Горизонт событий

Масштабы горизонта событий

Горизонт событий, наряду с сингулярностью, является основным «атрибутом» чёрной дыры. Его радиус, называемый также гравитационным радиусом, или радиусом Шварцшильда, линейно зависит от её массы. Можно практически в уме оценить радиус любой чёрной дыры, умножив три километра на отношение её массы к массе солнца. Так чёрная дыра с земной массой будет размером с вишню. В тоже время размер сверхмассивных чёрных дыр будет исчисляться миллионами и даже миллиардами километров.

Очевидно, что при таких колоссальных размерах, такие объекты не будут обладать столь губительными приливными силами. Поэтому мысль о том, что любое тело разорвёт ещё до подхода к чёрной дыре, является заблуждением.  Получается, теоретически можно допустить путешествие человека вглубь чёрной дыры, о чём было рассказано выше.

Самым интересным является то, что размер чёрной дыры с массой наблюдаемой Вселенной в разы меньше размера самой Вселенной. Собственно, тут стоит вспомнить, оговоренную ранее разновидность горизонта событий, как завесу, окутывающую нашу наблюдаемую Вселенную. То есть, то, что, находится за горизонтом событий Вселенной, скрыто от наблюдателя подобно звездолёту, находящемуся в чёрной дыре.

Два горизонта

Понятие космологического горизонта ввели в науку вначале 1950-х годов в связи с разработкой теории горячей Вселенной. А в 1956 году крупный специалист по ОТО Вольфганг Риндлер из Корнеллского университета уточнил и расширил эту концепцию в статье «Visual horizons in world-models». Риндлер предложил по‑разному рассматривать космические объекты длительного существования, такие как звезды и галактики с их протяженными мировыми линиями (кривыми в пространстве-времени, описывающими движение тела), и кратковременные эффекты, такие, например, как взрывы сверхновых, которым соответствуют небольшие фрагменты таких линий, а в пределе — просто точки. Корректно описать наблюдаемость объектов обоих типов можно лишь при помощи различных горизонтов.

Границу между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми мировыми линиями Риндлер назвал горизонтом частиц, а аналогичную границу между точками этих линий — горизонтом событий.

Согласно стандартной космологической модели, мы живем в однородной изотропной Вселенной. Отсюда следует, что горизонт частиц представляет собой сферическую поверхность, в центре которой находится наблюдатель. Внутренность сферы заполнена долгоживущими космическими объектами (скажем, галактиками), чей испущенный в прошлом свет приходит к наблюдателю. С внешней стороны этой сферы находятся галактики, которые наблюдатель не может видеть ни на каких этапах их истории, предшествовавших моменту наблюдения. Таким образом, горизонт частиц отсекает наблюдаемую зону Вселенной от ненаблюдаемой, то есть по своей сути не слишком отличается от географического горизонта.

Наука
Вторые после Луны: сколько на самом деле спутников у Земли

А вот горизонт событий не столь нагляден: он разделяет события, которые наблюдатель может увидеть в тот или иной момент времени в своем собственном будущем, от событий, увидеть которые ему никогда не дано. В некоторых космологических моделях присутствуют оба горизонта, в некоторых — только один из них, а в некоторых горизонтов нет вовсе.

Вселенский горизонт событий

Горизонт событий

Горизонт Вселенной и сфера Хаббла

Горизонт событий наблюдаемой Вселенной является одним из трёх параметров, характеризующих её границы. Кроме него также существует сфера Хаббла и горизонт частиц. Радиус сферы Хаббла равен расстоянию, который прошёл свет за время жизни Вселенной – т.е. около 14 млрд. световых лет. Однако, в силу того, что наша Вселенная не статична, сфера Хаббла не является её границей. Реальную границу характеризует горизонт частиц, который учитывает расширение Вселенной. Радиус горизонта частиц примерно в три раза больше горизонта сферы Хаббла. Он равен фактическому расстоянию, который преодолел самый далёкий объект, успевший испустить свет до наблюдателя.

Горизонт событий несколько отличен от горизонта частиц. Он отсеивает от нас те события в нашей Вселенной, о которых мы не узнаем никогда. Его радиус на несколько миллиардов световых лет больше радиуса сферы Хаббла.

Все эти три параметра непосредственно зависят от самого наблюдателя. В этом и состоит одно из отличий горизонта событий чёрной дыры от горизонта событий Вселенной. То есть, горизонт событий чёрной дыры не зависит от местоположения различных наблюдателей. Напротив, каждый наблюдатель, в зависимости от своего местоположения, будет видеть границу Вселенной по-своему. Это похоже на то, как будет различаться горизонт с разных точек поверхности планеты.

Долгая история неверия

В 1783 году священник из английской деревни Торнхилл Джон Митчелл представил в журнал «Философские труды Лондонского Королевского общества» свою статью. В ней он писал, что достаточно массивная и компактная звезда будет иметь столь сильное гравитационное поле, что свет не сможет уйти от нее далеко — он будет затянут обратно за счет гравитационного притяжения. Митчелл считал, что таких объектов в космосе может быть очень много, но увидеть их невозможно — так как их свет поглощается ими же. Тем не менее теоретически их гравитационное притяжение можно обнаружить. Статья не вызвала ажиотажа в научном сообществе и прошла практически незамеченной.

Спустя несколько лет французский ученый Пьер-Симон Лаплас, незнакомый с работой Митчелла, выдвинул схожую гипотезу. Он опубликовал ее в своем труде «Система мира», однако после второго издания теория из книги исчезла — по всей видимости, Лаплас решил, что о такой дурацкой идее и говорить не стоит.

А вот в XIX веке ученым уже не могла прийти в голову мысль о невидимых звездах. Все дело в том, что ньютоновское убеждение относительно того, что свет состоит из частиц, вышло из моды. Ученые пришли к выводу, что концепция, согласно которой свет — это волна, лучше описывает явления окружающего мира. О том, как гравитация действует на волны, ничего известно не было, стало быть, и рассуждения о небесных объектах, «затягивающих» собственный свет, пришлось забыть.

Вновь вспомнили о них только в XX веке. В 1916 году, практически сразу после публикации Эйнштейном общей теории относительности, Карл Шварцшильд описал «застывшую звезду», как тогда называли такие объекты, не рассматривая процесс ее зарождения, а в 1939 этот недостающий элемент в теорию добавили Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер. И только 1969 году американский физик Джон Уилер придумал термин «черная дыра» (Уилер вообще был романтиком, и второй придуманный им термин, «кротовая нора», еще более любим фантастами).

Герой фантастики

Горизонт событийГоризонт событий

Черная дыра Гаргантюа из фильма Интерстеллар

В любом случае загадочность и неизведанность горизонта событий ещё долго будет будоражить умы фантастов. Чаще всего горизонт событий фигурирует как ворота в отдалённое пространство, время или измерение. Фантасты действительно вольны приписывать ему многие свойства, ведь пока что с ними неспособна поспорить наука.

Наиболее удачной в этом плане можно выделить кинокартину Кристофера Нолана «Интерстеллар».

Над сценарием и проработкой графики картины трудился не безызвестный физик-теоретик Кип Торн. Это резко выделяет фильм на фоне большинства фантастических картин. Вряд ли кто-то может сравниться с реалистичностью «прорисовки» сверхмассивной чёрной дыры, проделанной в «Интерстелларе».

Для тех, кто хочет почувствовать себя героем «Интерстлеллара» создано приложение. Онлайн модель чёрной дыры имитирует искривление пространства вокруг чёрной дыры. Программа позволяет пронаблюдать за горизонтом событий в различных ракурсах и приближениях. Под саундрек «Интерстеллара» можно совершить погружение к горизонту событий, наблюдая за изменением не только космических красот или аккреционного диска, но и координатной сетки.

Примечания

Комментарии
  1. Множество возможных путей или, если точнее, светового конуса будущего, содержащего все возможные мировые линии (на этой диаграмме, представленной жёлтой и синей сетками), имеют данный наклон в координатах Эддингтона-Финкельштейна (англ.)русск. (диаграмма представляет собой «мультяшную» версию диаграммы Эддингтона-Финкельштейна). В других координатах световые конусы наклонены другим образом, например, в они просто сужаются без наклона по мере приближения к горизонту событий, а в координатах светлые конусы вообще не меняют форму или ориентацию.
Источники
  1. , p. 848.
  2. , p. 824.
  3. . jila.colorado.edu.
  4. . casa.colorado.edu.

Что такое горизонт событий черной дыры простыми словами. Разновидности горизонта событий

Мы привыкли ассоциировать горизонт событий непосредственно с чёрными дырами. Непреступная граница, оболочка чёрных дыр. За этой оболочкой скрыто то, что неподвластно  взгляду стороннего наблюдателя и даже существующим законам физики. Однако, горизонт событий в контексте чёрных дыр является лишь его частным проявлением.  Другими словами, горизонт событий есть не только у чёрных дыр.

Общее определение горизонта событий представляет нам его как некую условную границу, которая разделят две совокупности событий. Существуют две разновидности горизонта событий – горизонт событий прошлого и будущего. Горизонт прошлого разделяет совокупности изменяемых и неизменяемых событий. Горизонт будущего разделяет несколько иные совокупности. Обо всех событиях первой совокупности наблюдатель может узнать когда-либо. Вторая же совокупность содержит события, о которых наблюдатель не узнает никогда.

Чёрная дыра обладает горизонтом событий прошлого. Подобный горизонт также будет наблюдать тот, кто движется с релятивистки равномерным ускорением. Горизонтом событий будущего обладает наблюдаемая часть Вселенной. Подробнее об этих «разновидностях» горизонта событий будет рассказано ниже.

Об альбоме

Альбом был выпущен 29 сентября 2017 года с помощью краундфандингого портала Planeta.ru и издан на лейбле «Мистерия звука».

Первый сингл с альбома «Лайки» был выпущен 2 сентября 2016 года. В релиз вошли одноименные песня и видео, а также композиция «Алиса» (памяти А. Ротаня). Подписчикам группы «ВКонтакте» сингл был отправлен лично — в день премьеры личное сообщение с синглом получили более 750 тысяч поклонников. В течение выходных после релиза клип «Лайки» был просмотрен свыше 230 тыс. раз и набрал более 46 тыс. отметок «Мне нравится»[источник не указан 249 дней].

В марте 2017 года группа объявила название нового альбома — «Горизонт событий».

Шура Би-2:

15 мая «Би-2» представили новый сингл «Лётчик», включающий в себя одноименную песню и видео. Съёмки клипа, главную роль в котором исполнил Лёва Би-2, проходили в Испании. Режиссёром стал Игорь Шмелёв, ранее снявший для группы видео «Компромисс» и «Птица на подоконнике». За один день с момента релиза клип «Лётчик» собрал миллион просмотров в социальной сети «ВКонтакте».

Помимо видео и песни «Лётчик» «Би-2» выпустили и одноименный EP, в который вошли 3 композиции: композиция «Лётчик», ремикс на неё от Max Khmara и записанный «Би-2» с Глебом Самойловым кавер на трек «ХалиГалиКришна» группы «Агата Кристи».

Шура Би-2:

29 июня стартовала краудфандинг-акция по сбору средств на выпуск новой пластинки. Заявленная цель кампании — 3 333 333 рубля, что является рекордом среди запущенных проектов Би-2 на портале. Проект завершился 14 октября 2017 года, набрав 105 % от заявленной суммы.

8 сентября вышел третий сингл с альбома «Виски», записанный с американским музыкантом Джоном Грантом. На песню также было снято видео, жанр которого участники группы определили как «борщевой хоррор».

Тур в поддержку альбома стартовал в начале октября 2017 года. Презентация альбома в Москве состоялась 25 ноября, а 2 декабря — в Санкт-Петербурге. В двух столичных концертах принял участие специальный гость — Джон Грант.

Альбом имеет бонусную часть, включающую в себя три кавера, песню «Иначе», записанную с Джоном Грантом, а также композицию «Птица на подоконнике», написанную на стихотворение Ильи Кормильцева для трибьют-проекта «Иллюминатор». В записи приняли участие многие отечественные рок-звезды, среди которых Диана Арбенина, Настя Полева, Владимир Шахрин и Найк Борзов.

Участники записи

  • Лёва Би-2 — вокал, аранжировки;
  • Шура Би-2 — гитары, вокал;
  • Андрей «Звонок» Звонков — гитары;
  • Максим «Лакмус» Андрющенко — бас-гитара;
  • Борис Лифшиц — ударные, перкуссия;
  • Ян Николенко — клавишные, флейта, бэк-вокал, перкуссия;

Приглашенные музыканты

  • Е. Кауфман — вокал (6);
  • John Grant — вокал (7, 14);
  • Oxxxymiron — вокал (8) (recorded by Porchy, Barcelona);
  • Глеб Самойлов — вокал (12);
  • В. Сологуб — вокал (13);
  • Олег Нестеров — вокал (15);
  • Диана Арбенина — вокал (16);
  • Владимир Шахрин — вокал (16);
  • Найк Борзов — вокал (16);
  • Настя Полева — вокал (16);
  • М. Тотибадзе — вокал (16);
  • А. Белый — клавишные, аранжировки (1-11);
  • D. Cespedes — аранжировки (1-3, 5, 11);
  • Mana Island — аранжировки (13);
  • О. Чехов — аранжировки (12, 15), back vocal (15);
  • C. Гаврилов — аранжировки (11);
  • М. Карасёв — гитара, аранжировки (14, 16);
  • Д. Юровский — акустические эффекты;
  • А. Давидянц — бас (2, 7);
  • А. Севидов — рояль;
  • А. Могилевский, К. Горшков — саксофон;
  • Д. Невлер — гитара;
  • Е. Писак — гитара;
  • М. Смирнов — аккордеон;
  • С. Серов — тромбон;
  • А. Батыченко — труба;
  • А. Рухадзе, К. Казначеев, О. Ванидовский — скрипки;
  • Д. Калинский, М. Звонников — виолончели;

«Родина»:
Prague Metropolitan Symphonic orchestra
&
No comments orchestra
под управлением Игоря Разумовского:

  • А. Крылов — бас-кларнет;
  • И. Васильев — фагот;
  • Г. Вартанов — труба;
  • Д. Освер — гобой;
  • А. Плисковский — флейта;
  • Ф. Корольков — валторна;
  • Д. Дмитриева, С. Винокуров, М. Танцова, Р. Викулов — скрипки;
  • С. Яровой, А. Есина — альты;
  • Е. Земскова, С. Фомин — виолончели;

Все песни: Лёва Би-2 + Шура Би-2 + Ян Николенко

  • «Пора возвращаться домой»: слова — Лёва Би-2, Ян Николенко, Мирон Фёдоров;
  • «Алиса», «Иначе»: слова/музыка — Михаил Карасёв;
  • «ХалиГалиКришна»: слова/музыка — Глеб Самойлов;
  • «Хороводная»: слова/музыка — «Странные игры»;
  • «Дебют»: текст — Иосиф Бродский; музыка — Олег Нестеров;
  • «Птица на подоконнике»: стихи — Илья Кормильцев; музыка — Михаил Карасёв;

С глаз долой

Из-за конечности скорости света наблюдатель видит небесные объекты такими, какими они были в более или менее отдаленном прошлом. За пределами горизонта частиц лежат галактики, которые в данный момент не наблюдаются ни на едином этапе их предшествующей эволюции. Это означает, что их мировые линии в пространстве-времени нигде не пересекают поверхность, по которой распространяется свет, приходящий к наблюдателю с момента рождения Вселенной (она называется ретроградным световым конусом). Внутри горизонта частиц расположены галактики, чьи мировые линии в прошлом пересеклись с этой поверхностью. Именно эти галактики и составляют часть Вселенной, в принципе доступную наблюдению в данный момент времени.

Ретроградный световой конус любого наблюдателя во Вселенной, расширяющейся после Большого взрыва, сходится на этой начальной сингулярности и охватывает конечный объем. Отсюда еще раз следует, что наблюдатель может видеть лишь конечную часть своего мира.

Таким образом, нам не дано знать, какова Вселенная за пределами нынешнего горизонта частиц. Некоторые теории ранней Вселенной утверждают, что очень далеко за этим горизонтом она совсем не похожа на то, что мы видим. Этот тезис вполне научен, поскольку он вытекает из вполне разумных вычислений, однако его нельзя ни опровергнуть, ни подтвердить с помощью астрономических наблюдений, доступных в наше время. Более того, если пространство и дальше будет расширяться с ускорением, его нельзя будет проверить и в сколь угодно отдаленном будущем.

В статичной вселенной с фиксированным началом радиус горизонта частиц равен произведению ее возраста на скорость света. В нашей Вселенной он гораздо больше, поскольку расширяющееся пространство увлекает за собой световые кванты. Для определения этого радиуса требуется знание всей динамики Вселенной, в том числе и в фазе инфляции, которым наука пока не располагает. По современным данным, масштабный фактор Вселенной в ходе инфляции увеличился как минимум в 1027 раз, но эта оценка может быть сильно занижена (стандартная космологическая модель вообще не описывает фазу инфляции и отсчитывает возраст Вселенной от ее завершения).

В мире Эйнштейна — де Ситтера радиус горизонта частиц равен удвоенному радиусу хаббловской сферы, который, в свою очередь, в полтора раза превышает произведение возраста этого мира и скорости света. Легко посчитать, что в соответствии с этой моделью нынешний радиус горизонта частиц (и, следовательно, радиус наблюдаемой с Земли области космоса) составляет около 41 млрд световых лет, или 13 гигапарсек. Поскольку Вселенная в эпоху доминирования темной энергии вышла на ускоренное расширение, радиус ее горизонта частиц должен оказаться несколько больше. Впрочем, учет темной энергии дает довольно близкое значение — 14 гигаперсек.

Стоит напомнить, что наши телескопы не могут заглянуть в эпоху, когда космическое пространство было заполнено плазмой и не содержало свободных фотонов. Она завершилась через 380 000 лет после Большого взрыва. Вселенная тогда эволюционировала практически точно по модели Эйнштейна — де Ситтера и продолжала это делать еще не менее 8 млрд лет. Позднее темная энергия внесла свои поправки, но пока что они увеличили горизонт событий не слишком сильно.

Если нынешняя плотность темной энергии в будущем не изменится, эволюция Вселенной постепенно начнет все больше и больше соответствовать модели де Ситтера. В таком случае радиус горизонта событий с течением времени будет стремиться к предельному постоянному значению. В очень далеком будущем все источники света, расположенные вне гравитационно связанной Местной группы галактик (к которой принадлежит и наш Млечный Путь), окажутся за пределами этого горизонта и навсегда станут невидимыми.

Статья «Заглянуть за горизонт» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№10, Октябрь 2012).

Загробная жизнь звезды

Жизненный цикл звезды чем-то похож на человеческий — она рождается и умирает. Вначале огромное облако газа (преимущественно водорода) в космосе начинает сжиматься под воздействием собственной гравитации, его молекулы все чаще сталкиваются друг с другом, и их скорости увеличиваются. Газ разогревается, и при определенной температуре возникает реакция термоядерного синтеза, в результате которой образуется гелий. В ходе реакции выделяется тепло и излучается свет. Так возникает звезда. Тепло создает дополнительное давление, которое уравновешивает гравитационное притяжение, и звезда перестает сжиматься — в стабильном состоянии она может существовать более миллиона лет. Но рано или поздно запасы реагирующего водорода у звезды иссякают, и она начинает остывать и сжиматься.

Тут сравнение с человеческой жизнью заканчивается, потому что дальнейшая судьба светила зависит от его массы. Из небольших звезд получаются белые карлики, объекты с плотностью в сотни тонн на кубический сантиметр. В космосе их обнаружено довольно много, и наше Солнце со временем пополнит их ряды. Из более крупных светил образуются нейтронные звезды. Их размер куда меньше, чем у белых карликов, зато плотность составляет сотни миллионов тонн на кубический сантиметр.

И, наконец, если масса звезды достаточно велика, то образующаяся нейтронная звезда под воздействием гравитации сжимается все сильнее и сильнее, пока не станет черной дырой.

Как вырваться из горизонта событий. Выхода нет

Одним из важнейших достижений Эйнштейна было открытие природы гравитации. Ученый показал, что она, по сути, является искривлением пространства. Под воздействием массивных объектов оно «проминается», как натянутая эластичная ткань, на которую положили тяжелый предмет. Продолжая это сравнение, можно сказать, что точно так же в виде тяжелого шара можно представить и Солнце, а Земля, будучи значительно более мелким шариком, не притягивается к нему, а всего лишь вращается в получившейся воронке (с той только разницей, что настоящий шарик со временем скатился бы вниз).

В самой же черной дыре искривление пространства-времени становится бесконечным — такое состояние физики называют сингулярностью, и в нем нет ни пространства, ни времени в нашем понимании.

Так же можно представить и рождение черной дыры — шар на натянутой эластичной ткани становится все более маленьким и плотным, и ткань все сильнее прогибается под его весом, пока наконец он не становится настолько маленьким, что она просто смыкается над ним и он пропадает из поля зрения. Примерно так происходит и в реальности: пространство-время вокруг звезды свертывается, и она пропадает из Вселенной, оставляя в ней лишь сильно искривленную область пространства-времени. В самой же черной дыре искривление пространства-времени становится бесконечным — такое состояние физики называют сингулярностью, и в нем нет ни пространства, ни времени в нашем понимании.

Из-за происходящего искривления лучи света, идущие от звезды, меняют свои траектории. Если представить себе эти лучи как конусы, вершина которых — у звезды, а «подошва» — это круг расходящегося света, то можно сказать, что в процессе коллапса эти конусы постепенно все больше наклоняются внутрь, к звезде. Наблюдателю, смотрящему на этот процесс, будет казаться, что свечение становится все более тусклым и красным (это потому что красный свет имеет наибольшую длину волны). В конце концов искривление (то есть гравитационное поле) станет настолько сильным, что ни один луч света не сможет выйти наружу. Согласно теории относительности, ничто не может двигаться быстрее света, и это означает, что начиная с этого момента ничто не может выбраться за пределы этого гравитационного поля. Эту область пространства, из которой нет выхода, и называют черной дырой. Ее граница определяется по траектории тех световых лучей, которые первыми потеряли возможность выйти наружу. Она называется горизонтом событий черной дыры — так же как, глядя из окна, мы не видим, что находится за горизонтом, так и условный наблюдатель не может понять, что происходит внутри границ невидимой мертвой звезды.

Кажущийся горизонт ускоренной частицы

Основная статья: Гиперболическое движение

Пространственно-временная диаграмма, показывающая равномерно ускоренную частицу, P и событие E, которое находится за пределами кажущегося горизонта частицы. Верхняя часть светового конуса события E никогда не пересекается с мировой линией частицы.

Если частица движется с постоянной скоростью в нерасширяющейся вселенной, свободной от гравитационных полей, то любое событие, которое происходит в этой Вселенной, в конечном счёте будет наблюдаться частицей, поскольку световой конус будущего от этих событий пересекает мировую линию частицы. С другой стороны, если частица ускоряется, то в некоторых ситуациях световые конусы от части событий никогда не пересекают мировую линию частицы. В этих условиях в системе отсчёта ускоряющейся частицы присутствует кажущийся горизонт (англ.)русск., представляющий собой границу, за которой события ненаблюдаемы.

Пространственно-временная диаграмма этой ситуации показана на рисунке справа. По мере ускорения частицы она приближается, но никогда не достигает скорости света относительно своей исходной системы отсчёта. На диаграмме пространства-времени её путь — это гипербола, которая асимптотически приближается к линии 45 градусов (путь светового луча). Событие, границей светового конуса которого является эта асимптота, или любое событие за этой границей, никогда не может наблюдаться ускоряющейся частицей. В системе отсчёта частицы есть граница, из за которой не могут выйти никакие сигналы (кажущийся горизонт).

Хотя приближения такого типа могут возникать в реальном мире (например, в ускорителе частиц), реальный горизонт событий такого типа не существует, так как это требует частицу, которая должна ускоряться неограниченно долго (требуя бесконечного количества энергии).

Точка невозврата

Горизонт событий является частью черной дыры, его можно представить как внешнее кольцо, окружающее черную дыру, и если конкретный объект проходит мимо этого внешнего кольца, он больше никогда не сможет вернуться. Похоже, что оно «прилипло» к глазам наблюдателя. Как именно теория относительности Альберта Эйнштейна играет в этом роль? Законы общей относительности гласят, что гравитационные тяготения черных дыр настолько сильны, что ни один объект не может от них ускользнуть.

Как утверждает Эйнштейн, нет ничего, что может путешествовать быстрее скорости света. Как только что-то входит в это кольцо вокруг черной дыры, которую мы называем горизонтом событий, необходимая скорость для побега начинает превышать скорость света. Но если скорость света самая высокая, как можно избежать этого? Никак, поэтому мы называем это точкой невозврата. Чем ближе кто-то или что-то приближается к центру черной дыры, тем быстрее увеличивается скорость, необходимая для побега.

Поскольку горизонт событий на самом деле является точкой входа, в которой скорость убегания становится больше скорости света, можно с уверенностью сказать, что из него невозможно выйти. Мы не можем быть свидетелями какого-либо события, которое происходит внутри границ горизонта событий, и, как мы уже сказали, ничто не может избежать его. Центр этого места, т. е. черная дыра, также называется сингулярностью. Сингулярность — это место, где сосредоточена масса черной дыры с бесконечной плотностью.

Видимый горизонт

Горизонт событий

Черная дыра в представлении художника

Итак, теперь мы имеем представление о том, каким видит горизонт событий современная наука. Казалось бы, каким образом Стивен Хоккинг решил опровергнуть его существование. На самом деле новая гипотеза создана, чтобы разрешить некоторые противоречия, связанные с чёрными дырами.

Зарождающаяся квантовая теория уже превратила чёрные дыры в объекты, способные излучать. Согласно той же квантовой модели, горизонт событий для нашего звездолёта теперь не будет просто условной границей. Обладая большой концентрацией энергии, «новый» квантовый горизонт событий полностью уничтожит звездолёт. Однако, как мы помним, согласно принципам теории относительности, звездолёт должен беспрепятственно пройти этот рубеж.

Горизонт событий

Первое прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени в центре галактики M87

Поэтому было решено внести некоторые коррективы в устоявшиеся представления о горизонте событий. Теперь горизонт событий лишь временно удерживает то, что получил. По мере испарения чёрной дыры информация вернётся за горизонт, хоть и в искаженном виде. Однако даже сам Хоккинг называет свою идею не больше, чем и гипотезой. Он подчеркивает, что учёным ещё многое нужно познать, прежде чем с уверенностью говорить о горизонте событий.

Взаимодействие с горизонтом событий

Объекты, направленные к горизонту событий, никогда не пересекают его с точки зрения отправляющего наблюдателя (поскольку световой конус события пересечения горизонта никогда не пересекается с мировой линией наблюдателя). Попытка удержать объект вблизи горизонта в неподвижном относительно наблюдателя состоянии, требует применения огромных сил. Чем ближе к горизонту, тем больше требуется величина такой силы, которая в пределе неограниченно растёт (становится бесконечной).

Для случая горизонта, воспринимаемого равномерно ускоряющимся наблюдателем в пустом пространстве, горизонт, остаётся на фиксированном расстоянии от наблюдателя независимо от того, как движется окружение. Изменение ускорения наблюдателя может привести к тому, что горизонт будет смещаться со временем, или может помешать существованию горизонта событий, в зависимости от выбранной функции ускорения. Наблюдатель никогда не прикасается к горизонту и никогда не пересекает его.

Для случая горизонта, воспринимаемого обитателем вселенной де Ситтера, горизонт находится на фиксированном расстоянии от инерциального наблюдателя. С ним никогда не контактирует даже ускоряющий наблюдатель.

Для случая горизонта вокруг чёрной дыры, наблюдатели, неподвижные относительно отдалённого объекта, будут согласны по поводу местоположения горизонта. Хотя это, по-видимому, позволяет наблюдателю опуститься к чёрной дыре на верёвке (или стержне) прямо до горизонта, на практике это невозможно. Собственное расстояние до горизонта конечно, поэтому длина требуемой верёвки также была бы конечной, но если верёвку опускать медленно (так чтобы каждая точка верёвки была примерно в покое в ), собственное ускорение (перегрузка), испытываемое точками на верёвке, которые находятся близко к горизонту, приближается к бесконечности, поэтому верёвка разорвётся. Если верёвку опускать быстро (возможно, даже в свободном падении), то действительно наблюдатель на конце каната может коснуться и даже пересечь горизонт событий. Но как только это произойдёт, невозможно вытащить конец верёвки из-за горизонта событий, поскольку, если верёвку натянуть, силы вдоль верёвки увеличиваются неограниченно по мере приближения к горизонту событий, и в какой-то момент верёвка должна порваться. Кроме того, разрыв должен происходить не на горизонте событий, а в точке, где второй наблюдатель может этот разрыв наблюдать.

Наблюдатели, пересекающие горизонт событий чёрной дыры, могут рассчитать момент, когда они пересекли его, но не видят и не ощущают в этот момент ничего особенного. С точки зрения внешнего вида, наблюдатели, падающие в чёрную дыру, воспринимают чёрную область, составляющую горизонт, лежащую на некотором видимом расстоянии ниже них, и никогда не испытывают пересечения этого визуального горизонта. Другие объекты, которые вошли в горизонт вдоль того же радиального пути, но в более раннее время, появились бы ниже наблюдателя, но всё же над визуальным положением горизонта, и если бы они упали совсем недавно, наблюдатель мог бы обмениваться сообщениями с ними до того, как один из них будет разрушен гравитационной сингулярностью. Увеличение приливной силы (и возможное влияние сингулярности чёрной дыры) являются единственно локально заметными эффектами. Приливные силы являются функцией массы чёрной дыры. В реалистичной чёрной дыре звёздной массы рано происходит спагеттификация: приливные силы разрывают материю ещё до достижения горизонта событий. Однако в сверхмассивной чёрной дыре, какие находятся в центрах галактик, происходит спагеттификация внутри горизонта событий. Космонавт пережил бы падение через горизонт событий только в чёрной дыре с массой около 10 000 солнечных масс или больше.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий