Что будет если к земле приблизится черная дыра
Что будет, если маленькая черная дыра появится возле Земли?
Если вы путешествуете по космическому пространству, то стоит держаться как можно дальше от сверхмассивных черных дыр. Эти жуткие чудовища поглощают все, что приближается на критически опасную дистанцию. Но существует ли угроза от маленьких черных дыр?
Хорошо, сверхмассивная черная дыра легко поглотит Солнце и более крупные звезды. Но давайте поговорим о теоретической черной дыре с параметрами монетки. Насколько это опасно для Земли? И что будет, если такой объект окажется рядом с нами или на самой планете (вдруг ученые создадут нечто подобное в лабораторных условиях)?
Черные дыры представляют собою невероятно плотные объекты. Это не пустота, а огромное скопление массы. Чтобы создать подобное формирование, нужно собрать в одном месте большой объем частиц и сжать его в крошечное пространство.
В теории вы можете создать черную дыру даже из горы Эверест. Нужно только разрушить и сжать все ее частицы до размера нескольких атомов. Удивительно, но даже такая черная дыра кажется опасной, потому что ее гравитационное притяжение будет приравниваться к уровню гравитации на земной поверхности.
Тогда чего ожидать от черной дыры параметрами с монетку? Ну, это зависит от того, о каких именно параметрах идет речь: ширина или массивность. Тогда стоит рассмотреть два сценария.
Черная дыра с диаметром монеты
Кажется невероятно маленькой и безобидной. Однако подобный объем по массивности будет приравниваться к земной. Но гравитационное притяжение будет в миллиард миллиардов раз больше, чем у Земли.
Что же тогда будет с нашей планетой, если она окажется рядом? Ну, мы не упадем в черную дыру сразу. Наша планета начнет вращаться вокруг, а куски Земли будут постепенно отрываться и с каждым пролетом поглощаться черной дырой.
Именно земное вращение замедляет процесс поглощения. В итоге Земля разорвется и сформирует раскаленный аккреционный диск вокруг горизонта событий черной дыры. К тому моменту черная дыра уже должна удвоить свою массивность.
Кстати, Луна выживет при таком сценарии, но ее орбита станет более эллиптической. Так что в случае опасности было бы разумно располагать на земном спутнике колонией.
Выходит, что такая крошечная черная дыра постепенно уничтожит целую планету вместе с нами.
Черная дыра с массой монеты
Допустим, что 5 граммов массы внезапно создали черную дыру. Ну, это был бы невероятно крошечный объект. Намного меньше параметров атома. Это как сравнивать размеры атома и Солнца (настолько черная дыра покажется ничтожно крошечной). И все равно эта малютка способна нас ужаснуть.
Чем меньше черная дыра, тем больше излучений Хокинга она выпускает. Согласно теории Стивена Хокинга черные дыры испаряются, извергая частицы обратно в космическое пространство.
Так как перед нами крошка, такая черная дыра стремительно испарится. На процесс уйдет всего доля секунды. Вы б даже не заметили существование такой черной дыры, если бы не одно но. Ее массивность в 5 грамм преобразуется в 450 тераджоулей энергии, что приведет к мощному взрыву.
Некоторые опасаются, что ученые из ЦЕРН способны создать крошечную черную дыру в лабораторных условиях. Есть также теории заговоров, уверяющие, что именно для этого и создавался Большой адронный коллайдер.
Но исследователи считают, что у нас пока нет таких технологий, способных сжать массу до столь крошечных размеров. Однако однажды мы все-таки дойдем до этого уровня развития. Но лучше бы нам не баловаться с черными дырами, ведь даже в настолько крошечном состоянии они вовсе не кажутся нам безобидными.
Пугающее соседство: обнаружена видимая без телескопа черная дыра
Всего в тысяче световых лет от Земли обнаружена так называемая черная дыра — так заявили сотрудники Европейской южной обсерватории в Чили. Звезды, которые вращаются вокруг нее, можно увидеть невооруженным глазом, находясь на южном полушарии нашей планеты.
Оценивая это расстояние в масштабах Млечного пути — это очень близко к нам, считают астрономы. Как говорят исследователи, эта черная дыра находится практически у нас «на заднем дворе».
Космическим черным дырам часто приписывают свойства пожирать другие объекты в пространстве вокруг нее. Они якобы поглощают целые звезды и небольшие планеты. Ждет ли теперь нашу планету вслед за пандемией космический коллапс?
«Черная дыра — это умершая звезда, которая не может взорваться. С ней не может ничего произойти в принципе. В этом плане она не опасна. Опасно находиться рядом с ней, потому что она искривляет время, пространство, — поясняет астрофизик, главный научный сотрудник Физического института имени Лебедева РАН Сергей Богачев. — Есть фантастический фильм «Интерстеллар», вышедший несколько лет назад, там хорошо показана экспедиция человечества к черной дыре. Там люди высаживаются на планету, проводят на ней одну минуту, а в это время на Земле проходит тридцать лет».
По словам Богачева, участь стать черной дырой — лишь один из вариантов для существующих звезд. Маленькие звезды становятся белыми карликами (это, скорее всего, случится в итоге с Солнцем), побольше — нейтронными звездами. А гиганты становятся черными дырами, сохраняют при этом свою массу и за счет последнего продолжают притягивать к себе и удерживать движущиеся вокруг по орбитам звезды и планеты.
В чем необычность черной дыры?
Как отмечает эксперт, такая звезда имеет чудовищную плотность. А все умирающие звезды такие плотные, поскольку у них нет излучения и они сжимаются до очень малых размеров. У них такая плотность, что она, по сути, способна вокруг себя искривлять пространство и время, по уравнениям Эйнштейна.
Что, вообще, это такое? Как ее обнаружить, и насколько она опасна? Дело в том, что Земля вращается вокруг Солнца, потому что Солнце своей массой притягивает Землю к себе и держит ее. По всей видимости, если Солнце умрет и сожмется в какой-то маленький объект, его масса при этом не исчезнет. Оно перестанет светить, будет очень компактным, но сохранит свою массу.
Поглотит ли черная дыра Землю?
«Уверяю вас, на Земле никаких последствий от такого соседства быть не может. Это очень далеко», — подчеркивает Богачев.
Он рассматривает такое относительно близкое нахождение черной дыры исключительно как интересный факт с точки зрения научных исследований.
А если бы черная дыра была совсем рядом? Возможно ли изменение времени на Земле?
«Любое движущееся тело замедляет время — это фундаментальный закон природы, — говорит ученый. — На Земле, конечно, все виды транспорта, которыми мы пользуемся, крайне далеки от таких скоростей. Хотя и используют в научной фантастике такие сюжеты, когда один близнец улетает в космос, а другой остается на земле — и улетевший в итоге возвращается моложе, чем его брат».
Эффект замедления времени наблюдают в ускорителе — Большом адронном коллайдере. Как объясняет ученый, там частицы разгоняются до скоростей света, меняется не только время, которое замедляется — изменения охватывают их массу. Однако к «обычной» жизни подобные изменения имеют мало отношения.
«Поскольку все звезды, как молекулы в газе, движутся, сближаются, удаляются, может быть, когда-нибудь наше Солнце сблизится с такой звездой — черной дырой, и тогда сложится другая ситуация, на текущий момент, конечно, это интересное наблюдение, но не более того», — обнадежил в итоге астрофизик.
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Что произойдет, если рядом с Землей появится черная дыра?
Если вы смотрите увлекательный научно-популярный сериал “Космос: пространство и время”, то знаете, что такое “корабль воображения” – космический корабль, путешествующий по Вселенной с помощью воображения. Ведущий сериала, астрофизик Нил Деграсс Тайсон, находится за штурвалом этого корабля и показывает неискушенному зрителю далекий космос. Мне очень понравилась идея с кораблем воображения, так что надеюсь доктор Тайсон не будет против, если я позаимствую ее для этой статьи. Итак, давайте представим, что мы находимся на борту корабля воображения и смотрим на нашу планету издалека. Но вдруг в какой-то момент из ниоткуда возникает черная дыра. Что произойдет потом?
Таким корабль воображения представляют себе создатели сериала “Космос: пространство и время”
Черная дыра – это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что поглощает все объекты вокруг себя. Притяжение черной дыры не позволяет покинуть эту область – горизонт событий – даже объектам, которые движутся со скоростью света.
Что нам известно о черных дырах?
Черные дыры волнуют и одновременно интригуют не только ученых. В будущем интерес к этим таинственным объектам будет только расти, особенно после открытия гравитационных волн и первой фотографии черной дыры. Напомню, что существование гравитационных волн было предсказано в Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, однако доказать их существование удалось лишь в феврале 2016 года. Уже в 2017 году ученым коллаборации LIGO и VIRGO, которые совершили открытие, вручили Нобелевскую премию по физике.
Гравитационные волны представляют собой искривление гравитационного поля, которое происходит из-за столкновения массивных объектов, например, двух сверхмассивных черных дыр. Искривление гравитационного поля распространяется подобно волнам, поэтому мы и называем это событие гравитационными волнами. Подробнее об этом выдающемся научном открытии читайте в увлекательном материале Ильи Хеля.
Синим цветом выделены гравитационные волны, а в центре находятся вращающиеся черные дыры
Практически год назад, 12 апреле 2019 года, как раз в день космонавтики, мир увидел первую в истории фотографию черной дыры, а точнее, ее горизонта событий. Помимо самого ошеломительного факта – ученые сфотографировали черную дыру – это открытие доказало существование таинственных космических монстров. Дело в том, что все эти годы черные дыры считались гипотетически существующими объектами. Затем, несколько месяцев спустя, NASA представили первую визуализацию смоделированной черной дыры, на которой можно увидеть как экстремальные гравитационные силы, создаваемые этими массивными объектами, искажают свет вокруг себя, создавая эффект кривого зеркала. Однако несмотря на то, что мы смогли увидеть черные дыры и даже смоделировать их поведение, мы не знаем что находится за горизонтом событий. И вряд ли узнаем это в ближайшем будущем. Но хорошие новости заключаются в том, что наука, вооруженная воображением, поможет в поисках ответа на этот и другие, не менее интересные вопросы.
Еще больше интересных статей о космических объектах и других загадках Вселенной, читайте на нашем канале в Google News
Масса, угловой момент и электрический заряд черной дыры
Итак, мы знаем, что черные дыры появляются в результате взрывов сверхновых – это явление, в ходе которого массивные звезды резко меняют свою яркость, а затем затухают. Некоторые из таких звезд сразу же коллапсируют в черные дыры, другие проходят все этапы звездной эволюции – из сверхновой звезды они могут становиться нейтронными звездами – самыми плотными объектами во Вселенной, которые коллапсируют в черные дыры. Но как ученые измеряют массу и свойства этих космических монстров?
Так выглядит смоделированная визуализация черной дыры, представленная NASA
Существуют три свойства черной дыры, которые (в принципе) поддаются измерению: ее масса, угловой момент (спин) и общий электрический заряд. Сторонний наблюдатель, вроде нас с вами, с борта корабля воображения может судить лишь об этих трех параметрах, а вот вся информация о том, что же находится за горизонтом событий и какой у черной дыры состав неизвестна. Ученые называют это “теоремой об отсутствии волос», так как вся информация об исходной материи (ее и называют волосами) скрыта за горизонтом событий. Исходя из всех трех параметров, масса, пожалуй, является наиболее значимым: именно масса черной дыры – и огромные гравитационные силы, которые она порождает – наносят ущерб близлежащим объектам.
Космические Спагетти
Если корабль воображения слишком близко подойдет к черной дыре, то сам корабль и все его пассажиры растянутся как спагетти.
Представьте, что нос корабля смотрит прямо на черную дыру. Поскольку он физически ближе к черной дыре, его будет притягивать к ней сильнее, чем хвост. Хуже придется только пассажирам космического корабля, просто в силу того, что у нас есть руки, ноги и голова: так как руки не находятся в центре тела, то будут притягиваться в несколько ином направлении, чем голова. Это приведет к тому, что части тела ближе к черной дыре будут как бы втянуты внутрь. Конечным результатом станет не только удлинение тела, но и его истончение (сжатие) в середине.
А куда бы вы отправились на корабле воображения? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье, а также с участниками нашего Telegram-чата
Если черная дыра внезапно появится рядом с нашей планетой, нам не сдобровать
Таким образом, наши тела или сам корабль воображения начнет напоминать спагетти задолго до того, как доберется до центра черной дыры. Но что, в таком случае произойдет с планетой, если черная дыра гипотетически появится из ниоткуда рядом с Землей?
Плохие новости для Земли
Законы гравитации, как известно, одинаково действуют во всей Вселенной. Поэтому в случае с нашей планетой будут действовать те же гравитационные эффекты, что и при спагеттификации: сторону планеты, которая находится ближе к черной дыре, будет притягивать намного сильнее. На самом деле появление рядом с нашей планетой черной дыры означало бы скорую гибель жизни на Земле да и самой планеты. Согласитесь, это не самая приятная перспектива. Но, так как мы не знаем что находится за горизонтом событий черной дыры, корабль воображения попав в черную дыру, может переместить нас в другую часть Вселенной или в другую Вселенную – в зависимости от гипотезы, которая вам больше нравится. А еще можно посмотреть фильм “Интерстеллар” 2014 года, потому что там представлена довольно интересная гипотеза о том, что может встретить заблудившегося космического странника за горизонтом событий черной дыры.
Смерть с небес: как черная дыра уничтожит Землю
Человечество могут стереть с лица планеты подуставшее Солнце, пришельцы, звезды и многие другие сюрпризы, которые для нас приготовил космос. Если климатические пророчества Греты Тунберг уже утратили для вас остроту, пощекочите нервы прогнозами Фила Плейта — американского астронома, чья книга «Смерть с небес. Наука о конце света» выходит в январе в издательстве «Альпина нон-фикшн». Публикуем фрагмент о красочном апокалипсисе, который может случиться, если по соседству с Землей появится черная дыра.
Именно астроном-любитель, который всегда начеку, чует первые признаки беды. Он надеялся сделать несколько снимков Урана через свой автоматизированный телескоп, но компьютер упорно разворачивал его в другом направлении. Перейдя в ручной режим, астроном в конце концов находит планету в нескольких угловых минутах от расчетного положения. Озадаченный, он звонит другу, и быстро выясняется, что у того такая же проблема. Поиск по нескольким форумам в интернете свидетельствует о том, что многие астрономы во всем мире сталкиваются с тем же самым.
День за днем ситуация только ухудшается. Теперь уже, похоже, и с Юпитером происходит что-то странное. Однако Сатурн, который сейчас находится с другой стороны от Солнца, вроде бы в порядке. Ползут слухи.
Затем ситуация становится очень странной. Обсерватория для наблюдения за Солнцем и проведения гелиосферических исследований, находящаяся на орбите, где силы тяготения Земли и Солнца равны, начинает смещаться. Инженеры озадачены, но вскоре им приходится решать другие проблемы. Теперь Марс не на месте.
На Красную планету летит зонд NASA: попадет ли он на нее? Но вскоре это уже под вопросом, так как космический аппарат также смещается. Через несколько дней становится ясно, что зонд потерян… и что зонд — это наименьшая из наших проблем.
Астрономы, наблюдающие за Солнцем, обнаруживают, что его положение также сместилось. Этого не может быть! Что может сдвинуть целую звезду. Но очень быстро они понимают, что проблема не с Солнцем, а с Землей. Как и другие планеты, Земля уже не вращается вокруг Солнца как обычно, а сходит со своей предначертанной орбиты.
Распространяется паника. Ученые приходят к очевидному выводу: к Земле приближается некий массивный объект, и его притяжение смещает нас с курса.
По данным о движении других планет они определяют положение этого объекта, но на том участке неба ничего нет.
Как ни странно, именно тот факт, что они ничего не видят, подтверждает их самые мрачные прогнозы: это черная дыра. После анализа ее траектории становится ясно, что она движется практически прямо на нас с невероятной скоростью км/с. По расчетам астрономов, ее чудовищная масса в десять раз больше массы Солнца — такой легко накликать конец света для нас на Земле. Сначала ее гравитационное воздействие еле ощущается, но быстро нарастает.
Всего через несколько недель после обнаружения первых признаков проблемы, когда черная дыра все еще находится в 480 млн км от нас, ее гравитационное воздействие на Землю сравнивается с гравитационным воздействием Солнца. Земля уже обращается не вокруг одной звезды: она захвачена двумя — одной живой, другой мертвой. Еще через несколько дней влияние черной дыры перевешивает влияние Солнца. Схватив Землю невидимыми пальцами, сколлапсировавшая звезда отрывает нас от Солнца и притягивает к себе.
По мере приближения гравитационные приливные силы черной дыры начинают растягивать Землю. Приливные силы от Луны вызывают приливы и отливы в океанах, но масса черной дыры в 200 млн раз превышает массу Луны.
Даже с расстояния в миллионы километров приливная сила черной дыры вызывает обширные наводнения, мощные землетрясения, гигантские цунами.
Через несколько минут, когда черная дыра подходит еще ближе, сила, направленная кверху, начинает преобладать. Вздымающийся ураганный поток воздуха уносит невесомых людей вместе с камнями, автомобилями, океанами…
Через час все кончено. Колоссальные силы тяготения мертвой звезды разрывают Землю в клочки, превращая ее в пар.
Вещество, когда-то бывшее нашим родным миром, падает в ненасытную утробу дыры, все быстрее кружась вокруг нее, образуя диск из разогретой до миллиона градусов плазмы, прежде чем нырнуть с концами.
Черная правда
Что такое эти черные дыры? Не укладывающаяся в голове физика, абсолютная разрушительная мощь, каким сверхъестественным образом они искажают наши представления о реальности, пространстве и времени?
Может быть, они очаровывают нас просто потому, что они такие крутые.
Рождающиеся в адском сердце сверхновой, возвещающие о своем появлении двойными пучками ярости, не знающими преград, и поглощающие (почти) все, что попадается им на пути, черные дыры прочно сидят в общественном сознании. Им посвящают фильмы, телевизионные передачи, книги, бессчетные статьи и бесконечные дискуссии. И при всем этом восхищении и интересе большинство людей имеют лишь смутное представление о том, что такое черные дыры и какими они обладают способностями.
Но никогда не забывайте — они опасны.
Если вы не напрашиваетесь на неприятности, все эти способы крайне маловероятны, но если вам нужны массовые разрушения в крупных масштабах, тогда черная дыра — это подходящая идея.
Я упал и не могу подняться
Черная дыра — это объект, скорость убегания (вторая космическая скорость) для которого равна скорости света или превышает ее. Это означает, что все, что попадает в дыру, выбраться из нее не может, потому что, насколько нам известно, ничто не может двигаться со скоростью больше скорости света.
Следовательно, первая и самая очевидная опасность от черной дыры — это, буквально, падение в нее. Если такое происходит, ну что ж, ничего не поделаешь. Это поездка в один конец. С вами покончено. Больше не о чем говорить.
Это не очень-то впечатляющий способ, которым черная дыра может расправиться с вами — никаких лучей смерти, никаких массовых и ужасных разрушений. Просто плюх! И вас уже нет.
Такое отсутствие драматизма как-то скучновато для рассказа. Но это также противоречит здравому смыслу. Если вы находитесь на ракете, погружающейся в черную дыру, разве нельзя просто развернуть ракету, включить двигатели на самую полную мощность и улететь?
Нет, нельзя. Исключительно мощные силы тяготения вблизи черной дыры заставляют нас изменить свой взгляд на пространство, время и движение. Если бы черные дыры были лишь еще одним массивным объектом, с вами все было бы в порядке. Но черные дыры не просто какой-то привычный объект!
Одним из больших достижений Альберта Эйнштейна в науке была идея, что пространство — это объект. Оно не пустое; оно подобно ткани, в которой находятся массивные объекты.
Объект, обладающий массой, обладает силами тяготения, и эти силы тяготения изгибают пространство (примером в прошлой главе был шар для боулинга, лежащий на матрасе и прогибающий его). Траектория любого объекта, проходящего мимо более массивного, будет искривлена таким прогибом пространства за счет силы тяготения.
ВАЖНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ. Когда кто-то объясняет идею черных дыр, искривляющих пространство, он неизбежно использует сравнение с плоской поверхностью, изгибаемой тяжелым объектом, как матрас под шаром для боулинга. К сожалению, это ведет к ошибочному представлению, что черные дыры — это круги в искривленном в виде воронки пространстве. Но это не так: реальность трехмерна, а в этой аналогии используются только два измерения (поверхность матраса можно считать двухмерной, но шар для боулинга прогибает ее, придавая ей третье измерение). Черные дыры — сферические, а изогнутое пространство не похоже на воронку. На самом деле форму изогнутого пространства невероятно сложно описать, потому что мы живем в этих измерениях, и описывать их — это все равно что пытаться описать красный цвет тому, кто слеп от рождения. Мы можем описывать искривление математическими формулами, делать прогнозы о нем и, вероятно, даже использовать его для понимания других явлений физики, но мысленно представить его если не совершенно, то практически невозможно.
Так что все следующие описания водопадов, утесов и всего такого — это сравнения, двухмерные представления искривленной трехмерной реальности. Вам от этого, вероятно, легче не станет, но Вселенная умеет причинять нам неудобства. Если бы это было не так, эту книгу было бы не о чем писать.
А сейчас вернемся к регулярным плановым смертям и разрушениям от черных дыр.
Но черная дыра не просто создает прогиб пространства; она вырезает бездонную яму, бесконечно глубокую дыру с вертикальными стенками. Как только вы в нее попали, выбраться оттуда вы не сможете ни на какой скорости.
Вы проваливаетесь в нее, и ничто вас не может удержать. Скорость убегания на поверхности черной дыры — называемой горизонтом событий — это скорость света.
Более точным было бы рассуждать об этом, пользуясь математическими формулами Эйнштейна и физическими принципами относительности. Эндрю Гамильтон, астрофизик с кафедры астрофизики и планетологии Университета штата Колорадо в Боулдере, довольно долго изучал черные дыры и у него есть интересное сравнение:
Понять, что происходит, будет легче, если представить, что черная дыра подобна водопаду. Только в черную дыру падает не вода, а само пространство. Снаружи горизонта событий скорость падения пространства меньше, чем скорость света. На горизонте пространство падает со скоростью света. А внутри горизонта пространство падает быстрее, чем свет, унося с собой все, даже свет. Такое представление черной дыры как области пространства-времени, где пространство падает быстрее света, это не просто хорошая концептуальная картинка… у нее есть прочное математическое обоснование [подчеркиваю].
Может показаться, что это нарушает еще один закон Эйнштейна — ничего не может двигаться быстрее, чем свет, — но это применимо только к физическим объектам, обладающим массой (и к самому свету). Пространство же отличается от материи и света (еще одна из великих идей Эйнштейна), поэтому оно может вести себя как захочет, в частности двигаться быстрее света.
Если вы находитесь внутри горизонта событий, пространство стекает в черную дыру быстрее скорости света… и, если вы проваливаетесь, оно уносит вас с собой.
Если вы попытаетесь выгрести против водопада, у вас ничего не получится, потому что вы никогда не сможете заставить свою лодку двигаться вверх быстрее, чем текущая вниз вода. Так и внутри черной дыры: в пространстве, текущем с транссветовой скоростью к ее центру, вы не сможете выгребать в своей ракете достаточно быстро.
Можно представить это и по-другому, но такое сравнение будет еще более фантастическим (если такое вообще возможно). Если вы взглянете на (чертовски сложные) уравнения, описывающие поведение пространства и времени вблизи черной дыры, вы обнаружите, что внутри горизонта событий переменные, представляющие пространство, ограничены. Вне черной дыры — например, там, где вы находитесь сейчас, — вы можете свободно двигаться в пространстве: вверх и вниз, вперед и назад, влево и вправо. Однако внутри черной дыры эта свобода исчезает. Движение возможно лишь в одном направлении — вниз.
Черные дыры забавны: даже такое элементарное действие, как движение, оказывается сложным. Но основной вывод таков: если вы проваливаетесь, что бы там ни было, вам конец.