Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

10 жутких предположений о том, что случится, если вы попадете в черную дыру

Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. К сожалению, наш текущий уровень развития технологий не позволяет нам ответить на многие вопросы, связанные с их природой. Поэтому о многих аспектах связанных с этими объектами нам приходится только догадываться. Например, один и самых интересных вопросов, связанных с черными дырами звучит так: что будет, если в нее упасть?

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Никто пока не знает, что на самом деле там, внутри

Клонирование

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

У вас может появиться клон

Информационный парадокс черных дыр ставит в тупик ученых не один десяток лет. Эта загадка породила бесчисленное количество споров на тему того, что же на самом деле произойдет, как только вы попадете в черную дыру. Чтобы было проще понять этот парадокс, разберем пример с гипотетической Люси. Летите вы себе такой с Люси в черную дыру, и в последнюю секунду она решает туда не попадать. Они решила остаться в стороне и понаблюдать за тем, что с вами будет дальше. Люси видит, что с приближением к черной дыре ваше тело начинает медленно растягиваться, и в конце концов расщепляется на атомы. Она думает, что вы погибли, и благодарит судьбу за то, что не послушала вас и не отправилась вслед.

Но, подождите. Ведь история заканчивается совсем не так. На самом деле, вы остаетесь живы и продолжите все глубже и глубже погружаться в бесконечность черной дыры. Что произойдет с вам дальше — не суть нашего вопроса. Самое интересное заключается в том, что вы выживите, хотя Люси видела, как вы погибли.

Как такое возможно? Это пример информационного парадокса черных дыр. Это не иллюзия, а Люси не потеряла рассудок. Это то, что действительно возможно. По крайней мере в теории. Черна дыра — это место, в котором известные нам законы физики не работают. Согласно одному из предположений, когда вы будете входить в черную дыру, реальность для вас и Люси будет разделена на две части.

Спагеттификация

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

А вот это действительно страшно

Согласно другой гипотезе, как только вы пересечете границу горизонта событий черной дыры, то начнете испытывать мощное растяжение под воздействием силы гравитации. При падении в центр черной дыры на ваше тело будут воздействовать силы, которые в конечном итоге вас разорвут на мелкие кусочки (скорее, даже частицы).

Более того, если вы будете падать в черную дыру сначала головой, то она настолько отдалится от вашего тела, что вы начнете выглядеть как спагетти. Суть заключается в разности ускорения при падении из-за гравитации, которая будет воздействовать на вашу голову и ноги. Эта разница настолько большой, что вы вытянетесь как спагетти или лапша. Из-за этого даже появился термин спагеттификация.

Искажение света, пространства и времени

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Как только вы попадете внутрь, известные законы физики перестанут для вас существовать, а в силу вступят совсем иные силы.

Первое, что заметит любой, перед тем как попадет в горизонт событий черной дыры, будет то, насколько другими станут свет, пространство и время.

Бесконечный уровень гравитации, который производит сингулярность, находящаяся в центре черной дыры, способна искривлять пространство, пускать время вспять и изменять до неузнаваемости свет. Из-за этого ваше восприятие того, что сейчас происходит, будет полностью отличаться о того, что происходило до того момента, как вы попали в горизонт событий. Конечно же, длиться это будет ровно до того момента, пока вы полностью не будете поглощены бесконечной тьмой и уже не будете в состоянии вообще что-либо воспринимать.

Путешествие во времени

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Конечно же, не стоит забывать, что мы пока не придумали не то что способа путешествия через черные дыры, мы даже не знаем, как до них добраться и, что более важно, пережить все это.

Величайшие физики, такие как Эйнштейн и Хокинг, теоретизировали в свое время на тему того, что путешествие в будущее будет возможно благодаря использованию внутренних законов черных дыр. Как указывалось ранее, обычные законы физики внутри черной дыры перестают действовать, и на главную роль выходят совершенно иные. Одна из вещей, которая отличает черные дыры от нашего мира — то, как в них протекает время.

Гравитация внутри черной дыры настолько мощная, что способна искривлять не только пространство, но и время. Учитывая это, можно предположить, что искривление времени открывает возможность путешествия в нем. Если мы научимся использовать столь разительные отличия между пространством внутри и снаружи горизонта событий, то, вполне возможно, за счет гравитационного замедления времени мы сможем отправиться в будущее, где вы по-прежнему останетесь молоды, в то время как ваши друзья уже состарятся.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!

С вами ничего не произойдет

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Если у нас однажды появится выбор, через какую черную дыру совершить путешествие, то, вероятнее всего, стоит выбрать какую-нибудь сверхмассивную черную дыру или черную дыру Керра.

Если мы когда-нибудь сможем добраться до черной дыры, расположенной в центре нашей галактики, которая находится примерно в 25 000 световых годах от нас и примерно в 4,3 миллиона раз массивнее нашего Солнца, то, возможно, мы сможем совершенно безопасно для нашего здоровья через нее пройти. Концепция этой идеи заключается в том, что гравитационные силы дыры, воздействующие на того, кто в нее захочет попасть, будут совсем незначительными ввиду того, что горизонт событий расположен гораздо дальше от центра черной дыры. Таким образом вы сможете остаться живым внутри горизонта событий и умрете только от голода и обезвоживания, а, возможно, и от того, что попадете наконец в сингулярность. Здесь можно делать ставки, что произойдет раньше, потому что более точного ответа пока нет.

Более того, теоретически имеется возможность остаться в живых и прожить оставшуюся жизнь внутри черной дыры Керра, являющейся совершенно уникальным типом черных дыр, теория о которых впервые была предложена в 1963 году новозеландским математиком и астрофизиком Ройем Керром. Тогда он предположил, что если черные дыры образуются из умирающих двоичных нейтронных звезд, то внутрь такой черной дыры можно будет попасть совершенно целым и невредимым, так как центробежная сила будет препятствовать возникновению сингулярности в ее центре. Отсутствие сингулярности в центре черной дыры, в свою очередь, будет означать, что вам не нужно будет бояться бесконечных гравитационных сил и вы сможете выжить.

Согласно Эйнштейну, до самого конца вы не поймете, что происходит

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Чтобы вас ни окружало, оно будет падать относительно вас (и в результате вы не сможете понять, что падаете), в то время как для всех тех, кто будет за вами следить, это будет не так.

Эйнштейн предположил, что если добиться определенного уровня свободного падения, то можно отменить воздействие (или даже скорее восприятие) сил гравитации. Это означает, что если человек при свободном падении перестанет ощущать свой собственный вес, любая вещь, которая будет брошена в черную дыру вместе с ним, не будет казаться падающей. Скорее будет казаться, что она будет парить.

Эйнштейн развил эту идею и на ее основе вывел всемирно известную общую теорию относительности, его, пожалуй, самую удачную мысль. И возможно, это будет самой счастливой мыслью и для вас, если вы попадете в черную дыру. Даже если вы будете падать в бог его знает что, вы все равно не сможете понять, что вы именно падаете, до тех пор пока не попадете в сингулярность. Однако если в этот момент кто-то за вами сможет наблюдать со стороны, то они определенно будут видеть, что вы именно падаете. Все это связанно с восприятием.

Белая дыра

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Если кратко: белая дыра выплевывает все то, что было поглощено черной дырой, в альтернативную Вселенную.

Известно, что черные дыры в конечном итоге поглощают абсолютно все, что попадает в их горизонт событий. Даже свет не может избежать трагичной участи. Менее же известно то, что происходит со всеми этими обреченными частицами дальше. Согласно одной из теорий, все, что попадает в черную дыру с одного конца, выбирается наружу с другого конца. И этим вторым концом является так называемая белая дыра.

Конечно же, никто до сих пор никаких белых дыр не видел (да и черных тоже, откровенно говоря. Мы знаем об их существовании лишь благодаря их мощному гравитационному воздействию), поэтому никто с уверенностью не может сказать, белые ли они на самом деле. Однако причиной, по которой их так называют, является то, что белые дыры представляют собой полную противоположность тому, чем являются черные дыры. Вместо поглощения всего вокруг, они, наоборот, выплевывают все то, что находится внутри них. И как и в случае с черной дырой, от которой убежать не получится, попади вы в ее горизонт событий, так и с белой дырой все то же самое. Только наоборот: попасть вы в нее не сможете.

Эта теория в некоторой степени заставила физиков задуматься о возможности того, что белые дыры являются основой создания нашей Вселенной такой, какой мы ее знаем. И если вы когда-нибудь попадете в черную дыру и каким-то образом выживете и сможете выйти с другой стороны через белую дыру в альтернативной Вселенной, то обратно в нашу Вселенную вы уже вернуться никогда не сможете.

Будете следить за историей развития Вселенной

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

К сожалению, история эта будет иметь все же плохой конец.

Как уже упоминалось ранее, есть вероятность наличия черных дыр без сингулярности в их центре. Вместо этого в центре будет находиться так называемая кротовая нора. Если мы найдем способ путешествия через кротовую нору, то, скорее всего, станем свидетелем истории эволюции Вселенной, за которым можно будет наблюдать на всем протяжении к тому, что бы ни находилось на другом конце кротовой норы. Будет это выглядеть так, как если бы кто-то запустил видеоролик с историей Вселенной в бесконечно быстрой перемотке.

Чем быстрее станет двигаться картинка, тем быстрее вы будете приближаться к своей смерти. Свет будет становиться все более и более синесмещенным и заряженным до тех пор, пока полностью вас не зажарит заживо своим излучением.

Путешествие в параллельную Вселенную

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Некоторые теории даже предполагают, что существует бесконечное число альтернативных Вселенных, в каждой из которых имеется равное число совершенно разных «вас».

Если однажды попадете в черную дыру, осознанно ли или случайно, то первое, что нужно сделать, постараться оглядеться. Может быть, вы таким образом сможете найти выход, кто знает. Даже если окажется, что вернуться в ту Вселенную, откуда вы прибыли, уже не получится, то оказаться в параллельной Вселенной может оказаться не таким уж и плохим концом вашего путешествия.

Физики теоретизируют о том, что как только вы достигнете сингулярности черной дыры, она может послужить для вас своего рода мостом между этой и альтернативной реальностью, или так называемой «параллельной Вселенной». Что происходит в этой новой Вселенной — остается загадкой и полем для нашего воображения.

Никогда не задумывались о сделанных в вашей жизни выборах? Что было бы, если бы вы устроились не на эту, а на ту работу, познакомились с той девчонкой или парнем, вместо того чтобы просиживать каждый день за компьютером? Стали бы вы богаче или беднее, если бы не сделали или не сделали то, что вас однажды попросили? Так вот, в альтернативной Вселенной у вас появится шанс это выяснить.

Вы станете частью Вселенной

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Не такой, как сейчас.

Хокинг когда-то предположил, что определенные частицы, попадающие в черную дыру, проходят своего рода процесс фильтрации на положительно заряженные и отрицательно заряженные. Частицы эти очень медленно поглощаются черной дырой. С погружением в нее отрицательно заряженные частицы теряют свою массу. Положительно же заряженные частицы обладают достаточной энергией для того, чтобы оставаться снаружи черной дыры в качестве излучения.

Согласно Хокингу, черные дыры медленно, но верно теряют свою массу и становятся горячее. В конце концов они взрываются и разбрасывают свое содержимое, называемое излучением Хокинга, обратно во Вселенную. Это, по крайней мере в теории, означает то, что вы сможете стать частью Вселенной, как Феникс, возродившийся из атомного пепла.

Бонус: Вы просто… умрете

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Пока это наиболее вероятный сценарий

Иногда мы очень любим игнорировать самые очевидные и страшные последствия того или иного события, будучи ослепленными вероятностью более радостных стечений обстоятельств.

Как бы по-садистски это ни звучало, наиболее вероятным результатом вашего падения в черную дыру станет то, что еще до того момента, как вы просто сможете понять свое присутствие внутри нее, от вас не останется даже праха. У вас даже не будет времени, чтобы понять то, что вы стали свидетелем того, о чем физики говорят как о ключе к пониманию загадок Вселенной.

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Новости, статьи и анонсы публикаций

Свободное общение и обсуждение материалов

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Темная материя, утекающая по спирали в массивную черную дыру, может излучать гамма-лучи, которые могут быть видимы с Земли, считают ученые. Темной материи во…

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Есть несколько способов создать черную дыру, от коллапса ядра сверхновой до слияния нейтронных звезд с коллапсом огромного количества вещества. Если брать ни…

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

Космос уже долгое время является неотъемлемой частью нашей жизни. С тех пор как мы начали понимать свое окружение, мы часто смотрим на звезды в поисках ответ…

Источник

Черные дыры и структура пространства-времени

Хуан Малдасена (Juan Maldacena),
Институт высших исследований, Школа естественных наук, Принстон, Нью-Джерси, США

1. Черные дыры

Черные дыры — один из самых необыкновенных объектов, предсказываемых общей теорией относительности Эйнштейна. У черных дыр интересная история, поскольку они преподнесли теоретикам немало сюрпризов, приведших к лучшему пониманию природы пространства-времени.

Давайте начнем с теории всемирного тяготения Ньютона. Силу гравитационного притяжения мы испытываем прямо здесь, на поверхности земли. Если подбросить камень, он упадет под действием земного притяжения. А можно ли подбросить камень с такой скоростью, чтобы он на Землю не вернулся? Можно. Если запустить камень со скоростью выше второй космической скорости (около 11 км/с), он покинет гравитационное поле Земли. Эта «скорость выхода» зависит от массы и радиуса земного шара. Если бы Земля при ее нынешнем радиусе была массивнее или имела бы меньший радиус при ее нынешней массе, скорость выхода была бы выше. Возникает вопрос: что будет, если плотность и масса космического тела настолько велики, что скорость выхода из его гравитационного поля выше скорости света? Ответ: такое тело будет представляться внешнему наблюдателю абсолютно черным, поскольку свет его покинуть не может. Например, звезда с радиусом меньше, чем

Что будет с восприятием времени при приближении к черной дыре

где GN — постоянная Ньютона, а с — скорость света в вакууме, будет выглядеть абсолютно черной.

Для тех, кто не разбирается в формулах, приведу несколько примеров. Чтобы тело, масса которого равна массе Земли, превратилось в черную дыру, оно должно иметь радиус меньше сантиметра. Тело с массой Солнца должно сжаться до диаметра меньше километра. На это еще в конце XVIII века указал Пьер-Симон Лаплас, но тогда никто не придал этому особого значения.

С появлением в 1905 году специальной теории относительности у нас появилось понимание того факта, что скорость света в вакууме — не рядовая скорость. Это космический предел: ничто не может двигаться быстрее света. Теория относительности Эйнштейна также учит нас, что пространство и время тесно взаимосвязаны. Для наблюдателей, движущихся друг относительно друга, время течет с разной скоростью. Предположим, вы стоите на улице и смотрите на проезжающие машины. Для водителей машин время течет чуть медленнее, чем для вас, и несколько иначе. Предположим, вы видите, как два светофора в разных концах улицы одновременно переключаются на красный. Для водителей же они переключатся не одновременно. Это получается после того, как мы учтем время, которое требуется свету, чтобы пройти расстояние от светофора до наблюдателей. И для вас, и для водителей свет движется с одинаковой скоростью, но время для них течет медленнее. То есть, время относительно, а скорость света абсолютна. Это противоречит нашим интуитивным представлениям о мире, так как эффект этот на нас практически не сказывается, поскольку мы обычно путешествуем на скоростях, которые очень далеки от скорости света, а время измеряем не с абсолютной точностью. Однако в ускорителях элементарных частиц этот эффект наблюдается постоянно. При скоростях, близких к скорости света, частицы живут значительно дольше.

Пространство и время объединяются в единую концепцию пространства-времени. Время воспринимается по-разному двумя наблюдателями, движущимися друг относительно друга. Однако оба наблюдателя воспринимают одно и то же пространство-время. Имеются точные формулы, позволяющие нам связать наблюдения этих двух наблюдателей.

Теперь вернемся к гравитации. Она обладает очень важным свойством, которое открыл еще Галилей: все тела падают одинаково, если не учитывать сопротивление воздуха. В безвоздушном пространстве пушинка и камень упадут на землю одновременно. В случае действия других сил это не так. В электрическом поле заряженная частица будет двигаться иначе в случае изменения ее массы или заряда. В теории всемирного тяготения Ньютона причина, по которой все тела движутся под воздействием гравитационных сил одинаково, сводится к тому, что сила гравитационного притяжения пропорциональна массе тела. Иногда это называют «принципом эквивалентности».

Эйнштейн осознал, что теория Ньютона противоречит теории относительности, поскольку согласно ньютоновской теории гравитационное взаимодействие между телами передается мгновенно. В 1915 году Эйнштейн решил эту проблему таким образом, что из этого решения естественным путем вытекает и принцип эквивалентности. Свою новую концепцию Эйнштейн назвал общей теорией относительности. Он предположил, что гравитация возникает вследствие искривления пространства-времени. В искривленном пространстве-времени частицы движутся по кратчайшим траекториям. Изначально параллельные линии таких траекторий в искривленном пространстве-времени могут сближаться. Например, два земных меридиана на пересечении с экватором параллельны, однако по мере удаления от него они сближаются и, в конечном итоге, пересекаются в точке Северного полюса. Конфигурация пространства-времени зависит от материи, перемещающейся в нем. Общая теория относительности подразумевает, что темп времени зависит от гравитационного поля. Следовательно, два жильца одного дома, обитающие на первом и последнем этажах, воспринимают ход времени по-разному. Для обитателя первого этажа время течет чуть медленнее, чем для обитателя верхнего этажа. Для земных зданий этот эффект пренебрежимо мал и составляет порядка 10 –15 секунды за секунду. Главное, что нам нужно усвоить, это то, что массивные тела стягивают пространство-время на себя. В частности, вблизи массивных объектов время течет медленнее, чем на удалении от них.

Физики всегда стремятся сначала разобрать простейшие ситуации. Поэтому в 1916 году, вскоре после открытия общей теории относительности, молодой немецкий физик Карл Шварцшильд (Karl Schwarzschield) нашел простейшее сферически симметричное решение уравнений Эйнштейна. Это решения описывает частный случай искривления геометрии пространства-времени под воздействием точечной массы. Однако, вместо геометрии, давайте обратим внимание на другой их аспект: темп хода стационарных часов. Часы на поверхности Солнца идут на одну миллионную медленнее, чем удаленные от Солнца часы. Часы на поверхности нейтронной звезды идут со скоростью 70% от скорости часов вдали от нее. Здесь налицо уже весьма значительный эффект расхождения во времени. Так вот, решение Шварцшильда подразумевает, что часы в «центре» точечной массы вообще остановились бы. Поначалу физики сочли это «нефизическим» парадоксом, следствием слишком упрощенного анализа.

Дальнейшие расчеты показали, однако, что речь в решении Шварцшильда идет даже не о некоем условном «центре», а о целой идеальной сфере. Путешественник, пересекающий границы этой сферы и попадающий внутрь нее, не испытывает ничего странного или необычного — для него время течет по-прежнему. А вот для сторонних наблюдателей за пределами этой сферы, принимающих сигналы от падающего внутрь сферы путешественника, любые сигналы от него будут неуклонно замедляться, пока не исчезнут, как таковые, при пересечении им поверхности сферы. Поверхность, на которой стационарные часы замедляются до нуля, принято называть сферой Шварцшильда или «горизонтом». Возврата из-за горизонта нет. Наблюдатель, пересекший его и попавший внутрь сферы, обратно не выберется и будет неизбежно поглощен сингулярностью в ее центре. «Сингулярность» — это область сверхвысокого искривления пространства-времени, и путешественник в ней попросту исчезнет и будет раздавлен огромной гравитационной силой. Выясняется, что размер черной дыры согласно теории Эйнштейна описывается все той же формулой, предложенной еще Лапласом в рамках механики Ньютона, однако ее физическая интерпретация в корне меняется.

Черные дыры могут образовываться в результате астрофизических процессов, когда у звезд с массой, на порядок превышающей массу Солнца, кончается термоядерное топливо, и они обрушиваются внутрь себя под действием гравитационных сил. Имеется достаточно данных наблюдений, свидетельствующих о реальности существования таких черных дыр во Вселенной. С астрофизической точки зрения обнаруженные черные дыры подразделяются на две категории. Первый тип — это черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса массивных звезд и обладающие соответствующей массой. Поскольку черные дыры кажутся нам реально черными, наблюдать их крайне сложно. Если посчастливится, мы можем увидеть лишь шлейф газа, затягиваемого в черную дыру. Разгоняясь при падении, газ разогревается и испускает характерное излучение, которое мы только и можем обнаружить. Источником газа при этом является другая звезда, образующая парную систему с черной дырой и обращающаяся вместе с ней вокруг центра масс двойной звездной системы. Иными словами, сначала мы имели обычную двойную звезду, затем одна из звезд в результате гравитационного коллапса превратилась в черную дыру. После этого черная дыра начинает засасывать газ с поверхности горячей звезды. Второй тип — это гораздо более массивные черные дыры в центрах галактик. Их масса превышает массу Солнца в миллиарды раз. Опять же, падая на такие черные дыры, вещество разогревается и испускает характерное излучение, которое со временем доходит до Земли, его-то мы и можем обнаружить. Предполагается, что все крупные галактики, включая нашу, имеют в центре свою черную дыру.

Однако основным предметом нашего разговора является не астрофизика черных дыр, а исследование их влияния на структуру пространства-времени.

Согласно теории Эйнштейна черная дыра представляет собой бездонный провал в пространстве-времени, падение в который необратимо. Что упало, то пропало в черной дыре навеки.

У черных дыр очень интересные свойства. После коллапса звезды в черную дыру ее свойства будут зависеть только от двух параметров: массы и углового момента вращения. То есть, черные дыры представляют собой универсальные объекты, то есть, их свойства не зависят от свойств вещества, из которого они образованы. При любом химическом составе вещества исходной звезды свойства черной дыры будут одними и теми же. То есть, черные дыры подчиняются только законам теории гравитации — и никаким иным.

Другое любопытное свойство черных дыр заключается в следующем: предположим, вы наблюдаете процесс, в котором участвует черная дыра. Например, можно рассмотреть процесс столкновения двух черных дыр. В результате из двух черных дыр образуется одна более массивная. Этот процесс может сопровождаться излучением гравитационных волн, и уже построены детекторы с целью их обнаружения и измерения. Процесс этот теоретически просчитать весьма непросто, для этого нужно решить сложную систему дифференциальных уравнений. Однако имеются и простые теоретические результаты. Площадь сферы Шварцшильда получившейся черной дыры всегда больше суммы площадей поверхностей двух исходных черных дыр. То есть, при слиянии черных дыр площадь их поверхности растет быстрее массы. Это так называемая «теорема площадей», она была доказана Стивеном Хокингом (Steven Hawking) в 1970 году.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *