Смерть с небес

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.

Например, вы действительно можете улететь от Земли на более низкой скорости, чем вторая космическая, — по крайней мере, вторая космическая скорость на поверхности. Предположим, у вас есть ракета с неистощимым запасом топлива. Вы запускаете ее со скоростью, скажем, 96 км/ч и регулируете тягу так, чтобы поддерживать именно такую скорость, не замедляясь и не ускоряясь. В конце концов ракета отойдет от Земли на такое расстояние, где притяжение планеты гораздо слабее и скорость убегания упала до 96 км/ч.[39] В этот момент вы преодолели притяжение, но вовсе не на скорости 11,18 км/с — второй космической скорости на поверхности Земли.

Значит, мы можем экстраполировать это на черные дыры, так? Если бы я провалился в черную дыру и имел достаточно большую ракету, то мог бы использовать ее тягу и улететь достаточно далеко от дыры, туда, где скорость убегания становится более приемлемой. И тогда я свободен!

Печально, но это не сработает. Если бы черные дыры были лишь еще одним массивным объектом, с вами все было бы в порядке, именно как в примере выше. Но черные дыры не просто какой-то привычный объект!

Одним из больших достижений Альберта Эйнштейна в науке была идея, что пространство — это объект. Оно не пустое; оно подобно ткани, в которой находятся массивные объекты. Объект, обладающий массой, обладает силами тяготения, и эти силы тяготения изгибают пространство (примером в прошлой главе был шар для боулинга, лежащий на матрасе и прогибающий его). Траектория любого объекта, проходящего мимо более массивного, будет искривлена таким прогибом пространства за счет силы тяготения.