Космические рубежи теории относительности - Кауфман Уильям - Страница 54

Уверенные в том, что гибель им не грозит, два космонавта садятся в свой корабль и начинают падать вниз, в дыру. Находясь ещё далеко от чёрной дыры, они делают первую пару снимков (рис. 12.27,А). Так как они находятся пока в почти плоском пространстве-времени, картина получается почти такой же, какую наблюдает любой достаточно удалённый астроном. (Ср. рис. 12.27,А и рис. 12.17,А)

Приближаясь ко внешнему горизонту событий, космонавты оказываются всё дальше и дальше от Вселенных 1 и 2, изображения которых становятся всё меньше и меньше. Они вообще исчезают навсегда, как только космический корабль пересекает внешний горизонт событий. Этот факт подтверждается анализом мировых линий типичных лучей света на диаграмме Пенроуза (см. рис. 12.24). Непосредственно перед тем, как пересечь внешний горизонт событий, космонавты замечают, что становится виден захваченный свет, обращающийся вокруг чёрной дыры; это видно на второй паре фотографий (рис. 12.27,Б).

Как уже отмечалось, Вселенные 1 и 2 исчезли с глаз космонавтов при пересечении ими внешнего горизонта событий. На третьей паре снимков (рис. 12.27,В) видно, что средняя часть поля зрения носового иллюминатора заполнена лишь захваченным чёрной дырой светом.

Упав под внешний горизонт событий, космонавты могут видеть свет из Вселенной 4. В этом легко удостовериться, рассмотрев мировые линии типичных лучей света на диаграмме Пенроуза (рис. 12.24). Поэтому на паре снимков, сделанных в промежутке между двумя горизонтами (рис. 12.27, Г), в центре поля зрения носового иллюминатора появляется область, заполненная светом из Вселенной 4.

На пути от внешнего к внутреннему горизонту событий область, занятая светом из Вселенной 4, сначала увеличивается, но потом начинает уменьшаться, а на внутреннем горизонте событий Вселенная 4 вообще исчезает из виду. Всё поле зрения как носового, так и кормового иллюминатора заполнено лишь светом из Вселенной 3. В момент пересечения внутреннего горизонта событий до космонавтов не может дойти свет ни из какой другой Вселенной, как видно по паре фотографий, снятых в этой точке (рис. 12.27,Д). Отметим, что здесь изображения звёзд и галактик нашей Вселенной подверглись сильнейшему искажению.

РИС. 12.27.

А: Вдали от чёрной дыры. Когда корабль находится далеко от чёрной дыры, картина из носового иллюминатора очень похожа на ту, которую видит удалённый астроном. Из кормового иллюминатора открывается просто вид на нашу Вселенную, из которой прилетели космонавты.

Б: Прямо над внешним горизонтом событий. Когда космонавты приближаются к внешнему горизонту событий, видимые размеры Вселенных 1 и 2 стремительно сокращаются. Из носового иллюминатора космонавты видят также область захваченного света. Вид нашей Вселенной из кормового иллюминатора начинает искажаться.

В: У внешнего горизонта событий. При переходе сквозь внешний горизонт событий Вселенные 1 и 2 полностью исчезают из виду. Средняя часть поля зрения носового иллюминатора заполнена лишь захваченным светом, а картина нашей Вселенной из кормового иллюминатора значительно исказилась.

Г: Между внешним и внутренним горизонтами событий. Между двумя горизонтами в середине поля зрения носового иллюминатора можно видеть свет из Вселенной 4. Продолжает усиливаться искажение образов в нашей Вселенной (Вселенной 3).

Д: У внутреннего горизонта событий. Вблизи внутреннего горизонта событий до космонавтов доходит только свет из нашей Вселенной (Вселенной 3). Однако образы звёзд и галактик сильнейшим образом искажены.

Е: Вблизи момента отскока. Под внутренним горизонтом событий через иллюминатор, обращенный к сингулярности, можно видеть свет из Вселенной 5. Полностью перемешан свет, из прошлого, настоящего и будущего нашей Вселенной (Вселенной 3).

Ж: У внутреннего горизонта событий. При пересечении космонавтами внутреннего горизонта событий на обратном пути из чёрной дыры большую часть поля зрения носового иллюминатора, обращенного к сингулярности, заполняет свет из Вселенной 5.

3: Между внутренним и внешним горизонтами событий. При удалении корабля от чёрной дыры после отскока в поле зрения космонавта, смотрящего наружу из (кормового) иллюминатора, появляются Вселенные 6 и 4. Область света из Вселенной 5, наблюдаемая через носовой иллюминатор (направленный внутрь), становится всё меньше и меньше.

И: У внешнего горизонта событий. Ни у внешнего горизонта событий, ни выше его до космонавтов не может доходить свет из Вселенных 4 или 6. Изображение Вселенной 5, от которой они удаляются, продолжает уменьшаться в размерах.

К: Прямо над внешним горизонтом событий. Пройдя вверх сквозь внешний горизонт событий, космонавты могут видеть Вселенную 7 в середине кормового (направленного наружу) иллюминатора. Вселенная -5 становится всё меньше и меньше.

Л: Далеко от чёрной дыры. Когда чёрная дыра осталась далеко позади, Вселенная 7 занимает всё поле зрения кормового (направленного наружу) иллюминатора. Вид в сторону чёрной дыры такой же, какой может наблюдать чужой астроном, обитающий на некой планете во Вселенной 7.

Опустившись под внутренний горизонт событий, космонавты могут видеть свет из Вселенной 5. Как до, так и после момента отскока Вселенная 5 видна в центре поля зрения носового иллюминатора. Нужно помнить, что как до отскока, так и после носовой иллюминатор направлен на сингулярность. Аналогично кормовой иллюминатор всё время смотрит во внешнюю Вселенную (на пути туда - во Вселенную 3, а на обратном пути - во Вселенную 7). Поэтому пара снимков, сделанных близ момента отскока (рис. 12.27,Е), будет правильно отражать картину как непосредственно до, так и сразу после этого момента.

Удаляясь на обратном пути из чёрной дыры от сингулярности, космонавты видят, как область, занятая светом из Вселенной 5, продолжает увеличиваться в размерах. Из пары снимков, сделанных на внутреннем горизонте событий (рис. 12.27,Ж) видно, что Вселенная 5 занимает почти всё поле зрения носового иллюминатора, направленного к сингулярности.

Когда космонавты поднимаются сквозь внутренний горизонт событий, они начинают видеть Вселенную 6. Кроме того, к ним попадает и, отраженный свет из Вселенной 4. Он отражается от сингулярности, ограничивающей Вселенную 6, что можно выяснить, исследуя мировые линии типичных лучей света на диаграмме Пенроуза (рис. 12.24). Пара снимков, сделанных между двумя горизонтами (рис. 12.27,3), показывает также, что космонавты снова видят захваченный свет. И наконец, поскольку они уходят всё дальше и дальше от Вселенной 5, её изображение теперь становится всё меньше и меньше.

Исследуя на диаграмме Пенроуза (рис. 12.24) мировые линии типичных лучей света, можно увидеть, что на внешнем горизонте событий до космонавтов не может доходить свет из Вселенной 4 или 6. Поэтому, как только космонавты достигают внешнего горизонта событий, эти две Вселенные пропадают из виду. Как видно на паре снимков, сделанных в этой точке (рис. 12.27,И), захваченный свет заполняет середину поля зрения кормового иллюминатора (направленного во внешнюю Вселенную). Отметим также, что Вселенная 5, от которой космонавты удаляются, стала казаться ещё меньше.

Вылетев за внешний горизонт событий, космонавты оказываются во Вселенной 7, в которой их путешествие завершается. Поэтому Вселенная 7 появляется в центре поля зрения внешнего (кормового) иллюминатора, как это видно на паре снимков, сделанных сразу над внешним горизонтом событий (рис. 12.27,К). По мере того как космонавты удаляются от чёрной дыры, Вселенная 7 занимает всё больше и больше места в иллюминаторе. При этом изображение Вселенной 5 продолжает уменьшаться в размерах, как и изображение нашей Вселенной (Вселенной 3). Поэтому на очень большом расстоянии от чёрной дыры Вселенная 7 заполняет полностью весь внешний (кормовой) иллюминатор. Свет из Вселенных 3 и 5 сохраняется лишь в крохотном кружке в центре внутреннего (носового) иллюминатора. На паре снимков, сделанных в конце путешествия (рис. 12.27, Л), будет наблюдаться та же картина, которую видит «чужой» астроном, живущий во Вселенной 7.