Космические рубежи теории относительности

Кауфман Уильям

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».

На рис. 12.24 показан «прыжок с отскоком» на диаграмме Пенроуза. В тех же обозначениях, что и прежде, можно сказать, что это путешествие началось во Вселенной 3 (нашей Вселенной). Нырнув в чёрную дыру, космонавты отражаются от сингулярности во Вселенной 5. Их путешествие заканчивается прибытием во Вселенную 7.

РИС. 12.24. Путешествие «прыжок с отскоком». На диаграмме Пенроуза изображена мировая линия двух космонавтов. Их космический корабль свободно падает вдоль оси вращения непредельной керровской чёрной дыры (М > а).

Конструкция использованного в этом путешествии космического корабля представлена на рис. 12.25. Заметьте, что у корабля нет ракетных двигателей! Предоставив своему кораблю свободно падать на чёрную дыру, космонавты обеспечивают его «отскок» наружу под действием антигравитации вблизи кольцевой сингулярности. Космический корабль снабжен двумя большими иллюминаторами, причем из каждого можно наблюдать в точности половину небесной сферы. Космонавты условились называть носовым иллюминатором тот, который всегда обращен к сингулярности (как до, так и после отскока). Напротив, тот иллюминатор, который

всё время смотрит во внешнюю Вселенную (до отскока - во Вселенную 3, а после - во Вселенную 7), они именуют кормовым.

РИС. 12.25. Космический корабль. На корабле, на котором два космонавта отправились к чёрной дыре вдоль её оси врашения, вообше нет ракетных двигателей. Корабль снабжен двумя иллюминаторами, в каждый из которых видно в точности половину небесной сферы. Носовой иллюминатор всегда направлен в сторону сингулярности - как в начале прыжка, так и после отскока.

РИС. 12.26. Точки, в которых производилось фотографирование. Космонавты во время своего путешествия сделали в одиннадцати точках по паре снимков (по одному из носового иллюминатора, направленного на сингулярность, и по одному - из кормового иллюминатора, смотрящего во внешнюю Вселенную).

Во время полёта космонавты сделали 11 пар фотоснимков (от А до Л), на которых оказались запечатлёнными изменения вида неба. Как и в случае первого (самоубийственного) путешествия, приведённые картины основаны на расчётах Каннингэма. На рис. 12.26 на диаграмме Пенроуза показаны те точки на мировой линии космического корабля, в которых делались снимки.

Уверенные в том, что гибель им не грозит, два космонавта садятся в свой корабль и начинают падать вниз, в дыру. Находясь ещё далеко от чёрной дыры, они делают первую пару снимков (рис. 12.27,А). Так как они находятся пока в почти плоском пространстве-времени, картина получается почти такой же, какую наблюдает любой достаточно удалённый астроном. (Ср. рис. 12.27,А и рис. 12.17,А)

Приближаясь ко внешнему горизонту событий, космонавты оказываются всё дальше и дальше от Вселенных 1 и 2, изображения которых становятся всё меньше и меньше. Они вообще исчезают навсегда, как только космический корабль пересекает внешний горизонт событий. Этот факт подтверждается анализом мировых линий типичных лучей света на диаграмме Пенроуза (см. рис. 12.24). Непосредственно перед тем, как пересечь внешний горизонт событий, космонавты замечают, что становится виден захваченный свет, обращающийся вокруг чёрной дыры; это видно на второй паре фотографий (рис. 12.27,Б).

Как уже отмечалось, Вселенные 1 и 2 исчезли с глаз космонавтов при пересечении ими внешнего горизонта событий. На третьей паре снимков (рис. 12.27,В) видно, что средняя часть поля зрения носового иллюминатора заполнена лишь захваченным чёрной дырой светом.

Упав под внешний горизонт событий, космонавты могут видеть свет из Вселенной 4. В этом легко удостовериться, рассмотрев мировые линии типичных лучей света на диаграмме Пенроуза (рис. 12.24). Поэтому на паре снимков, сделанных в промежутке между двумя горизонтами (рис. 12.27, Г), в центре поля зрения носового иллюминатора появляется область, заполненная светом из Вселенной 4.

На пути от внешнего к внутреннему горизонту событий область, занятая светом из Вселенной 4, сначала увеличивается, но потом начинает уменьшаться, а на внутреннем горизонте событий Вселенная 4 вообще исчезает из виду. Всё поле зрения как носового, так и кормового иллюминатора заполнено лишь светом из Вселенной 3. В момент пересечения внутреннего горизонта событий до космонавтов не может дойти свет ни из какой другой Вселенной, как видно по паре фотографий, снятых в этой точке (рис. 12.27,Д). Отметим, что здесь изображения звёзд и галактик нашей Вселенной подверглись сильнейшему искажению.