У края огромной чёрной дыры человек может не почувствовать никакой стены и спокойно пересечь границу, после которой возврата уже нет. А далёкому наблюдателю покажется, что падение почти остановилось. Оба описания верны, хотя совместить их в голове непросто.
2. Сначала опасно не само отверстие
Реальная чёрная дыра обычно окружена горячим газом. Вещество в аккреционном диске разгоняется, сталкивается и излучает от видимого света до рентгеновских лучей. Возле активно питающейся чёрной дыры человек погиб бы от излучения задолго до философских разговоров о горизонте.
Но физики могут мысленно выбрать тихую чёрную дыру без яркого диска. Тогда главный эффект создают приливные силы: притяжение у ног сильнее, чем у головы, если человек падает ногами вперёд. Тело растягивается вдоль направления падения и сжимается поперёк. Этот процесс с мрачноватым юмором называют спагеттификацией.
Момент гибели зависит от массы чёрной дыры. У чёрной дыры звёздной массы приливные силы у горизонта огромны. У сверхмассивной дыры горизонт гораздо шире, а перепад гравитации на длине человеческого тела может быть сравнительно мал.
3. Горизонт не похож на поверхность
Горизонт событий — это граница, изнутри которой никакой сигнал не может уйти наружу. Он не является твёрдой оболочкой. Для свободно падающего человека пересечение горизонта большой спокойной чёрной дыры локально может пройти без вспышки, удара или звукового сигнала.
После пересечения все допустимые пути в будущее ведут глубже внутрь. Это немного похоже на невозможность остановить течение времени и вернуться во вчера: внутри горизонта уменьшение расстояния до центра становится столь же неизбежным. Двигатели уже не дают маршрута наружу, потому что наружу не направлен ни один будущий световой путь.
Сам человек по собственным часам пересечёт горизонт за конечное время. Никакой вечности на его запястье не возникнет. Но дальше начинается область, о которой у нас нет прямых наблюдений.
4. Что увидит оставшийся снаружи
Далёкий наблюдатель получает от падающего человека всё более запоздалые фотоны. Свет теряет энергию, краснеет и тускнеет. Сигналы приходят всё реже, поэтому падение выглядит замедляющимся.
В популярном пересказе говорят, что человек «навсегда замрёт» над горизонтом. Строго говоря, наблюдатель довольно быстро перестанет что-либо различать: изображение станет слишком красным и слабым. Он не увидит ясного кадра пересечения, но и не будет бесконечно любоваться неподвижным космонавтом.
Для падающего картина иная. Внешняя Вселенная может казаться искажённой, свет будет изгибаться, а видимое небо соберётся в необычные области. Однако человек не увидит всю бесконечную будущую историю Вселенной до конца времён: это распространённое преувеличение.
5. Сингулярность показывает предел теории
В простейшем решении уравнений Эйнштейна внутри находится сингулярность — область, где кривизна пространства-времени математически стремится к бесконечности. Для падающего объекта встреча с ней происходит за конечное собственное время. До этого приливные силы в любом случае становятся разрушительными.
Но бесконечность в уравнениях часто означает, что применяемая теория дошла до границы пригодности. Общая теория относительности не учитывает квантовую природу гравитации. Поэтому выражение «мы точно знаем, что находится в сингулярности» было бы научно нечестным.
Вращающиеся чёрные дыры имеют более сложную математическую внутренность, чем невращающиеся. Однако малые возмущения могут радикально менять эту картину, и вопрос о реальном устройстве глубины остаётся предметом исследований.
6. Что говорит наука
Подтверждено наблюдениями существование компактных объектов с горизонтами, свойства их окрестностей и тени сверхмассивных чёрных дыр.NASA объясняет, как разность притяжения вызывает спагеттификацию и почему горизонт является точкой невозврата.
Наиболее вероятное описание падения основано на общей теории относительности. Оно надёжно предсказывает различие между временем падающего человека и сигналами, которые получает внешний наблюдатель. Для достаточно большой чёрной дыры классическая теория допускает ничем не отмеченное пересечение горизонта.
Гипотезой остаётся точная судьба информации и материи в глубине. Нам нужна проверенная теория квантовой гравитации, чтобы уверенно описать область, где классические уравнения дают сингулярность. Оттуда нельзя получить сообщение, поэтому прямой эксперимент особенно труден.
Итак, человек не зависнет для себя на краю чёрной дыры. Он пересечёт горизонт, потеряет возможность вернуться и в конечном счёте будет разрушен приливными силами. А вот что означает самый последний участок пути, физика пока честно оставляет без окончательного ответа. Предложите в комментариях следующую космическую загадку для разбора.
