Черная дыра Гаргантюа играет в «Интерстеллар» ключевую роль. В этой главе мы ознакомимся с общими сведениями о черных дырах, а в следующей — перейдем непосредственно к Гаргантюа. Начну я со странного заявления: черные дыры состоят из искривленного времени и искривленного пространства. И больше ничего — никакой материи. А теперь некоторые пояснения.

Муравей на батуте: искривленное пространство черной дыры

Представьте, что вы муравей, который живет на детском батуте — резиновом полотнище, натянутом между высокими шестами. На рисунке под тяжестью батут прогибается вниз лежащего на нем камня. Вы — слепой муравей и не можете видеть ни шестов, ни камня, ни прогибающегося полотнища. Но вы умный муравей. Резиновое полотнище — это ваша вселенная, и вы подозреваете, что она искривлена. Чтобы узнать ее форму, вы ползаете по кругу в верхней ее части, измеряя длину окружности, а потом ползете с одного края на другой через центр, чтобы измерить диаметр. Если бы ваша вселенная была плоской, длина окружности равнялась бы числу Пи (3,14159...), помноженному на диаметр. Но, как выясняется, длина окружности меньше диаметра, даже не помноженного на Пи. Ваша вселенная, понимаете вы, сильно искривлена!

Пространство вблизи не вращающейся черной дыры изгибается подобно батуту. Сделаем экваториальный срез черной дыры, получив двухмерную поверхность. Если смотреть из балка (гиперпространства), эта поверхность окажется искривленной, словно батут. Второй рисунок почти ничем не отличается от первого рисунка (рис. 5.1), только там нет шестов и муравья, а вместо камня в центре черной дыры находится сингулярность.

Сингулярность — это крошечная область, где поверхность «бесконечно искривляется» и сходится в точку, в которой силы приливной гравитации бесконечно велики, из-за чего материя в том виде, как мы ее знаем, растягивается и сжимается вплоть до полного исчезновения. В главах 26, 28 и 29 рассказывается, как и почему сингулярность Гаргантюа несколько отличается от сингулярности на втором рисунке.

Искривление батута вызвано тяжестью камня. По аналогии можно предположить, что искривление пространства вблизи черной дыры вызвано ее сингулярностью, однако это не так. В действительности пространство черной дыры искривлено чудовищной энергией его искривления. (Можно также утверждать, что изменение геометрии пространства-времени (искривление пространства черной дыры) динамически связано с изменением энергии материи, заполняющей пространство — время, что и выражается уравнениями Эйнштейна. Изменение одного неизбежно влечет изменение другого). Вам не почудилось, я сказал именно то, что хотел сказать. Если вам кажется, что это утверждение закольцовано, что ж, так оно и есть, но в этом заключен глубокий смысл.

Чтобы согнуть лук перед выстрелом, требуется много энергии. Чтобы «согнуть» пространство, тоже нужно много энергии. И так же, как энергия изгиба «хранится» в согнутом луке (до тех пор, пока не спустят тетиву и эта энергия не перейдет к стреле), энергия искривления хранится в искривленном пространстве черной дыры. Причем энергия эта столь велика, что сама вызывает искривление.

Искривление порождает искривление — нелинейным, закольцованным образом. Это следствие из теории относительности Эйнштейна лежит за гранью повседневного опыта и отчасти напоминает научно-фантастический сюжет, где герой, переместившись назад во времени, становится собственным родителем.Читать дальше >>>