Kosmicheskie rubezhi teorii otnositel'nosti

---

<< 9. Geometriya resheniya Shvarcshil'da | Oglavlenie | 11. Vrashayushiesya chernye dyry >>

10. Chernye dyry s elektricheskim zaryadom

Analiz evolyucii zvezd privel astronomov k zaklyucheniyu, chto kak v nashei Galaktike, tak i voobshe vo Vselennoi mogut sushestvovat' chernye dyry. V dvuh predydushih glavah my rassmotreli ryad svoistv samyh prostyh chernyh dyr, kotorye opisyvayutsya tem resheniem uravneniya gravitacionnogo polya, kotoroe nashel Shvarcshil'd. Shvarcshil'dovskaya chernaya dyra harakterizuetsya tol'ko massoi; elektricheskogo zaryada u nee net. U nee otsutstvuet takzhe magnitnoe pole i vrashenie. Vse svoistva shvarcshil'dovskoi chernoi dyry odnoznachno opredelyayutsya zadaniem odnoi tol'ko massy toi zvezdy, kotoraya, umiraya, prevrashaetsya v chernuyu dyru v hode gravitacionnogo kollapsa.

Net somnenii, chto reshenie Shvarcshil'da - chereschur prostoi sluchai. Nastoyashaya chernaya dyra dolzhna po krainei mere vrashat'sya. Odnako skol' slozhnoi mozhet byt' chernaya dyra na samom dele? Kakie dobavochnye podrobnosti sleduet uchest', a kakimi mozhno prenebrech' pri polnom opisanii toi chernoi dyry, kotoruyu mozhno obnaruzhit' pri nablyudeniyah neba?

Predstavim sebe massivnuyu zvezdu, u kotoroi tol'ko chto konchilis' vse resursy yadernoi energii i u kotoroi vot-vot nachnetsya faza katastroficheskogo gravitacionnogo kollapsa. Mozhno dumat', chto takaya zvezda obladaet ochen' slozhnoi strukturoi i pri ee vsestoronnem opisanii prishlos' by uchityvat' mnozhestvo harakteristik. V principe astrofizik sposoben rasschitat' himicheskii sostav vseh sloev takoi zvezdy, izmenenie temperatury ot ee centra do poverhnosti i poluchit' vse dannye o sostoyanii veshestva v nedrah zvezdy (naprimer, ego plotnosti i davleniya) na vsevozmozhnyh glubinah. Takie raschety slozhny, i ih rezul'taty sushestvenno zavisyat ot vsei istorii razvitiya zvezdy. Vnutrennee stroenie zvezd, obrazovavshihsya iz raznyh oblakov gaza i v raznoe vremya, zavedomo dolzhno byt' razlichnym.

Odnako, nesmotrya na vse eti oslozhnyayushie obstoyatel'stva, sushestvuet odin besspornyi fakt. Esli massa umirayushei zvezdy prevyshaet primerno tri massy Solnca, eta zvezda nepremenno prevratitsya v chernuyu dyru v konce svoego zhiznennogo cikla. Ne sushestvuet takih fizicheskih sil, kotorye mogli by predotvratit' kollaps stol' massivnoi zvezdy.

Chtoby luchshe osoznat' smysl etogo utverzhdeniya, vspomnim, chto chernaya dyra - eto stol' iskrivlennaya oblast' prostranstva-vremeni, chto iz nee nichto ne mozhet vyrvat'sya, dazhe svet! Drugimi slovami, iz chernoi dyry nevozmozhno poluchit' nikakuyu informaciyu. Kak tol'ko vokrug umirayushei massivnoi zvezdy voznik gorizont sobytii, stanovitsya nevozmozhnym vyyasnit' kakie by to ni bylo detali togo, chto proishodit pod etim gorizontom. Nasha Vselennaya navsegda teryaet dostup k informacii o sobytiyah pod gorizontom sobytii. Poetomu chernuyu dyru inogda nazyvayut mogiloi dlya informacii.

Hotya pri kollapse zvezdy s poyavleniem chernoi dyry i teryaetsya ogromnoe kolichestvo informacii, vse zhe nekotoraya informaciya izvne ostaetsya. Naprimer, sil'neishee iskrivlenie prostranstva-vremeni vokrug chernoi dyry ukazyvaet, chto zdes' umerla zvezda. S massoi mertvoi zvezdy pryamo svyazany takie konkretnye svoistva dyry, kak poperechnik fotonnoi sfery ili gorizonta sobytii (sm. ris. 8.4 i 8.5). Hotya sama dyra v bukval'nom smysle chernaya, kosmonavt eshe izdaleka obnaruzhit ee sushestvovanie po gravitacionnomu polyu dyry. Izmeriv, naskol'ko traektoriya ego kosmicheskogo korablya otklonilas' ot pryamolineinoi, kosmonavt mozhet tochno vychislit' polnuyu massu chernoi dyry. Takim obrazom, massa chernoi dyry - eto odin iz elementov informacii, kotoryi ne teryaetsya pri kollapse.

Chtoby podkrepit' eto utverzhdenie, rassmotrim primer dvuh odinakovyh zvezd, obrazuyushih pri kollapse chernye dyry. Na odnu zvezdu pomestim tonnu kamnei, a na druguyu - slona vesom v odnu tonnu. Posle obrazovaniya chernyh dyr izmerim napryazhennost' gravitacionnogo polya na bol'shih rasstoyaniyah ot nih, skazhem, po nablyudeniyam orbit ih sputnikov ili planet. Okazhetsya, chto napryazhennosti oboih polei odinakovy. Na ochen' bol'shih rasstoyaniyah ot chernyh dyr dlya vychisleniya polnoi massy kazhdoi iz nih mozhno vospol'zovat'sya n'yutonovskoi mehanikoi i zakonami Keplera. Tak kak polnye summy mass vhodyashih v kazhduyu iz chernyh dyr sostavnyh chastei odinakovy, identichnymi okazhutsya i rezul'taty. No chto eshe sushestvennee, eto nevozmozhnost' ukazat', kakaya iz etih dyr poglotila slona, a kakaya - kamni. Vot eta informaciya propala navsegda. Tonnu chego by vy ni brosili v chernuyu dyru, rezul'tat vsegda budet odnim i tem zhe. Vy smozhete opredelit', kakuyu massu veshestva poglotila dyra, no svedeniya o tom, kakoi formy, kakogo cveta, kakogo himicheskogo sostava bylo eto veshestvo, utrachivayutsya navsegda.

Polnuyu massu chernoi dyry vsegda mozhno izmerit', poskol'ku gravitacionnoe pole dyry vliyaet na geometriyu prostranstva i vremeni na ogromnyh rasstoyaniyah ot nee. Nahodyashiisya daleko ot chernoi dyry fizik mozhet postavit' eksperimenty po izmereniyu etogo gravitacionnogo polya, naprimer zapustiv iskusstvennye sputniki i nablyudaya ih orbity. Eto vazhnyi istochnik informacii, pozvolyayushii fiziku s uverennost'yu govorit', chto imenno chernaya dyra ne poglotila. V chastnosti, vse, chto mozhet izmerit' etot gipoteticheskii issledovatel' vdali ot chernoi dyry, ne bylo poglosheno polnost'yu.

Nachinaya v seredine XIX v. razrabotku teorii elektromagnetizma, Dzheims Klerk Maksvell raspolagal bol'shimi kolichestvami informacii ob elektricheskom i magnitnom polyah. V chastnosti, udivitel'nym byl tot fakt, chto elektricheskie i magnitnye sily ubyvayut s rasstoyaniem v tochnosti tak zhe, kak i sila tyazhesti. I gravitacionnye, i elektromagnitnye sily - eto sily bol'shogo radiusa deistviya. Ih mozhno oshutit' na ochen' bol'shom udalenii ot ih istochnikov. Naprotiv, sily, svyazyvayushie voedino yadra atomov, - sily sil'nogo i slabogo vzaimodeistvii - imeyut korotkii radius deistviya. Yadernye sily dayut o sebe znat' lish' v ochen' maloi oblasti, okruzhayushei yadernye chasticy.

Bol'shoi radius deistviya elektromagnitnyh sil oznachaet, chto fizik, nahodyas' daleko ot chernoi dyry, mozhet predprinyat' eksperimenty dlya vyyasneniya, zaryazhena eta dyra ili net. Esli u chernoi dyry imeetsya elektricheskii zaryad (polozhitel'nyi ili otricatel'nyi) ili magnitnyi zaryad (sootvetstvuyushii severnomu ili yunomu magnitnomu polyusu), to nahodyashiisya vdaleke fizik sposoben pri pomoshi chuvstvitel'nyh priborov obnaruzhit' sushestvovanie etih zaryadov. Takim obrazom, krome informacii o masse ne teryaetsya takzhe informaciya o zaryade chernoi dyry.

Sushestvuet tretii (i poslednii) vazhnyi effekt, kotoryi mozhet izmerit' udalennyi fizik. Kak budet vidno iz sleduyushei glavy, lyuboi vrashayushiisya ob'ekt stremitsya vovlech' vo vrashenie okruzhayushee ego prostranstvo-vremya. Eto yavlenie nazyvaetsya effektom Lenze-Tirringa ili effektom uvlecheniya inercial'nyh sistem. Nasha Zemlya pri vrashenii tozhe uvlekaet za soboi prostranstvo i vremya, no v ochen' maloi stepeni. No dlya bystro vrashayushihsya massivnyh ob'ektov etot effekt stanovitsya zametnee, i esli chernaya dyra obrazovalas' iz vrashayusheisya zvezdy, to uvlechenie prostranstva-vremeni vblizi nee budet vpolne oshutimym. Fizik, nahodyashiisya v kosmicheskom korable vdali ot etoi chernoi dyry, zametit, chto on postepenno vovlekaetsya vo vrashenie vokrug dyry v tu zhe storonu, v kotoruyu vrashaetsya ona sama. I chem blizhe k vrashayusheisya chernoi dyre okazhetsya nash fizik, tem sil'nee budet eto vovlechenie.

Rassmatrivaya lyuboe vrashayusheesya telo, fiziki chasto govoryat o ego Momente kolichestva dvizheniya; eto - velichina, opredelyaemaya kak massoi tela, tak i skorost'yu ego vrasheniya. Chem bystree vrashaetsya telo, tem bol'she ego moment kolichestva dvizheniya. Pomimo massy i zaryada moment kolichestva dvizheniya chernoi dyry yavlyaetsya toi ee harakteristikoi, informaciya o kotoroi ne teryaetsya.

V konce 1960-h - nachale 1970-h godov astrofiziki-teoretiki uporno trudilis' nad problemoi: informaciya o kakih svoistvah chernyh dyr sohranyaetsya, a o kakih - teryaetsya v nih? Plodom ih usilii okazalas' znamenitaya teorema o tom, chto "u chernoi dyry net volos", vpervye sformulirovannaya Dzhonov Uilerom iz Prinstonskogo universiteta (SShA). My uzhe vide li, chto harakteristiki chernoi dyry, kotorye mogut byt' izmereny udalennym nablyudatelem, - eto ee massa, ee zaryad i ee moment kolichestva dvizheniya. Eti tri osnovnye harakteristiki sohranyayutsya pri obrazovanii chernoi dyry i opredelyayut geometriyu prostranstva-vremeni vblizi nee. Rabotami Stivena Houkinga, Vernera Izraelya, Brandona Kartera, Devida Robinsona i drugih issledovatelei bylo pokazano, chto tol'ko eti harakteristiki sohranyayutsya pri obrazovanii chernyh dyr. Inymi slovami, esli zadat' massu, zaryad i moment kolichestva dvizheniya chernoi dyry, to o nei uzhe budet izvestno vse - u chernyh dyr net inyh svoistv, krome massy, zaryada i momenta kolichestva dvizheniya. Takim obrazom, chernye dyry - eto ochen' prostye ob'ekty; oni gorazdo proshe, chem zvezdy, iz kotoryh chernye dyry voznikayut. Dlya polnogo opisaniya zvezdy trebuetsya znanie bol'shogo kolichestva harakteristik, takih, kak himicheskii sostav, davlenie, plotnost' i temperatura na raznyh glubinah. Nichego podobnogo u chernoi dyry net (ris. 10.1). Pravo zhe, u chernoi dyry sovsem net volos!

Poskol'ku chernye dyry polnost'yu opisyvayutsya tremya parametrami (massoi, zaryadom i momentom kolichestva dvizheniya), to dolzhno sushestvovat' lish' neskol'ko reshenii uravnenii gravitacionnogo polya Einshteina, prichem kazhdoe opisyvaet svoi "dobroporyadochnyi" tip chernyh dyr. Naprimer, v predydushih dvuh glavah my rassmotreli prosteishii tip chernoi dyry; eta dyra imeet lish' massu, i ee geometriya opredelyaetsya resheniem Shvarcshil'da. Reshenie Shvarcshil'da bylo naideno v 1916 g., i hotya s teh por bylo polucheno mnogo drugih reshenii dlya chernyh dyr, obladayushih tol'ko massoi, vse oni okazalis' emu ekvivalentnymi.

Ris. 10.1. "U chernoi dyry net volos!" Pochti vsyakaya informaciya o telah, padayushih v chernuyu dyru, teryaetsya navsegda. Izbegayut "perevarivaniya" dyroi tol'ko massa, zaryad i moment kolichestva dvizheniya padayushih v nee ob'ektov. Eto znachit, chto chernye dyry - ochen' prostye ob'ekty. Ih polnoe opisanie harakterizuetsya vsego tremya parametrami - massoi, zaryadom i momentom impul'sa. (Po Dzh. Uileru.)

Nevozmozhno predstavit' sebe, kak mogli by chernye dyry obrazovat'sya bez veshestva. Poetomu u lyuboi chernoi dyry dolzhna byt' massa. No vdobavok k masse u dyry mogli by sushestvovat' elektricheskii zaryad ili vrashenie ili i to, i drugoe vmeste. Mezhdu 1916 i 1918 gg. G. Raisner i G. Nordstrem nashli reshenie uravnenii polya, opisyvayushee chernuyu dyru s massoi i zaryadom. Sleduyushii shag na etom puti zaderzhalsya do 1963 g., kogda Roi P. Kerr nashel reshenie dlya chernoi dyry, obladayushei massoi i momentom kolichestva dvizheniya. Nakonec, v 1965 g. N'yumen, Koch, Chinnapared, Ekston, Prakash i Torrens opublikovali reshenie dlya samogo slozhnogo tipa chernoi dyry, a imenno dlya dyry s massoi, zaryadom i momentom kolichestva dvizheniya. Kazhdoe iz etih reshenii edinstvenno - drugih vozmozhnyh reshenii net. Chernaya dyra harakterizuetsya, samoe bol'shee, tremya parametrami - massoi (oboznachaemoi cherez M) zaryadom (elektricheskim ili magnitnym, oboznachaetsya cherez Q) i momentom kolichestva dvizheniya (oboznachaetsya cherez a). Vse eti vozmozhnye resheniya svedeny v tabl. 10.1.

Tablica 10.1

Resheniya uravnenii polya, opisyvayushie chernye dyry.

Tipy chernoi dyry Opisanie chernoi dyry Nazvanie resheniya God polucheniya Tol'ko massa (parametr M) Samaya "prostaya" chernaya dyra. Obladaet lish' massoi. Sfericheski simmetrichna. Reshenie Shvarcshil'da 1916 Massa i zaryad (parametry M i Q) Zaryazhennaya chernaya dyry. Obladaet massoi i zaryadom (elektricheskim ili magnitnym). Sfericheski simmetrichna Reshenie Raisnera-Nordstrema 1916 i 1918 Massa i moment impul'sa (parametry M i a) Vrashayushayasya chernaya dyra. Obladaet massoi i momentom kolichestva dvizheniya. Osesimmetrichna Reshenie Kerra 1963 Massa, zaryad i moment impul'sa (parametry M, Q i a) Vrashayushayasya zaryazhennaya chernaya dyra, samaya slozhnaya iz vseh. Osesimmetrichna Reshenie Kerra-N'yumena 1965

Geometriya chernoi dyry reshayushim obrazom zavisit ot vvedeniya kazhdogo dopolnitel'nogo parametra (zaryada, vrasheniya ili ih vmeste). Resheniya Raisnera-Nordstrema i Kerra sil'no otlichayutsya kak drug ot druga, tak i ot resheniya Shvarcshil'da. Konechno, v predele, kogda zaryad i moment kolichestva dvizheniya obrashayutsya v nul' (Q -> 0 i a -> 0), vse tri bolee slozhnyh resheniya svodyatsya k resheniyu Shvarcshil'da. I vse zhe chernye dyry, obladayushie zaryadom i/ili momentom kolichestva dvizheniya, imeyut ryad zamechatel'nyh svoistv.

Vo vremya pervoi mirovoi voiny G. Raisner i G. Nordstrem otkryli reshenie einshteinovskih uravnenii gravitacionnogo polya, polnost'yu opisyvayushee "zaryazhennuyu" chernuyu dyru. U takoi chernoi dyry mozhet byt' elektricheskii zaryad (polozhitel'nyi ili otricatel'nyi) i/ili magnitnyi zaryad (sootvetstvuyushii severnomu ili yuzhnomu magnitnomu polyusu). Esli elektricheski zaryazhennye tela - delo obychnoe, to magnitno zaryazhennye - vovse net. Tela, u kotoryh est' magnitnoe pole (naprimer, obychnyi magnit, strelka kompasa, Zemlya), obladayut obyazatel'noš iš severnymš iš yuzhnymiš polyusamišš srazu.šš Došš samogo poslednegoš vremeniš bol'shinstvoš fizikovš schitali,š chtošš magnitnyešš polyusyšš vsegdašš vstrechayutsyašš tol'košš parami.šš Odnako v 1975 g. gruppa uchenyh iz Berkli i H'yustona ob'yavila, chto v hode odnogo iz eksperimentov imi otkryt magnitnyi monopol'. Esli eti rezul'taty podtverdyatsya, to okazhetsya, chto mogut sushestvovat' i otdel'nye magnitnye zaryady, t.e. chto severnyi magnitnyi polyus mozhet sushestvovat' otdel'noš ot yuzhnogo, i obratno. Reshenie Raisnera-Nordstrema dopuskaet vozmozhnost' sushestvovaniya u chernoi dyry magnitnogo polya monopolya. Nezavisimo ot togo, kak chernaya dyra priobrela svoi zaryad, vse svoistva etogo zaryada v reshenii Raisnera-Nordstrema ob'edinyayutsya v odnu harakteristiku - chislo Q. Eta osobennost' analogichna tomu faktu, chto reshenie Shvarcshil'da ne zavisit ot togo, kakim obrazom chernaya dyra priobrela svoyu massu. Ee mogli sostavit' slony, kamni ili zvezdy - konechnyi rezul'tatš budet vsegda odnim i tem zhe. Pri etom geometriya prostranstva-vremeni v reshenii Raisnera-Nordstrema ne zavisit ot prirody zaryada. On mozhet byt' polozhitel'nym, otricatel'nym, sootvetstvovat' severnomuš magnitnomuš polyusuš iliš yuzhnomu - vazhno lish' ego polnoe znachenie, kotoroe mozhno zapisat' kak |Q|. Itak,šš svoistvašš chernoišš dyryšš Raisnera-Nordstremašš zavisyat lish' ot dvuh parametrov - polnoi massy dyry M i ee polnogo zaryadaš |Q|šš (inymišš slovami,šš otš egošš absolyutnoišš velichiny). Razmyshlyaya o real'nyh chernyh dyrah, kotorye mogli by real'no sushestvovat' v nashei Vselennoi, fiziki prishli k zaklyucheniyu, chto reshenie Raisnera-Nordstrema okazyvaetsya ne ochen' sushestvennym, ibo elektromagnitnye sily namnogo bol'she sil tyagoteniya. Naprimer, elektricheskoe pole elektrona ili protona v trilliony trillionov raz sil'nee ih gravitacionnogo polya. Eto znachit, chto esli u chernoi dyry byl by dostatochno bol'shoi zaryad, to ogromnye sily elektromagnitnogo proishozhdeniya bystro razbrosali by vo vse storony gaz i atomy, "plavayushie" v kosmose. V samoe korotkoe vremya chasticy, imeyushie takoi zhe znak zaryada, kak i chernaya dyra, ispytali by moshnoe ottalkivanie, a chasticy s protivopolozhnym znakom zaryada - stol' zhe moshnoe prityazhenie k nei. Prityagivaya chasticy s zaryadom protivopolozhnogo znaka, chernaya dyra vskore stala by elektricheski neitral'noi. Poetomu mozhno polagat', chto real'nye chernye dyry obladayut zaryadom lish' maloi velichiny. Dlya real'nyh chernyh dyr znachenie |Q| dolzhno byt' gorazdo men'she, chem M. V samom dele, iz raschetov sleduet, chto chernye dyry, kotorye mogli by real'no sushestvovat' v kosmose, dolzhny imet' massu M po krainei mere v milliard milliardov raz bol'shuyu, chem velichina |Q|. Matematicheski eto vyrazhaetsya neravenstvom

Nesmotrya na eti, uvy, priskorbnye ogranicheniya, nalagaemye zakonami fiziki, ves'ma pouchitel'no provesti podrobnyi analiz resheniya Raisnera-Nordstrema. Takoi analiz podgotovit nas k bolee osnovatel'nomu obsuzhdeniyu resheniya Kerra v sleduyushei glave.

Chtoby proshe podoiti k ponimaniyu osobennostei resheniya Raisnera-Nordstrema, rassmotrim obychnuyu chernuyu dyru bez zaryada. Kak sleduet iz resheniya Shvarcshil'da, takaya dyra sostoit iz singulyarnosti, okruzhennoi gorizontom sobytii. Singulyarnost' raspolozhena v centre dyry (pri r=0), a gorizont sobytii - na rasstoyanii 1 shvarcshil'dovskogo radiusa (imenno pri r=2M). Teper' predstavim sebe, chto my pridali etoi chernoi dyre nebol'shoi elektricheskii zaryad. Kak tol'ko u dyry poyavilsya zaryad, my dolzhny obratit'sya k resheniyu Raisnera-Nordstrema dlya geometrii prostranstva-vremeni. V reshenii Raisnera-Nordstrema imeyutsya dva gorizonta sobytii. Imenno, s tochki zreniya udalennogo nablyudatelya, sushestvuyut dva polozheniya na raznyh rasstoyaniyah ot singulyarnosti, gde vremya ostanavlivaet svoi beg. Pri samom nichtozhnom zaryade gorizont sobytii, nahodivshiisya ranee na "vysote" 1 shvarcshil'dovskogo radiusa, sdvigaetsya nemnozhko nizhe k singulyarnosti. No eshe bolee udivitel'no to, chto srazu zhe vblizi singulyarnosti voznikaet vtoroi gorizont sobytii. Takim obrazom singulyarnost' v zaryazhennoi chernoi dyre okruzhena dvumya gorizontami sobytii - vneshnim i vnutrennim. Struktury nezaryazhennoi (shvarcshil'dovskoi) chernoi dyry i zaryazhennoi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema (pri M>>|Q|) sopostavleny na ris. 10.2.

Esli my budem uvelichivat' zaryad chernoi dyry, to vneshnii gorizont sobytii stanet szhimat'sya, a vnutrennii - rasshiryat'sya. Nakonec, kogda zaryad chernoi dyry dostignet znacheniya, pri kotorom vypolnyaetsya ravenstvo M=|Q|, oba gorizonta slivayutsya drug s drugom. Esli uvelichit' zaryad eshe bol'she, to gorizont sobytii polnost'yu ischeznet, i ostaetsya "golaya" singulyarnost'. Pri M<|Q| gorizonty sobytii otsutstvuyut, tak chto singulyarnost' otkryvaetsya pryamo vo vneshnyuyu Vselennuyu. Takaya kartina narushaet znamenitoe "pravilo kosmicheskoi etiki", predlozhennoe Rodzherom Penrouzom. Eto pravilo ("nel'zya obnazhat' singulyarnost'!") budet podrobnee obsuzhdat'sya nizhe. Posledovatel'nost' shem na ris. 10.3 illyustriruet raspolozhenie gorizontov sobytii u chernyh dyr, imeyushih odnu i tu zhe massu, no raznye znacheniya zaryada.

Ris. 10.2. Zaryazhennye i neitral'nye chernye dyry. Dobavlenie hotya by nichtozhnogo po velichine zaryada privodit k poyavleniyu vtorogo (vnutrennego) gorizonta sobytii pryamo nad singulyarnost'yu.

Ris. 10.3. Izobrazhenie zaryazhennyh chernyh dyr v prostranstve. Po mere dobavleniya zaryada v chernuyu dyru vneshnii gorizont sobytii postepenno szhimaetsya, a vnutrennii - rasshiryaetsya. Kogda polnyi zaryad dyry dostigaet znacheniya |Q|= M, oba gorizonta slivayutsya v odin. Pri eshe bol'shih znacheniyah zaryada gorizont sobytii voobshe ischezaet i ostaetsya otkrytaya, ili "golaya", singulyarnost'.

Ris. 10.3 illyustriruet polozhenie gorizontov sobytii otnositel'no singulyarnosti chernyh dyr v prostranstve, no eshe poleznee proanalizirovat' diagrammy prostranstva-vremeni dlya zaryazhennyh chernyh dyr. Chtoby postroit' takie diagrammy - grafiki zavisimosti vremeni ot rasstoyaniya, my nachnem s "pryamolineinogo" podhoda, ispol'zovannogo v nachale predydushei glavy (sm. ris. 9.3). Izmeryaemoe naruzhu ot singulyarnosti rasstoyanie otkladyvaetsya po gorizontali, a vremya, kak obychno, - po vertikali. Na takoi diagramme levaya chast' grafika vsegda ogranichivaetsya singulyarnost'yu, opisyvaemoi liniei, idushei vertikal'no ot udalennogo proshlogo k dalekomu budushemu. Mirovye linii gorizontov sobytii takzhe predstavlyayut soboi vertikali i otdelyayut vneshnyuyu Vselennuyu ot vnutrennih oblastei chernoi dyry.

 

Ris. 10.4. Diagrammy prostranstva-vremeni dlya zaryazhennyh chernyh dyr. Eta posledovatel'nost' diagramm illyustriruet vid prostranstva-vremeni dlya chernyh dyr, imeyushih odinakovuyu massu, no raznye zaryady. Vverhu dlya sravneniya privedena diagramma dlya shvarcshil'dovskoi chernoi dyry (|Q|=0).

Na ris. 10.4 pokazany diagrammy prostranstva-vremeni dlya neskol'kih chernyh dyr, imeyushih odinakovye massy, no raznye zaryady. Vverhu dlya sravneniya privedena diagramma dlya shvarcshil'dovskoi chernoi dyry (vspomnim, chto reshenie Shvarcshil'da - eto to zhe, chto reshenie Raisnera-Nordstrema pri |Q|=0). Esli etoi dyre dobavit' sovsem nebol'shoi zaryad, to vtoroi

Ris. 10.5. "Golaya" singulyarnost'. Chernuyu dyru, zaryad kotoroi chudovishno (M<|Q|), voobshe ne okruzhaet gorizont sobytii. Vopreki "zakonu kosmicheskoi etiki" singulyarnost' krasuetsya na vidu u vsei vneshnei Vselennoi.

(vnutrennii) gorizont budet raspolozhen neposredstvenno vblizi singulyarnosti. Dlya chernoi dyry s zaryadom umerennoi velichiny (M>|Q|) vnutrennii gorizont raspolozhen dal'she ot singulyarnosti, a vneshnii umen'shil svoyu vysotu nad singulyarnost'yu. Pri ochen' bol'shom zaryade (M=|Q|; v etom sluchae govoryat o predel'nom reshenii Raisnera-Nordstrema) oba gorizonta sobytii slivayutsya voedino. Nakonec, kogda zaryad isklyuchitel'no velik (M<|Q|), gorizonty sobytii prosto ischezayut. Kak vidno iz ris. 10.5, pri otsutstvii gorizontov singulyarnost' otkryvaetsya pryamo vo vneshnyuyu Vselennuyu. Udalennyi nablyudatel' mozhet videt' etu singulyarnost', a kosmonavt mozhet vletet' pryamo v oblast' skol' ugodno sil'no iskrivlennogo prostranstva-vremeni, ne peresekaya nikakih gorizontov sobytii. Podrobnyi raschet pokazyvaet, chto neposredstvenno ryadom s singulyarnost'yu tyagotenie nachinaet deistvovat' kak ottalkivanie. Hotya chernaya dyra i prityagivaet k sebe kosmonavta, poka tot nahoditsya dostatochno daleko ot nee, no stoit emu priblizit'sya k singulyarnosti na ochen' maloe rasstoyanie, i on podvergnetsya ottalkivaniyu. Polnoi protivopolozhnost'yu sluchaya resheniya Shvarcshil'da yavlyaetsya oblast' prostranstva neposredstvenno okolo singulyarnosti Raisnera-Nordstrema - eto carstvo antigravitacii.

Neozhidannosti resheniya Raisnera-Nordstrema ne ischerpyvayutsya dvumya gorizontami sobytii i gravitacionnym ottalkivaniem vblizi singulyarnosti. Vspominaya sdelannyi vyshe podrobnyi analiz resheniya Shvarcshil'da, mozhno dumat', chto diagrammy tipa izobrazhennyh na ris. 10.4 opisyvayut daleko ne vse storony kartiny. Tak, v geometrii Shvarcshil'da my stolknulis' s bol'shimi trudnostyami, vyzvannymi nalozheniem drug na druga v uproshennoi diagramme raznyh oblastei prostranstva-vremeni (sm. ris. 9.9). Takie zhe trudnosti zhdut nas i v diagrammah tipa ris. 10.4, tak chto pora pereiti k ih vyyavleniyu i preodoleniyu.

Legche ponyat' global'nuyu strukturu prostranstva-vremeni, primenyaya sleduyushie elementarnye pravila. Vyshe my razobralis', v chem sostoit global'naya struktura shvarcshil'dovskoi chernoi dyry. Sootvetstvuyushaya kartina, imenuemaya diagrammoi Penrouza, izobrazhena na ris. 9.18. Ona mozhet byt' nazvana i diagrammoi Penrouza dlya chastnogo sluchaya chernoi dyry Raisnera-Nordstrema, kogda zaryad otsutstvuet (|Q|=0). Bolee togo, esli my lishim dyru Raisnera-Nordstrema zaryada (t.e. pereidem k predelu |Q|->0), to nasha diagramma (kakoi by ona ni byla) obyazatel'no svedetsya v predele k diagramme Penrouza dlya resheniya Shvarcshil'da. Otsyuda sleduet nashe pervoe pravilo: dolzhna sushestvovat' drugaya Vselennaya, protivopolozhnaya nashei, dostizhenie kotoroi vozmozhno lish' po zapreshennym prostranstvennopodobnym liniyam.

Pri postroenii diagrammy Penrouza dlya zaryazhennoi chernoi dyry poyavlyayutsya osnovaniya ozhidat' sushestvovaniya mnozhestva Vselennyh. U kazhdoi iz nih dolzhno byt' pyat' tipov beskonechnostei

Ris. 10.6. Vneshnyaya Vselennaya. Na diagramme Penrouza dlya lyuboi chernoi dyry vneshnyaya Vselennaya vsegda izobrazhaetsya treugol'nikom s pyat'yu beskonechnostyami (I', S~, Iś, S+, I+). Takaya vneshnyaya Vselennaya mozhet byt' orientirovana uglom napravo (kak izobrazheno na risunke) ili nalevo.

(, , , i ), rassmotrennyh v predydushei glave. Krome togo, kazhdaya iz etih vneshnih Vselennyh dolzhna izobrazhat'sya v vide treugol'nika, tak kak metod konformnogo otobrazheniya Penrouza rabotaet v dannom sluchae kak brigada malen'kih bul'dozerov (sm. ris. 9.14 ili 9.17), "sgrebayushih" vse prostranstvo-vremya v odin kompaktnyi treugol'nik. Poetomu nashim vtorym pravilom budet sleduyushee: lyubaya vneshnyaya Vselennaya dolzhna predstavlyat'sya v vide treugol'nika, obladayushego pyat'yu tipami beskonechnostei. Takaya vneshnyaya Vselennaya mozhet byt' orientirovana libo napravo (kak na ris. 10.6), libo nalevo.

Chtoby priiti k tret'emu pravilu, napomnim, chto na diagramme Penrouza (sm. ris. 9.18) gorizont sobytii shvarcshil'dovskoi chernoi dyry imel naklon 45ś. Itak, tret'e pravilo: lyuboi gorizont sobytii dolzhen byt' svetopodoben, i poetomu vsegda imeet naklon 45ś.

Dlya vyvoda chetvertogo (i poslednego) pravila vspomnim, chto pri perehode cherez gorizont sobytii prostranstvo i vremya menyalis' rolyami v sluchae shvarcshil'dovskoi chernoi dyry. Iz podrobnogo analiza prostranstvennopodobnyh i vremennopodobnyh napravlenii dlya zaryazhennoi chernoi dyry sleduet, chto i zdes' poluchitsya ta zhe kartina. Otsyuda chetvertoe pravilo: prostranstvo i vremya menyayutsya rolyami vsyakii raz, kogda peresekaetsya gorizont sobytii.

Na ris. 10.7 tol'ko chto sformulirovannoe chetvertoe pravilo proillyustrirovano dlya sluchaya chernoi dyry s malym ili umerennym zaryadom (M>|Q|). Vdali ot takoi zaryazhennoi chernoi dyry prostranstvennopodobnoe napravlenie parallel'no prostranstvennoi osi, a vremennopodobnoe - parallel'no vremennoi osi. Proidya pod vneshnii gorizont sobytii, my obnaruzhim smenu rolei etih dvuh napravlenii - prostranstvennopodobnoe napravlenie teper' stalo parallel'no osi vremeni, a vremennopodobnoe - parallel'no prostranstvennoi osi. Odnako, prodolzhaya Dvizhenie k centru i opustivshis' pod vnutrennii gorizont sobytii, my stanovimsya svidetelyami vtoroi smeny rolei. Vblizi singulyarnosti orientaciya prostranstvennopodobnogo i vremennepodobnogo napravlenii stanovitsya takoi zhe, kakoi ona byla vdali ot chernoi dyry.

Ris. 10.7. Smena rolei prostranstva i vremeni (dlya M>|Q|). Vsyakii raz pri peresechenii gorizonta sobytii prostranstvo i vremya menyayutsya rolyami. Eto znachit, chto v zaryazhennoi chernoi dyre iz-za nalichiya dvuh gorizontov sobytii polnaya smena rolei u prostranstva i vremeni proishodit dvazhdy.

Dvukratnaya smena rolei prostranstvennopodobnogo i vremennopodobnogo napravlenii imeet reshayushee znachenie dlya prirody singulyarnosti zaryazhennoi chernoi dyry. V sluchae shvarcshil'dovskoi chernoi dyry, u kotoroi net zaryada, prostranstvo i vremya menyayutsya rolyami vsego odin raz. Vnutri edinstvennogo gorizonta sobytii linii postoyannogo rasstoyaniya napravleny v prostranstvennopodobnom (gorizontal'nom) napravlenii. Znachit, liniya, izobrazhayushaya raspolozhenie singulyarnosti (r=0), dolzhna byt' gorizontal'noi, t.e. napravlena prostranstvennopodobno. Odnako, kogda imeyutsya dva gorizonta sobytii, linii postoyannogo rasstoyaniya vblizi singulyarnosti imeyut vremennopodobnoe (vertikal'noe) napravlenie. Poetomu liniya, opisyvayushaya polozhenie singulyarnosti zaryazhennoi dyry (r=0), dolzhna byt' vertikal'noi, i ee sleduet orientirovat' vremennopodobno. Poetomu tak my prihodim k zaklyucheniyu pervostepennoi vazhnosti: singulyarnost' zaryazhennoi chernoi dyry dolzhna byt' vremennopodobnoi!

Teper' mozhno, vospol'zovavshis' privedennymi vyshe pravilami, postroit' diagrammu Penrouza dlya resheniya Raisnera-Nordstrema. Nachnem s togo, chto predstavim sebe kosmonavta, nahodyashegosya v nashei Vselennoi (skazhem, prosto na Zemle). On saditsya v svoi kosmicheskii korabl', vklyuchaet dvigateli i napravlyaetsya k zaryazhennoi chernoi dyre. Kak vidno iz ris. 10.8, nasha Vselennaya imeet na diagramme Penrouza vid treugol'nika s pyat'yu beskonechnostyami. Lyuboi dopustimyi put' kosmonavta dolzhen byt' orientirovan na diagramme vsegda pod uglom menee 45ś k vertikali, tak kak letet' so sverhsvetovoi skorost'yu on ne mozhet.

Ris. 10.8. Uchastok diagrammy Penrouza. Chast' diagrammy Penrouza dlya resheniya Raisnera-Nordstrema mozhno postroit', rassmatrivaya vozmozhnye mirovye linii kosmonavta, napravlyayushegosya iz nashei Vselennoi v zaryazhennuyu chernuyu dyru.

Na ris. 10.8 takie dopustimye mirovye linii izobrazheny punktirom. S priblizheniem kosmonavta k zaryazhennoi chernoi dyre on opuskaetsya pod vneshnii gorizont sobytii (kotoryi dolzhen imet' naklon tochno 45ś). Proidya etot gorizont, kosmonavt uzhe nikogda ne smozhet vernut'sya v nashu Vselennuyu. Odnako on mozhet opustit'sya dal'she pod vnutrennii gorizont sobytii, takzhe imeyushii naklon 45ś. Pod etim vnutrennim gorizontom kosmonavt mozhet po gluposti stolknut'sya s singulyarnost'yu, gde emu pridetsya podvergnut'sya deistviyu gravitacionnogo ottalkivaniya i gde prostranstvo-vremya iskrivleno beskonechno sil'no. Zametim, odnako, chto tragicheskii ishod poleta otnyud' ne neizbezhen! Tak kak singulyarnost' zaryazhennoi chernoi dyry vremennopodobna, ona dolzhna na diagramme Penrouza izobrazhat'sya vertikal'noi liniei. Kosmonavt mozhet izbezhat' gibeli, poprostu napraviv svoi kosmicheskii korabl' ot singulyarnosti po razreshennomu vremennopodobnomu puti, kak eto izobrazheno na ris. 10.8. Spasitel'naya traektoriya uvodit ego ot singulyarnosti, i on snova peresekaet vnutrennii gorizont sobytii, takzhe imeyushii naklon 45ś. Prodolzhaya polet, kosmonavt vyhodit za vneshnii gorizont sobytii (i on imeet naklon 45ś) i popadaet vo vneshnyuyu Vselennuyu. Poskol'ku podobnoe puteshestvie, ochevidno, trebuet vremeni, to posledovatel'nost' sobytii vdol' mirovoi linii dolzhna idti ot proshlogo k budushemu. Poetomu kosmonavt ne mozhet vernut'sya snova v nashu Vselennuyu, a popadet v druguyu Vselennuyu, Vselennuyu budushego. Kak i sledovalo ozhidat', eta Vselennaya budushego dolzhna imet' vid treugol'nika s obychnymi pyat'yu beskonechnostyami na diagramme Penrouza.

Sleduet podcherknut', chto pri postroenii etih diagramm Penrouza my snova vstrechaemsya kak s chernymi, tak i s belymi dyrami. Kosmonavt mozhet vyskochit' naruzhu skvoz' gorizonty sobytii i okazat'sya vo vneshnei Vselennoi budushego. Bol'shinstvo fizikov ubezhdeny, chto belyh dyr v prirode v principe byt' ne mozhet. No my vse zhe prodolzhim teoreticheskii razbor global'noi struktury prostranstva-vremeni, vklyuchayushei sushestvovanie bok o bok drug s drugom chernyh i belyh dyr. Dovody zhe, svidetel'stvuyushie protiv sushestvovaniya belyh dyr, my otlozhim do gl. 14.

Izlozhennye epizody poleta i diagrammy na ris. 10.8 dolzhny byt' ne bolee chem fragmentom nekoego celogo. Diagrammu Penrouza dlya zaryazhennoi chernoi dyry neobhodimo dopolnit' po krainei mere odnim ekzemplyarom drugoi Vselennoi, protivopolozhnoi nashei, kotoraya dostizhima lish' po (zapreshennym) prostranstvennopodobnym mirovym liniyam. Takoi vyvod osnovyvaetsya na nashem pravile 1: esli udalit' iz chernoi dyry ee zaryad, to diagramma Penrouza dolzhna svestis' k izobrazheniyu resheniya Shvarcshil'da. I hotya nikto iz nashei Vselennoi nikogda ne smozhet proniknut' v etu "druguyu" Vselennuyu vvidu nevozmozhnosti dvigat'sya bystree sveta, my vse zhe mozhem sebe predstavit' kosmonavta iz toi, drugoi Vselennoi, puteshestvuyushego k toi zhe samoi zaryazhennoi chernoi dyre. Ego vozmozhnye mirovye linii izobrazheny na ris. 10.9.

Ris. 10.9. Drugoi uchastok diagrammy Penrouza. Etot novyi uchastok diagrammy Penrouza dlya resheniya Raisnera-Nordstrema mozhno postroit', rassmatrivaya vozmozhnye mirovye linii kosmonavta iz chuzhoi Vselennoi.

Takoe puteshestvie chuzhogo kosmonavta iz drugoi Vselennoi vyglyadit sovershenno tak zhe, kak puteshestvie kosmonavta, vyletevshego iz nashei Vselennoi, s Zemli. Chuzhaya Vselennaya takzhe izobrazhaetsya na diagramme Penrouza privychnym treugol'nikom. Po puti k zaryazhennoi chernoi dyre chuzhoi kosmonavt peresekaet vneshnii gorizont sobytii, kotoryi dolzhen imet' naklon 45ś. Pozdnee on opuskaetsya i pod vnutrennii gorizont sobytii, takzhe s naklonom 45ś. Chuzhak stoit teper' pered vyborom: libo razbit'sya o vremennopodobnuyu singulyarnost' (ona vertikal'na na diagramme Penrouza), libo svernut' i snova peresech' vnutrennii gorizont sobytii. Chtoby izbezhat' priskorbnogo konca, chuzhak reshaet pokinut' chernuyu dyru i vyhodit cherez vnutrennii gorizont sobytii, kotoryi, kak obychno, imeet naklon 45ś. Zatem on proletaet i cherez vneshnii gorizont sobytii (naklonennyi na diagramme Penrouza na 45ś) v novuyu Vselennuyu budushego.

Kazhdoe iz etih dvuh gipoteticheskih puteshestvii ohvatyvaet tol'ko dve chasti polnoi diagrammy Penrouza. Polnaya zhe kartina poluchaetsya, esli prosto ob'edinit' eti chasti drug s drugom, kak pokazano na ris. 10.10.

Ris. 10.10. Polnaya diagramma Penrouza dlya chernoi dyry Raisnera-Nordstrema (M > > |Q|). Polnuyu diagrammu Penrouza dlya chernoi dyry, imeyushei malyi ili umerennyi zaryad (M > |Q|), mozhno postroit', soedinyaya uchastki, izobrazhennye na ris. 10.8 i 10.9. Eta diagramma povtoryaetsya do beskonechnosti kak v budushee, tak i v proshloe.

Takaya diagramma dolzhna byt' povtorena beskonechnoe chislo raz v budushee i v proshloe, poskol'ku kazhdyi iz rassmotrennyh dvuh kosmonavtov mog by reshit' snova pokinut' tu Vselennuyu, v kotoroi on vynyrnul, i opyat' otpravit'sya v zaryazhennuyu chernuyu dyru. Takim obrazom kosmonavty mogut proniknut' v drugie Vselennye, eshe bolee udalennye v budushee. Tochno tak zhe my mozhem predstavit' sebe, kak drugie kosmonavty iz Vselennyh v otdalennom proshlom pribyvayut v nashu Vselennuyu. Poetomu polnaya diagramma Penrouza povtoryaetsya v obe storony vo vremeni, podobno dlinnoi lente s povtoryayushimsya trafaretnym risunkom. V celom global'naya geometriya zaryazhennoi chernoi dyry ob'edinyaet beskonechnoe chislo Vselennyh v proshlom i v budushem s nashei sobstvennoi Vselennoi. Eto tak zhe udivitel'no, kak i to, chto, ispol'zuya zaryazhennuyu chernuyu dyru, kosmonavt mozhet osushestvlyat' perelety iz odnih Vselennyh v drugie. Takaya neveroyatnaya kartina tesno svyazana s predstavleniem o beloi dyre, kotoroe budet obsuzhdat'sya v odnoi iz sleduyushih glav.

Tol'ko chto opisannyi podhod k vyyasneniyu global'noi struktury prostranstva-vremeni kasalsya sluchaya chernyh dyr s malym ili nebol'shim zaryadom (M>|Q|). Odnako v sluchae predel'noi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema (kogda M=|Q|) zaryad okazyvaetsya nastol'ko bol'shim, chto vnutrennii i vneshnii gorizonty slivayutsya drug s drugom. Takoe ob'edinenie dvuh gorizontov sobytii privodit k ryadu interesnyh posledstvii.

Vspomnim, chto vdali ot zaryazhennoi chernoi dyry (vne vneshnego gorizonta sobytii) prostranstvennopodobnoe napravlenie parallel'no prostranstvennoi osi, a vremennopodobnoe parallel'no osi vremeni. Vspomnim takzhe, chto vblizi singulyarnosti (pod vnutrennim gorizontom sobytii - posle togo, kak prostranstvo i vremya dvazhdy pomenyayutsya rolyami) prostranstvennopodobnoe napravlenie snova parallel'no prostranstvennoi osi, a vremennopodobnoe - osi vremeni. Po mere togo kak zaryad chernoi dyry Raisnera-Nordstrema vse bol'she i bol'she uvelichivaetsya, oblast' mezhdu dvumya gorizontami sobytii vse umen'shaetsya i umen'shaetsya. Kogda zhe, nakonec, zaryad vozrastaet nastol'ko, chto M=|Q|, eta promezhutochnaya oblast' sozhmetsya do nulya. Sledovatel'no, pri perehode cherez ob'edinennyi vneshne - vnutrennii gorizont sobytii prostranstvo i vremya ne menyayutsya rolyami. Konechno, mozhno s tem zhe uspehom govorit' i o dvukratnoi smene rolei u prostranstva i vremeni, proishodyashei odnovremenno na edinstvennom gorizonte sobytii predel'noi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema. Kak pokazano na ris. 10.11, vremennopodobnoe napravlenie v nei povsyudu parallel'no osi vremeni, a prostranstvennopodobnoe - vezde parallel'no prostranstvennoi osi.

Ris. 10.11. Diagramma prostranstva-vremeni dlya predel'noi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema (M=|Q|). Kogda zaryad chernoi dyry stanovitsya stol' velik, chto M=|Q|, vnutrennii i vneshnii gorizonty sobytii slivayutsya. Eto znachit, chto pri perehode cherez poluchivshiisya (dvoinoi) gorizont smeny rolei u prostranstva i vremeni ne proishodit.

Hotya u predel'noi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema imeetsya tol'ko odin gorizont sobytii, polozhenie zdes' sovsem inoe, chem v sluchae shvarcshil'dovskoi chernoi dyry, u kotoroi gorizont sobytii tozhe vsego odin. Pri odinochnom gorizonte sobytii vsegda imeet mesto smena rolei prostranstvenno- i vremennopodobnyh napravlenii, kak eto vidno na ris. 10.12. Odnako u predel'noi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema gorizont sobytii mozhno traktovat' kak "dvoinoi", t.e. kak nalozhennye drug na druga vnutrennii i vneshnii gorizonty. Imenno poetomu smeny rolei prostranstva i vremeni ne proishodit.

Ris. 10.12. Diagramma prostranstva-vremeni dlya shvarcshil'dovskoi chernoi dyry (|Q|=0). Hotya u shvarcshil'dovskoi chernoi dyry (ne imeyushei zaryada) est' lish' odin gorizont sobytii, pri perehode s odnoi ego storony na druguyu prostranstvo i vremya menyayutsya rolyami. (Sr. s ris. 10.11.)

Fakt sliyaniya vneshnego i vnutrennego gorizontov sobytii u predel'noi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema oznachaet, chto trebuetsya novaya diagramma Penrouza. Kak i prezhde, ee mozhno postroit', rassmatrivaya mirovuyu liniyu gipoteticheskogo kosmonavta. Pri etom spisok pravil ostaetsya prezhnim, za tem sushestvennym isklyucheniem, chto pri peresechenii gorizonta sobytii prostranstvo i vremya ne menyayutsya rolyami.

Ris. 10.13. Diagramma Penrouza dlya predel'noi chernoi dyry Raisnera-Nordstrema (M=|Q|). Diagrammu global'noi struktury prostranstva-vremeni mozhno postroit', esli rassmotret' vozmozhnye mirovye linii kosmonavta, nyryayushego v predel'nuyu chernuyu dyru Raisnera-Nordstrema i vynyrivayushego iz nee.

Predstavim sebe kosmonavta, vyletayushego s Zemli i padayushego v predel'nuyu chernuyu dyru Raisnera-Nordstrema. Nasha Vselennaya, kak obychno, izobrazhaetsya v vide treugol'nika na diagramme Penrouza. Posle pogruzheniya pod gorizont sobytii kosmonavt volen sdelat' vybor: on mozhet libo vrezat'sya v singulyarnost', kotoraya vremennopodobna, a potomu dolzhna izobrazhat'sya vertikal'no na diagramme Penrouza, libo (ris. 10.13) uvesti svoi kosmicheskii korabl' ot singulyarnosti po razreshennoi vremennopodobnoi mirovoi linii. Esli on vybral vtoroi put', to pozdnee on snova peresechet gorizont sobytii, vyhodya v druguyu Vselennuyu. Pered nim snova vstanet al'ternativa - ostat'sya v etoi budushei Vselennoi i sletat' na kakie-nibud' planety ili povernut' nazad i snova otpravit'sya v chernuyu dyru. Esli kosmonavt povernet obratno, on prodolzhit svoi put' vverh po diagramme Penrouza, poseshaya lyuboe chislo Vselennyh budushego. Polnaya kartina predstavlena na ris. 10.13. Kak i prezhde, diagramma povtoryaetsya beskonechnoe chislo raz v proshloe i v budushee, podobno lente s povtoryayushimsya trafaretnym risunkom.

S tochki zreniya matematiki dopustima i chernaya dyra s ogromnym zaryadom M<|Q|; pravda, ona ne imeet smysla s tochki zreniya fiziki. V etom sluchae gorizonty sobytii poprostu ischezayut, ostaetsya lish' "golaya" singulyarnost'. Vvidu otsutstviya gorizontov sobytii ne mozhet byt' i rechi o kakom-to obmene rolyami mezhdu prostranstvom i vremenem. Singulyarnost' prosto nahoditsya u vseh na vidu. "Golaya" singulyarnost' - eto ne zakrytaya nikakimi gorizontami oblast' beskonechno sil'no iskrivlennogo prostranstva-vremeni.

Ris. 10.14. "Golaya" singulyarnost'. U "goloi" singulyarnosti (M<|Q|) gorizontov sobytii net. Chernaya dyra etogo tipa ne svyazyvaet nashu Vselennuyu s kakoi-libo drugoi Vselennoi.

Esli kosmonavt, vyletev s Zemli, ustremlyaetsya k "goloi" singulyarnosti, emu ne prihoditsya opuskat'sya pod gorizont sobytii. On ostaetsya vse vremya v nashei Vselennoi. Vblizi singulyarnosti na nego deistvuyut moshnye ottalkivayushie gravitacionnye sily. Raspolagaya dostatochno moshnymi dvigatelyami, kosmonavt pri nekotoryh usloviyah smog by vrezat'sya v singulyarnost', hotya eto - chisteishee bezumie s ego storony. Prostoe padenie na singulyarnost' - ni s kakoi drugoi Vselennoi "golaya" singulyarnost' nashu Vselennuyu ne svyazyvaet. Kak i v sluchae lyubyh drugih zaryazhennyh chernyh dyr, zdes' singulyarnost' takzhe vremennopodobna i poetomu dolzhna izobrazhat'sya na diagramme Penrouza vertikal'yu. Poskol'ku, krome nashei Vselennoi, drugih Vselennyh teper' net, to diagramma Penrouza dlya "goloi" singulyarnosti vyglyadit sovsem prosto. Iz ris. 10.14 vidno, chto nasha Vselennaya, kak obychno, izobrazhaetsya treugol'nikom s pyat'yu beskonechnostyami, ogranichennym sleva singulyarnost'yu. Chto by ni nahodilos' levee singulyarnosti, otrezano ot nas polnost'yu. Cherez singulyarnost' nikto i nichto ne mogut proiti.

Poskol'ku u real'nyh chernyh dyr mogut byt' lish' ochen' slabye zaryady (esli oni est' u nih voobshe), to znachitel'naya chast' opisannogo vyshe predstavlyaet lish' akademicheskii interes. Odnako my v rezul'tate ustanovili bezotkazno deistvuyushie pravila postroeniya slozhnyh diagramm Penrouza. Hotya zaryazhennye chernye dyry, vidimo, ne igrayut roli v astrofizike, vrashayushiesya chernye dyry dlya nee ochen' vazhny. Astrofiziki dazhe predpolagayut, chto real'nye chernye dyry mogut vrashat'sya s gigantskimi skorostyami, a te metody, kotorye byli razvity vyshe, okazhutsya ves'ma poleznymi dlya analiza kerrovskih chernyh dyr.

---

<< 9. Geometriya resheniya Shvarcshil'da | Oglavlenie | 11. Vrashayushiesya chernye dyry >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: chernye dyry - gravitaciya - Obshaya teoriya otnositel'nosti - reshenie Shvarcshil'da - reshenie Kerra - belaya dyra - singulyarnost' Publikacii so slovami: chernye dyry - gravitaciya - Obshaya teoriya otnositel'nosti - reshenie Shvarcshil'da - reshenie Kerra - belaya dyra - singulyarnost'
Sm. takzhe: Porfirion: samyi dlinnyi dzhet ot chernoi dyry Tumannost' Tyul'pan i chernaya dyra Lebed' X-1 Chernaya dyra razrushaet zvezdu: animaciya Sliyanie dvuh chernyh dyr: modelirovanie Galaktika, dzhet i znamenitaya chernaya dyra Akkrecionnyi disk chernoi dyry: vizualizaciya Akkreciruyushaya chernaya dyra s dzhetom Vse publikacii na tu zhe temu >>