27 793 subscribers

Как фотон попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры, если у него нет массы?!

22k full reads
39k story viewsUnique page visitors
22k read the story to the endThat's 56% of the total page views
3,5 minutes — average reading time
Как фотон попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры, если у него нет массы?!

Этот вопрос интересует многих, кто пытается понять, что же творится рядом с чёрными дырами, и что же представляют собой эти объекты. Согласно общепринятому мнению, гравитация «монстров Вселенной» настолько сильна, что ничто, даже свет, не может спастись от их притяжения.

Из школьного курса физики мы помним закон Всемирного тяготения Ньютона. Он говорит нам о том, что сила притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Как фотон попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры, если у него нет массы?!

Это классическое представление, исходя из которого человек начинает рассуждать так: у фотонов нет массы, и если в эту формулу вместо одной из масс подставить ноль, то и получится ноль, поэтому никакой силы притяжения быть не должно, ведь она будет равняться нулю! Это верно с точки зрения ньютоновских представлений, но с чёрными дырами не всё так просто, ведь все массивные объекты искривляют пространственно-временную ткань.

Как фотон попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры, если у него нет массы?!

Её можно сравнить с гимнастическим батутом. Например, если на этот батут встанет маленький ребёнок, то батут растянется под ним и, скажем так, прогнётся вниз на определённый угол. Если на этот же батут встанет взрослый крупный человек, то батут под ним «искривится» значительно сильнее. Тот же самый эффект наблюдается и с объектами в космосе. В теории чёрные дыры настолько массивны, что образуют собой гигантский гравитационный колодец – где конец этого колодца – никто не знает.

Как фотон попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры, если у него нет массы?!

Исаак Ньютон дал нам формулу тяготения, но не мог точно объяснить откуда берётся это тяготение. Кроме этого, формула Ньютона зачастую имела неточности. Например, когда было открыто смещение в перигелии орбиты Меркурия, учёные пытались объяснить это тем, что где-то прячется ещё одна планета, ведь такую траекторию невозможно было объяснить с точки зрения Всемирного тяготения Ньютона! Именно Общая Теория Относительности Эйнштейна положила конец многим головоломкам, касающимся неточностей в расчётах.

Как фотон попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры, если у него нет массы?!

Итак, причём же здесь свет? Вспоминаем лёгкий образец пространственно-временной ткани на примере того же гимнастического батута. Допустим, вы решили кисточкой на этой батутной сетке закрасить траектории фотонов. И что получится? Когда на этот батут встанет кто-нибудь, то вы увидите, как под его ногами эти траектории будут искривлены. Аналогично и массивные объекты давят на ткань пространства-времени, поэтому оно и искривляется.

Гравитационный колодец – это искривление пространственно-временной ткани массивными телами. Чем массивнее объект, тем глубже будет такой колодец. Является ли у чёрных дыр этот гравитационный колодец бесконечно глубоким? Возможно, что да, раз траектории света настолько в нём искривлены, что нам кажется, будто свет не в силах его покинуть.

Галактики тоже могут быть гравитационными линзами!
Галактики тоже могут быть гравитационными линзами!

Вспомните снова пример с батутом: пусть на раскрашенном линиями траекторий батуте будет уже стоять не взрослый упитанный человек, а очень тяжелая гиря. Предположим, что батут её выдержит. Но как искривятся нарисованные траектории! Они уйдут вниз, вслед за гирей. Фотоны в пространстве «блуждают» по прямым линиям пространства-времени, но если эта линия проходит рядом с гравитационным колодцем, траектории фотонов будут искривлены подобно нарисованным линиям на батуте. Чем больше объект (планета, звезда), тем больше это искривление. Такой эффект называют «гравитационным линзированием».

Помните иллюстрацию чёрной дыры из фильма «Интерстеллар»? Вокруг чёрной дыры Гаргантюа был яркий диск света? Этот «нимб» является искажёнными траекториями света тех звёзд, которые находятся за чёрной дырой. Фотоны, которым «посчастливилось» пройти через гравитационный колодец чёрной дыры, оказываются где-то глубоко на самом его дне. Объяснить на простом примере? Допустим, вы испачкали бильярдный шар мелом, оттолкнули его так, чтобы он попал в цель. Вы увидите его траекторию – след от мела, а затем он проваливается в цель, и больше вы этот шар не видите, точно также, как и не увидите фотон, ведь они движутся по пространственно-временной ткани, как по столу, а раз поверхность её уходит вниз, значит, с ней уходит и сам фотон.

Как фотон попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры, если у него нет массы?!

Да, у фотонов не массы. Ведь гравитационное линзирование доказывает, что свет, огибающий массивный объект, не оседает под ним и не скапливается, а, обогнув, продолжает свой путь дальше и достигает глаз наблюдателя.

Теперь только остался один вопрос: какова же глубина гравитационного колодца чёрной дыры? Неужели он действительно бесконечен? Ведь если где-то и есть его конец, то фотон должен выбраться, только на это уйдёт слишком много времени.

А что вы думаете на этот счёт? Делитесь своими мыслями в комментариях!

Вам может быть интересно:

Гравитационные линзы - глаза света!

Ещё больше о гравитационном линзировании

Несколько строк о блуждающем фотоне

Быстрее света только...тахионы!

Что такое космические супермагистрали?

"Интерстеллар" с точки зрения астрофизики

Несколько интересных фактов о Стивене Хокинге

Наш родной Млечный Путь

О чёрных дырах...

Парадокс времени