Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов

в область все более сильной гравитации. Происходящее дальше я попробую описать в рамках оптической иллюзии или, если угодно, «фотошопного» эффекта. Высокое здание довольно странным образом скособочено с одной стороны (рис. 6.24): пол на втором этаже не весь горизонтальный, а делается наклонным и опускается до уровня улицы; пол третьего этажа тоже наклонно спускается на землю, скажем, на расстоянии метра от того, где уткнулся в нее пол второго этажа. Пол четвертого этажа сходит к поверхности еще через полметра; следующего этажа – еще через четверть метра и так далее: все этажи подходят к поверхности и при этом теснятся все плотнее. Прогуливающийся вдоль этой постройки прохожий отмечает, что прошел мимо пола второго этажа; затем третьего и так далее. Довольно скоро он перестает считать пересекаемые им этажи, потому что слишком много их попадает в один сантиметр его пути, а потом и в один миллиметр и так далее. Даже не прибавляя шага, прогуливающийся наблюдатель довольно скоро минует их все. Да, и я забыл сразу сказать, что этажей в здании больше, чем любое число, которое вы можете назвать.

Рис. 6.24. Наблюдатель, идущий вдоль скособоченного здания

Этот неоднозначный образец городской архитектуры – в математическом смысле относительно приемлемая аналогия: если пытаться как-то геометрически представить себе искривленное пространство-время в окрестности черной дыры, то нечто похожее и получается, но только, как всегда в таких случаях, направление вверх – это ось времени. Архитектура – «застывшая музыка» – сейчас показывает нам застывшее время. Этажи с номерами 1, 2, 3, … в недеформированной части здания – это моменты времени 1, 2, 3, … на стартовой площадке, а каждый этаж, взятый целиком, – это все то, что происходит одновременно по мнению находящихся там, на старте. «Листы одновременности» искривляются в искривленном пространстве-времени. Путешественник, летящий через пространство к черной дыре, быстро пересекает листы одновременности, отвечающие будущим моментам времени по часам своих бывших товарищей. Если, скажем, сразу после пересечения листа 1000 он вдруг вспомнит про сверхмощный двигатель, все-таки положенный в рюкзак, и захочет повернуть обратно, то вернется он не раньше – а в действительности заметно позже – момента 1000 по часам своих заново обретенных друзей. Но если не вспомнит, то, пролетев определенное расстояние в пространстве – до горизонта, – он пересечет все моменты будущего времени для своих друзей.

Приближение к горизонту исчерпывает время далеких наблюдателей

А если он все-таки захочет вернуться после пересечения горизонта? Возвращаться некуда. Времени, в которое можно было бы вернуться, для него не осталось. Друзья определенно стали бывшими; и не только они, но и все, что случится с внешней Вселенной в их будущем, остается – уже осталось – в прошлом путешественника, который пересек горизонт. Собственно говоря, это один из способов объяснить, почему вернуться нельзя – потому что для возвращения требуется не космический корабль, а машина времени.

Под горизонтом пространство и время меняются ролями

Попадание под горизонт меняет жизнь несколькими способами, наиболее занимательный из которых, если отвлечься от всего личного, – замена времени на пространство. Часы на руке у падающего туда наблюдателя продолжают, разумеется, отсчитывать его собственное время; но из-за кривизны это время – давайте думать о некотором промежутке времени – «уложено» вдоль радиуса, ведущего к центру черной дыры. Из-за того, что радиальное направление стало для него временем, попадание в центр теперь столь же неотвратимо, как наступление ближайших моментов будущего. Центр черной дыры для падающего наблюдателя представляется не точкой в пространстве, а моментом будущего времени. И наступит он довольно скоро по часам падающего. Как скоро? Чтобы узнать время движения от горизонта до центра, надо знать, конечно, радиус горизонта. Здесь, правда, в дело снова вмешивается несовпадение картин мира удаленных зрителей и самого путешественника. Когда мы говорим о радиусе горизонта и других характерных расстояниях вроде показанных на рис. 6.15, всегда подразумеваются их значения, определяемые удаленными наблюдателями. Для падающего же путешественника не только промежутки времени, но и пространственные расстояния – «свои собственные». В результате время, за которое он, продолжая свободно падать, долетит от горизонта до центра, оказывается равным 2/3R, если в качестве единиц измерения использовать километры (деление на скорость света, как всегда, даст время в секундах)[118]. Радиус же горизонта тем больше, чем больше масса черной дыры. Для черной дыры солнечной массы у путешественника, если бы он дожил до приближения к горизонту, осталось бы не так много времени на раздумья о смысле жизни под горизонтом – менее 7 микросекунд (миллионных долей секунды). Для черной дыры, волюнтаристски выбранной выше так, чтобы ее БУКО проходила на расстоянии ближайшего приближения Меркурия к Солнцу, это уже 34 секунды. Пожалуй, более оптимистично падение в сверхмассивную черную дыру M87*, «фотография» которой приведена на рис. 3.13: по оценкам от телескопа EHT, с помощью которого и получено изображение, ее масса около 6,5 млрд масс Солнца. Для невращающейся черной дыры такой массы свободное падение от горизонта к центру по радиусу заняло бы 11 часов 51 минуту и (неполные) 39 секунд. Это не так мало, чтобы провести серию интересных физических экспериментов – увы, совершенно бесполезных для мирового научного сообщества.

Само по себе путешествие под горизонтом M87* будет комфортным на большей своей протяженности, но не до самого конца. Та часть тела путешественника, которая находится ближе к центру, стремится следовать туда быстрее, чем более удаленные части тела. В какой степени? Щадя чувствительную часть аудитории, заменим смелого туриста на два шара массой по 50 кг каждый, соединенные друг с другом так, что расстояние между их центрами составляет 1 м, и будем считать, что тело этого «муравья» ориентировано вдоль радиуса: один шар как раз на 1 м ближе к центру, чем другой. На большей части пути натяжение в «талии» остается незаметным. Еще за 20 секунд до прибытия в пункт назначения натяжение слегка превосходит то, которое создает груз массой 5 г, подвешенный здесь у нас в земных условиях; но за 0,9 секунды до прибытия натяжение приближается к 2,8 кг. «Голова» муравейного человека, если она дальше от центра, чем «ноги», испытывает такое усилие на отрыв. За 0,05 секунды до финиша никакого робо-человека-муравья не останется: натяжение между двумя его составными частями приблизится к такому, которое создает подвешенный груз в одну тонну. К моменту 10 микросекунд «до» не