Питання: чи має значення час, якщо об’єкт рухається до чорної діри? Коли саме припиняється дія часу, наприклад, для спостерігача в космічному апараті?
На краю безодні
Час має значення. До того моменту, коли умовний астронавт наближається до ЧД. Але коли він захоплюється гравітацією, тоді все різко міняється.
Перш за все, - необхідно відмовитися від уявлення, що об'єкт рухається з будь-якою швидкістю.
Насправді швидкість — це не зовсім фізична властивість матерії. Теорія відносності не просто так називається теорією відносності: швидкість визначається рівнем взаємодії двох або більше систем відліку.
Таким чином, мандрівник, який падає в чорну діру, не відчуває швидкість. Його рух оцінює зовнішній спостерігач. А зовнішній він тому, що на його фізичні властивості та його оцінки чорна діра не впливає. Ніяким чином.
Далі виникає проблема безпечної позиції за межами горизонту подій.
Мандрівник наближається до місця, де, ймовірно, формується горизонт. Чим ближче він до цього місця, тим повільнішим він здається. Все через екстремальне гравітаційне уповільнення часу.
Насправді ми ніколи не побачимо, як космічний корабель досягне горизонту. Мить, коли простір-час перетворюється на горизонт подій, назавжди залишається в майбутньому. Знов ж таки, внаслідок екстремального гравітаційного сповільнення часу.
І тут ми отримуємо парадоксальну ситуацію. Ми знаємо, що мандрівник досягає швидкості світла у вакуумі на кордоні з ЧД. Але з нашої перспективи його швидкість фактично падає до нуля з тої ж самої причини.
Інакше кажучи, в нашій системі відліку швидкість будь-чого, включно зі світлом, падає до нуля на горизонті. З урахуванням того, що горизонт - це не місце “тут і зараз”, а певний момент часу в нашому нескінченному майбутньому.
Тобто ми побачимо, як все сповільнюється в геометричній прогресії, але момент, коли формується горизонт, момент, коли всі ці швидкості досягають нуля в нашій системі відліку, назавжди залишиться в недосяжному же майбутньому.
Насправді в системі відліку не існує жодного осмисленого способу описати горизонт подій або те, що знаходиться «всередині», за умовним “кордоном” незворотної гравітації.
А що ми скажемо про перспективу мандрівника?
Ну, окрім припливів і відпливів, він не відчує нічого особливого, якщо не дивитиметься крізь ілюмінатори свого космічного корабля. Якщо чорна діра дуже, дуже велика, приливні сили не будуть надмірними, навіть коли він перетне горизонт.
Але він приречений: наш герой потрапляє у мінівсесвіт, який руйнується навколо нього. Він не має можливості врятуватися, якщо тільки за допомогою машини часу, бо для нього горизонт став моментом часу в минулому.
Він має перетнути “кордон” у зворотному напрямку. А відтак продорожувати в минуле. Привіт Інтерселлару, де герої продовжують діяти в межах звичайного релятивістського сценарію.
Координати, Час та Енергія
Щоб змоделювати ці події, нам потрібна система координат, яка охоплює як внутрішню, так і зовнішню частину горизонту подій; одна з таких систем координат називається координатами Крускала-Шекереса.
Яку б систему координат ми не обрали, ми можемо обчислити «належний час», тобто кількість часу, яку виміряв би мандрівник, щоб досягти горизонту подій чорної діри та досягти сингулярності, тобто «кінця світу» для мінівсесвіту, обмеженого горизонтом подій.
Наостанок подивимось на чорну діру з точки зору квантової фізики. Оскільки екстремальні астрономічні об'єкти поступово випаровуються, то мандрівник може взагалі ніколи не побачити горизонту.
Він існує без часу, руху і, мабуть, без простору. Але не для зовнішнього спостерігача.
Також уточнимо, що ЧД насправді завжди перебуває у стані спокою у власній системі відліку. Той факт, що вона рухається з великою швидкістю у нашій системі відліку, - проблема фізика-теоретика.
Таким чином, нам прийдеться забути й про термін «релятивістська маса». Абсолютна нісенітниця, яка вже не використовується в науковій літературі.
Однак маса об'єкта визначається його енергетичним вмістом. Тож необхідно говорити не про “масу”, а про енергетичний вміст чорної діри з точки зору віддаленого спостерігача.
Маса “виникає” лише в математичних конструкціях як спосіб спрощених розрахунків швидкості заради локалізації об'єкта. Фізикам необхідно якось обчислювати й нанести на карту, методологічно позначати об'єкт.
Але маса насправді не пояснює фізику, тим більше екстремальну фізику самого об'єкта.
Раніше повідомлялось, що фізики не можуть точно сказати, на скільки довго Всесвіт перебував у гарячому стані
Можливо, вам буде цікаво, як математична модель чорної діри стала фізично реальною.
Також фізики продовжують дискутувати про те, що знаходиться за межами спостережуваного Всесвіту.
