У чому зроблена «Чорна діра», і що ховається всередині

Це правильні питання. Чому «чорні діри» іменуються саме так? «Чорні» – це зрозуміло. З точки зору астрофізиків «чорний» (або «темний») значить «не випромінюючий». Але «діра»? В чому? І, до речі, якщо вже й діра, то що ж тоді всередині?

Відповіді на ці питання відомі і формально дуже прості. Що, однак, не заважає їм викликати розлад людського розуму. «Чорна діра» – отвір, сферичний розрив в просторі-часу. Тобто, місце, де простору немає. Відповідно, – і ось цю думку особливо важко прийняти яке-небудь «всередині» у чорної діри відсутня. Як немає у неї, наприклад, і центру. Адже, і «центр», і «всередині» – поняття визначені лише в просторі.

Фортеця ця, дійсно, не береться з нальоту. Перш ніж представити картину її потрібно хоча б поверхово зрозуміти. Наприклад, якщо вже чорна діра має сферичну форму, то як обійтися без центру, який з геометрії сфері покладено? Але ключовим словом тут буде «геометрія». Яка? Припустимо, евклідова. І в абстрактному геометричному розумінні центр у чорної діри, зрозуміло, є. Проблема тут в тому, що реальний фізичний простір не плоске, і натягнути на евклідові осі його не можна. Випливають з евклідових уявлень «центру» чорної діри, як і навколишнього його «внутрішньому об’єму», яке-небудь місце в нашій всесвіту не відповідає.

І тут доведеться сказати кілька слів про «уявленнях». Є реальність і є уявлення про неї, причому одне не тотожне іншому. Подання це те, як ми реальність собі уявляємо, представляти її можна по-різному. Чорні діри, наприклад, з’явилися – з початку лише на папері – з уявлень про гравітації, як викривлення простору-часу масою. Причому, це не єдиний з можливих уявлень про гравітації, навіть не краще і, за великим рахунком, на даний момент вже застаріле. Але воно виявилося досить добре, щоб чорні діри, передбачені в його рамках, дійсно були знайдені. Це придатне, робоче подання. Так що, і будемо їм оперувати.

Будемо оперувати, розуміючи, що питання «гнеться чи простір насправді, і якщо так, то чому гнеться» – неправомірні. Бо впираються в питання, чим є «простір» як таке. А це – вже зовсім неправильний питання. Простір – філософська категорія, що застосовується нами для опису фізичної реальності. У відчутті воно не дано. Тобто, відповідь на дане питання залежить тільки від нас. Від того, як ми цю категорію в даному конкретному випадку застосували. У даному ж випадку – гнеться, тому що ми його таким якістю наділили.

Складно? А так виходить. Починаючи з деякого рівня у фізиці без філософії робити нічого. Так як дорога до розуміння призводить до фундаментальним поняттям.

Але до речі про фізику. Про те, як виглядає, утворюється і діє діра в просторі. Якщо уявити простір пружною поверхнею, а тіла – сталевими кульками, під впливом маси будуть утворюватися поглиблення – воронки. Однак, якщо вже щось наділяється пружністю, то це якість вимірне і має межу. І при достатньо високому тиску на одиницю площі, ця межа може бути перевищений. Тобто, із зростанням маси і щільності тіла воронка стає все глибше, а її стіни все крутіше. «Розривом простору» стане ситуація, за якої на певній глибині стіни воронки виявляться вертикальними.

Дане подання зручно, оскільки дозволяє зрозуміти релятивістські ефекти, що виникають при падінні тіла на чорну діру (чому в даному випадку саме «на», а не «в Україну» – істотний, але окреме питання). У перший момент тіло, яке починає скочуватися в воронку з точки зору спостерігача прискорюється. Але потім починає сповільнюватися, так як, хоча швидкість і продовжує зростати, падіння стає крутіше, і проекція вектора на горизонтальну площину – саме її бачить сторонній спостерігач, – коротшає. Нарешті, перейшовши у вертикальне пікірування, тіло з точки зору спостерігача зупиняється. Його координата не змінюється. Про що спостерігач, втім, вже може тільки здогадуватися, так як об’єкт більше не спостерігає. Чому? Тому що, воронка видавлена і в часі теж. Секунди на падаючому об’єкті з точки зору спостерігача тягнуться довше. Красиво. Але модель з кульками і пружною поверхнею має і очевидний недолік. Припустимо, воронка поглиблюється, в якийсь момент простір, не витримавши натягу рветься, виникає дірка і. . . упс. Кулька випав. Воронка схлопнув, а маса, порушивши закон збереження, пішла і світу. Очевидно, що так бути не може.

Не може, тому що спрощена модель надлишково. І не враховує, що кулька піти з поверхні не здатний. Адже рух – це вимірювання просторових координат з часом. Тіло невідривно прив’язане до простору, область якого займає, і якщо простір прорветься. . . Ось це найцікавіше.

Що трапляється з кулькою, коли простір під ним лопається? Він теж лопається. В рамках вищеописаної моделі з моменту утворення чорної діри тіло вже не куля, а труба, стінки якої мають прагне до нуля товщину і довжину прагне до нескінченності.

З точки зору спостерігача маса коллапсировавшего тіла не покидає всесвіт, опинившись всередині чорної діри. Оскільки «всередині» не застосовується до даної ситуації, зовні ж залишитися не дозволяє перевищила всякі межі гравітація, методом виключення речовина «заморожується» вже майже поза межами простору і часу, – але тільки «майже» – на кордоні об’єкта.