Нил Тайсон - Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности
Давайте подробно разберем, что делает черная дыра с человеческим телом, если оно оказывается самую чуточку ближе допустимого.
Если вы натолкнетесь на черную дыру и поймете, что «солдатиком» падаете в ее центр, то по мере приближения сила тяготения черной дыры будет астрономически возрастать. Интересно, что вы ее совсем не почувствуете, поскольку, как и любое тело в свободном падении, будете в невесомости. Зато почувствуете кое-что куда более грозное и зловещее. При падении сила тяготения, воздействующая на ваши ноги – поскольку они ближе к центру черной дыры – ускоряет их быстрее, чем более слабая сила тяготения, которая действует на вашу голову. Разница между ними официально называется приливной силой, которая резко возрастает по мере приближения к центру черной дыры. На Земле и в целом в космосе приливная сила, которая действует на ваш организм, совсем мала и остается незамеченной. Но при падении в черную дыру ногами вперед вы только приливные силы и заметите. Если бы вы были из резины, то всего-навсего растянулись бы. Но люди сделаны из других материалов – из мышц, костей и внутренних органов. Ваше тело останется целым до того мига, когда приливные силы превзойдут молекулярные связи. (Если бы черные дыры оказались в распоряжении инквизиции, то служили бы пыточным орудием почище дыбы.) Наступает мерзкий момент, когда ваше тело лопается пополам посередине. Оно падает дальше, разница в силе тяготения продолжает расти, и каждая из половин вашего тела тоже лопается пополам. Вскоре после этого каждый из сегментов тоже лопается пополам – так что кусков становится все больше: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и так далее. А когда от вас останутся только обрывки органических молекул, растущие приливные силы начинают действовать и на них. В конце концов и они разрываются на части и образуют поток атомов, из которых состоят. А потом и атомы, само собой, тоже распадаются, и остается лишь нераспознаваемый поток частиц, которые всего несколько минут назад были вами.
Но это даже не самое плохое.
Все части вашего тела движутся к одной точке – к центру черной дыры. Так что вас не просто разрывает в клочки с ног до головы, но еще и продавливает сквозь ткань пространства-времени – словно зубную пасту выжимают из тюбика.
Так что ко всем синонимам, обозначающим различные способы умереть, – убийство, самоубийство, четвертование, удушение, утопление и прочая и прочая – мы добавляем новое слово: спагеттификация.
* * *Когда черная дыра ест, ее диаметр растет прямо пропорционально массе. Если черная дыра, к примеру, съест столько, что ее масса утроится, то она станет в три раза шире. По этой причине черные дыры встречаются практически любых размеров, однако не все подвергнут вас спагеттификации, прежде чем вы пересечете горизонт событий. На такое способны только «маленькие» черные дыры. Почему? Чтобы обеспечить красивую живописную смерть, нужны приливные силы – и все. А приливные силы, как правило, тем больше, чем больше ваш размер по сравнению с расстоянием до центра объекта.
Приведу простой предельный случай. Если человек ростом метр восемьдесят, не склонный в целом к тому, чтобы разваливаться на части, падает ногами вперед на черную дыру радиусом метр восемьдесят, то на горизонте событий расстояние от центра черной дыры до его головы в два раза больше, чем до ног. А если черная дыра имеет радиус километр восемьсот метров, то ноги того же человека будут всего на десятую процента ближе к центру, чем голова, и разница в тяготении – приливная сила – будет соответственно мала.
Точно так же можно задаться простым вопросом: с какой скоростью меняется сила гравитации по мере приближения к объекту? Уравнения гравитации показывают, что чем ты ближе к центру объекта, тем быстрее меняется сила гравитации. Маленькие черные дыры позволяют приблизиться к центру задолго до того, как перейдешь горизонт событий, поэтом изменение гравитации на малых расстояниях действует на все, что туда падает, поистине сокрушительно.
Самая распространенная разновидность черной дыры содержит несколько масс Солнца, но все это плотно упаковано за горизонтом событий диаметром всего с десяток-полтора километров. Именно об этом и рассуждают астрономы в непринужденных беседах на эту тему. При падении на эту тварь ваше тело начнет разрываться еще за 150 километров от центра.
Есть и другая распространенная разновидность черной дыры – она достигает миллиардов масс Солнца и сидит за горизонтом событий размером почти со всю Солнечную систему. Именно такие черные дыры таятся в центрах галактик. Совокупная их гравитация поистине чудовищна, однако разница ее воздействия на голову и ноги поблизости от горизонта событий относительно мала. Более того, настолько мала, что за горизонт событий вы, скорее всего, упадете целиком, просто никогда не сможете оттуда вернуться и рассказать, что видели. А когда вас наконец разорвет в клочья – далеко за горизонтом событий, – никто снаружи черной дыры этого не разглядит.
Насколько мне известно, в черной дыре не погиб еще ни один землянин, однако есть убедительные доказательства, что черные дыры во Вселенной то и дело закусывают заблудившимися звездами и легковерными газовыми облаками. Если облако приблизится к черной дыре, то вряд ли упадет прямо в него. Оно не закладывает пируэт ногами вниз, как вы, а сначала вовлекается на орбиту, а затем спиралью спускается навстречу гибели. Те части облака, которые оказались ближе к черной дыре, вращаются по орбите быстрее, чем более далекие. Этот понятный и незатейливый сдвиг называется дифференциальным вращением и приводит к колоссальным последствиям с астрофизической точки зрения. Пока слои облака спускаются по спирали все ближе к горизонту событий, они от внутреннего трения разогреваются до миллионов градусов, гораздо сильнее, чем любая известная звезда. Газ раскаляется до синевы и превращается в источник мощного ультрафиолетового и рентгеновского излучения. И одинокая и невидимая черная дыра, которая тихо-мирно занималась своими делами, превращается в невидимую черную дыру, окруженную газообразным скоростным шоссе, испускающим высокоэнергичное излучение.
Поскольку звезды – это на 100 % газовые шары, участь наших злосчастных облаков их тоже не минует. Если одна звезда из двойной системы становится черной дырой, то черная дыра ничего не будет есть до конца жизни своей звезды-компаньона, пока та не раздуется в красный гигант. Если у красного гиганта хватит габаритов, черная дыра в конце концов освежует его, обдерет и проглотит послойно. Но если звезда не имеет к черной дыре никакого отношения и просто случайно забрела в ее края, приливные силы сначала растянут ее, но затем дифференциальное вращение превратит звезду в разогретый трением диск ярко светящегося газа.
Если астрофизику-теоретику, чтобы объяснить какое-нибудь явление, нужен источник энергии, заключенный в крошечном пространстве, первым делом стоит обращаться к упитанным черным дырам. Например, как мы уже видели, загадочные далекие квазары обладают светимостью в сотни и тысячи раз больше, чем вся галактика Млечный Путь. Однако их энергия исходит, в основном, из объема не крупнее нашей Солнечной системы. Этому нет никакого другого объяснения, кроме как наличие сверхмассивной черной дыры в качестве центрального двигателя квазара. Теперь мы знаем, что сверхмассивные черные дыры в центрах галактик встречаются очень часто. Поводом для обвинений становится подозрительно сильная светимость некоторых галактик в подозрительно небольшом объеме, однако на самом деле светимость очень сильно зависит от того, есть ли в наличии звезды и газ, которые черная дыра могла бы расслоить. Черная дыра есть и в центре некоторых других галактик, с точки зрения светимости ничем не примечательных. Эти черные дыры, вероятно, уже проглотили все близлежащие звезды и газ, не оставив улик. Однако звезды в центре такой галактики, вращающиеся по орбите недалеко от черной дыры – но все же не настолько близко, чтобы дать себя съесть, – резко разгоняются до необычно высоких скоростей.
Такие скорости в сопоставлении с расстоянием от звезд до центра галактики служат мерой того, какая масса сосредоточена в пределах их орбит. Вооружившись этими данными, можно прикинуть на коленке, позволяет ли концентрация массы в центре считать ее черной дырой. Самые крупные черные дыры, как правило, обладают массой в миллиард солнечных, в частности, та, что засела в центре титанической эллиптической галактики М87, самой большой в галактическом Скоплении Девы. Гораздо ниже в списке – черная дыра в центре галактики Андромеда, нашей ближайшей космической соседки, но она все равно большая, целых 30 миллионов масс Солнца.
