Космические рубежи теории относительности

Если чёрная дыра вращается медленнее, чем с предельной скоростью, то вид её при наблюдении с направлений вне экваториальной плоскости в основном такой же, как у предельной керровской дыры. Однако при взгляде из экваториальной плоскости (θ = 90°) обнаруживаются некоторые новые детали. Чтобы понять их происхождение, следует обратить внимание на соответ ствующую диаграмму Пенроуза. На рис. 12.18 изображена диаграмма Пенроуза для керровской чёрной дыры при М > а.

РИС. 12.18. Диаграмма Пенроуза для керровской чёрной дыры с М > а. Если чёрная дыра вращается со скоростью меньше предельной, то свет от сингулярности, которая ограничивает вторую отрицательную Вселенную (Вселенную 2А), отражается изнутри чёрной дыры к удалённому астроному в нашей Вселенной.

В нашей Вселенной (Вселенная 3) астроном всё ещё наблюдает свет, приходящий как непосредственно из Вселенной 2, так и с ограничивающей её сингулярности. К нему продолжает поступать и отраженный свет из Вселенной 1 (предшествующей Вселенной с положительным пространством) и из отдалённого прошлого его собственной Вселенной. Однако, поскольку дыра вращается медленно, на диаграмме Пенроуза появляется ещё одна Вселенная с отрицательным пространством. Свет от сингулярности, ограничивающей эту добавочную отрицательную Вселенную (Вселенную 2А), также отражается изнутри дыры в сторону удалённого астронома. Таким образом, последний может видеть свет с сингулярности Вселенной 2А. Соответствующие лучи попадают к удалённому астроному лишь в том случае, если он находится в экваториальной плоскости чёрной дыры (θ = 90°). На рис. 12.19, основанном на расчётах Каннингэма, показан вид почти - предельной керровской чёрной дыры (а = 10% М). Вид этот почти такой же, как и в предельном случае (рис. 12.17, В), однако теперь виден свет от сингулярности, ограничивающей вторую отрицательную Вселенную. Свет от этой второй сингулярности появляется несколько левее в поле зрения и включает два небольших «крыла», слегка поднимающихся и опускающихся относительно экваториальной плоскости.

РИС. 12.19. Вид почти-предельной керровской чёрной дыры при θ = 90°. При наблюдении из экваториальной плоскости непредельной (М > а) вращающейся чёрной дыры астроном может видеть свет из второй отрицательной Вселенной (Вселенной 2А), отраженный к нему изнутри дыры.

На очереди - занимательное упражнение, героями которого будут отчаянные космонавты: что они увидят, ныряя во вращающуюся керровскую чёрную дыру и выныривая из неё? Рассмотрим сначала полёт «камикадзе». Два космонавта покидают нашу Вселенную и ныряют в непредельную керровскую чёрную дыру в её экваториальной плоскости. Направив свой космический корабль в экваториальной плоскости дыры, они понимают, что врежутся в сингулярность и будут разорваны бесконечно сильно искривлённым пространством-временем. И всё же они решаются...

РИС 12.20. Полёт «камикадзе». Здесь на диаграмме Пенроуза изображена мировая линия двух космонавтов, гибнущих в чёрной дыре. Космонавты ведут свой космический корабль в экваториальной плоскости непредельной керровской чёрной дыры ( М > а).

На рис. 12.20 приведена мировая линия этих космонавтов - самоубийц. Они направляются прямо к сингулярности в экваториальной плоскости. Согласно обозначениям, использованным в предыдущем случае, они начинают путешествие в нашей Вселенной (Вселенной 3). Как и астроном, наблюдающий чёрную дыру, космонавты могут видеть свет из Вселенной 2, Вселенной 2А и Вселенной 1. Кроме того, после пересечения внешнего горизонта событий они могут видеть Вселенную 4-Вселенную с положительным пространством, находящуюся на диаграмме Пенроуза напротив нашей Вселенной. Наконец, после пересечения внутреннего горизонта событий они увидят и Вселенную 5-ту Вселенную с отрицательным пространством, которую ограничивает роковая для них сингулярность. На рис. 12.20 изображены эти различные Вселенные и мировые линии, по которым распространяются характерные лучи света.

Для своего путешествия космонавты сконструировали специальный корабль. Их космический корабль снабжен двумя большими иллюминаторами (рис. 12.21). В каждый из них видно в точности половину небесной сферы. При конструировании корабля космонавты учли один важный факт: при вхождении в эргосферу эффект увлечения инерциальных систем должен вызвать быстрое вращение корабля. Для избежания этой помехи предусмотрены стабилизирующие ракетные двигатели, которые обеспечивают ориентацию носового иллюминатора всегда в сторону сингулярности, а кормового - всегда в сторону внешней Вселенной.

РИС. 12.21. Космический корабль, увлекающий космонавтов в дыру. Через каждый из двух иллюминаторов корабля видно в точности половину небесной сферы. Космический корабль оснащен стабилизирующими ракетными двигателями, чтобы носовой иллюминатор был всегда направлен на сингулярность, а кормовой - в прямо противоположную сторону.