Чтение онлайн

РИС. 12.21. Космический корабль, увлекающий космонавтов в дыру. Через каждый из двух иллюминаторов корабля видно в точности половину небесной сферы. Космический корабль оснащен стабилизирующими ракетными двигателями, чтобы носовой иллюминатор был всегда направлен на сингулярность, а кормовой - в прямо противоположную сторону.

В течение полёта космонавты делают парные фотоснимки, один из которых всегда запечатлевает вид вперёд, а другой вид назад, на разных характерных этапах падения космонавтов в дыру. На диаграмме Пенроуза (рис. 12.22) на мировой линии космонавтов отмечены точки, показывающие, где сделана каждая из семи пар фотографий.

РИС. 12.22. Точки, в которых производилось фотографирование. Космонавты делали по паре снимков (один из носового, другой - из кормового иллюминатора) в семи точках при своем спуске в дыру.

Астронавты погрузились в свой космический корабль и взлетели. Ещё будучи очень далеко от чёрной дыры, они сделали первую пару снимков (рис. 12.23,A). Поскольку пространство-время вокруг них было почти плоским, вид впереди очень похож на тот, который наблюдал астроном, спокойно устроившийся на Земле (ср. с рис. 12.19,A). Вид из кормового иллюминатора особого интереса не представляет: просто видно, откуда летят космонавты.

РИС. 12.23.

А: Вдали от чёрной дыры. Если смотреть издали на чёрную дыру, то вид в носовой иллюминатор такой же, как и наблюдаемый удалённым астрономом. В кормовой иллюминатор просто видна наша Вселенная.

Б: Внутри границ круговых орбит света. Оказавшись внутри границ круговых орбит света, космонавты наблюдают лучи, захваченные гравитационным полем чёрной дыры. Из кормового иллюминатора всё ещё видна только наша Вселенная, хотя вид объектов уже начинает искажаться.

В: Прямо над внешним горизонтом событий. По мере приближения космонавтов к внешнему горизонту событий, та область, которую занимает захваченный свет, растет, а область света из Вселенной 1 сокращается. Хотя через кормовой иллюминатор видна только наша Вселенная, вид её сильно искажён.

Г: Между внешним и внутренним горизонтами событий. Спустившись под внешний горизонт событий, космонавты начинают видеть свет из Вселенной 4. Кроме того, в поле зрения кормового иллюминатора добавляется некоторое количество захваченного света за счет эффекта увлечения.

Д: Сразу под внутренним горизонтом событий. Немедленно после погружения под внутренний горизонт событий в поле зрения космонавтов появляется сингулярность во Вселенной 5. Видна большая область, заполненная отраженным светом из Вселенной 4, а в поле зрения кормового иллюминатора она заполняется ещё большим количеством увлеченного света.

Е: Между внутренним горизонтом событий и сингулярностью. Ниже внутреннего горизонта событий становится видна новая область, содержащая свет, захваченный вблизи сингулярности. Эта вторая область захваченного света может наблюдаться только при полёте, заканчивающемся гибелью космонавтов.

Ж: Непосредственно над сингулярностью. Прямо перед тем как космонавты попадут в сингулярность, новая область захваченного света вырастает настолько, что появляется и в поле зрения кормового иллюминатора. Представленная здесь картина - последнее, что увидят космонавты перед гибелью.

Приближаясь к чёрной дыре, космонавты входят в область круговых орбит света. Здесь они наблюдают свет, захваченный гравитационным полем дыры. На второй паре снимков (рис. 12.23,Б) этот захваченный свет занимает часть поля зрения (он обозначен значком Т). Через кормовой иллюминатор видна только наша Вселенная, хотя сам вид звёзд и галактик теперь начал понемногу искажаться.

По мере того как падающий в дыру корабль приближается к внешнему горизонту событий, часть поля зрения, занятая захваченным светом, всё возрастает. При этом космонавты постепенно удаляются от Вселенной 1. Та часть поля зрения, которая занята изображением Вселенной 1, постепенно уменьшается, что видно на паре снимков, сделанных непосредственно над внешним горизонтом событий (рис. 12.23,В). В тот момент, когда корабль проходит через внешний горизонт событий, Вселенная 1 вообще исчезает из виду. По пути к внешнему горизонту событий через кормовой иллюминатор была всё время видна только Вселенная 3. Но по мере того, как космонавты приближаются к чёрной дыре, изображения звёзд и галактик нашей Вселенной искажаются всё сильнее и сильнее.

Что происходит после того, как космонавты опустились под внешний горизонт событий, можно понять, возвращаясь к диаграмме Пенроуза на рис. 12.20. Если вспомнить, что мировые линии света идут под углом 45°, то ясно, что после прохождения через внешний горизонт событий корабль уже становится недостижим для света из Вселенной 1. Вместе с тем отметим, что между внешним и внутренним горизонтами событий космонавты могут непосредственно видеть свет из Вселенной 4. Поэтому на снимках, сделанных в промежутке между двумя горизонтами, запечатлен свет звёзд и галактик из Вселенной 4 (рис. 12.23,Г). Кроме того, эффект увлечения инерциальных систем стал здесь настолько сильным, что часть захваченного света видна уже из кормового иллюминатора.

После падения сквозь внутренний горизонт событий космонавты ещё могут видеть свет из Вселенной 4. Он отражается изнутри чёрной дыры точно так же, как отражался свет из Вселенной 1. Сразу под внутренним горизонтом событий (рис. 12.23 ,Д) можно наблюдать сингулярность, ограничивающую Вселенную 5. Это та самая сингулярность, в которую обречены врезаться наши космонавты. Отметим также, что сингулярность, ограничивающая Вселенную 2А, теперь пропадает из виду, а в кормовом иллюминаторе видно всё больше захваченного света.

Продолжая падать, космонавты видят, как увеличивается изображение сингулярности во Вселенной 5. Они должны при этом заметить, что сингулярность окружена новой областью захваченного света, который на последующих снимках обозначен как t (рис. 12.23,Е). К тому же свет из Вселенной 3 теперь доходит до космонавтов по двум каналам. Они видят свет, непосредственно приходящий из нашей Вселенной (главным образом через кормовой иллюминатор), но тот же свет приходит к ним и косвенно, отразившись от сингулярности во Вселенной 5.

Наконец, непосредственно перед тем, как космонавты будут разорваны на части в сингулярности, вторая область захваченного света разрастётся настолько, что перетянется и в поле зрения кормового иллюминатора. Эта пара снимков (рис. 12.23,Ж) - последнее, что увидят космонавты перед своей гибелью. Отметим также, что и большая часть отраженного света из Вселенной 4 здесь перетянута в поле зрения кормового иллюминатора.

Узнав о трагическом конце своих коллег, ещё два космонавта вдохновились идеей космического путешествия в чёрную дыру, но наметили себе более безопасный маршрут. Опираясь на тот факт, что керровская сингулярность имеет форму кольца, космонавты решили спуститься в чёрную дыру вдоль её оси вращения. По их расчётам это поможет избежать гибели в точке с бесконечной кривизной пространства-времени. Кроме того, космонавты решили не ставить на свой космический корабль никаких ракетных двигателей. Их путешествие будет сводиться к свободному падению на вращающуюся чёрную дыру. Тот факт, что космонавты свободно падают на дыру вдоль её оси вращения, приводит к важным последствиям. При подходе к кольцевой сингулярности их встретит столь сильная антигравитация, что их выбросит прочь из дыры. Прорваться в отрицательную Вселенную по другую сторону кольца они могли бы только при использовании тяги ракетных двигателей. Их путешествие поэтому получило кодовое название «прыжок с отскоком».