Учёные против мифов: куда ведут чёрные дыры и можно ли повторить подвиг героев «Интерстеллара»

НГС.ОМСК запустил новую рубрику, в которой попытается развеять или подтвердить некоторые популярные мифы.

В начале нового учебного года мы решили посвятить первый материал из серии «Учёные против мифов» загадке космоса, а именно — чёрным дырам. Ранее НГС.ОМСК писал, что в программу старших классов вернули астрономию. Свои вопросы мы задали доценту кафедры физики и методики обучения физике ОмГПУ Владимиру Дмитриеву. Он рассказал, можно ли «занырнуть» в чёрную дыру, что там заметит человек, видно ли её невооружённым глазом и способна ли она быть порталом в другое измерение.

Миф № 1: Чёрные дыры не видно

— Всё зависит от того, что мы хотим увидеть. Это не обычный предмет, к которым мы привыкли, вроде стола. Он не отражает свет. Строго говоря, чёрная дыра — это некий кусочек пространства и времени, у которого притяжение настолько велико, что ничто оттуда вылететь не может. В том числе свет. Объём у чёрной дыры стремится к нулю, а плотность — к бесконечности. То есть это не объект, а некая область. У любой чёрной дыры есть так называемый «горизонт событий». Всё, что ниже горизонта событий, не видно. Всё что выше — видно.

Так вот, возвращаясь к вопросу, чёрная дыра никогда не существует сама по себе. Вокруг неё всегда есть вещество. И это вещество начинает на чёрную дыру падать. Падая, оно ускоряется. Разгоняясь, оно закручивается и формирует аккреционный диск. Это диск, который больше похож на бублик. Поскольку вещество разгоняется, сталкивается, оно разогревается и ионизируется. Получается куча заряженных частиц, которая движется по кругу. Диск светится. Таким образом получаются самые яркие объекты во вселенной — квазары. Вот это мы реально видим. То есть мы видим не саму чёрную дыру, а вещество вокруг неё. И чем больше масса, тем ярче светится аккреционный диск.

Пока вокруг чёрной дыры есть вещество, пока ей есть до чего «дотянуться», она является квазаром. Вещество кончилось, и она перестала быть видимой. Все видимые сейчас ближайшие к нам квазары — на расстоянии 6 миллиардов световых лет. То есть сейчас они, возможно, потухли, но пока вы их можете увидеть на небе. Для человека они выглядят как обычные звёзды.

Миф № 2: Чёрные дыры постоянно увеличиваются и когда-нибудь соберут в себя всю вселенную

— Чёрные дыры действительно увеличиваются. Увеличилась масса — увеличился радиус притяжения. Термодинамика утверждает, что радиус чёрной дыры не может уменьшаться. А вот квантовая механика говорит, что может. Какая из этих наук права, пока неясно.

Согласно квантовой теории, чёрные дыры должны испаряться — излучать фотоны. Это очень медленный процесс, но он есть. Чем больше масса, тем медленнее она излучает. Чем меньше, тем ярче, ярче и ярче она светится. В последние секунды жизни дыры будет вспышка. Это произойдёт только тогда, когда дыре не до кого будет «дотянуться». По теории, такое возможно.

Вся вселенная в одну чёрную дыру не соберётся по одной простой причине — они слишком далеко от друг друга расположены.

Миф № 3: Можно ли пролететь через чёрную дыру

— Если исходное тело и соответственно чёрная дыра вращается, то вокруг тела чёрной дыры образуется эргосфера до трёх гравитационных радиусов самой дыры. В ней не может быть устойчивых орбит. Если единое тело войдёт в эргосферу, его, скорее всего, разорвёт.

Что происходит с объектом, когда он падает? Вот возьмём человека. Он проходит через эргосферу и каждая… каждая его часть приобретает собственную траекторию. Вот фильм «Интерстеллар»… (Смеётся.) Как говорят астрономы, вещество из которого вы сделаны, конечно, попадёт внутрь чёрной дыры, но вот будет ли это вещество вами…

Миф № 4: Чёрные дыры — порталы или «кротовые норы»

— Речь о том, что есть две чёрные дыры и они как-то связаны. Да, есть такая теория. Как бы вещество проваливается в некий тоннель и летит, летит, летит. Трудно сказать, но вряд ли. Природа не терпит сложных конструкций, а эта — очень сложная, в которой чуть сдвинулся, и она сломалась. Для такого тоннеля нужна не только гравитация, которая будет стягивать, но и антигравитация, которая будет стенки удерживать. То есть вы должны тёмное вещество в трубу сложить и еще вокруг вещества наложить. В природе только самые простые конструкции остаются.

То есть, по теории, они могут возникать, но тут же будут схлопываться. А зачем тогда они вообще? Тем более даже если чёрные дыры связаны, они же могут только затягивать. Обратно в нашу вселенную вы уже не вернётесь — дорога в один конец.