Большое космическое путешествие - Дж. Ричард Готт

Я показал, что область, допускающая путешествия во времени, вполне может быть заключена внутри черной дыры. Впоследствии мы с Ли Синь Ли обнаружили, что дополнительная масса ракеты, огибающей струны в машине времени, также может спровоцировать образование черной дыры вокруг вас.

У струнной петли должно быть два длинных прямолинейных сегмента, проходящих один мимо другого на высокой скорости в противоположных направлениях. Следовательно, петля будет обладать некоторым моментом импульса и, следовательно, при этом будет образовываться именно вращающаяся черная дыра.

Итак, давайте поговорим о вращающихся черных дырах. Как упоминалось в главе 20, точное решение эйнштейновских уравнений поля для вращающейся черной дыры (обладающей моментом импульса) открыл в 1963 году Рой Керр. О том, что происходит в недрах вращающейся черной дыры, соответствующей такому решению (в пределах горизонта событий), удалось узнать благодаря работе Брэндона Картера. Керровское решение предусматривает два критических радиуса: r+, соответствующий горизонту событий, и меньший радиус r-, соответствующий внутреннему горизонту Коши.

В центре керровской черной дыры находится не точечная, а кольцевая сингулярность. Бесконечная кривизна достигается лишь на этом кольце (на самом деле, это почти бесконечная кривизна, она будет немного «размазываться» под действием квантовых эффектов). Если вы врежетесь в это кольцо, то вас убьют приливные силы (описанный в главе 20 эффект, одновременно напоминающий пытку на дыбе и в «железной деве»). Но интересно, что аспирант, упавший во вращающуюся черную дыру, сможет миновать кольцевую сингулярность. Она не блокирует пути в будущее. Аспирант пересекает сперва r+(горизонт событий), а затем r- (горизонт Коши). Кольцевая сингулярность находится внутри горизонта Коши, и аспирант может ее увидеть как раз в тот момент, когда будет пересекать горизонт Коши. Если аспирант проскочит через это кольцо как через обруч, то он войдет в совершенно новую большую новую вселенную (Вселенная 1). Картер показал, что если аспирант попадет через кольцо во Вселенную 1 и особым образом обогнет окружность, будучи по ту сторону, то сможет запрыгнуть через это кольцо обратно на нашу сторону к моменту, который предшествовал входу в кольцо. Аспирант сможет совершить небольшой вояж в прошлое и поздороваться со своим чуть более юным «я» – таким, каким он был до первого проникновения через кольцо. Разумеется, никто, находящийся за пределами черной дыры, не увидит ничего из происходящего в черной дыре, поскольку все эти вещи совершаются за горизонтом событий. Когда аспирант входит в пределы горизонта Коши, он попадает в область, где возможны путешествия в прошлое (см. рис. 21.6). Горизонт Коши отмечает начало эпохи, в которой возможны путешествия во времени, и эта эпоха целиком заключена в пределах горизонта событий черной дыры. Аспирант никогда не сможет вернуться в нашу Вселенную и похвастаться перед друзьями своими путешествиями во времени. Далее он сможет отправиться в будущее. На пространственно-временном графике таких событий кольцевая сингулярность, с одной стороны, не мешает аспиранту попасть в будущее. Он покидает область, допускающую путешествия во времени, пересекая второй горизонт Коши (опять же, см. рис. 21.6), после которого может вынырнуть еще в одной большой Вселенной, такой как наша (Вселенная 2). Он выходит из так называемой вращающейся белой дыры во Вселенную 2. Он может там и прожить всю оставшуюся жизнь либо вернуться в черную дыру и отправиться странствовать в новые вселенные, всякий раз оказываясь в будущем. Все это напоминает путь по многоэтажному зданию. Представьте себе, что заходите в лифт на первом этаже – это наша Вселенная. Двери закрываются, и вы отправляетесь вверх – во Вселенную с первого этажа вы больше никогда не вернетесь. Она осталась у вас в прошлом. Двери вновь распахиваются, и вы видите новую вселенную (Вселенная 1). Можете в ней остаться и прожить здесь всю жизнь либо запрыгнуть обратно в лифт и вновь пройти через кольцо. В таком случае вы вновь подниметесь вверх, и двери лифта откроются в следующей Вселенной (Вселенная 2). Можете здесь выйти и прожить всю оставшуюся жизнь либо остаться в лифте и продолжить путь в будущее, вечно глядя, как двери лифта открываются и закрываются на входе в новые Вселенные. Но вам никогда не вернуться на первый этаж, в нашу Вселенную. Керровское решение показывает, что все это действительно происходит во вращающейся черной дыре, которая действительно сформировалась в нашей Вселенной в какой-то момент в прошлом.

Но здесь нужно учесть и некоторые подводные камни.

В главе 20 мы говорили о том, что профессор остается за пределами черной дыры, на безопасном расстоянии от нее. Фотоны, отправленные профессором и падающие в черную дыру, могут быть приняты аспирантом даже после того, как аспирант пересечет горизонт событий. Профессор сможет отправлять аспиранту сообщения вроде «классно сработано» или «продолжай в том же духе – у тебя получится отличная диссертация». Аспирант получит все эти весточки. Между пересечением горизонта событий и горизонта Коши – для аспиранта это два отдельных события, между которыми проходит конечное время, порядка нескольких часов в случае черной дыры, чья масса в несколько миллиардов раз превышает солнечную, – аспирант сможет наблюдать всю бесконечную грядущую историю нашей Вселенной, разворачивающуюся за пределами черной дыры. Новостные заголовки будут долетать до аспиранта все быстрее и быстрее. До пересечения горизонта Коши аспирант, в принципе, получит бесконечное количество новостных сообщений за конечное время – именно так все должно быть в соответствии с керровским решением.

Историкам это понравится. Если аспирант интересовался будущим нашей Вселенной, то он сможет увидеть всю эту бесконечную историю за конечное время. Но это опасно! Такие ускоренные новости будут прилетать в бешеном темпе как поток фотонов с сильным голубым смещением. Фотоны приобретают голубое смещение, поскольку падают в черную дыру и получают при этом энергию. Все фотоны получают голубое смещение с таким же коэффициентом, с каким ускоряется поток новостей. Высокоэнергетические фотоны такого рода относятся к спектральному диапазону гамма-лучей, и они могут погубить аспиранта. Фотоны приобретут случайно распределенные (стремящиеся к бесконечности) величины синего смещения по мере приближения аспиранта к горизонту Коши, а затем образуют искривленную сингулярность вокруг горизонта Коши, заблокировав путь область, допускающую путешествия во времени, фактически закрыв дорогу в другие вселенные и в будущее.

Но такая сингулярность, расположенная вдоль горизонта Коши, может быть слабой. Согласно расчетам Амоса Ори, приливные силы, вполне возможно, и не разорвут вас. Приливные силы могут возрастать до бесконечности, однако просуществовать лишь в течение исчезающе краткого периода. Аспирант может обнаружить, что тело его не растянулось до бесконечности (не спагеттифицировалось), а лишь удлинилось на дюйм, как после визита к мануальному терапевту. Еще одна неизвестность сопряжена с тем, что горизонт Коши может оказаться нестабильным: флуктуации на нем могут возрастать, выбрасывая часть решения за пределы этого горизонта в новых непредсказуемых направлениях. Один из факторов в пользу аспиранта заключается в том, что мы не знаем законов квантовой гравитации, то есть не знаем, как гравитация действует на микромасштабах. Керровское решение эйнштейновских уравнений общей теории относительности не учитывает квантовых эффектов. Считается, что на микромасштабах квантовые эффекты должны быть важны и под их действием сингулярности должны размазываться. Именно благодаря этим эффектам аспиранту, возможно, удастся проскочить. Но поскольку мы не знаем законов квантовой гравитации, мы не можем знать наверняка, что именно произойдет. Когда у нас будет теория Великого Объединения для физики частиц, нам, возможно, удастся ответить на этот вопрос. Тем временем вращающаяся черная дыра еще скрывает кое-какие секреты. Один из способов их разгадать – прыгнуть прямо в эту дыру!