Падение в чёрную дыру. “Что вы увидите, падая в черную дыру?” Вопрос о сохранении информации

18.12.2023

1) Образование черных дыр

Черная дыра рождается тогда, когда у крупной звезды начинает заканчиваться топливо и она начинает разрушаться из-за своей же собственной гравитации.

Такая звезда превращается в белого карлика или нейтронную звезду, но если звезда оказывается очень массивной, она может продолжать сжиматься и в конечном итоге достигает размера крошечного атома, который называется центром черной дыры.

2) Масса черной дыры

Масса этой сжатой звезды настолько велика, а гравитация ее центра настолько сильна, что, согласно теории общей относительности Эйнштейна, она на самом деле может деформировать пространство-время вокруг себя, и даже свет не может вырваться из нее.

Граница, за которую свет не может вырваться, называется горизонт событий , а расстояние от центра до горизонта событий - гравитационный радиус или радиус Шварцшильда.

3) Теория черных дыр

Как только частицы и солнечные лучи пересекают горизонт событий, они направляются к центру, их больше никогда никто не сможет увидеть.

4) Самые странные объекты Вселенной

Для внешнего наблюдателя с телескопом кажется, что объект, который проходит через горизонт событий, начинает замедляться и замерзать и что он вовсе не прошел через эту границу. Со временем свет становится красным и более тусклым, а его длина волны - длиннее , в конечном итоге, он исчезает из поля видимости, становясь инфракрасной радиацией, а затем радиоволнами.

5) Падение в черную дыру

Если бы человек мог оказаться в черной дыре, будучи в сознании и имея возможность вернуться оттуда, он бы рассказал, что вначале испытал ощущение невесомости, как будто он находится в свободном падении, но затем почувствовал бы очень мощные силы притяжения, его бы тащило ближе к центру черной дыры.

Чем ближе к центру, тем сильнее гравитация, поэтому если бы его ноги были ближе к центру, чем голова, его бы начало сильно растягивать и в конечном итоге разорвало бы на части.

Во время падения он бы видел искаженное изображение, как будто свет обволакивает его и он бы также увидел, как свет за пределами черной дыры направляется во внутрь.

6) Сила гравитации черных дыр

Важно понимать, что гравитационное поле черной дыры точно такое же, как и у других объектов в космосе, имеющих такую же массу. Другими словами, черные дыры притягивают к себе объекты так же, как это делают обычные звезды, то есть все объекты, которые оказываются рядом с горизонтом событий, падают в них.

7) Кротовые норы

Кротовая нора в теории является туннелем в пространстве-времени, который позволяет пройти коротким путем от одного конца Вселенной к другому. Однако эти объекты могут оказаться с внешней стороны очень похожими на черные дыры.

8) Кто открыл черные дыры во Вселенной?

Джон Мичелл (1783 год) и Пьер-Симон Лаплас (1796 год) впервые предложили концепцию "темных звезд" или объектов, которые при сжатии имеют такую сильную силу притяжения, что скорость убегания рядом с ними будет превышать скорость света.

Позже термин "замороженная звезда" стал использоваться для описания последней фазы гравитационного коллапса звезды, когда свет не может покинуть ее поверхность, поэтому звезда кажется замороженной во времени для наблюдателя.

В 20-м столетии физик Джон Уиллер предложил называть эти объекты "черными дырами" , так как они поглощали все частицы света, которые оказывались поблизости, поэтому ничего отражать были не способны.

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

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

Первое, что заметит любой, перед тем как попадет в горизонт событий черной дыры, будет то, насколько другими станут свет, пространство и время. Как только вы попадете внутрь, известные законы физики перестанут для вас существовать, а в силу вступят совсем иные силы.

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

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.

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.

С вами ничего не произойдет

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

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. 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.

Белая дыра

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.

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

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.

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

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

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

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

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.

Черная дыра - это область пространства, которая обладает таким притяжением, что даже свет не может ее покинуть. Идея существования таких объектов появилась еще в конце XVIII века, когда английский естествоиспытатель Джон Митчелл предположил, что если размеры звезды будут очень маленькими, а масса - очень большой, то она не будет светить, потому что ее притяжение просто не даст свету вырваться (Митчелл представлял себе свет состоящим из частиц).

В современной науке существование черных дыр предсказывает теория относительности. Гравитацию в соответствии с этой теорией наглядно так: представим себе ткань, а лучше лист резины, на который кладут камни. Камни продавливают его сильнее или слабее в зависимости от своего веса, а более легкие катятся туда, где более тяжелые продавили яму поглубже. Поэтому планеты «притягивают» спутники, Солнце «притягивает» планеты и так далее.

Остерегайтесь черных дыр и водопадов

Используя эту метафору, Стивен Хокинг объясняет черные дыры так: представим, что мы кладем на резину очень тяжелый и компактный камень, он продавливает в ней бездонную яму, в которую вещество падает безвозвратно.

Граница черной дыры называется горизонтом событий, за этим горизонтом скорость, с которой нужно двигаться, чтобы вырваться из черной дыры, должна превышать скорость света - задача невозможная. Представить это себе можно как падение на лодке в водопад: чем ближе к водопаду, тем сильнее нужно грести, чтобы не затянуло, но с какого-то момента как ни старайся - вырваться уже не получится, вы падаете, но в случае черной дыры на дне вас ждут не острые камни, а загадочная сингулярность.

В области сингулярности плотность материи становится бесконечной. Говорят , может даже образоваться туннель в другую Вселенную. Но это все слухи, а что там на самом деле происходит - никто не знает.

Все это звучит странно и загадочно, но в том, что черные дыры существуют, астрофизики : например, долгожданное открытие , порожденных столкновением двух черных дыр, - весомое подтверждение их существования.

Откуда берутся черные дыры

Черные дыры звездных масс образуются из звезд массой в 3−5 раз больше солнечной (поэтому наше Солнце черной дырой не станет, оно превратиться в белого карлика через миллиарды лет). «Топливо» для термоядерных реакций в звездах не бесконечно, и, когда оно заканчивается, звезда «схлопывается» и вспыхивает сверхновой.

А вот откуда берутся сверхмассивные черные дыры, неизвестно. На этот счет есть только предположения, такие как схлопывание массивных облаков газа на ранних стадиях образования галактик, разрастание черных дыр звездной массы за счет поглощения материи или слияния множества таких дыр в одну сверхмассивную. Недостатка в предположениях нет, а вот с наблюдениями дело обстоит сложнее.

Как увидеть черную дыру

Увидеть саму черную дыру нельзя, на что намекает ее название, а вот падающее в нее вещество - можно. В центрах многих галактик находятся черные дыры массой в миллионы больше солнечной. Они притягивают пыль, газ и звезды. Из этого вещества вокруг черной дыры образуется аккреционный диск. В нем материя закручивается, как в воронке, перед тем как упасть в черную дыру, и из-за трения разогревается, благодаря чему начинает ярко светиться во всем спектре. При падении же материи в черную дыру давление излучения и влияние магнитного поля у границы черный дыры отбрасывают часть вещества далеко от нее.

Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики называется Стрелец A*. Словосочетание «наша Галактика» звучит как-то по-домашнему, будто до центра ее рукой подать, но на самом деле черная дыра находится от нас в 25 тысячах световых лет, масса ее - в 4 миллиона раз больше солнечной.

Разглядеть ее на таком расстоянии очень сложно - все равно что пытаться увидеть теннисный мячик на Луне, и необходимая для этого острота «зрения» доступна лишь радиотелескопам благодаря приему , который позволяет объединить телескопы в разных уголках земного шара в один огромный виртуальный телескоп. Так, проект Event Horizon Telescope объединит наблюдения телескопов в США, Испании, Мексике, Чили и даже в Антарктиде.

Второй объект для наблюдения - черная дыра в центре галактики M 87 Она примерно в 6 миллионов раз массивнее Солнца, но и находится существенно дальше - в 53 миллионах световых лет от нас.

На что похожа черная дыра

Результаты наблюдений будут опубликованы только в следующем году, а пока, чтобы примерно представить себе, что могут увидеть телескопы, можно полюбоваться на черную дыру в фильме «Интерстеллар», создатели которого постарались сделать картину как можно более правильной с научной точки зрения.

Правильность этой картинки в том, что аккреционный диск за черной дырой выглядит не как кольца у Сатурна, а выглядывает из-за черной дыры, потому что ее сильное гравитационное поле искажает путь, который проходит излучение аккреционного диска. Впрочем, есть и отличие от «Интерстеллара»: с одной стороны аккреционный диск из-за его вращения должен выглядеть ярче.

В результате изображение должно получиться похожим на картинку, которую астрофизик Жан-Пьер Люмине (Jean-Pierre Luminet) смоделировал в 1978-м еще на компьютере IBM 7040 , работавшем на перфокартах, и нарисовал от руки для статьи в журнале Astronomy and Astrophysics.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock

Возможно, вы думаете, что человека, попавшего в черную дыру, ждет мгновенная смерть. В действительности же его судьба может оказаться намного более удивительной, рассказывает корреспондент .

Что произойдет с вами, если вы попадете внутрь черной дыры? Может быть, вы думаете, что вас раздавит - или, наоборот, разорвет на клочки? Но в действительности все гораздо страннее.

В тот момент, когда вы попадете в черную дыру, реальность разделится надвое. В одной реальности вас мгновенно испепелит, в другой же - вы нырнете вглубь черной дыры живым и невредимым.

Внутри черной дыры не действуют привычные нам законы физики. Согласно Альберту Эйнштейну, гравитация искривляет пространство. Таким образом, при наличии объекта достаточной плотности пространственно-временной континуум вокруг него может деформироваться настолько, что в самой реальности образуется прореха.

Массивная звезда, израсходовавшая все топливо, может превратиться именно в тот тип сверхплотной материи, который необходим для возникновения подобного искривленного участка Вселенной. Звезда, схлопывающаяся под собственной тяжестью, увлекает за собой пространственно-временной континуум вокруг нее. Гравитационное поле становится настолько сильным, что даже свет больше не может из него вырваться. В результате область, в которой ранее находилась звезда, становится абсолютно черной - это и есть черная дыра.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Никто точно не знает, что происходит внутри черной дыры

Внешняя поверхность черной дыры называется горизонтом событий. Это сферическая граница, на которой достигается баланс между силой гравитационного поля и усилиями света, пытающегося покинуть черную дыру. Если пересечь горизонт событий, вырваться будет уже невозможно.

Горизонт событий лучится энергией. Благодаря квантовым эффектам, на нем возникают потоки горячих частиц, излучаемых во Вселенную. Это явление называется излучением Хокинга - в честь описавшего его британского физика-теоретика Стивена Хокинга. Несмотря на то, что материя не может вырваться за пределы горизонта событий, черная дыра, тем не менее, "испаряется" - со временем она окончательно потеряет свою массу и исчезнет.

По мере продвижения вглубь черной дыры пространство-время продолжает искривляться и в центре становится бесконечно искривленным. Эта точка известна как гравитационная сингулярность. Пространство и время в ней перестают иметь какое-либо значение, а все известные нам законы физики, для описания которых необходимы эти два понятия, больше не действуют.

Никто не знает, что именно ждет человека, попавшего в центр черной дыры. Иная вселенная? Забвение? Задняя стенка книжного шкафа, как в американском научно-фантастическом фильме "Интерстеллар"? Это загадка.

Давайте порассуждаем - на вашем примере - о том, что произойдет, если случайно попасть в черную дыру. Компанию в этом эксперименте вам составит внешний наблюдатель - назовем его Анной. Итак, Анна, находящаяся на безопасном расстоянии, в ужасе наблюдает за тем, как вы приближаетесь к границе черной дыры. С ее точки зрения события будут развиваться весьма странным образом.

По мере вашего приближения к горизонту событий Анна будет видеть, как вы вытягиваетесь в длину и сужаетесь в ширину, будто она рассматривает вас в гигантскую лупу. Кроме того, чем ближе вы будете подлетать к горизонту событий, тем больше Анне будет казаться, что ваша скорость падает.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption В центре черной дыры пространство бесконечно искривлено

Вы не сможете докричаться до Анны (поскольку в безвоздушном пространстве звук не передается), но можете попытаться подать ей знак азбукой Морзе при помощи фонарика в вашем iPhone. Однако ваши сигналы будут достигать ее со все возрастающими интервалами, а частота света, испускаемого фонариком, будет смещаться в сторону красного (длинноволнового) участка спектра. Вот как это будет выглядеть: "Порядок, п о р я д о к, п о р я…".

Когда вы достигнете горизонта событий, то, с точки зрения Анны, замрете на месте, как если бы кто-то поставил воспроизведение на паузу. Вы останетесь в неподвижности, растянутым по поверхности горизонта событий, и вас начнет охватывать все возрастающий жар.

С точки зрения Анны, вас будут медленно убивать растяжение пространства, остановка времени и жар излучения Хокинга. Прежде чем вы пересечете горизонт событий и углубитесь в недра черной дыры, от вас останется один пепел.

Но не спешите заказывать панихиду - давайте на время забудем об Анне и посмотрим на эту ужасную сцену с вашей точки зрения. А с вашей точки зрения будет происходить нечто еще более странное, то есть ровным счетом ничего особенного.

Вы летите прямиком в одну из самых зловещих точек Вселенной, не испытывая при этом ни малейшей тряски - не говоря уже о растяжении пространства, замедлении времени или жаре излучения. Все потому, что вы находитесь в состоянии свободного падения и поэтому не чувствуете своего веса - именно это Эйнштейн назвал "самой удачной идеей" своей жизни.

Действительно, горизонт событий - это не кирпичная стена в космосе, а явление, обусловленное точкой зрения наблюдающего. Наблюдатель, остающийся снаружи черной дыры, не может заглянуть внутрь сквозь горизонт событий, но это его проблема, а не ваша. С вашей точки зрения никакого горизонта не существует.

Если бы размеры нашей черной дыры были меньше, вы и правда столкнулись бы с проблемой - гравитация действовала бы на ваше тело неравномерно, и вас вытянуло бы в макаронину. Но, по счастью для вас, данная черная дыра велика - она в миллионы раз массивнее Солнца, так что гравитационная сила достаточно слаба, чтобы можно было ею пренебречь.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Вы не можете вернуться и выбраться из черной дыры - точно так же, как никто из нас не способен на путешествие в прошлое

Внутри достаточно крупной черной дыры вы даже сможете вполне нормально прожить остаток жизни, пока не умрете в гравитационной сингулярности.

Вы можете спросить, насколько нормальной может быть жизнь человека, помимо воли увлекаемого к дыре в пространственно-временном континууме без шанса на то, чтобы когда-нибудь выбраться наружу?

Но если вдуматься, нам всем знакомо это ощущение - только применительно ко времени, а не к пространству. Время идет только вперед и никогда вспять, и оно действительно влечет нас за собою помимо нашей воли, не оставляя нам шанса на возвращение в прошлое.

Это не просто аналогия. Черные дыры искривляют пространственно-временной континуум до такой степени, что внутри горизонта событий время и пространство меняются местами. В каком-то смысле вас влечет к сингулярности не пространство, а время. Вы не можете вернуться назад и выбраться из черной дыры - точно так же, как никто из нас не способен на путешествие в прошлое.

Возможно, теперь вы задаетесь вопросом, что же не так с Анной. Вы летите себе в пустом пространстве черной дыры и с вами все в порядке, а она оплакивает вашу гибель, утверждая, что вас испепелило излучение Хокинга с внешней стороны горизонта событий. Уж не галлюцинирует ли она?

В действительности утверждение Анны совершенно справедливо. С ее точки зрения, вас действительно поджарило на горизонте событий. И это не иллюзия. Анна может даже собрать ваш пепел и отослать его вашим родным.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Горизонт событий - не кирпичная стена, он проницаем

Дело в том, что, в соответствии с законами квантовой физики, с точки зрения Анны вы не можете пересечь горизонт событий и должны остаться с внешней стороны черной дыры, поскольку информация никогда не теряется безвозвратно. Каждый бит информации, отвечающий за ваше существование, обязан оставаться на внешней поверхности горизонта событий - иначе с точки зрения Анны, будут нарушены законы физики.

С другой стороны, законы физики также требуют, чтобы вы пролетели сквозь горизонт событий живыми и невредимыми, не повстречав на своем пути ни горячих частиц, ни каких-либо иных необычных явлений. В противном случае будет нарушена общая теория относительности.

Итак, законы физики хотят, чтобы вы одновременно находились снаружи черной дыры (в виде горстки пепла) и внутри нее (в целости и сохранности). И еще один немаловажный момент: согласно общим принципам квантовой механики, информацию нельзя клонировать. Вам нужно находиться в двух местах одновременно, но при этом лишь в одном экземпляре.

Такое парадоксальное явление физики называют термином "исчезновение информации в черной дыре". По счастью, в 1990-х гг. ученым удалось этот парадокс разрешить.

Американский физик Леонард Зюсскинд понял, что никакого парадокса на самом деле нет, поскольку никто не увидит вашего клонирования. Анна будет наблюдать за одним вашим экземпляром, а вы - за другим. Вы с Анной никогда больше не встретитесь и не сможете сравнить наблюдения. А третьего наблюдателя, который мог бы наблюдать за вами как снаружи, так и изнутри черной дыры одновременно, не существует. Таким образом, законы физики не нарушаются.

Разве что вы захотите узнать, какой из ваших экземпляров реален, а какой нет. Живы вы в действительности или умерли?

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Пролетит ли человек сквозь горизонт событий целым и невредимым или врежется в огненную стену?

Дело в том, что никакого "в действительности" нет. Реальность зависит от наблюдателя. Существует "в действительности" с точки зрения Анны и "в действительности" с вашей точки зрения. Вот и всё.

Почти всё. Летом 2012 г. физики Ахмед Альмхеири, Дональд Маролф, Джо Полчински и Джеймс Салли, коллективно известные под английской аббревиатурой из первых букв своих фамилий как AMPS, предложили мысленный эксперимент, который грозил перевернуть наше представление о черных дырах.

По словам ученых, разрешение противоречия, предложенное Зюсскиндом, основывается на том, что разногласие в оценке происходящего между вами и Анной опосредовано горизонтом событий. Неважно, действительно ли Анна видела, как один из двух ваших экземпляров погиб в огне излучения Хокинга, поскольку горизонт событий не давал ей увидеть ваш второй экземпляр, улетающей вглубь черной дыры.

Но что, если бы у Анны имелся способ узнать, что происходит по ту сторону горизонта событий, не пересекая его?

Общая теория относительности говорит нам, что это невозможно, но квантовая механика слегка размывает жесткие правила. Анна могла бы одним глазком заглянуть за горизонт событий при помощи того, что Эйнштейн называл "жутким дальнодействием".

Речь идет о квантовой запутанности - явлении, при котором квантовые состояния двух или более частиц, разделенных пространством, загадочным образом оказываются взаимозависимыми. Эти частицы теперь формируют единое и неделимое целое, а информация, необходимая для описания этого целого, заключена не в той или иной частице, а во взаимосвязи между ними.

Идея, выдвинутая AMPS, звучит следующим образом. Предположим, Анна берет частицу поблизости от горизонта событий - назовем ее частицей A.

Если ее версия произошедшего с вами соответствует действительности, то есть вас убило излучение Хокинга с внешней стороны черной дыры, значит, частица A должна быть взаимосвязана с другой частицей - B, которая также должна находиться с внешней стороны горизонта событий.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Черные дыры могут притягивать к себе материю близлежащих звезд

Если действительности соответствует ваше видение событий, и вы живы-здоровы с внутренней стороны, тогда частица A должна быть взаимосвязана с частицей C, находящейся где-то внутри черной дыры.

Прелесть этой теории заключается в том, что каждая из частиц может быть взаимосвязана только с одной другой частицей. Это значит, что частица A связана или с частицей B, или с частицей C, но не с обеими одновременно.

Итак, Анна берет свою частицу A и пропускает ее через имеющуюся у нее машинку для расшифровки запутанности, которая дает ответ - связана ли эта частица с частицей B или с частицей C.

Если ответ - C, ваша точка зрения восторжествовала в нарушение законов квантовой механики. Если частица A связана с частицей C, находящейся в недрах черной дыры, то информация, описывающая их взаимозависимость, оказывается навсегда утерянной для Анны, что противоречит квантовому закону, согласно которому информация никогда не теряется.

Если же ответ - B, то, вопреки принципам общей теории относительности, права Анна. Если частица A связана с частицей B, вас действительно испепелило излучение Хокинга. Вместо того, чтобы пролететь сквозь горизонт событий, как того требует теория относительности, вы врезались в стену огня.

Итак, мы вернулись к вопросу, с которого начинали - что произойдет с человеком, попавшим внутрь черной дыры? Пролетит ли он сквозь горизонт событий целым и невредимым благодаря реальности, которая удивительным образом зависит от наблюдателя, или врежется в огненную стену (black holes firewall , не путать с компьютерным термином firewall , "брандмауэр", программным обеспечением, защищающим ваш компьютер в сети от несанкционированного вторжения – Ред .)?

Никто не знает ответа на этот вопрос, один из самых спорных вопросов теоретической физики.

Уже свыше 100 лет ученые пытаются примирить принципы общей теории относительности и квантовой физики в надежде на то, что в конце концов та или другая возобладает. Разрешение парадокса "огненной стены" должно ответить на вопрос, какие из принципов взяли верх, и помочь физикам создать всеобъемлющую теорию.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption А может, в следующий раз отправить в черную дыру Анну?

Решение парадокса исчезновения информации может крыться в дешифровальной машинке Анны. Определить, с какой именно другой частицей взаимосвязана частица A, чрезвычайно трудно. Физики Дэниэл Харлоу из Принстонского университета в Нью-Джерси и Патрик Хайден, который сейчас работает в калифорнийском Стэнфордском университете в Калифорнии, задались вопросом, сколько на это потребуется времени.

В 2013 г. они подсчитали, что даже при помощи наибыстрейшего компьютера, который возможно создать в соответствии с физическими законами, Анне потребовалось бы чрезвычайно много времени на то, чтобы расшифровать взаимосвязь между частицами - настолько много, что к тому моменту, как она получит ответ, черная дыра давным-давно испарится.

Если это так, вероятно, Анне просто не суждено когда-либо узнать, чья точка зрения соответствует действительности. В этом случае обе истории останутся одновременно правдивыми, реальность - зависящей от наблюдателя, и ни один из законов физики не будет нарушен.

Кроме того, связь между сверхсложными вычислениями (на которые наш наблюдатель, по всей видимости, не способен) и пространственно-временным континуумом может натолкнуть физиков на какие-то новые теоретические размышления.

Таким образом, черные дыры - не просто опасные объекты на пути межзвездных экспедиций, но и теоретические лаборатории, в которых малейшие вариации в физических законах вырастают до таких размеров, что ими уже невозможно пренебречь.

Если где-то и таится истинная природа реальности, искать ее лучше всего в черных дырах. Но пока у нас нет четкого понимания того, насколько безопасен для человека горизонт событий, наблюдать за поисками безопаснее все же снаружи. В крайнем случае можно в следующий раз отправить в черную дыру Анну - теперь ее очередь.

В естественных условиях большинство черных дыр должны вращаться. Это значит, что у черной дыры есть две поверхности, одна внутри другой. Внешняя – это так называемая эргосфера. И вот если туда попасть, но не пересечь горизонт событий, то можно вылететь из черной дыры. Самое интересное происходит, если попасть под горизонт черной дыры. Попав туда, вылететь не получится уже ни при каких условиях - что бы вы ни предпринимали. Избежать падения в центр черной дыры после пересечения горизонта - это то же самое, что избежать следующего понедельника.

Что происходит при приближении к черной дыре и пересечении эргосферы или горизонта, зависит от ее размера. Если черная дыра очень большая, то есть массивная (например, у дыры массой 100 000 000 масс солнца размер будет в два раза больше земной орбиты – где-то 300 000 000 км), и вы пересекаете либо ее эргосферу либо горизонт событий, то ничего страшного с вами не происходит. Дело в том, что когда вы свободно падаете, вы чувствуете гравитацию только через приливные силы. Это разница между тем, как притягиваются к гравитирующему центру ваши ноги и голова. Через разницу этих сил вы и чувствуете гравитацию в свободном падении. Если эта разница небольшая, то вы особо ничего и не чувствуете. Для черных дыр большого размера эта разница совершенно ничтожна. Поэтому пересекая или эргосферу, или горизонт такой дыры, вы не почувствуете никаких разрушительных сил.

Если же черная дыра маленькая (например, если бы солнце могло превратиться в черную дыру, то ее радиус был бы порядка 3 км), то, скорее всего, приливные силы будут огромными, и они разорвут человека на части. Но вас и за пару километров до пересечения горизонта, на подлете, могут порвать приливные силы. С точки зрения гравитационных сил важно здесь то, на каком расстоянии вы находитесь от сингулярности (центр черной дыры – место средоточия

всей ее массы под горизонтом), а не то, на каком расстоянии вы находитесь от горизонта или эргосферы. При приближении именно к сингулярности вы и начинаете ощущать эти приливные силы.

Все эти выводы можно сделать изучая свойства черных дыр в рамках общей теории относительности. Она применима только, если приливные силы не очень большие. Когда приливные силы становятся очень большими (значительно больше тех, которые разрывают человека на части) мы уже не знаем, что происходит. Мы не знаем что происходит при сверхвысоких плотностях, которые возникают в окрестности сингулярности. Мы знаем только то, что сингулярностей не бывает в природе. Что же будет вместо сингулярности – в самом центре черной дыры – нам не известно.