Один из самых заветных сценариев научной фантастики — использование черной дыры в качестве портала в другое измерение, время или вселенную. Эта фантазия может быть ближе к реальности, чем предполагалось ранее.

Черные дыры, пожалуй, самые загадочные объекты во Вселенной. Они являются следствием гравитации, сокрушающего умирающую звезду без ограничений, что приводит к формированию истинной сингулярности — что происходит, когда целая звезда сжимается до одной точки, в результате чего получается объект с бесконечной плотностью.

Эта плотная и горячая особенность пробивает дыру в ткани самого пространства-времени, возможно, открывая возможность для путешествий в гиперпространстве. То есть короткий промежуток времени-пространства, позволяющий путешествовать на расстояния космического масштаба за короткий период.

Исследователи ранее думали, что любой космический корабль, пытающийся использовать черную дыру в качестве портала такого типа, должен будет считаться с природой в худшем случае.

Горячая и плотная сингулярность может привести к тому, что космический корабль будет испытывать все более неловкие периодические растяжения и сдавливания, прежде чем полностью испариться.

Пролетая через черную дыру

Моя команда из Университета Массачусетса в Дартмуте и коллега из колледжа Джорджии Гвиннетт показали, что все черные дыры не созданы равными.

Если черная дыра, такая как Стрелец A *, расположенная в центре нашей собственной галактики, большая и вращающаяся, то перспективы космического корабля резко изменяются.

Это потому, что особенность, с которой придется столкнуться космическому кораблю, очень нежна и может позволить очень мирный проход.

Причина, по которой это возможно, заключается в том, что соответствующая особенность внутри вращающейся черной дыры технически «слаба» и, следовательно, не повреждает объекты, которые взаимодействуют с ней.

Поначалу этот факт может показаться нелогичным. Но можно подумать, что это аналогично обычному опыту быстрого прохождения пальца сквозь пламя свечи около 2000 градусов, без ожогов.

Мой коллега Лиор Бурко и я изучаем физику черных дыр уже более двух десятилетий.

В 2016 году моя аспирантка, Кэролайн Маллари, вдохновленная фильмом Кристофера Нолана « Интерстеллар» , намеревалась проверить, сможет ли Купер (персонаж Мэтью МакКонахи) пережить падение в Гаргантюа — вымышленную, сверхмассивную, быстро вращающуюся черную дыру около 100 миллионов долларов. раз масса нашего солнца.

Interstellar был основан на книге, написанной лауреатом Нобелевской премии астрофизиком Кипом Торном, и физические свойства Гаргантюа являются центральными для сюжета этого голливудского фильма.

Опираясь на работу, проделанную физиком Амосом Ори за два десятилетия до этого, и вооружившись своими сильными вычислительными навыками, Мэллари создала компьютерную модель, которая будет фиксировать большинство существенных физических эффектов на космическом корабле или любом большом объекте, падающем в большой вращающийся черный цвет. дыра как Стрелец А *.

Она обнаружила, что при любых условиях объект, падающий во вращающуюся черную дыру, не будет испытывать бесконечно больших эффектов при прохождении через так называемую особенность внутреннего горизонта дыры.

Это особенность, которую объект, входящий во вращающуюся черную дыру, не может маневрировать или избегать.

Мало того, что при правильных обстоятельствах эти эффекты могут быть пренебрежимо малыми, что позволяет довольно удобно проходить через сингулярность.

На самом деле, на падающий объект не может быть заметного влияния. Это увеличивает возможность использования больших вращающихся черных дыр в качестве порталов для путешествий в гиперпространстве.

Маллари также обнаружил особенность, которая не была полностью оценена раньше: тот факт, что эффекты сингулярности в контексте вращающейся черной дыры привели бы к быстрому увеличению циклов растяжения и сжатия на космическом корабле.

Но для очень больших черных дыр, таких как Гаргантюа, сила этого эффекта будет очень мала. Таким образом, космический корабль и любые находящиеся на нем люди не смогут его обнаружить.

Важным моментом является то, что эти эффекты не увеличиваются без ограничений; фактически они остаются конечными, хотя напряжения на космическом корабле имеют тенденцию к бесконечному росту по мере приближения к черной дыре.

Есть несколько важных упрощающих предположений и вытекающих отсюда предостережений в контексте модели Маллари. Основное предположение состоит в том, что рассматриваемая черная дыра полностью изолирована и, таким образом, не подвержена постоянным возмущениям от источника, такого как другая звезда, находящаяся поблизости, или даже от падающего излучения.

Хотя это допущение допускает важные упрощения, стоит отметить, что большинство черных дыр окружены космическим материалом — пылью, газом, излучением. Поэтому естественным продолжением работы Маллари будет проведение аналогичного исследования в контексте более реалистичной астрофизической черной дыры.

Подход Маллари к использованию компьютерного моделирования для изучения воздействия черной дыры на объект очень распространен в области физики черной дыры.

Излишне говорить, что у нас пока нет возможности проводить реальные эксперименты в черных дырах или вблизи них, поэтому ученые прибегают к теории и симуляции, чтобы развить понимание, делая прогнозы и новые открытия.