Кратчайшая история времени - Стивен Уильям Хокинг

ничто не может уйти и достичь удаленного наблюдателя. Эта область называется черной дырой, а внешняя граница черной дыры называется горизонтом событий. Сейчас благодаря космическому телескопу «Хаббл» и другим инструментам, наблюдающим Вселенную в рентгеновском и гамма-диапазонах, мы знаем, что черные дыры – весьма распространенное явление, которое встречается гораздо чаще, чем считалось ранее. Так, полторы тысячи черных дыр были открыты в пределах небольшой области неба в результате наблюдений на одном лишь спутнике. Кроме того, астрономы открыли черную дыру массой в миллион масс Солнца в центре нашей Галактики. Обращающиеся вокруг этой сверхмассивной черной дыры звезды движутся со скоростью около 2 % от скорости света – быстрее электронов, обращающихся вокруг атомных ядер!

Чтобы понять, что увидит человек, наблюдающий коллапс массивной звезды с образованием черной дыры, надо учесть, что в теории относительности нет абсолютного времени. Другими словами, для каждого наблюдателя время течет по-своему. Течение времени для наблюдателя на поверхности звезды отличается от течения времени для наблюдателя, расположенного на большом удалении от звезды из-за большей напряженности гравитационного поля на поверхности.

Представим себе отважного астронавта на поверхности коллапсирующей звезды, который решил остаться там на время коллапса. В какой-то момент по его часам – например, ровно в 11:00 – звезда, сжимаясь, уйдет под критический радиус, на котором гравитационное поле становится настолько сильным, что ничто уже не сможет покинуть светило. Теперь представим себе, что астронавт получил инструкции, согласно которым он должен посылать на космический корабль сигналы раз в секунду по своим часам, а корабль обращается вокруг центра звезды на постоянном расстоянии от него. Астронавт начинает передачу сигнала в 10 часов 59 минут 58 секунд, то есть за 2 секунды до 11 часов 00 минут. Что же зарегистрируют его коллеги на корабле?

Как мы уже знаем из проведенного ранее мысленного эксперимента на борту космического корабля, тяготение замедляет время и чем сильнее тяготение, тем более выражен этот эффект. Астронавт на поверхности звезды находится в условиях более сильного поля тяготения, чем его коллеги на орбите Поэтому одной секунде по часам астронавта на поверхности звезды соответствует больший промежуток времени по часам его коллег на космическом корабле. А поскольку он движется к центру звезды, то гравитационное поле в его окрестности со временем усиливается и, следовательно, интервал между принимаемыми от него сигналами на космическом корабле будет с каждым разом все длиннее. Замедление времени будет весьма незначительно до 10 часов 59 минут 59 секунд, так что астронавтам на корабле придется подождать лишь немногим больше одной секунды после получения сигнала, отправленного в 10 часов 59 минут 58 секунд, чтобы дождаться сигнала, отправленного в 10 часов 59 минут 59 секунд. А вот сигнала, отправленного в 11:00, придется ждать вечно.

Все, что происходит на поверхности звезды между моментом 10 часов 59 минут 59 секунд и 11 часами ровно по часам астронавта на поверхности звезды, астронавтами на корабле будет восприниматься растянутым до бесконечности. По мере приближения к 11 часам интервал времени между приходом последовательных гребней и впадин световой волны от звезды будет увеличивается точно также, как интервал между последовательными сигналами от астронавта на звезде. Поскольку частота света измеряется количеством гребней и впадин волны, проходящих за одну секунду, то для наблюдателей на космическом корабле частота излучаемого с поверхности звезды света будет постоянно уменьшаться. Таким образом, излучаемый звездой свет будет восприниматься все более красным (и все более слабым). В какой-то момент звезда станет выглядеть настолько тусклой, что перестанет быть видна с борта космического корабля, а на ее месте останется лишь зияющая в пространстве черная дыра. Правда, эта черная дыра продолжит воздействовать на космический корабль все с той же силой тяготения, заставляя его двигаться по околозвездной орбите.

Однако это все же не совсем реалистичный сценарий – и все из-за следующей проблемы. Сила тяжести ослабевает с удалением от звезды, и поэтому сила притяжения, действующая на ноги астронавта, будет всегда больше силы, действующей на его голову. Под действием разности этих сил тело астронавта будет вытянуто как макаронина или вообще окажется разорвано на части еще до того, как звезда уменьшиться до критического радиуса, при котором возникает горизонт событий! Правда, считается, что и гораздо более крупные объекты во Вселенной, такие как центральные области галактик, тоже могут испытывать гравитационный коллапс с образованием черных дыр наподобие сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Астронавт на поверхности такой черной дыры не будет разорван на части до образования этой дыры. Он, в сущности, ничего особенного не почувствует при достижении черной дырой критического радиуса и вполне может пройти точку невозврата, совершенно этого не заметив. Хотя внешние наблюдатели, как и в случае с гипотетическим астронавтом на поверхности звезды, будут принимать его сигналы все реже и реже, и в конце концов они вообще перестанут приходить. А всего через несколько часов по часам астронавта разность гравитационных сил, действующих на его голову и ноги, станет достаточно большой, чтобы разорвать его на части.

Приливные силы. Сила тяжести уменьшается с расстоянием, поэтому Земля притягивает вашу голову с меньшей силой, чем ноги, которые на метр-два ближе к центру нашей планеты. Разность этих сил настолько мала, что мы ее не чувствуем, но в аналогичной ситуации астронавт, расположенный вблизи поверхности черной дыры, окажется буквально разорван на части

В некоторых случаях при коллапсе очень массивной звезды ее внешние слои сбрасываются в ходе чудовищного взрыва – так называемой вспышки сверхновой. Вспышка сверхновой – это настолько мощное явление, что выделяемая при этом энергия оказывается сравнима с энергией излучения всех остальных звезд родительской галактики вместе взятых. Один из примеров такого явления – сверхновая, чей остаток мы наблюдаем как Крабовидную туманность. Вспышку наблюдали в Китае в 1054 году. Хотя взорвавшаяся звезда находилась на расстоянии 5000 световых лет, ее было видно невооруженным глазом на протяжении нескольких месяцев даже днем, а ночью при ее свете можно было читать. Сверхновая в 500 световых лет от нас, то есть в десять раз ближе, была бы еще в 100 раз ярче на небе, и от ее света ночью было бы почти так же светло, как днем. Чтобы понять всю чудовищную мощь этого взрыва, представьте себе, что звезда будет сиять на небе почти так же ярко, как Солнце, при этом находясь в десятки миллионов раз дальше[9]. (Напомним, что наше Солнце находится совсем поблизости, в каких-то восьми световых минутах.) Взрыв близкой сверхновой не повредит