Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

зрения наблюдателя, падающего вместе с гравитационными волнами на черную дыру, они беспрепятственно проникают в нее вместе с наблюдателем. Радиус черной дыры должен быть одинаков с точки зрения как внешнего, так и внутреннего наблюдателя. Следовательно, с точки зрения наблюдателя, попавшего в черную дыру, гравитационные волны внутри нее уже внесли свой вклад (возможно, доминирующий) в массу данной дыры. Это интересный феномен: гравитационные волны, не обладающие локальной гравитационной массой, тем не менее вносят свой вклад в глобальную массу черной дыры, внутрь которой они попадают. То есть низкая плотность наблюдаемого вещества Вселенной, недостаточная для ее замыкания (или превращения в черную дыру), не означает, что Вселенная на самом деле незамкнута, ведь недостающую гравитационную массу для нее могут обеспечить гравитационные волны.

Физик-теоретик Филип Андерсон (1923–2020) получил Нобелевскую премию в 1977 году. Он обладал выдающимся интеллектом и широким кругозором, сделав открытия в целом ряде областей физики от высокотемпературной сверхпроводимости до физики элементарных частиц. После открытия гравитационных волн на детекторе LIGO Ф. Андерсон в 2018 году опубликовал статью о необходимости рассмотрения модели Вселенной с переменной гравитационной массой. Аналогичную мысль высказал и нобелевский лауреат Джон Мазер (см. предисловие). Таким образом, построение модели Вселенной с переменной гравитационной массой чрезвычайно актуально.

9.4. Вселенная внутри черной дыры

Может быть, то, что мы видим вокруг себя, — это невообразимо медленный цикл дыхания (десятки миллиардов лет и десятки миллиардов лет) черной дыры размером со Вселенную?

Айзек Азимов (1978)

На фоне растущего разочарования одноразовой квантовой моделью Вселенной активизировались усилия по созданию циклических космологических моделей. Среди авторов таких моделей отметим Р. Пенроуза, Н. Поплавского, П. Стейнхарда и Н. Турока. Отметим, что циклическая космология позволяет естественно объяснить наблюдаемое большое количество черных дыр, если они являются реликтовыми и накапливаются из цикла в цикл (хотя требуется построение конкретной модели такого накопления). Среди опубликованных циклических моделей наиболее обоснованно выглядит модель Поплавского, согласно которой Вселенная пульсирует в огромной черной дыре. Такую модель предлагали и раньше, но Поплавский подвел под нее солидное математическое обоснование. Механизм Большого взрыва он строит на основе не ОТО, а неэйнштейновской теории, в которой существует сильное отталкивание на основе торсионного поля.

Насколько возможно существование Вселенной в черной дыре? Обычно черные дыры принято демонизировать, особенно в научно-популярной литературе, которая живописует их как сверхплотных пожирателей вещества, затягивающих в себя зазевавшихся астронавтов, при этом беспощадно растягивая их приливными силами (этот процесс даже получил зловещее название «спагеттификация»). На самом деле сверхплотными являются только черные дыры звездных масс. Сверхмассивная черная дыра, например дыра в сто миллионов солнечных масс в центре Андромеды, обладает очень скромной плотностью — всего в 1,8 раза больше, чем у воды. А крупные галактические дыры, достигающие массы в 1010 масс Солнца, имеют плотность в 7 раз меньше плотности воздуха. Приливные силы на границе черной дыры в 30 масс Солнца и радиусом в 100 километров (типичной для популяции, открытой на обсерватории LIGO), действительно, достигают миллиона земных ускорений g, зато на границе черной дыры в 4 миллиона масс Солнца в центре нашего Млечного Пути это приливное ускорение незаметно и составляет всего 10–4 g.

Безусловно, черные дыры — весьма необычные объекты. Время на их поверхности останавливается с точки зрения внешнего наблюдателя, следовательно, сколько бы он ни посылал исследовательских зондов с задачей проникнуть в черную дыру, они будут навечно застревать на ее границе, как мухи в янтаре. Отметим, что, с точки зрения внешнего наблюдателя, такие зонды могут попасть в черную дыру, только если она сама расширится и проглотит их. Знаменитый парадокс черной дыры заключается в том, что мнение внешнего наблюдателя кардинально отличается от точки зрения падающего наблюдателя, который, по своим часам, быстро проникает внутрь черной дыры. Это означает, что в последнюю долю секунды по часам наблюдателя, пересекающего границу черной дыры, история внешнего наблюдателя должна закончиться, а время вдали от черной дыры должно достичь бесконечности. Отсюда можно сделать ошеломляющий вывод, что при дальнейшем движении наблюдателя внутри черной дыры время внешнего наблюдателя будет больше бесконечности!

Этот парадокс имеет место только в идеальной системе с невесомым наблюдателем. Поверхность стационарной черной дыры представляет собой барьер из бесконечно медленного времени, которое растягивает время наблюдателя: даже двигаясь со скоростью света, он не может преодолеть этот барьер. Но нет никаких ограничений на движение самого барьера. Следовательно, если дыра растет, поглощая вещество или гравитационные волны из окружающей среды, то падающий наблюдатель вблизи дыры будет быстро ею поглощен, даже по часам внешнего наблюдателя. Поэтому в данном случае парадокс внешнего времени «большего, чем бесконечность» не возникает. Но он не возникает, даже если дыра не растет из-за аккреции, потому что наблюдателей без массы (или без энергии) не существует. Следовательно, любой «наблюдатель», даже в виде отдельной элементарной частицы, подлетев к самой поверхности черной дыры, вызовет дополнительную гравитацию в данном месте, отчего поверхность черной дыры должна образовать бугор и проглотить наблюдателя — за конечное время для внешнего наблюдателя. Таким же способом, только гораздо более очевидным, сливаются черные дыры сравнимых масс: при их сближении образуется общий горизонт событий, который охватывает обе дыры. Этот горизонт несимметричный, но после вспышки гравитационного излучения он выравнивается и становится сферой.

Что происходит с астронавтом внутри черной дыры? Вот как судьба частицы, пролетающей границу сферы Шварцшильда, описывается, например, в книге И. Б. Хрипловича, написанной на основе лекций в Новосибирском госуниверситете («Общая теория относительности», 2002): «...частица достигает сферы Шварцшильда за конечное собственное время... При этом вблизи гравитационного радиуса скорость частицы по собственному времени стремится к c [скорости света]. После того как частица пересечет сферу Шварцшильда, она движется к центру r  0 и достигает его также за конечное время. Здесь, при r < rg, g00 становится отрицательным, а grr — положительным. Иными словами, внутри сферы Шварцшильда t становится пространственноподобной координатой, а r — времениподобной![11] Движение частицы при r < rg показывает, как течет „время“ r в этой области: оно течет в начало координат r  0. Но это означает, что даже если попытаться, скажем, включив ракетный двигатель, изменить при r < rg направление движения частицы на обратное, то это не удастся, каким бы мощным ни был двигатель. Внутри сферы r  rg движение возможно только к центру. Таким образом, сфера Шварцшильда — это горизонт событий, односторонний клапан, не пропускающий наружу, к удаленному наблюдателю, никаких сигналов. Отсюда и название такого объекта — черная дыра».