Несмотря на то, что вы, возможно, слышали, они вообще ничего не всасывают.
Черные дыры - одни из самых странных и удивительных объектов во всей Вселенной. Когда огромное количество массы сконцентрировано в чрезвычайно маленьком объеме, они неизбежно коллапсируют до сингулярностей, окруженных горизонтами событий, из которых ничто не может выбраться. Это самые плотные объекты во всей Вселенной. Всякий раз, когда что-то подходит слишком близко к единице, силы черной дыры разрывают ее на части; когда любая материя, антиматерия или излучение пересекают горизонт событий, они просто падают в центральную сингулярность, увеличивая черную дыру и увеличивая ее массу.
Все эти свойства черных дыр верны. Но есть связанная с этим идея, которая является абсолютной фантастикой: черные дыры всасывают в себя окружающую материю. Это не может быть дальше от истины и полностью искажает принцип работы гравитации. Самый большой миф о черных дырах заключается в том, что они отстой. Вот научная правда.
И в принципе, и на практике существует множество различных способов образования черной дыры. Вы можете превратить большую массивную звезду в сверхновую, где центральное ядро взрывается и образует черную дыру. Вы можете стать свидетелем слияния двух нейтронных звезд, где, если они преодолеют определенный порог массы, они приведут к новообразованной черной дыре. Или у вас может быть большое скопление материи - либо сверхмассивная звезда, либо массивное облако сжимающегося газа - коллапсирует прямо в черную дыру.
При наличии достаточной массы в достаточно концентрированном объеме пространства вокруг него сформируется горизонт событий. Из-за пределов горизонта событий вы все равно можете убежать, если будете удаляться от черной дыры со скоростью света. Тем не менее, если бы вы находились в пределах горизонта событий, то даже двигаясь со скоростью с, предельной космической скоростью, любой путь, который вы могли бы выбрать, все равно привел бы вас к центральной сингулярности. Из-за горизонта событий черной дыры нет выхода.
Для объектов за пределами черной дыры, однако, все еще есть много проблем. Поскольку черные дыры - такие массивные объекты, когда вы приближаетесь к ним, вы начинаете испытывать значительные приливные силы. Возможно, вы лучше всего знакомы с приливными силами Луны и их взаимодействием с Землей.
Конечно, в среднем вы можете рассматривать Луну как точечную массу, а Землю как точечную массу, разделенные относительно большим расстоянием в 380 000 километров или около того. Но на самом деле Земля не точка, а объект, занимающий реальный заданный объем. Части Земли будут ближе к Луне, чем другие; части будут дальше. Более близкие части будут испытывать большее гравитационное притяжение, чем в среднем; более отдаленные части будут испытывать меньшее притяжение, чем обычно.
Но дело не только в том, что части Земли ближе, а части дальше от Луны. Как и все физические объекты, Земля трехмерна, а это означает, что «верхняя» и «нижняя» области Земли (с точки зрения Луны) будут стягиваться внутрь, к центру Земли, относительно частей расположен посередине.
В общем, если мы вычтем среднюю силу, испытываемую каждой точкой на Земле, мы увидим, как все различные точки на поверхности по-разному воспринимают внешние силы от Луны. Эти силовые линии отображают относительные силы, действующие на объект, и объясняют, почему объекты, испытывающие приливы и отливы, растягиваются в направлении действия силы и сжимаются перпендикулярно направлению силы.
Чем ближе вы подходите к массивному объекту, тем больше становятся эти приливные силы; приливные силы становятся больше даже быстрее, чем сила гравитации! Поскольку черные дыры чрезвычайно массивны и чрезвычайно компактны, они генерируют самые большие из известных приливных сил во Вселенной. Вот почему, когда вы приближаетесь к черной дыре, вы обнаруживаете, что «спагетти» или растягиваетесь в тонкую форму, похожую на лапшу.
Исходя из этого, легко понять, почему вы ожидаете, что черные дыры засосут вас: чем ближе вы к одной из них, тем сильнее становится притягивающая сила гравитации и тем сильнее разрывающие приливные силы. вы друг от друга получаете.
Тем не менее, мысль о том, что вас затянет в черную дыру, остается заблуждением, и к тому же дурацким. Каждая отдельная частица, из которой состоит объект, на который воздействует черная дыра, по-прежнему подчиняется тем же законам физики, включая гравитационное искривление пространства-времени, порожденное общей теорией относительности.
Хотя верно, что ткань пространства искривляется из-за наличия массы, и что черные дыры представляют собой наибольшую концентрацию массы во Вселенной, также верно и то, что плотность этой массы не Неважно, как искривлено пространство. Если бы вы заменили Солнце белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой точно такой же массы, гравитационная сила, действующая на Землю, не изменилась бы. Это общая масса, которая искривляет пространство вокруг вас; плотность тут практически ни при чем.
На расстоянии черная дыра ничем не отличается от любой другой массы во Вселенной. Только когда вы подходите очень близко - в пределах нескольких радиусов Шварцшильда - , вы начинаете замечать отклонения от ньютоновской гравитации. Тем не менее, черная дыра просто действует как аттрактор, и приближающиеся к ней объекты будут двигаться по тем же орбитам, что и обычно: по кругу, эллипсу, параболе или гиперболе, в очень хорошем приближении.
Из-за приливных сил приближающиеся объекты могут быть разорваны, а из-за материи, аккреционной вокруг черной дыры в виде аккреционного диска, могут присутствовать дополнительные эффекты: магнитные поля и трение и нагрев. Часть материи, учитывая эти дополнительные взаимодействия, вероятно, будет замедлена и в конечном итоге поглощена черной дырой, но подавляющее большинство все равно ускользнет.
Дело в том, что черные дыры ничего не всасывают; нет такой силы, которую оказывает черная дыра, которую не оказывает обычный объект (например, луна, планета или звезда). В конце концов, это всего лишь гравитация. Самое большое отличие состоит в том, что черные дыры плотнее большинства объектов, занимают гораздо меньший объем пространства и способны быть гораздо более массивными, чем любой другой отдельный объект. Сатурн мог бы прекрасно вращаться вокруг нашего Солнца, но если бы вы заменили Солнце черной дырой в центре Млечного Пути - черной дырой, которая примерно в 4 000 000 раз массивнее Солнца, - приливные силы быть достаточно сильным, чтобы разбить Сатурн на огромное кольцо, где он стал бы частью аккреционного диска черной дыры. При достаточном трении, нагреве и ускорении в присутствии гравитационных, электрических и магнитных полей, которые создает вся материя, в конце концов она упадет внутрь и будет проглочена.
Черные дыры кажутся всасывающими материю только потому, что они очень массивны, а сочетание приливных сил и материи, уже присутствующей вокруг черной дыры, может разорвать внешние объекты на части, где определенная доля разорванной Частицы с разбросанными частицами будут испытывать достаточную силу сопротивления, чтобы попасть в аккреционный диск и, в конечном счете, в саму черную дыру. Но черные дыры будут грязными едоками; подавляющее большинство материи, которая проходит вблизи черной дыры, в той или иной форме выбрасывается обратно. Только небольшая часть, попадающая внутрь горизонта событий, вызывает его рост.
Если мы заменим каждую массу во Вселенной черной дырой эквивалентной массы и удалим весь фрикционный материал, такой как аккреционные диски, всосется очень мало. Единственное трение, которое будет испытывать частица, связано с испусканием ею гравитационного излучения при движении через искривленное пространство-время, создаваемое черной дырой. Только материал, который образовался внутри трехкратного радиуса горизонта событий - внутри самой внутренней стабильной круговой орбиты (ISCO) в теории относительности - , неумолимо будет “засасываться” из-за поведения самой теории Эйнштейна. По сравнению с тем, что на самом деле попадает в горизонт событий в нашей физической реальности, эти эффекты ничтожны.
В конце концов, у нас будет только сила гравитации и искривленное пространство-время, возникающее в результате присутствия этих масс. Идея о том, что черные дыры что-то засасывают, является самым большим мифом о них. Они растут за счет гравитации, и не более того. В этой Вселенной этого более чем достаточно.