Д. Ш.: Существование «голой» сингулярности это теоретический сценарий коллапса звезды, при котором вокруг нее не образуется горизонт событий и, следовательно, сингулярность можно наблюдать.
В 1967 году Джон Уилер ввел в научный обиход термин «черная дыра», и он заменил более раннее название «замороженная звезда». Так ученый хотел подчеркнуть тот факт, что остатки сжавшейся звезды представляют интерес сами по себе, вне зависимости от того, как они образовались. Новый термин быстро прижился. Он намекал на нечто темное, загадочное Не обошлось без курьезов. Но французы и это так похоже на них посчитали новое именование немного рискованным. Словосочетание trou noir они назвали непристойным и долгое время не принимали его. Однако протестовать было так же нелепо, как против прижившегося le weekend и других помесей французского и английского. В конце концов оставили все как есть кто может сопротивляться такой научной знаменитости?
Находясь снаружи, вы не сможете сказать, что находится внутри черной дыры. Вы можете забросить туда телевизор, кольцо с бриллиантами или даже своих злейших врагов черная дыра будет «помнить» только о своей общей массе, угловой скорости вращения, электрическом заряде и больше ни о чем. Джон Уилер известен еще и тем, что дал афористичное описание этому свойству черных дыр: «У черной дыры нет волос». Что лишний раз подтвердило нехорошие подозрения французов.
У черной дыры есть граница, называемая горизонтом событий. Это сфера, на которой гравитационные силы настолько сильны, что притягивают даже свет и не дают ему уйти. Поскольку ничто не может двигаться быстрее света, черная дыра тем более затянет его в свои недра. Падение сквозь горизонт событий сравнимо с путешествием по Ниагарскому водопаду в каноэ. Если вы плывете выше водопада, то еще есть возможность спастись, если грести достаточно быстро. Однако как только вы пересечете критическую линию у основания водопада вы пропали. Пути назад нет. Чем ближе к водопаду, тем стремительнее течение. Это означает, что нос каноэ будет тянуть сильнее, чем корму. Каноэ может попросту разорвать пополам. То же самое происходит и в черной дыре. Если вы приближаетесь к ней ногами вперед, то приливные силы будут сильнее тянуть за ноги, чем за голову ведь ноги ближе к черной дыре. В результате вы будете растянуты в длину и сдавлены с боков. Если масса черной дыры в несколько раз превышает солнечную, то вы превратитесь в спагетти еще до того, как достигнете горизонта. Однако если вы соберетесь упасть в куда более массивную черную дыру с массой в несколько миллионов солнечных, то вы без труда достигнете горизонта. Одним словом, если хотите разузнать, что находится внутри черной дыры, убедитесь, что ваш выбор пал на достаточно большой экземпляр. Кстати, в центре нашей Галактики (которая называется Млечный Путь) есть прекрасная черная дыра с массой около четырех миллионов масс Солнца.
Д. Ш.: Ученые считают, что гигантские черные дыры есть в центрах очень многих галактик. Это замечательная мысль, тем более что недавно это было подтверждено наблюдениями.
Пересекая горизонт событий огромной черной дыры, вы не заметите ничего особенного, а некто наблюдающий за вами издалека никогда не заметит, что вы пересекли горизонт событий. Наоборот, ему будет казаться, что ваше движение замедлилось и что вы парите в непосредственной близости от горизонта событий. Ваш образ будет становиться все туманнее и туманнее, все краснее и краснее, пока вы и вовсе не исчезнете из виду. Для мира за пределами черной дыры вы будете потеряны навсегда.
Д. Ш.: Поскольку даже свет не может вырваться из черной дыры, то нет никакого способа передать наружу какие-либо свидетельства вашего погружения в нее. В безвоздушном космическом пространстве никто не услышит ваших криков, а в черной дыре никто не заметит, как вы исчезнете.
Мы сильно продвинулись в понимании этого загадочного феномена с тех пор, как были опубликованы новые математические соображения в 1970 году. Дело в том, что площадь горизонта событий[4] характеризуется тем, что может только увеличиваться, когда вещество или излучение падают в черную дыру. Это свойство предполагает, что можно провести аналогию между понятием площади горизонта черной дыры и классической физикой, в частности, понятием энтропии в термодинамике. Энтропия некоторой системы это мера хаотичности в ней или, что то же самое, мера неопределенности ее состояния. Знаменитое второе начало термодинамики гласит, что энтропия системы всегда возрастает со временем. И математическая модель, предложенная в 1970 году, положила начало исследованиям этой важнейшей связи.
Д. Ш. Энтропия определяет тенденцию упорядоченной системы становиться со временем все более неупорядоченной, неорганизованной. К примеру, стена из аккуратно пригнанных друг к другу кирпичей это система с низкой энтропией. Со временем стена ветшает, рассыпается и превращается в неприглядную кучу мусора, то есть приходит в состояние с высокой энтропией. Этот процесс описывается вторым началом термодинамики.
Несмотря на то, что связь между энтропией и площадью горизонта событий черной дыры стала очевидной, ученым не было ясно, как именно площадь может быть определена через энтропию черной дыры. Что вообще значит словосочетание «энтропия черной дыры»? Важное предположение сделал в 1972 году Яаков Бекенштейн, аспирант Принстонского университета; позднее он стал сотрудником Еврейского университета в Иерусалиме. Идея заключается в следующем. В результате гравитационного коллапса формируется черная дыра, и она быстро переходит в некоторое стационарное состояние, которое определяется только тремя параметрами: массой, угловой скоростью вращения и электрическим зарядом. Помимо этих трех характеристик черная дыра не хранит больше ничего от того объекта, который коллапсировал.