Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Но никогда не забывайте — они опасны . Черная дыра может убить вас разными способами. Некоторые из них простые, а некоторые очень замысловатые. Если вы не напрашиваетесь на неприятности, все эти способы крайне маловероятны, но если вам нужны массовые разрушения в крупных масштабах, тогда черная дыра — это подходящая идея.

Как говорилось в главе 4, согласно определению, черная дыра — это объект, скорость убегания (вторая космическая скорость) для которого равна скорости света или превышает ее. Это означает, что все, что попадает в дыру, выбраться из нее не может, потому что, насколько нам известно, ничто не может двигаться со скоростью больше скорости света.

Следовательно, первая и самая очевидная опасность от черной дыры — это, буквально, падение в нее. Если такое происходит, ну что ж, ничего не поделаешь. Это поездка в один конец. С вами покончено. Больше не о чем говорить.

Это не очень-то впечатляющий способ, которым черная дыра может расправиться с вами — никаких лучей смерти, никаких массовых и ужасных разрушений. Просто плюх! И вас уже нет.

Такое отсутствие драматизма как-то скучновато для рассказа. Но это также противоречит здравому смыслу [37] Привыкайте. Ваш здравый смысл сейчас потерпит поражение. . Если вы находитесь на ракете, погружающейся в черную дыру, разве нельзя просто развернуть ракету, включить двигатели на самую полную мощность и улететь?

Нет, нельзя. Исключительно мощные силы тяготения вблизи черной дыры заставляют нас изменить свой взгляд на пространство, время и движение.

С математической точки зрения притяжение, которое вы ощущаете от объекта, уменьшается с квадратом расстояния до него; удвойте свое расстояние до объекта, и его притяжение, которое вы ощущаете, упадет в 2 × 2 = 4 раза. Отойдите в десять раз дальше, и притяжение упадет в 10 × 10 = 100 раз. Отдаляйтесь на сколь угодно большое расстояние — притяжение продолжает действовать, и эта сила никогда на самом деле не снижается до нуля [38] Это означает, что астронавты, находящиеся на орбите Земли, невесомы не потому, что они вне пределов притяжения Земли; они невесомы потому, что они падают. Когда вы сидите на стуле, вы ощущаете притяжение как силу, тянущую вас вниз, на сиденье, которое удерживает ваш вес. Если ваш вес нечему удерживать, вы не ощущаете силы тяготения, так что, когда вы падаете, вы невесомы. Именно поэтому кажется, что астронавты на орбите находятся в невесомости — свободном падении. На орбите обычной высоты (около 500 км) силы тяготения Земли всего на 10 % слабее, чем на ее поверхности. Представьте это так: если бы силы тяготения Земли не притягивали астронавтов, они бы улетели в дальний космос! .

Итак, представьте, что вы находитесь на поверхности Земли (это должно быть достаточно просто) и держите в руках мяч. Вы подбрасываете его в воздух. Летящий вверх мяч тянет вниз сила тяготения, замедляя его скорость. В конце концов мяч останавливается (скорость = 0), после чего начинает падать на Землю, постоянно ускоряясь, пока вы не поймаете его.

Теперь представьте, что вы подбросили мяч очень высоко, скажем, на несколько километров. Он летит вверх, а сила тяготения тянет его вниз, замедляя движение, но чем выше он поднимается, тем слабее становится сила тяготения, потому что он удаляется от Земли . Поэтому да, он замедляется, но чем выше он поднимается, тем медленнее он начинает замедляться, потому что с высотой притяжение ослабевает.

Это означает, что, если вы сможете подбросить мяч с подходящей скоростью, силы тяготения будут замедлять его с такой же интенсивностью, с какой сами будут ослабевать. Мяч будет постоянно замедляться, но так никогда и не достигнет нулевой скорости. Он будет постоянно удаляться от Земли, но все медленнее и медленнее.

Это определение второй космической скорости , или скорости убегания, — начальная скорость, которую вы должны придать подброшенному телу, такая, при которой оно будет постоянно удаляться от объекта (такого как Земля), постоянно замедляясь, но никогда не останавливаясь и не падая обратно на поверхность.

Если вы подбросите мяч со скоростью чуть меньше второй космической, он улетит далеко, но в конце концов вернется. Если вы подбросите его сильнее, он просто улетит. При второй космической скорости — 11,18 км/с на поверхности Земли — мяч как раз сможет преодолеть притяжение Земли.

Однако, так как притяжение ослабевает с расстоянием, вторая космическая скорость также уменьшается с расстоянием. Если бы вы стояли на вершине очень высокой горы, скорость, с которой вам нужно было бы подбросить мяч, была бы чуть меньше скорости, которую вам нужно придать ему на уровне моря. Кроме того, вторая космическая скорость — это импульс; то есть это скорость, которую вам нужно сразу придать объекту, чтобы он смог преодолеть притяжение. Если каким-то образом вам удастся продолжать увеличивать скорость летящего вверх тела, тогда концепция второй космической скорости становится немного сложней.