Свет не тормозит - пропадает само направление «наружу»
Привычная картинка такая: чтобы улететь с Земли, нужна скорость около 11 километров в секунду, а чем тяжелее тело, тем больше нужно. Кажется, что у чёрной дыры порог просто поднялся выше скорости света - а быстрее света ничего не летает. Ответ тут верный, а причина - нет: свет не разгоняется и не проигрывает гонку.
Скорость света всегда одна и та же. Меняется не она, а само пространство-время: масса искривляет его, и луч идёт по самой прямой из доступных траекторий - примерно как самолёт летит «прямо», а на карте выходит дуга. Возле Солнца этот изгиб крошечный, но его измеряли много раз.
Возле чёрной дыры изгиб доходит до предела. Чуть выше горизонта луч, направленный строго вверх, ещё уходит, а направленный под углом - поднимается, заворачивает и падает обратно. Чем ближе к горизонту, тем уже этот конус выхода; на самом горизонте он схлопывается. Ниже нет ни одного направления, которое уводило бы прочь.
Выше не поднимается
Высота, на которую поднимается луч у горизонта событий
Что тогда светится на снимках чёрных дыр
В 2019 году показали первое изображение окрестностей сверхмассивной чёрной дыры - в галактике M87. Светится не она, а раскалённый газ вокруг; часть яркого кольца - это лучи, которые обогнули дыру по дуге и всё-таки ушли к нам. Тёмное пятно в середине заметно больше самого горизонта: лучи, прошедшие рядом, тоже загибаются внутрь.
Есть и переходная полоса. Свет, испущенный почти у самой границы, до нас доходит, но растянутым: длина волны растёт, фотоны приходят всё реже. Уроненный внутрь фонарик со стороны не погас бы разом - он краснел бы и тускнел, пока не пропал совсем.
Где картинка чёрной дыры обычно ломается
Чаще всего мешает слово «засасывает». Издалека чёрная дыра притягивает ровно так же, как любое тело такой же массы: если бы Солнце вдруг стало чёрной дырой, орбиты планет не сдвинулись бы - стало бы просто темно и холодно. Особенным всё делается только вплотную к горизонту.
- Проверь слово «скорость»: у горизонта свет идёт ровно так же быстро, как здесь.
- Проверь слово «стенка»: горизонт - это граница, а не поверхность, задеть там нечего.
- Проверь слово «светится»: на снимках светится газ вокруг, из-за горизонта не приходит ничего.
- Проверь слово «засасывает»: издалека дыра тянет как звезда такой же массы.
Почему свет не может выйти из-за горизонта событий?
Что на снимках чёрной дыры выглядит ярким кольцом?
Источники
- Механизм описывает общая теория относительности: решение Шварцшильда (1916) и понятие горизонта событий. Первое изображение окрестностей чёрной дыры в галактике M87 - коллаборация Event Horizon Telescope, 2019 год
Дальше в серии «Чёрные дыры»
2 статьи целиком на сайте, ещё 3 - в приложении
