Астрономический сайт

Загадки земли и вселенной

Внутри вращающейся черной дыры

Черные дыры

Внутренность вращающейся (или заряженной) черной дыры существенно отличается от внутренности черной дыры Шварцшильда.

Керровская сингулярность имеет форму кольца, и если изобразить ее на пространственно-временной диаграмме, то она в отличие от шварцшильдовской сингулярности будет направлена вертикально, т. е. параллельно направлению оси времени на диаграмме Пенроуза. Другими словами, сингулярность временноподобна. Это означает, что существует возможность проникнуть в черную дыру по пути, минующему центральную сингулярность и связанные с ней чудовищные гравитационные натяжения. Вообще говоря, чтобы падающее в керровскую черную дыру тело попало на сингулярность, его надо метко туда направить, так что разрушаются, попадая в кольцевую сингулярность, только те тела, которые движутся в экваториальной плоскости дыры.

На полной диаграмме Пенроуза, построенной для вращающейся черной дыры, видно, что такая дыра имеет два горизонта событий: внешний и расположенный ближе к сингулярности. Тело, попавшее под внешний горизонт, уже не может выйти наружу, поскольку, как мы знаем, свойства пространства-времени под этим горизонтом изменяются столь кардинальным образом, что движение в произвольном направлении полностью исключается. Под внутренним горизонтом событий свойства пространства-времени вновь изменяются, и падающее тело может двигаться здесь по мировой линии в сторону от сингулярности. Рисунок 35 позволяет нам проследить путь астронавта, падающего во вращающуюся черную дыру. В области, ограниченной внутренним горизонтом, астронавт способен изменить направление движения, включив двигатели своего корабля. Не превышая скорости света (т. е. двигаясь по линии, образующей с вертикалью угол менее 45°), он может отклониться от сингулярности, может даже двигаться в направлении от нее и в конечном счете оказаться в другом пространстве-времени. Упав в черную дыру в нашей Вселенной, астронавт уже не может вернуться в наш мир из той же дыры; значит, он должен выбраться из нее «где-то» еще—видимо, в другой вселенной. Если вычертить диаграмму Пенроуза полностью, то мы увидим на ней бесконечное число вселенных прошлого и будущего. Влетая и вылетая из вращающихся черных дыр, наш бесстрашный астронавт до конца своей жизни будет путешествовать из одной вселенной в другую. Однако если изображенная на диаграмме физическая ситуация соответствует реальности, то астронавт может двигаться только в направлении «вселенной будущего»; упав в очередную черную дыру, он не сможет вернуться в свою собственную вселенную и встретиться там со своими современниками. Падение во вращающуюся черную дыру по-прежнему остается для астронавта путешествием в одном направлении, хотя и не обязательно ведет к его гибели.


Рис. 35. Пространственно-временное изображение вращающейся (керровской) черной дыры. Вращающаяся черная дыра имеет внешний и внутренний горизонты событий, причем пространство-время под внутренним горизонтом событий отличается по своим свойствам от пространства-времени между горизонтами. Сингулярность здесь временноподобна: на диаграмме она находится на вертикали, поэтому частица, попадающая в такую дыру, в принципе, может избежать падения на сингулярность. Как видно из диаграммы, вращающаяся черная дыра, очевидно, связывает нашу Вселенную с бесконечным числом «других вселенных». Теоретически астронавт может попасть во вращающуюся черную дыру по линии а, выходящей из другой вселенной; конечно, он может оказаться и на линии Ъ, которая ведет в сингулярность. Вызывает сомнение, что эта диаграмма действительно изображает реальную физическую ситуацию внутри вращающейся черной дыры (ср. рис. 33).


Аналогичным образом астронавты из других «миров прошлого» могут появляться в нашем мире, падая во вращающиеся черные дыры своих вселенных. Эти удивительные свойства решения Керра вызвали огромные интерес; представлялось» что керровская черная дыра открывает перед нами невероятные возможности.

В дальнейшем была высказана мысль, что, с одно! стороны, «другие вселенные» могут быть нашей собственное Вселенной, а, с другой стороны, множество миров на диаграмме Пенроуза может быть связано путем, следуя которому мы можем вернуться в нашу Вселенную, возможно в ее прошлое. Это обстоятельство открывает чудесную перспективу невероятных путешествий: практически мгновенно астронавт может перебраться в другую часть Вселенной; для этого ему достаточно совершить падение в надлежащим образом расположенную вращающуюся черную дыру. В частности, используя этот «мерный ход», можно попасть из пункта А в пункт В быстрее, чем в обычном пространстве от А до В дойдет луч света. Получается, что астронавт и впрямь мог бы, отправившись в путешествие, вернуться домой раньше своего отправления!

Такое развитие событий нарушило бы основной закон причинно-следствен ной связи: причина всегда предшествует следствию. Если бы эта связь оказалась нарушенной, то Вселенная была бы непредсказуемой и иррациональной.

С практической точки зрения путешествия в пространстве с помощью черных дыр вызывают одно существенное возражение: любой космический корабль, приблизившийся к горизонту событий дыры средней звездной массой, будет разорван на куски приливными силами. Но само по себе это не устраняет возможности обмена частицами и информацией через черные дыры с нарушением причинности. Если же говорить о сверхмассивных черных дырах, то здесь проблема приливных сил вообще не возникает: астронавты, проникшие внутрь дыры массой, скажем, в миллиард солнечных масс, могут путешествовать, не испытывая никаких неудобств. Однако имеются гораздо более существенные возражения против использования вращающихся черных дыр в качестве «транспортного средства». Последние теоретические исследования со все возрастающей определенностью свидетельствуют, что внутренность керровской вращающейся черной дыры (или заряженной черной дыры) ранее слишком идеализировалась: в реальной черной дыре, по-видимому, не может быть никаких пространственно-временных мостов. В модели Керра— Ньюмена черные дыры рассматривались как изолированные объекты в плоском (на бесконечности) мире, при этом не учитывалось действие находящегося поблизости вещества, а также возможные квантовые эффекты, влияние которых может быть весьма существенным. Так, в 1978 г. Н. Бирелл и П. Девис показали, что квантовые эффекты не допускают существования пространственно-временного моста в заряженной черной дыре. В настоящее время делаются попытки применить аналогичные рассуждения и к вращающимся черным дырам. Вполне возможно, что в реальных вращающихся дырах сингулярность на самом деле будет не временноподобной, а пространственноподобной—тогда падающий во вращающуюся черную дыру астронавт неминуемо погибнет в сингулярности, как и в черной дыре Шварцшильда. Конечно, жаль потерять надежду на возможность удивительных путешествий с помощью черных дыр. Пока эта надежда еще существует, поскольку мы далеки от окончательного понимания того, что происходит внутри вращающейся черной дыры. Однако, как свидетельствуют последние исследования, такие путешествия вряд ли возможны даже в принципе.





Страниц : 1