Космические рубежи теории относительности

Одновременно с быстрым ослаблением яркости умирающей звезды вступает в игру и другой важный эффект. Вспомним, что в гл. 5 упоминалось о том, что тяготение вызывает замедление течения времени. Этот эффект именуется гравитационным красным смещением, ибо свет, испускаемый атомами, погруженными в гравитационное поле, «смещается» в сторону более длинных волн. Поэтому в ходе усиления гравитационного поля вблизи звезды в процессе её коллапса свет, испускаемый атомами на поверхности этой звезды, испытывает всё большее и большее красное смещение. Поэтому для наблюдающего её со стороны астронома коллапсирующая звезда становится одновременно и слабой, и излучающей свет всё более длинных (более «красных») волн.

РИС. 8.8. Скорость тела при свободном падении. Удалённый наблюдатель видит, что свободное падение тела на чёрную дыру замедляется по мере того, как оно приближается к горизонту событий. Кажется, что на горизонте событий тело «застывает», ибо там останавливается течение времени.

Замедление хода времени, которое почти невозможно заметить в слабом гравитационном поле Земли, становится в процессе образования чёрной дыры фактором фундаментальной важности. Ведь на самом горизонте событий течение времени полностью останавливается (рис. 8.8). При объяснении этого утверждения нужно быть очень осторожным. Проиллюстрируем ситуацию, вообразив, что мы бросили в чёрную дыру камень. Допустим, вы выпустили этот камень из рук, находясь очень далеко от чёрной дыры, где пространство-время почти плоское. Наблюдая движение камня, мы увидим, что по мере приближения к чёрной дыре он падает всё быстрее и быстрее. Если бы была верна ньютоновская теория, то наш камень продолжал бы увеличивать скорость, и в тот момент, когда он врезался бы в сингулярность, он двигался бы практически с бесконечной скоростью. Но в столь сильных гравитационных полях ньютоновская теория не может давать правильных ответов. Оказывается, когда камень подлетает к горизонту событий, начинает преобладать действие замедления времени. Вы обнаружите, к своему удивлению, что камень начинает падать всё медленнее и совсем останавливается на горизонте событий, потому что на этом горизонте для внешнего наблюдателя перестает течь время. Оставаясь вдалеке от чёрной дыры, мы должны прождать бесконечно долгий промежуток времени, чтобы увидеть, как камень пересечёт горизонт событий.

Итак, мы никогда не увидим такого события, как пересечение камнем горизонта событий. Тот, кто падает вместе с камнем, будет наблюдать совершенно иную картину. Свободно падающий наблюдатель не сможет заметить замедления времени. Если вы попробуете сказать ему, что его часы идут замедленно, он решительно возразит. Он сравнит свои часы со всеми часами в своем космическом корабле, проверит их по скорости распада радиоактивных изотопов и даже сверит их со своим пульсом. С точки зрения падающего наблюдателя, время продолжает у него идти так, как и раньше. Удалённый наблюдатель, находящийся в плоском пространстве-времени, объяснит эту странную ситуацию тем, что всё, наблюдаемое падающим наблюдателем, замедлилось в одной и той же пропорции, включая его пульс, его процессы мышления и темп, в котором он стареет. Согласно утверждению удалённого наблюдателя, космонавт, падающий на чёрную дыру, никогда не достигнет горизонта событий; он останется живым навсегда в преддверии вступления в чёрную дыру в состоянии замедленной жизнедеятельности, и ему потребуются многие миллиарды лет, чтобы преодолеть те несколько сантиметров, которые отделяют его от горизонта событий.