Що ви побачите, спадаючи в чорну діру?

Чорні діри — мабуть, найбільш загадкові об'єкти у Всесвіті. Вони настільки щільні, що сила тяжіння не дозволяє нічому, навіть світла, покинути межі чорної діри. Фізики виявили безліч чорних дірок, від невеликих до надмасивних, масою в мільйони або мільярди сонячних. Важлива властивість горизонту подій — що світ не може його подолати — створює кордон у просторі: як тільки ви перетнете, ви приречені опинитися в сингулярності. Але що ви побачите, спадаючи в чорну діру? Погасне світло або залишиться? Фізики знають відповідь, і він вам сподобається.

У центрі нашої власної галактики ми побачили рух зірок навколо центральної точки маси в 4 мільйона сонячних мас, не випромінює ніякого світла. Цей об'єкт — Sagittarius A* — однозначний кандидат в чорну діру, якого ми можемо визначити, вимірюючи зірки на його орбіті.

Але є декілька дуже дивних речей, які відбуваються, коли ви наближаєтеся до горизонту чорної діри, і вони стають ще дивніше, коли ви перетинаєте. Є причина, по якій ви, подолавши цей невидимий бар'єр, що вже не зможете ніколи його покинути. І неважливо, який клас чорної діри вас засмоктав, який космічний корабель намагається вас звідти забрати або щось ще. Загальна теорія відносності — серйозна штука, особливо коли справа доходить до чорних дір. Причина пов'язана з найбільшим досягненням Ейнштейна: вона пов'язана з тим, ЯК чорна діра викривляє простір-час.

Коли ви знаходитесь далеко від чорної діри, тканина простору вигнута менше. Фактично, коли ви знаходитесь далеко від чорної діри, її гравітація не відрізняється від будь-яких інших мас, будь то нейтронна зірка, звичайна зірка або просто дифузне хмара газу. Простір-час може бути викривлено, але все, що ви можете визначити здалеку, це присутність маси, без даних про розподіл цієї маси. Але якщо поглянути своїми очима, то замість хмари газу, зірки або нейтронної зірки, буде абсолютно чорна сфера в центрі, не випромінює ніякого світла.

Ця сферична область, відома як горизонт подій, — це не щось фізичне, а швидше область простору певного розміру, з якої не може втекти світ. Можна було б припустити, що здалеку розмір чорної діри здається таким, яким є насправді. Іншими словами, якщо ви наблизитеся до чорної діри, вона буде виглядати як абсолютно чорна діра на тлі космосу, по межах якої спотворюється світло.

Для чорної діри з масою Землю ця сфера буде крихітної: близько 1 сантиметра в радіусі; а для чорної діри з масою Сонце ця сфера буде близько 3 кілометрів у радіусі. Якщо масштабувати масу (розмір) до надмасивної чорної діри — на зразок тієї, що в центрі нашої галактики — ви отримаєте розмір планетарної орбіти або гігантську червону зірку начебто Бетельгейзе.

Що ж станеться, коли ви наблизитеся і в кінці кінців потрапите в чорну діру?

З великої відстані геометрія побаченого вами буде відповідати вашим очікуванням і розрахунками. Але по мірі просування у вашому ідеально сконструйованому і неразрушимом космічному апараті, ви почнете помічати щось дивне, підходячи до чорної діри. Якщо розділити відстань між вами і зіркою надвоє, кутовий розмір зірки буде здаватися вдвічі більше. Якщо ви скоротите відстань до чверті, він буде в чотири рази більше. Але чорні діри інші.

На відміну від усіх інших об'єктів, до яких ви звикли, що чим ближче, тим крупніше здаються, чорна діра росте в розмірах набагато швидше, завдяки неймовірній кривизні простору.

З нашої точки зору на Землі, чорна діра в галактичному центрі буде здаватися крихітної, її радіус буде вимірюватися в микродуговых секундах. Але порівняно з наївним радіусом, який ви розраховуєте в рамках ОТО, він буде здаватися на 150% більше через викривлення простору. Якщо ви наблизитеся до нього, до моменту, коли горизонт подій буде розміром з повний Місяць на небі, він буде в чотири рази більше цього. Причина, звичайно, в тому, що простір-час викривляється все сильніше і сильніше, коли ви наближаєтеся до чорної діри.

І навпаки, спостерігається площа чорної діри зростає все більше і більше; до моменту, коли ви будете в декількох шварцшильдовских радіусах від неї, чорна діра зросте до таких розмірів, що затулить собою практично весь передній огляд корабля. Звичайні геометричні об'єкти так себе не ведуть.

Коли ви будете наближатися до самої внутрішньої стабільної круговій орбіті — яка становить 150% радіуса горизонту подій — ви помітите, що передній огляд на вашому кораблі стане абсолютно чорним. Як тільки ви перетнете цю точно, навіть позаду вас все почне занурюватися у темряву. Знову ж таки, це пов'язане з тим, як шляху світла з різних точок рухаються в цьому сильно викривленому просторі-часі.

В цей момент, якщо ви не перетнули горизонт подій, ви все ще можете вийти. Якщо ви докладете достатня прискорення геть від горизонту подій, ви зможете залишити його гравітацію і повернутися в безпечне простір-час подалі від чорної діри. Ваші гравітаційні датчики підкажуть вам, де спадний градієнт в напрямку центру змінюється площиною, де можна побачити зоряне світло.

Але якщо ви продовжите падіння до горизонту подій, ви в кінцевому підсумку побачите, як зоряний світ стискається до крихітної точки позаду вас, змінюючи колір на синій через гравітаційного синього зміщення. В останній момент,коли ви перетнете горизонт подій, ця точка стане червоною, білою, а потім синім, оскільки космічний мікрохвильовий і радіохвильової фони зрушаться у видиму частину спектру.

І потім... буде тьма. Нічого. Зсередини горизонту подій ніякої світло з зовнішньої Всесвіту не зможе потрапити до вашого корабля. Тепер ви згадайте про потужних двигунах свого корабля і задумаєтеся, як можна було б втекти з їх допомогою з цієї пастки. Ви згадайте, в якому напрямку лежала сингулярність, і спробуєте визначити гравітаційний градієнт у напрямку до неї. Це за умови, що позаду вас або перед вами не буде ніякої іншої матерії або світла.

Що дивно, навіть якщо разом з вами за горизонт подій потрапить багато світла — ви будете бачити «половину» видимої Всесвіту — на борту з вами будуть також і гравітаційні датчики. І як тільки ви перетнете горизонт подій, зі світлом або без, відбудеться дещо дивне.

Ваші датчики підкажуть вам, що гравітаційний градієнт, який йде в бік сингулярності, буде всюди, у всіх напрямках. Навіть у протилежному сингулярності напрямку.

Як таке можливо?

А ось так, тому що ви за горизонтом подій, прямо в ньому. Будь-який промінь світла, який ви зараз излучите, вирушить у напрямку сингулярності; ви дуже глибоко всередині чорної діри, щоб він міг потрапити куди-небудь ще.

Скільки ж часу необхідно після подолання горизонту в надмасивної чорної діри, щоб опинитися в її центрі? Вірте чи ні, незважаючи на те що горизонт подій може бути світловим годиною в діаметрі в нашій системі відліку, для досягнення сингулярності потрібно всього близько 20 секунд. Сильно викривлене простір — страшна штука.

Найгірше те, що будь прискорення наблизить вас до сингулярності ще швидше. Збільшити час виживання на цьому етапі неможливо. Сингулярність існує у всіх напрямках, куди ні подивися. Опір марно.