что скрывается в черной дыре
Что находится внутри черной дыры?
Не все черные дыры одинаковы
Эта масса покрыта горизонтом событий, областью, которая отделяет черную дыру от внешнего пространства. Именно внешняя сторона черной дыры служит завесой и не позволяет нам заглянуть внутрь. Несмотря на то, что горизонт событий служит щитом для черной дыры, он не имеет физической формы. Это просто пространство, покрывающее определенное расстояние, и после его пересечения выход невозможен из-за сильного гравитационного притяжения, упомянутого выше. Даже свет не может избежать огромной силы гравитации, которая находится внутри черной дыры.
Внутри черной дыры
Как только горизонт событий пересекается, вход в черную дыру неизбежен. Ученые называют черную дыру сингулярностью. Это означает, что это точка, где все законы физики становятся идентичными друг другу. Пространство и время перестают существовать как взаимосвязанные реальности и сливаются, теряя всякую независимость.
Время, необходимое для достижения черной дыры, зависит от ее массы, но в общем случае она составляет не более нескольких секунд. Приближаясь к сингулярности, свет из окружающего его пространства все еще виден и продолжает следовать за входом. Из-за замедления времени вселенная за пределами черной дыры кажется, что она движется с более высокой скоростью.
Никто не знает, что будет дальше
Поскольку масса черной дыры сгущается в очень маленькую точку, сила тяжести может сильно варьироваться. Это означает, что любой объект, который входит, начинает быстро менять свою форму. Даже черная дыра растягивается до такой степени, что она занимает большую часть вашего зрения.
После того как поверхность черной дыры достигнута, все остальное остается загадкой. Ничто не ускользает от сингулярности, поэтому нет способа извлечь точные данные, чтобы выяснить, что именно происходит внутри. С дальнейшими достижениями в наших теориях физики мы должны стать ближе к разгадке этой тайны.
Почему черная дыра также называется сингулярностью?
Потому что это точка, где все законы физики становятся идентичными друг другу. Пространство и время перестают существовать как взаимосвязанные реальности и сливаются, теряя всякую независимость.
Внутри черной дыры. Что увидит попавший туда человек?
Вот уже почти два века ученые спорят о существовании черных дыр – гипотетических областей с таким высоким гравитационным притяжением, что от них не может ускользнуть даже луч света. Однако есть любопытный вопрос, волнующий не только светил науки, но и простых смертных: что может произойти с человеком, если он окажется в черной дыре? Гипотез накопилось немало. Журналисты BBC собрали их воедино, а редакция Anews приводит самые интересные выдержки из этого материала.
Спираль и копии звезд
Если бы можно было посмотреть на черную дыру со стороны, стало бы понятно, что она имеет сферическую форму, а не плоскую, как, например, «портативная черная дыра» из мультфильма про Вилли Койота.
Черная дыра, согласно классической теории, постоянно вращается (скорость вращения достигает скорости света), а из-за сильной гравитации она притягивает огромное количество газа и пыли, формирующих своеобразный диск, крутящийся по спирали. Именно он и должен попасться на глаза человеку, приблизившемуся к черной дыре.
А вот физики, принимавшие участие в создании фильма «Интерстеллар», пришли к выводу, что человек мог бы увидеть копии звезд или даже целой галактики, так как своим вращением черная дыра провоцирует искажение света и отражает свое окружение.
Исходя из этих рассуждений, исследователи смоделировали свой вариант черной дыры для фильма.
Оказавшийся в черной дыре человек смог бы также увидеть ее тень, окруженную кольцом света. К слову, тень черной дыры – именно то, за чем охотятся ученые вот уже много лет. Если бы им действительно удалось увидеть ее, это стало бы прямым доказательством существования этого явления.
Превращение в «спагетти»
В соответствии с теорией Эйнштейна, человек, «прыгнувший» в черную дыру и пролетевший «горизонт событий» (условная граница, за которой гравитация настолько сильна, что выбраться из-за нее невозможно), ничего не почувствует. Однако в ходе приближения к центру черной дыры его тело начнет вытягиваться, пока не станет напоминать спагетти.
Для этого процесса даже придумали специальный термин – «спагеттификация». Первым его потребил английский физик-теоретик Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени».
И еще один интересный момент. Если человек прыгнет в черную дыру ногами вперед, то по ощущениям ему будет казаться, что его ноги стали намного тяжелее головы, так как воздействие гравитации на голову будет сильнее, нежели на ноги. Иными словами, тело будет растягиваться до тех пор, пока на распадется окончательно.
Как выразился исследователь, путешествие в черную дыру – наиболее зрелищный способ погибнуть в космосе.
Моментальная гибель
В 2012 году физик-теоретик Джон Полчински выступил с предположением, что горизонт событий может представлять собой «огненную стену». А это значит, что приблизившийся к нему человек даже не успеет его пересечь и оказаться в черной дыре, потому что тело сгорит моментально.
Черная дыра – это коридор?
Существует и альтернативное мнение, которое особенно понравится любителям фантастики. Физик из США Никодем Поплавский выдвинул теорию, согласно которой черная дыра представляет собой своеобразный коридор, ведущий в другую вселенную.
По мнению ученого, человек, оказавшийся в черной дыре в центре Млечного пути, просто пройдет ее насквозь. Либо, как вариант, с другой стороны выйдет не человек, а лишь его тело, распавшееся на множество частиц.
От теории к практике
Очевидно, что ничего хорошего из путешествия в черную дыру (даже если бы оно было возможно), выудить не удастся. Шутки со вселенной не то чтобы плохи, но как минимум опасны. Кстати, живым примером может послужить российский ученый, который с черными дырами не связывался, но однажды попал в ускоритель частиц.
Что до черных дыр. Чтобы понять, реальны они или нет, ученые решили объединить в единую систему несколько телескопов, установленных в разных частях планеты. По словам астронома из Массачусестского технологического университета Шепа Доэлмана, это позволит получить более высокий уровень увеличения и продвинуться в поиске доказательства существования черных дыр. По прогнозам ученых, первые данные могут быть получены к 2017 году. Остается ждать
Жизнь внутри черной дыры
Знаю, что здесь это якобы не приветствуется, но делаю кросс-пост отсюда по прямой просьбе автора — Горькавого Николая Николаевича. Есть некоторый шанс, что их идея перевернёт современную науку. И лучше прочитать о ней в оригинале, чем в пересказе рен-тв или ленты.ру.
Для тех, кто не следил за темой. Рассмотрим две вращающихся друг вокруг друга чёрных дыры, допустим, массами 15 и 20 единиц (масс Солнца). Рано или поздно они сольются в одну черную дыру, но её масса будет не 35 единиц, а, скажем, всего 30. Остальные 5 улетят в виде гравитационных волн. Именно эту энергию улавливает гравитационный телескоп LIGO.
Суть идеи Горькавого и Василькова в следующем. Допустим, вы наблюдатель, сидите в своём кресле и чувствуете притяжение 35 единиц массы делить на квадрат расстояния. И тут бац — буквально за секунду их масса уменьшается до 30 единиц. Для вас, в силу принципа относительности, это будет неотличимо от ситуации, когда вас отбросило в обратном направлении с силой в 5 единиц, делить на квадрат расстояния. То есть, неотличимо от антигравитации.
UPD: т.к. не все поняли предыдущий абзац, рассмотрим мысленный эксперимент по аналогии, предложенной в комменте 0serg. Итак, вы — наблюдатель, сидите в танке, который вращается по очень высокой круговой орбите вокруг центра масс этой пары ЧД. Как говаривал ещё дедушка Эйнштейн, не выглядывая из танка, вы никак не можете отличить движение по орбите от просто висения на месте где-то в межгалактическом пространстве. Теперь, предположим, произошло слияние ЧД, и часть их массы улетела. В связи с этим вы должны будете перейти на более высокую орбиту вокруг всё того же центра масс, но уже объединённой ЧД. И вот этот переход на другую орбиту вы у себя в танке ощутите (спасибо ofmetal ) внешние наблюдатели на бесконечности расценят как пинок, толкнувший вас в направлении от центра масс. /UPD
Дальше там идёт куча расчётов с жуткими ОТОшными тензорами. Эти расчёты после тщательнейшей проверки опубликованы в двух статьях в MNRAS — одном из самых авторитетных журналов по астрофизике в мире. Ссылки на статьи: 2016, 2018 (препринт с авторским введением).
А выводы там такие: никакого Большого Взрыва не было, зато была (и есть) Большая Чёрная Дыра. Которая нас всех зохавает.
В данной статье автор (Николай Николаевич) пытается изложить всё это более-менее популярно. Под катом авторский текст, перепечатанный слово в слово.
После выхода двух основных статей с математическими решениями, на повестку дня вышла задача написания более популярной и широкой статьи, а также пропаганда возрождённой космической космологии. И тут оказалось, что удивительным образом на вторую статью успели отреагировать европейцы, которые уже пригласили меня сделать в июне пленарный доклад на 25 минут об ускорении Вселенной с переменной массой. Вижу в этом хороший признак: специалисты устали от «космологической темноты» и ищут альтернативу.
Также журналист Руслан Сафин прислал вопросы в связи с выходом второй статьи. Несколько сокращенная версия ответов была опубликована сегодня в «Южноуральской панораме» под таким заголовком от редакции «Внутри черной дыры. Астроном Николай Горькавый нашел центр Вселенной».
Во-первых, истины ради должен отметить, что именно Александр Васильков стал активно задаваться «наивным» вопросом: Есть ли у Вселенной центр? — чем и инициировал всю нашу дальнейшую космологическую работу. Так что мы искали и нашли этот центр вместе. Во-вторых, газета запросила наше совместное фото, но не дождалась, так что привожу его здесь вместе с полным текстом прочитанного Сашей и дополненного по его замечаниям интервью. Вот и мы: Александр Павлович Васильков слева, а я справа:
1. После выхода вашей первой с Васильковым статьи вы предположили, что наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной связано с преобладанием сил отталкивания над силами притяжения на больших расстояниях. В новой статье вы приходите к другому выводу — об относительном ускоренном расширении: нам кажется, что что-то ускоряется, потому что сами мы замедляемся. Что привело вас к этой мысли?
В статье 2016 года, вышедшей в журнале Королевского астрономического общества, мы с Александром Васильковым показали, что если гравитационная масса объекта меняется, то кроме обычного ньютоновского ускорения, вокруг него возникает дополнительная сила. Она падает обратно пропорционально расстоянию от объекта, то есть медленнее, чем ньютоновская сила, зависящая от квадрата расстояния. Поэтому новая сила должна доминировать на больших дистанциях. При уменьшении массы объекта, новая сила давала отталкивание или антигравитацию, при увеличении — возникало дополнительное притяжение, гипергравитация. Это был строгий математический результат, который модифицировал известное решение Шварцшильда и получался в рамках теории гравитации Эйнштейна. Вывод применим для массы любого размера и сделан для неподвижного наблюдателя.
2. Как появилась растущая Большая Черная Дыра, которая ответственна за относительное ускоренное расширение Вселенной?
Природа тёмная материи, которая, например, вызывала ускоренное вращение галактик, почти век была загадкой. Последние результаты обсерватории ЛИГО, которая поймала несколько гравитационных волн от сливающихся массивных черных дыр, приоткрыли завесу тайны. Ряд исследователей выдвинули модель, по которой темная материя состоит из черных дыр, при этом многие считают, что они попали к нам из прошлого цикла Вселенной. Действительно, черная дыра – единственный макроскопический объект, который невозможно уничтожить даже сжатием Вселенной. Если черные дыры составляют основную часть барионной массы космоса, то при сжатии Вселенной до размера в несколько световых лет, эти черные дыры будут активно сливаться друг с другом, сбрасывая значительную долю своей массы в гравитационные волны. В результате, общая масса Вселенной резко упадет, а на месте слияния облака мелких дыр останется огромная черная дыра размером порядка светового года и с массой в триллионы масс Солнца. Она — непременный результат коллапса Вселенной и слияния черных дыр, а после Большого Взрыва она начинает расти, поглощая гравитационное излучение и любую материю вокруг. Что такая супердыра возникнет на стадии коллапса Вселенной, понимали многие авторы, включая Пенроуза, но никто не знал, насколько важную роль в динамике последующего расширения Вселенной играет эта Большая Черная Дыра.
3. Как далеко от нас и где именно (в какой части неба) она находится? Каковы ее параметры?
Мы полагаем, что на расстоянии порядка пятидесяти миллиардов световых лет. Целая серия независимых исследований говорит об анизотропии различных космологических явлений – и многие из них указывают на область неба возле тусклого созвездия Секстант. В космологии даже появился термин «дьявольская ось». По современной величине ускоренного расширения Вселенной, можно оценить размер Большой Черной Дыры в миллиард световых лет, что дает её массу в 6*10^54 грамм или в миллиарды триллионов солнечных масс – то есть, она выросла в миллиард раз с момента своего возникновения! Но и эту информацию о массе Большой Черной Дыры мы получили с запаздыванием на миллиарды лет. В реальности Большая Черная Дыра уже значительно больше, но насколько — сказать трудно, нужны дополнительные исследования.
4. Можно ли с такого расстояния, на котором располагается эта БЧД, с помощью существующих инструментов увидеть если не ее саму, то хотя бы косвенные признаки, указывающие на ее присутствие в данной части Вселенной? При каких условиях она станет доступна для непосредственного изучения?
Изучив ускорение расширения Вселенной, и как оно зависит от времени, мы определим эволюцию параметров Большой Черной Дыры. Анизотропия космологических эффектов проявляется в распределении по небу флуктуаций реликтового излучения, в ориентации осей галактик и ряде других феноменов. Это тоже способы изучения Большой Черной Дыры на расстоянии. Непосредственно мы её тоже изучим, но попозже.
5. Что бы мы увидели, если бы могли слетать к этой БЧД? Можно ли в нее нырнуть без риска для жизни? Что мы найдем под ее поверхностью?
Насчет внутреннего пространства чёрных дыр даже в учебниках приводится масса противоречивой информации. Многие думают, что на границе черных дыр всех нас непременно разорвет приливными силами на мелкие ленточки – возникло даже словечко «спагеттифицирование». На самом деле, приливные силы на краю очень большой черной дыры совершенно незаметны, а согласно строгим решениям эйнштейновских уравнений, для падающего наблюдателя процесс пересечения границы черной дыры ничем не примечателен. Я полагаю, что под поверхностью Большой Чёрной Дыры мы увидим практически такую же Вселенную – те галактики, которые нырнули в неё пораньше. Главным различием будет смена разбегания галактик на их сближение: все исследователи согласны с тем, что внутри черной дыры всё падает к центру.
6. Если эта черная дыра растет, то однажды она засосет в себя всю остальную материю. Что случится тогда?
7. Когда это событие (сваливание Вселенной в БЧД), по-вашему, должно произойти? Является ли этот временной интервал неизменным для всех циклов расширения/сжатия или может меняться?
Думаю, что космологические циклы с хорошей точностью следуют определенному периоду, связанному с общей массой и энергией Вселенной. Трудно сказать, на какой точно стадии своего цикла мы находимся – для этого нужно строить конкретные космологические модели с заданным количеством барионов, черных дыр, гравитационных волн и других видов излучения. Когда нас настигнет граница растущей Большой Черной Дыры? Расчеты показывают, что она непременно выйдет на сверхсветовой режим расширения – это не нарушает теорию относительности, потому что граница черной дыры не является материальным объектом. Но эта сверхсветовая скорость означает, что наша встреча с этой границей Большой Черной Дыры может произойти в любой момент – мы не сможем засечь её приближение по каким-то наблюдениям, которые ограничены скоростью света. Во избежание паники повторяю: ничего трагического в этом я не вижу, но космологи начнут замечать, как красное смещение далёких галактик будет сменяться на синее. Но для этого свет от них должен успеть к нам дойти.
8. Какие наблюдательные и теоретические данные говорят в пользу предложенной вами космологической модели или, может, делают ее даже обязательной?
Классические уравнения Фридмана основаны на принципе изотропности и однородности. Таким образом, обычная космология в принципе не могла рассматривать эффекты анизотропии, о которых говорят многие наблюдатели. Модифицированные уравнения Фридмана, полученные в нашей с Васильковым статье 2018 года, включают в себя анизотропные эффекты – ведь Большая Черная Дыра расположена в определенном направлении. Тем самым открываются возможности для изучения этих эффектов, что даст подтверждение и самой теории. Мы не строили новую космологию, мы просто вставляем недостающие динамические пружины в хорошо разработанную классическую космологию, которая возникла в середине 20 века, начиная с работ Гамова и его группы. Мы возрождаем эту классическую космологию, делая её частью обычной физики. Сейчас она не содержит никаких предположений о квантовой гравитации, о лишних пространственных измерениях и о темных сущностях вроде «инфляции», «вакуумных фазовых переходов», «темной энергии» и «темной материи». Она работает только в рамках классической и хорошо проверенной теории гравитации Эйнштейна, используя только известные компоненты космоса вроде черных дыр и гравитационных волн. Так как она хорошо объясняет наблюдаемые явления, то это делает её совершенно обязательной – согласно принципам науки. Космологических моделей много, а реальность одна. Возрожденная классическая космология поразительно элегантна и проста, поэтому я полагаю, что мы узнали истинный способ существования Вселенной.
UPD2: Комментарий Горькавого на ваши комментарии:
Не, я туда не пойду. Там на меня жалобу уже написали, то ли в ООН, то ли в Спортлото. Причем написал человек, который думает, что космонавт на орбитальной станции может замерить центробежную орбитальную силу с помощью пружинки. Тут надо еще разобраться, кто мракобес.
Ну, конечно, много смеху в комментах. «Свидетели Малдасены» — просто здорово. Попов и Штерн тоже блеснули. Ну, Попов — я просто не знаю, где он специалист, видел его статью, где он за год до Челябинского болида всех успокаивал, что космической опасности нет и опасны только астероиды в 10 км. Я не думаю, что он способен прочитать нашу статью, но Штерн явно в неё заглянул и изрёк. Ну — ладно я, но вот бы удивился бы англичанин, рецензент нашей статьи, с которым мы долго и тщательно обсуждали сферические симметрии, однородности и неоднородности в нашем решении, что он не отличает одно от другого… Просто восхищают меня эти ребята и те, для кого они авторитет.
10 невероятных теорий того, что происходит внутри черной дыры
Самые самые > 10 невероятных теорий того, что происходит внутри черной дыры
Загадочные черные дыры делают все, чтобы не вписываться в стандартные законы физики. Мы понимаем это явление лишь в общих чертах и не можем объяснить их поведение или то, что скрывается внутри черной дыры. Но наблюдения порождают причудливые, а порой и ужасающие теории. Что будет, если вы окажитесь внутри черной дыры?
Клонирование
Для этого нужен наблюдатель. У вас есть друг, который следит за вашим проходом в черную дыру на безопасной дистанции. Он заметит, как вы медленно растягиваетесь и умираете. Пока он оплакивает потерю, вы в своей позиции все еще остаетесь живы, но вам кажется, что процесс прохода растянулся на бесконечность. То есть, друг думает, что вы умерли, а вы все никак не можете достигнуть процесса перехода, будто зависли в одной точке. Интересно то, что путешественник и наблюдатель одинаково правы.
Некоторые думают, что здесь нет парадокса, потому что обе реальности могут наблюдаться в одном временном промежутке. Были и те, кто говорил о клонировании, что не вписывается в законы квантовой механики.
Спагеттификация
Как только перешагнете черту горизонта событий черной дыры, на вас набросятся приливные силы. Они заставят вас вытягиваться и разрываться на мелкие кусочки. Голова так сильно вытянется, что вы будете по форме напоминать длинную лапшу.
Искаженность
Внутри вы сразу же отметите, что свет, время и пространство изменены. В черной дыре привычные физические законы теряют полномочия и происходит нечто новое. Сигнулярность создает бесконечное число гравитаций в центре, что и играет роль главного источника деформации.
Путешествие во времени
Эйнштейн и Хокинг часто утверждали, что есть возможность временных перемещений. И черная дыра подходит для этого как нельзя лучше. В конце концов, она игнорирует физические законы, причем особенно сильно внутри нее отличается время. Возможно, искажением можно воспользоваться, чтобы переместиться во времени. Математические расчеты показывают, что на черте внутреннего и внешнего горизонтов событий можно вернуться в период, когда вы были моложе. Но это скорее только ваше омоложение, так как все остальные (за пределами черной дыры) постареют.
Вы выживите
Если решили рискнуть, то лучше отправиться к черной дыре Керра на удаленности в 25000 световых лет. Она превосходит нашу звезду в 4.3 миллиона раз и может предложить неплохие условия для выживания. Суть в том, что приливная сила здесь незначительна, потому что горизонт событий слегка отдален от центра. Так что вы зависните на черте горизонта событий и будете бороздить пространство, пока не умрете от голода и обезвоживания.
Удачная мысль Эйнштейна
Он полагал, что если использовать свободно падающее перемещение, то можно сократить силу притяжения. То есть, мы больше не будем чувствовать свой вес пока падаем. И это может пригодиться, если вы прыгнули в черную дыру. Вы не заметите полета, пока не окажитесь уже внутри бездны, но наблюдателю пришлось бы наблюдать за вашим непрекращающимся полетом.
Белые дыры
Черная дыра – чудовище, от которого не сбежишь, а белая дыра – формирование, в которое не попадешь (полная противоположность черной дыре). Существует теория, что все поглощенные частички должны найти выход с другого конца. Никто не видел белые дыры, потому что они существуют лишь в математических формулах, но эта противоположность может стать порталом в другую вселенную.
Осмотр вселенской истории
Путь в параллельный мир
Раз вы уже оказались в этом мрачном мире, то срочно ищите выход. Да, назад пути нет, но физики предполагают, что сингулярность способна функционировать в качестве моста в иной мир. Это может быть точно такая же вселенная или же вы встретите своего клона, или столкнетесь с внеземными существами или местом, где все перевернуто вверх дном.
Станете частью всего
Хокинг считал, что в вакууме возле горизонта событий могут рождаться частицы и античастицы. Одни из них (отрицательные) падают внутрь черной дыры, а другие (положительные) скапливаются возле черной дыры в виде излучения. В итоге, черная дыра уменьшается, нагревается и однажды взрывается, выплескивая излучение Хокинга.
+ Просто умрете
Это печальная правда и наиболее вероятный исход. Вас просто разорвет на мелкие элементы, и вы даже не успеете постичь всех вселенских загадок.