Введение Что это такое? Вокруг черной дыры Энергия из гравитационной бездны Поиски черных дыр Литература
Энергия из гравитационной бездны
Мы уже неоднократно говорили, что излучение гравитационных волн тела, кружащемся около черной дыры, является способом получения энергии. Но это не есть способ извлечения энергии из самой черной дыры, а только энергии, связанной с кружащимся телом. Ведь в коне концов само тело падает в черную дыру, не извлекая, а увеличивая ее массу, а значит и энергию. Возникает вопрос: а нельзя ли придумать какой-нибудь процесс, уменьшающий массу дыры и тем самым черпающий ее энергию? На первый взгляд это сделать нельзя, ибо из черной дыры ничто не выходит, значит, из-под горизонта нельзя извлечь энергию.
Представим себе следующий эксперимент. В эргосферу большой вращающейся черной дыры попадает ракета с выключенными двигателями. Она движется вокруг черной дыры в сторону ее вращения. Вблизи черной дыры пилот включает реактивные двигатели, выбрасывающие струи газов. Можно так изменить движение ракеты, что газы упадут в черную дыру, а ракета, ускорившись, с огромной скоростью вылетит из эргосферы, как бы выброшенная «пращей» гравитационного вихря. Огромная скорость ракеты будет намного превышать ту скорость, с которой ракета подлетала к эргосфере, и будет намного больше, чем изменение скорости, вызванное кратковременной работой двигателя. Что же произошло? Ни при каких воздействиях черная дыра не может разделиться на две черные дыры. Если бы такое произошло, то при сохранении энергии сумма площадей горизонтов возникших дыр должна была бы быть меньше площади исходной черной дыры. Следовательно, как бы не раздирали черную дыру приливные гравитационные силы, какими бы другими способами мы на нее не воздействовали, «разодрать» ее на части нельзя.
Сливаться же черные дыры могут. Например, две движущиеся навстречу друг другу черные дыры сталкиваются «лоб в лоб» и сливаются в одну. При этом возникающая черная дыра будет иметь площадь горизонта больше суммы площадей горизонтов сталкивающихся дыр. Никакие процессы не уменьшают размеры черных дыр.
Представим себе, что вращающаяся черная дыра облучается электромагнитными волнами. Что при этом будет происходить? На первый взгляд ничего интересного. Часть волн будет гравитационно захватываться черной дырой и навсегда в ней исчезать. Изменение направления распространения волн называют рассеянным. Рассеянные электромагнитные волны, уйдя вдаль от черной дыры, будут иметь туже частоту, какую они имели, когда приближались к ней. Коэффициент усиления частоты дл различных видов излучения оказывается различным. Так, для гравитационных волн он составляет 138%, то есть гораздо больше, чем для электромагнитного излучения.
Если в отражающейся сфере сделать отверстие, то часть усиливающихся волн будет через него выходить наружу, и тем самым наша установка станет генератором электромагнитного излучения, в котором «вращательная» энергия черной дыры непосредственно трансформируется в электромагнитное излучение.
Допустим теперь, что никакого отверстия нет и вся сфера полностью отражает электромагнитное излучение. Тогда процесс роста электромагнитной энергии внутри такой установки будет катастрофически продолжаться, пока давление излучения не разорвет отражающую сферу, то есть произойдет взрыв. Подобная конструкция была названа гравитационной «Бомбой». В настоящее время создание такой конструкции совершенно немыслимо, так как мы не способны создать искусственно черные дыры путем сверх сильного сжатия вещества, а естественные находятся, очень далеко в космосе.
До сих пор мы говорили о процессах вокруг черной дыры. Обратимся теперь к самому захватывающему и интригующему: попробуем подойти к границе черной дыры – краю этой бездонной пропасти и попытаемся заглянуть внутрь.
Впрочем, мы знаем, что слово «заглянуть» здесь неуместно. Увидеть, что происходит внутри черной дыры, невозможно даже достигнув ее границы. Для этого необходимо последовать внутрь черной дыры. Но мы уже знаем, что такое путешествие будет иметь самые серьезные последствия для космонавтов. Ведь из черной дыры ничто не возвращается, ничто не выходит во внешнее пространство.
То же самое ожидает и любе тело, падающее в черную дыру. Самое долгое время, которое ракета может просуществовать внутри черной дыры после пересечения горизонта, равно примерно времени, за которое свет проходит расстояние, равное размеру черной дыры. Это короткий миг. Для дыры с массой в десять масс Солнца максимально «долгое» время существования равняется всего одной стотысячной доле секунды.
Что бы просуществовать это максимально «долгое» время, космический корабль должен осуществить следующий маневр. При попадании в черную дыру нужно включить на полную мощность двигатель при подлете к горизонту. После этого необходимо выключить двигатель и дать кораблю свободно падать в черную дыру. Время такого падения и будет максимальным временем существования. Любые попытки космонавтов как-то затормозить с помощью включения двигателя падение внутрь черной дыры или попытки направить корабль в орбитальное движение приведет только к тому, что корабль упадет за более короткий промежуток времени.
При падении же в черную дыру действуют огромные силы даже на ее границы. Оказывается, чем меньше масса и размер дыры, тем больше приливные силы на горизонте. Для дыры с массой в 1000 масс Солнца приливные силы соответствуют давлению ста атмосфер. Такие нагрузки человеческое тело выдержать не может.
Следовательно, если черная дыра имеет массу меньше 1000 солнечных, то человек, приблизившись к ней, не может остаться в живых.
Итак, мы познакомились с физикой черных дыр, с тем, что происходит в их окрестностях и что может происходить внутри самих дыр. Черные дыры - совершенно исключительные объекты, непохожие ни на что, известное до сих пор. Это не тела в обычном смысле слова и не излучение. Это дыры в пространстве и времени, возникающие из-за очень сильного искривления пространства и изменения характера течения времени в стремительно нарастающем гравитационном поле.
По поводу такой удивительной простоты черных дыр американский физик Кип Торн как-то воскликнул: «Представьте себе, что мы могли бы судить о всех особенностях характера женщины только по ее весу и цвету волос!»
В окрестности черных дыр возникает, например, квантовые процессы, обнаруживающие сложнейшую структуру так называемого физического вакуума. Экспериментальное открытие черных дыр в природе было бы чрезвычайно важным для естествознания. Тогда бы мы смогли изучать новые законы, управляющие свойствами пространства и времени. Однако возможно, как оказалось возникновение их во Вселенной только естественным путем.