Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [106]
Рис. 6.28. Вовлечение во вращение вызывает различия в ходе времени. Наблюдатель A огибает вращающееся тело против направления вращения, наблюдатель C – по направлению, а наблюдатель B не делает ни того ни другого. Показания всех часов в итоге различаются
Падающему наблюдателю, впрочем, не до этого. В отличие от своего приятеля, он поступил очень разумно, заплатив турагентству больше за возможность падения именно во вращающуюся черную дыру: приятель, сэкономивший на вращении, будет двигаться только по радиусу, а от шампанского при пересечении горизонта его будет отвлекать смена ролей пространства и времени. У вращающейся же черной дыры эффекты следуют по отдельности, а горизонтов вообще в два раза больше (есть внешний, собственно, и окутывающий черную дыру, а кроме него, еще и внутренний), так что один горизонт обходится дешевле, плюс еще до внешнего горизонта наблюдатель пересекает эргосферу. Это звучное название выбрано для еще одной математически определенной поверхности – в том смысле «математически», что ее расположение и правда известно математически, но еще и в том смысле, что проходит она в пустом пространстве и поэтому не является «физической» поверхностью чего бы то ни было. Эргосфера объемлет вращающуюся черную дыру снаружи от (внешнего) горизонта (рис. 6.29) и сходится с горизонтом только на полюсах, а в плоскости экватора отстоит от него на расстояние, сравнимое с радиусом самого горизонта в той же экваториальной плоскости. После пересечения эргосферы время приобретает свойства пространственных направлений, хотя до настоящего горизонта еще далеко. Внутри эргосферы время вытягивается «вокруг», по направлению вращения самой черной дыры, и именно поэтому все предметы, которые туда попали, не могут не вращаться: увеличение угла поворота вокруг черной дыры становится таким же неотвратимым, как наступление ближайших моментов будущего времени. При этом все еще можно как приближаться к горизонту, так и удаляться от него, и, насмотревшись на это чудо «пространственного времени», еще можно вернуться назад – так, собственно, и делают те, кто купил дешевый вариант экскурсии, в который не включено посещение горизонтов.
Рис. 6.29. Важные границы вокруг вращающейся черной дыры в разрезе. Ось вращения проходит вертикально. Форма поверхностей зависит от выбора координат, но их относительное расположение и точки соприкосновения от этого не меняются. Снаружи внутрь: эргосфера, внешний горизонт, внутренний горизонт и внутренняя эргосфера. Зазор между внешним горизонтом и эргосферой тем больше, чем сильнее раскручена черная дыра
А после пересечения внешнего горизонта – теперь уже непременно не по радиусу, что, конечно, было отдельно отмечено в рекламной брошюре, – время еще раз «поворачивается» и вытягивается вдоль радиуса. Это значит, что уменьшение радиуса – приближение к центру – наконец-то стало неотвратимым (хочется сказать «как наступление завтрашнего дня», но события, как правило, развиваются быстрее, чем за сутки). Вернуться назад больше нельзя. Но агентство, как довольно скоро выясняется, не обмануло: ближе к центру находится второй, внутренний горизонт. После его пересечения приближение к центру перестает, строго говоря, быть обязательным, во всяком случае, для тех путешественников, кто запасся двигателем[121].
Впрочем, до второго горизонта надо еще добраться невредимым (как всегда, чем больше черная дыра, тем позднее – ближе к центру – приливные силы разойдутся вовсю). Кривизна пространства-времени вокруг вращающейся черной дыры проявляет себя по полной, и порождаемые ею приливные силы умеют делать намного больше, чем вызывать приливы и создавать разрыв и сжатие, как мы видели на рис. 6.25 справа; теперь еще и неоднородность вовлечения во вращения создает усилие, заставляющее каждое тело скручиваться вокруг различных направлений (или ломаться от скручивающих усилий; это уж как получится). Если ваше левое плечо толкают вперед сильнее, чем правое, то, кроме общего движения вперед, вы начнете поворачиваться направо. Примерно эта особенность окрестностей вращающейся черной дыры схематично показана на рис. 6.30; надо только помнить, что полная картина трехмерная и каждое тело испытывает подобные усилия вдоль трех осей – и это в добавление к сжатиям/растяжениям, показанным на рис. 6.25 справа. В контракте с турагентством все-таки был мелкий шрифт.
Рис. 6.30. Закручивания пробных тел; серым и черным показаны закручивания в разных направлениях. Слева: вдали от вращающегося тела. Справа: около вращающейся черной дыры. Закручивания по пересекающимся линиям действуют одновременно. Серый и черный на горизонте указывают на максимальную степень закрученности в двух противоположных направлениях. Светлым показана область, где закрученность близка к нулевой
