Представьте, что мнимый космонавт пересекает горизонт событий чёрной дыры и включает фонарик. Понятно, что скорее это фантазии, ведь материи у горизонта событий тоже мало не покажется, но пусть это будет возможно в нашем мысленном эксперименте. Ведь должен же кто-то, в конце концов, на кнопочку нажать.
Луч испускается фонариком со скоростью ровно 299 792 км/с - точно так же, как в пустом межзвёздном пространстве. И тем не менее свет никуда не улетает из чёрной дыры и не выйдет за горизонт событий. Как такое возможно? И почему мы говорим про скорость света? Неужели она не меняется внутри чёрной дыры?
Большинство людей, услышав про чёрную дыру, рисуют себе что-то вроде гигантского космического пылесоса - объект, который «засасывает» свет, физически тормозя фотоны. Это красивый образ. И он совершенно неверный. Да и засасывание фотонов пылесосом - очередная попытка представить свет в виде мячиков, а это совсем не так.
Общая теория относительности не говорит, что чёрная дыра не замедляет свет. Замедляется время. А почему так? Потому что искажение пространства приводит и деформации времени. Более того, пространство и время меняются местами. Чёрная дыра делает кое-что куда более жуткое - она искажает само пространство так, что у фотона больше нет направления наружу. Это никак не связано со скоростью.
Скорость света — константа даже там
Общая теория относительности Эйнштейна неумолима. Скорость света в вакууме абсолютна. 299 792 км/с - и ни метром в секунду меньше. В локальном масштабе, где бы вы ни находились - у поверхности Земли, на орбите вокруг нейтронной звезды или внутри горизонта событий - основные законы физики остаются нетронутыми. Ваш фонарик работает по тем же правилам, что и всегда.
Парадоксально, но в чёрной дыре ничего-таки волшебного и не происходит. Там нет единорогов и пространство по сути такое же, только сжатое. Там работает вся физика Вселенной, но она неизбежно меняется из-за невероятной гравитации. Тем не менее, база остаётся всё той же.
Так в чём же дело? Если свет летит с максимально возможной скоростью - почему он не улетает?
Аналогия с водопадом
Чтобы понять происходящее, физики пользуются аналогией с водопадом. Вместо абстрактных уравнений представьте себе реку.
Далеко от чёрной дыры вода в реке спокойна, почти неподвижна. Чем ближе к чёрной дыре тем сильнее течение. Горизонт событий - это граница, где вода устремляется вниз именно со скоростью света. За горизонтом - течение быстрее света. Рыба, которая плывёт изо всех сил вверх по потоку то есть со скоростью света всё равно несётся вниз вместе с водой. Не потому что она медленная. Просто река сильнее.
Пространство-время ведёт себя именно так. Вблизи чёрной дыры оно буквально течёт внутрь. На горизонте событий это течение достигает скорости света. Оказавшись внутри, поток пространства несёт всё к центру быстрее, чем любой фотон способен сквозь него пробиться.
Впрочем, даже аналогии с течением неправильные, но они удобны. Ничего, кроме материи, которая стремится в сторону огромной гравитации, там не течет. Пространство в принципе не может течь, так как это удобная математическая модель для описания, но не физическая сущность. Тем не менее, мы допускаем пример с водопадом.
Что происходит с фотоном внутри
Внутри горизонта событий фотон продолжает лететь с максимальной скоростью в своём локальном пространстве. Но это пространство целиком и полностью несётся к центру чёрной дыры. Фотон движется наружу относительно ближайших атомов если они там есть и одновременно неотвратимо падает вглубь относительно внешней вселенной.
Каждое возможное направление движения математически указывает в сторону сингулярности. У фотона нет выбора не потому, что его скорость мала. А потому, что наружу как направления больше не существует.
Почему это важно
Скорость света внутри чёрной дыры не просто. Она продолжает выполнять свою фундаментальную роль - быть абсолютным ограничением для причинно-следственных связей. Ни информация, ни сигнал, ни частица не могут обогнать фотон. Законы физики не сломаны. И это очень важно в плане осознания физик чёрных дыр.
Сломана там геометрия. Чёрная дыра не нарушает правила игры. Она меняет форму самого поля, на котором эта игра ведётся.
И глобальный вывод тут - странная природа чёрных дыр не в том, что внутри действуют другие законы. Законы те же самые. Странность в том, что пространство и время деформированы настолько жёстко, что любое возможное будущее любого объекта внутри горизонта указывает в одну сторону - к сингулярности.
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.