого сложного и в принципе неприемлемого для путешественников варианта, ибо конеч­ным этапом его является мгновенная смерть в сингулярности — загадоч­ная, но неминуемая. Итак, отправим­ся! в путешествие к классической шарцшильдовской дыре.

В 1975 г. Р. Кэннингэм из Кали­форнийского технологического инс­титута (США) провел ряд расчетов, которые помогли выяснить, как выглядит черная дыра в иллюминаторе космического корабля при подлете к ней отважных космонавтов, если сидеть на нее с разных расстояний.

Носовой иллюминатор всегда на­травлен прямо на сингулярность щель полета, а кормовой — в на «внеш­нюю» Вселенную. Рассмотрим два варианта полета: с мощным двигате­лем на борту космического корабля и без него. Оказывается, на судьбе от­важных путешественников это су­щественным образом никак не ска­жется — в обоих случаях гибель не­избежна, но второй настоящие герои избрали бы без колебаний, ибо «на последнем пути» им посчастливится заглянуть в «Другую Вселенную».

Итак, начав движение с большой высоты над черной дырой, космо­навты просто вертикально падают со все увеличивающейся (по их из­мерениям) скоростью. Траектория полета проходит сначала через го­ризонт событий, а затем ведет в сингулярность. Во время путешес­твия космонавты делают на разных расстояниях от черной дыры ее фо­тографии (по одной из каждого ил­люминатора), зависая неподвижно над ней при включении двигателей.

С очень большого расстояния черную дыру видно как маленькое пятнышко в центре поля зрения но­сового иллюминатора. Хотя в непо­средственной близости от черной дыры картина неба искажена, его основная часть выглядит совершен­но обычно. По мере того, как ско­рость падения космонавтов возрас­тает, свет от объектов из удаленной Вселенной, наблюдаемой через кор­мовой иллюминатор, испытывает все более и более сильное красное смещение, что приводит к сущес­твенному искажению видимого в иллюминатор звездного узора. А космонавт в носовой части корабля (впередсмотрящий) будет удивлен тем, что в его иллюминаторе все участки неба будут многократно повторяться. Это обусловлено тем обстоятельством, что фотоны, излу­чаемые всеми объектами Вселен­ной, под воздействием мощного гра­витационного поля черной дыры бу­дут захватываться ею и, совершив два-три оборота вокруг нее, исчез­нут за горизонтом событий. Их тра­ектория при обращении вокруг ЧД будет спиралью закручиваться навстречу космическому кораблю и космонавт сможет видеть повторя­ющиеся изображения одних и тех же участков неба. При взгляде с 5 шварцшильдовских радиусов (для ЧД с массой в 10 солнечных масс это соответствует расстоянию в 150 км) угловой поперечник черной дыры составляет около 45° и в поле зрения носового иллюминатора она зани­мает центральную часть. В кормо­вом иллюминаторе искажения уже существенные. На расстоянии в 2 шварцшильдовских радиуса — 60 км от горизонта событий — раз­мер ЧД достигает 136° и она запол­няет большую часть поля зрения но­сового иллюминатора, а вид из него остальных звезд претерпевает еще большие искажения. При взгляде с рубежа фотонной сферы — с рас­стояния 45 км — в носовой иллюми­натор не видно ничего, кроме чер­ной дыры, а Вселенную, видимую в кормовой, почти невозможно узнать. И, наконец, с высоты в не­сколько метров над горизонтом со­бытий носовой иллюминатор пол­ностью залит чернотой, и только в центре кормового просматривается часть Вселенной… Остальную часть поля зрения занимает изображение черной дыры — сплошная темень.

А теперь отметим, что все перечис­ленные пары фотографий, кроме пер­вой, в реальной ситуации получить будет некому. Дело в том, что для про­ведения наблюдений космонавтам придется в соответствующие момен­ты включать свой двигатель для тор­можения полета. Но для преодоления притяжения черной дыры двигатели должны развить такую тягу, что от космонавтов останется только мок­рая лужица — ускорения, состав­ляющие тысячи g, не оставят им ни малейшего шанса на продолжение своих исторических наблюдений.

Более «красивая» смерть ожидает космонавтов, отказавшихся от уста­новки на своем корабле двигателей. Программа их научных изысканий повторяет предыдущую, однако те­оретики предложили фиксировать вид звездного неба в иллюминато­рах немного в другие моменты. Спе­цифичность предложенного ими ме­тода «разбора полета» заключается в использовании широко распро­страненных в космологии «конфор­мных диаграмм Пенроуза», позволя­ющих на двумерном плоском листе бумаги изобразить четырехмерное пространство-время. Для популяр­ного изложения сущности метода диаграммы слишком сложны, поэто­му будем надеяться на объективное и добросовестное толкование ре­зультатов их анализа теоретиками. Итак, первая фотография, полу­ченная на большом расстоянии от черной дыры. «Впередсмотрящий» космонавт в носовом иллюминаторе видит ее как маленькое черное пят­нышко в центре, в кормовом иллюми­наторе — четкая неискаженная кар­тина Вселенной, которую покинули космонавты. (Напомню, что космо­навты просто падают вертикально с постепенно увеличивающейся ско­ростью). На фотографии, сделанной на горизонте событий, вследствие эффекта аберрации изображение черной дыры сжато в направлении центра поля зрения носового иллю­минатора. В кормовом видна покидаемая Вселенная. Самое интересное начинается при пролете корабля между горизонтом событий и сингу­лярностью. В носовом иллюминаторе, в центральной его части, ошарашен­ный космонавт увидит… «Другую Вселенную» (так утверждают теоре­тики, хорошо приглядевшись к «диа­граммам Пенроуза»). Одновременно будет видна и черная дыра, и даже некоторые звезды нашей Вселенной. В последние секунды перед падением в сингулярность «Другая Вселенная» видна особенно хорошо, постепенно заполняя все поле зрения носового иллюминатора и вытесняя изобра­жение самой черной дыры и нашей Вселенной — все изображение ЧД сожмется до размеров черного узкого кольца, отделяющего «Другую Все­ленную» от нашей. Космонавту в кор­мовой части корабля суждено будет до самого последнего момента перед падением в сингулярную бездну ограничиться созерцанием покину­той родной Вселенной. Ему же пред­ставится прекрасная и уникальная возможность завершить свое печаль­ное путешествие в черную дыру еще более интересным путешествием… в будущее (вот она, «чернодырная ма­шина времени»!), не только свое, но и покинутой Вселенной — просмотреть его (или его часть) в ускоренном тем­пе. Глубина проникновения в «буду­щее» будет определяться массой ЧД т.е. размерами ЧД — значением ее шварцшильдовского радиуса). Кос­монавт увидит постепенное угасание Солнца и превращение его в крас­ный гигант, гибель Земли в горячей раздувшейся солнечной атмосфере, исчезновение человеческой цивили­зации, превращение Солнца в белый карлик и его смерть. Но даже если он увидит приближающийся к Земле гигантский астероид и последующее ничтожение жизни на нашей пла­чете, или армаду межзвездных кораблей, устремившихся на ее завое­вание — увы, помочь он ей никак не может. «Впередсмотрящий» космо­навт тоже всего лишь убедится в су­ществовании «Другой Вселенной». Пессимисты-теоретики не видят физического смысла в «Других Вселенных», приписывая их чисто ма­гматическим следствиям решения равнений ОТО. Их оптимистичес­ки настроенные оппоненты призы­вают быстрее искать подходящие черные дыры, проектировать кос­мические корабли для полетов в другие миры и подбирать космонавтов-камикадзе для экипажей.

« ПредыдущаяСлед. »


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: