Чи можна витягти щось із чорної діри безкрайній космос - цікаве і незвичайне поруч

Як тільки об'єкт потрапляє в чорну діру, покинути її він вже не може. Неважливо, скільки енергії у вас є, ви ніколи не зможете рухатися швидше за швидкість світла і подолати горизонт подій зсередини. Але що, якщо спробувати обдурити це маленьке правило і занурити крихітний об'єкт в горизонт подій, прив'язавши його до більш потужному, який зможе покинути горизонт? Чи можна витягти що-небудь з чорної діри хоч як-небудь? Закони фізики строгі, але вони зобов'язані відповідати на питання, можливо це чи ні. Ітан Зігель з Medium.com пропонує це з'ясувати.

Чорна діра - це не просто надгуста і надмасивна сингулярність, в якій простір зігнуто так сильно, що все що потрапило всередину вибратися вже не зможе.

Хоча зазвичай ми вважаємо саме, чорна діра - якщо точно - це область простору навколо цих об'єктів, з якої ніяка форма матерії або енергії - і навіть сам світ - не може втекти. Це не так уже й екзотично, як можна було б подумати. Якщо взяти Сонце, як воно є, і стиснути його до радіусу в кілька кілометрів, вийде практично чорна діра. І хоча нашому Сонцю не загрожує такий перехід, у Всесвіті є зірки, які залишають після себе саме ці загадкові об'єкти.

Найпотужніші зірки у Всесвіті - зірки в двадцять, сорок, сто чи навіть 260 сонячних мас - самі сині, гарячі і яскраві об'єкти. Вони також випалюють ядерне паливо в своїх надрах швидше інших зірок: за один-другий мільйон років замість багатьох мільярдів, як Сонце. Коли в цих внутрішніх ядрах закінчується ядерне паливо, вони стають заручниками найпотужніших гравітаційних сил: настільки потужних, що під час відсутності без неймовірного тиску ядерного синтезу, який їм протистоять, вони просто коллапсируют. У кращому випадку ядра і електрони набирають стільки енергії, що зливаються в масу пов'язаних воєдино нейронів. Якщо це ядро ​​масивніше, ніж кілька сонць, ці нейтрони будуть досить щільними і масивними, що коллапсируют в чорну діру.

Отже, запам'ятаємо, мінімальна маса для чорної діри - це кілька сонячних мас. Чорні діри можуть рости і з набагато більших мас, зливаючись разом, пожираючи матерію і енергію і просочуючись в центри галактик. У центрі Чумацького Шляху був знайдений об'єкт, який в чотири мільйони разів перевершує масу Сонця. На його орбіті можна визначити окремі зірки, але ніякого світла ніякої довжини хвиль не випромінюється.

Інші галактики мають ще більш масивні чорні діри, маси яких в тисячі разів більше наших власних, і немає теоретичного верхньої межі величиною їх зростання.

Але є два цікавих властивості у чорних дір, які можуть привести нас до відповіді на питання, поставлене на самому початку: чи можна витягти що-небудь «на прив'язі»? Перше властивість відноситься до того, що відбувається з простором у міру зростання чорної діри. Принцип чорної діри такий, що жоден об'єкт не може вирватися з її гравітаційного тяжіння в області простору, як би не прискорювався, навіть рухаючись на швидкості світла. Кордон між тим, де об'єкт може покинути чорну діру і де не може, називається горизонтом подій. Він є у кожної чорної діри.

Якщо ці розтягують сили малі на краю горизонту подій, вони будуть не набагато більше всередині горизонту подій, а значить - з огляду на електромагнітні сили, які утримують тверді об'єкти в цілісності - можливо, ми могли б здійснити задумане: занурити об'єкт в горизонт подій і практично відразу ж вийняти. Чи можна так зробити? Щоб зрозуміти, давайте розглянемо, що відбувається на самому кордоні між нейтронної зіркою і чорною дірою.

Уявіть, що у вас є надзвичайно щільний шар нейтронів, але фотон на його поверхні все ще може втекти в космос і не обов'язково повернутися до нейтронної зірки. Тепер давайте помістимо на поверхні ще один нейрон. Раптово ядро ​​вже не може чинити опір гравітаційному колапсу. Але замість того, щоб думати про те, що відбувається на поверхні, давайте задумаємося про те, що відбувається всередині, де формується чорна діра. Уявіть окремий нейтрон, що складається з кварків і глюонів, і уявіть, як глюони потрібно переходити від одного кварка до іншого в нейтрони, щоб протікав процес обміну сил. Тепер один з цих кварків виявляється ближче до сингулярності в центрі чорної діри, а інший далі.

Щоб відбувся обмін силами - і щоб нейтрон був стабільним - глюон в певний момент повинен перейти від ближнього кварка до дальнього.

Але це неможливо навіть на швидкості світла (а глюони не мають маси). Всі нульові геодезичні, або шлях об'єкта, що рухається зі швидкістю світла, приведуть до сингулярності в центрі чорної діри. Більш того, вони ніколи не підуть далі від сингулярності чорної діри, ніж в момент викиду. Ось чому нейтрон усередині горизонту подій чорної діри повинен коллапсировать і стати частиною сингулярності в центрі.

Тому повернемося до прикладу з прив'язі: ви взяли невелику масу, прив'язали її до судна побільше; судно знаходиться за межами горизонту подій, а маса занурена. Коли будь-яка частка перетне горизонт подій, вона не зможе знову його покинути - ні частка, ні навіть світло. Але фотони і глюони залишаються тими самими частинками, які нам потрібні для обміну сил між частками, які знаходяться за межами горизонту подій, і вони теж не можуть нікуди вийти.

Це не обов'язково означає, що трос обірветься; скоріше, сингулярність затягне весь корабель. Звичайно, приливні сили при певних умов не розірвуть вас на частини, але досягнення сингулярності буде неминучим. Неймовірна сила тяжіння і той факт, що у всіх частинок всіх мас, енергій і швидкостей не буде вибору, окрім як відправитися в сингулярність, ось що буде мати місце.

Тому, на жаль, з чорної діри поки не знайшли виходу після перетину горизонту подій. Можна зменшити втрати і відрізати те, що вже потрапило всередину, або залишитися на зв'язку і потонути. Вибір залежить від вас.