Pull to refresh

Падаем в чёрную дыру

Popular science
Приглашаем в путешествие к центру самого простого объекта во Вселенной — чёрной дыры Шварцшильда. Путешествие будет в один конец, и закончится очень неприятно для смелого исследователя, но вместо крови на сцене будет клюквенный сок это только компьютерная симуляция, так что откиньтесь на спинки ваших кресел…


Среднее качество: 640×480 mpeg4 (10MB)
Высокое качество: 640×480 quicktime (84MB)



То же видео, но без карты, часов и сетки:

Общая теория относительности


Уже прошёл почти век с тех пор, как в 1915 году Альберт Эйнштейн предложил общую теорию относительности. Чёрные дыры — одно из самых экстремальных предсказаний этой теории. Сейчас астрономы нашли многочисленные подтверждения существования чёрных дыр. Конечно, сами чёрные дыры никто не видел, потому что они не излучают, но причиняемые ими издевательства над материей и самим пространством-временем вполне заметны.

У чёрной дыры нет волос


Любая чёрная дыра для наблюдателя снаружи может быть описана всего тремя параметрами:
  • масса
  • электрический заряд
  • спин

Это, видимо, самый простой объект во вселенной — они намного проще звёзд и планет, и гораздо проще людей.

Мы будем падать в самую простую чёрную дыру, у которой нет электрического заряда и спина. Это решение уравнения Эйнштейна было найдено Шварцшильдом всего через несколько недель после публикации теории.

Карта

map

В зелёной зоне существуют стабильные круговые орбиты и пребывание здесь безопасно.
В жёлтой зоне круговые орбиты нестабильны, и малейший манёвр двигателями можнет привести к падению в чёрную дыру, либо к вылету наружу.
В оранжевой зоне нет никаких круговых орбит, и если вы хотите оттуда выбраться, у вас есть единственный шанс — вовсю жечь свои ракеты.
Красная линия это горизонт событий. Если вы пересечёте её, ничто уже не поможет выбраться обратно.

Часы

clock
Часы в правом нижнем углу отсчитывают время до достижения центральной сингулярности. Часы показывают время с точки зрения падающего наблюдателя, и в этом видео часы замедляются не из-за релятивистских эффектов, а просто чтобы было легче рассмотреть самые интересные события, происходящие в конце.

Время измеряется в секундах для чёрной дыры массой в 5 миллионов масс Солнца, подобной той, что находится в центре Галактики. После пересечения горизонта такой чёрной дыры у вас останется всего 16 секунд до достижения сингулярности.

Сетка

Конечно, в реальности на горизонте событий чёрной дыры нет никакой бордовой сетки, и пересечение горизонта проходит незаметно для приключенца, в чём можно убедиться, просмотрев «чистый» видеоролик. Приближаясь к чёрной дыре, вы можете увидеть одновременно «северный» и «южный» полюс из-за искривления света.

Фон

В качестве фона используется панорама Млечного Пути by Axel Mellinger.

Гравитационное линзирование


lensing
lensing2
Чёрная дыра, как и любой массивный объект, искривляет свет, проходящий мимо неё, так что один объект создаёт несколько изображений. Чем ближе к чёрной дыре, тем сильнее искривляются лучи, так что картинка оказывается сжатой в радиальном направлении.

einstein_ring
Если же объект находится в точности за чёрной дырой, возникает красивый эффект — кольцо Эйнштейна.

Наконец-то падаем!


Последняя устойчивая орбита

last_stable
На расстоянии в 3 радиуса Шварцшильда находится последняя устойчивая круговая орбита. Выше мы ещё могли вращаться вокруг чёрной дыры, как планета вокруг солнца и ни о чём не беспокоиться.
Фотонная сфера

photon_sphere
На расстоянии в 1.5 радиуса Шварцшильда мы пересекаем фотонную сферу — здесь фотоны могли бы, двигаясь со скоростью света, бесконечно долго вращаться вокруг чёрной дыры. На самом деле, ничего интересного мы тут не увидим, потому что эти орбиты неустойчивы.

Поскольку мы — массивные существа, разогнаться до скорости света мы не можем. Но если бы мы разогнались до скорости, близкой скорости света, и перешли на круговую орбиту чуть выше фотонной сферы, мы бы увидели нечто такое: (анимированный gif, 7MB)

Проваливаемся за горизонт

horizon
Когда вы проваливаетесь за горизонт событий на 1 радиусе Шварцшильда, происходит странное. Казалось бы, вы должны пересечь бордовую сетку, но она остаётся перед вами. А горизонт перед вами разваливается на две части.

Без сетки вы бы даже не заметили, что провалились за горизонт.

Разрывает на части

tidal
Чем ближе к сингулярности, тем сильнее на вас действуют приливные силы. На ваши пятки (если вы падаете вперёд ногами) действует большая гравитационная сила, чем на голову, так что вас растягивает в вертикальном направлении — неплохой способ стать выше и похудеть, но очень недолговечный. Примерно за секунду до сингулярности вас просто разорвёт на части.

АААААААА! Сингулярность!

singularity
В этом странном месте, в точке бесконечной кривизны, кончаются наши представления о пространстве-времени.

Thanks


Все картинки и большая часть оригинала текста были созданы Prof. Andrew Hamilton. Оригинал можно найти здесь. Сайт всё ещё heavily under development, так что есть смысл зайти попозже и узнать что-нибудь новое.

Upd: Конечно, в этом ролике не учитываются квантовые эффекты вроде излучения Хокинга, и чёрная дыра считается достаточно удалённой от больших скоплений материи, так что мы не видим аккреционных дисков, джетов и прочих фейерверков.
Tags:
Hubs:
Total votes 147: ↑132 and ↓15 +117
Views 5.7K
Comments Comments 50