Итак, ни какие процессы не уменьшают размеры чёрных дыр.
Чёрные дыры после своего возникновения являются как бы бездонными пропастями, которые нельзя никак уменьшить, нельзя ничем заполнить и нельзя ничем «заткнуть» - они являются вечными «дырами» в пространстве и времени, способными только увеличиваться за счёт падающего в них вещества. Это всё растущие гравитационные бездны…
1.5 За краем гравитационной бездны. До сих пор мы говорили о процессах вокруг чёрной дыры. Обратимся теперь к самому захватывающему и интригующему: попробуем подойти к границе чёрной дыры – к краю этой бездонной пропасти (её нельзя ни чем заполнить) и попытаемся заглянуть внутрь.
Увидеть, что происходит внутри чёрной дыры невозможно, даже достигнув её границы. Для этого необходимо последовать внутрь чёрной дыры. В принципе это возможно, например, при свободном падении (находясь в космическом аппарате) в поле тяготения чёрной дыры. За конечное собственное время такого падающего наблюдателя он достигнет горизонта, и будет продолжать падать дальше.
Но мы уже знаем, что такое путешествие будет иметь для космонавта самые серьёзные последствия. Ведь из чёрной дыры ничто не возвращается, ничто не выходит во внешнее пространство. Никогда не сможет вернуться и космонавт, какой бы мощностью не обладали ракетные двигатели его аппарата. Он не сможет также, и послать какое-либо сообщение о своих наблюдениях (хотя и может продолжать получать сообщения от нас). И тем не менее в принципе такое путешествие возможно. Что же ждёт его внутри чёрной дыры?
Прежде чем отправится вместе с космонавтом, вспомним ещё одно гравитационное явление, хорошо всем известное. Речь идет о приливных гравитационных силах. Эти силы проявляются потому, что все тела, находящиеся в поле тяготения, имеют некоторые размеры. А поля тяготения всегда неоднородны, и разные точки притягиваемых тел испытывают несколько различную силу тяготения.
Пусть тело находится в поле тяготения планеты. Точки тела, находящиеся ближе к планете, будут испытывать более сильное тяготение, чем точки, отстоящие дальше. Эта разность сил тяготения и называется приливной силой, стремящейся растянуть, разорвать тело. Приливная сила тем больше, чем резче меняется поле тяготения от точки к точке. Такая «разностная» сила проявляется и при свободном падении тела, и при покое. В этом отношении она резко отличается от действия самого тяготения, которое не проявляется в состоянии свободного падения.
Разумеется, в обычных условиях, скажем, в кабине космического корабля, летящего вокруг Земли, приливные силы ничтожны, незаметны. Незаметны они и для обычных тел на поверхности Земли. Но они пропорциональны размерам тел. Поэтому проявляются (и весьма заметно) для всей Земли, подвергающейся тяготению со стороны Луны. Рассматриваемые силы вызывают приливы в океанах, откуда и произошло их название.
Но вернемся к наблюдателю, падающему в чёрную дыру. Поместим сначала его на поверхность звезды, которая находится в состоянии релятивистского коллапса. Противоборствующие силы давления вещества звезды при этом практически уже не оказывают никакого сопротивления нарастающей гравитаций, поверхность звезды пересекает гравитационный радиус и продолжает сжиматься дальше. Процесс остановиться не может, и за короткий промежуток времени (по часам наблюдателя на поверхности звезды) эта поверхность сожмётся в точку, а плотность вещества станет бесконечной. Достигается, как говорят физики сингулярное состояние. Чем оно характеризуется?
Не вдаваясь в тонкости, ответим на этот вопрос так: при приближении к сингулярности приливные гравитационные силы стремятся к бесконечности. Это означает, что любое тело (в том числе и наш воображаемый наблюдатель) будет разорвано. То же самое ожидает и любое тело, падающее в чёрную дыру уже после сжатия звезды, оно также достигает сингулярности. Можно ли как-нибудь избежать падения в сингулярность, если тело уже находится под горизонтом?
Оказывается, нет. Падение в сингулярность неизбежно. Как бы космонавт ни маневрировал на своей ракете, как бы ни были мощны двигатели, ракета быстро упадёт в сингулярность.
Самое «долгое» время, которое ракета может просуществовать внутри чёрной дыры после пересечения горизонта, равно примерно времени, за которое свет проходит расстояние, равное размеру чёрной дыры. Это короткий миг. Для дыры с массой в десять масс Солнца максимально
«долгое» время существования равняется всего одной стотысячной доле секунды.
Чтобы просуществовать это максимально «долгое» время, космический корабль должен осуществить следующий манёвр. При падании в чёрную дыру нужно включить на полную мощность двигатель при подлёте к горизонту так, чтобы почти остановиться у самого горизонта. После этого необходимо выключить двигатель и дать кораблю свободно падать вдоль радиуса (от горизонта до сингулярности). Время такого падения и будет максимальным временем существования. Любые попытки космонавта как-то затормозить с помощью включения двигателя падение внутрь чёрной дыры или попытки направить корабль в орбитальное движение приведут только кто к тому, что корабль упадёт в сингулярность за более короткий промежуток времени (по часам космонавта). Как же так может быть?
Работа двигателей не в состоянии побороть огромную силу тяготения внутри чёрной дыры и остановить ракету, но всё, же торможение должно хоть немного замедлить падение, сделать его более продолжительным. И уж тем более торможение не ускорит падение!
И, тем не менее, внутри чёрной дыры это возможно. Дело в том, что, включая двигатели, космонавт разгоняет свою ракету (назовём её А) по отношению к свободно падающей ракете (ракета Б). Но на разгоняющейся ракете, как мы напоминали, время течёт медленнее. А внутри чёрной дыры этот фактор оказывается решающим. Ракета А всё равно падает в сингулярность . Но из-за того что часы на ней шли существенно медленнее с точки зрения ракеты Б, то и весь процесс падения занял по часам А меньше времени . Идя медленнее, часы А «натикают» меньше секунд (или долей секунды), то есть с точки зрения этих часов падение было менее продолжительным! Вот такой парадокс.
Вернёмся теперь к проблеме приливных сил тяготения. Давайте, сравним приливные силы, которые действуют на космонавтов в кабине космического корабля на орбите вокруг Земли и на космонавта, падающего в чёрную дыру.
В первом случае приливные силы растягивают тело космонавта совершенно незаметным образом, их действия соответствуют давлению одной десятимиллиардной доле атмосферы.
При падении в чёрную дыру эти силы огромны даже ещё на её границе. Оказывается, чем меньше масса и размер дыры, тем больше приливные силы на горизонте. Для дыры с массой в тысячу масс Солнца приливные силы соответствуют давлению ста атмосфер. Такие нагрузки человеческое тело уже выдержать не может. Для меньших чёрных дыр приливные силы на границе ещё больше…
Следовательно, если чёрная дыра имеет массу меньше тысячи солнечных, то человек, приблизившись к ней, не может остаться в живых.
Разумеется, при падении космического корабля даже в очень большую чёрную дыру, на границе которой человеку не угрожает опасность быть разорванным приливными силами, корабль, в конце концов, начнёт неудержимо падать к сингулярности, а неограниченно нарастающие приливные силы всё равно рано или поздно разорвут любое тело. Таким образом, не желая кончать жизнь самоубийством, космонавт не станет по собственной инициативе проникать в чёрную дыру.
Напомним ещё раз, что обо всех событиях, протекающих внутри чёрной дыры, наблюдатель, оставшийся вне неё, знает, так сказать, только теоретически. Он не может получить о них никаких сведений, никаких сигналов из-под горизонта чёрной дыры. Вот как поэтично говорит об этом знаменитый индийский физик, живущий в США, лауреат Нобелевской премии С.Чандрасекхар: «Исследуя явления связанные с горизонтами событий и невозможностью передавать через них информацию, я часто повторял про себя сказку о природе, которую слышал в Индии лет пятьдесят назад. Сказка эта называлась «Не потерялась, а просто исчезла» и повествовала о личинках стрекоз, живущих на дне пруда. Их постоянно мучила одна загадка: что происходит с ними, когда, став взрослыми, они поднимаются к поверхности пруда, проходят через неё и исчезают, чтобы больше никогда не вернуться? Каждая личинка, ставшая взрослой и готовящаяся подняться наверх, обязательно обещает вернуться и рассказать оставшимся внизу подругам о том, что же происходит наверху. Ведь только так удастся подтвердить или опровергнуть слухи, распространенные лягушкой: «Будто бы личинка, пересекающая поверхность пруда и оказавшаяся по другую сторону привычного мира, превращается в удивительное существо с длинным стройным телом и сверкающими крыльями. Но, выйдя из воды, личинка превращается в стрекозу, которая, увы, не может проникнуть под поверхность пруда, сколько бы она, ни пыталась и как бы долго, ни парила над его зеркальной поверхностью. И в летописи, которую ведут личинки, нет ни одной строки о личинке, которая возвратилась бы и рассказала, что же происходит с теми, которые пересекали границу их мира. И сказка оканчивается жалобой: «Неужели ни одна из нас, хотя бы из жалости к тем, кого мы бросили внизу, не вернётся и не раскроет секрет?»
1.6 Чёрные дыры – размеры, температура. Чёрные дыры малой массы имеют большую температуру. Так, температура чёрных дыр с массой меньше 1017 - 1016 граммов, выше 109 - 1010 градусов. Размеры таких чёрных дыр составляют всего 10-11 сантиметра – в 1000 раз меньше размеров атома. Размер этих чёрных дыр уже меньше атомного ядра, такие карликовые чёрные дыры не могут возникать в ходе эволюции звёзд. Но их появление было возможным в далёком прошлом. Если в начале расширения Вселенной, когда вещество было плотным, образовались такие «первичные» чёрные дыры с массой меньше 1015 граммов, то все они должны к нашему времени испариться.