Наши возможности физического и информационного взаимодействия с реальностью ограничиваются горизонтом событий. Но что подразумевается под этим понятием? Утверждается, что горизонт событий - это воображаемая граница в пространстве-времени, разделяющая те события (точки пространства-времени), которые можно соединить с событиями на светоподобной (изотропной) бесконечности светоподобными геодезическими линиями (траекториями световых лучей), и те события, которые так соединить нельзя.

Так как обычно светоподобных бесконечностей у данного пространства-времени две: относящаяся к прошлому и будущему, то и горизонтов событий может быть два: горизонт событий прошлого и горизонт событий будущего. Горизонт событий будущего существует для нас в нашей Вселенной, если верна современная космологическая модель.

Также упрощенно можно сказать, что горизонт событий прошлого разделяет события на те, на которые можно повлиять с бесконечности, и на которые нельзя; а горизонт событий будущего отделяет события, о которых можно что-либо узнать, хотя бы в бесконечно отдаленной перспективе, от событий о которых узнать ничего нельзя.

Физики-теоретики отмечают, что горизонт событий — понятие интегральное и нелокальное, так как в его определении участвует светоподобная бесконечность, то есть все бесконечно удалённые области пространства-времени.

В акустике также существует конечная скорость распространения взаимодействия - скорость звука, в силу чего математический аппарат и физические следствия акустики и теории относительности становятся аналогичными, а в сверхзвуковых потоках жидкости или газа, возникают аналоги горизонтов событий - акустические горизонты.

Существует также понятие горизонта событий отдельного наблюдателя. Он разделяет между собой события, которые можно соединить с мировой линией наблюдателя светоподобными (изотропными) геодезическими линиями, направленными соответственно в будущее - горизонт событий прошлого, и в прошлое - горизонт событий будущего и события, с которыми этого сделать нельзя. Однако, в четырехмерном пространстве Минковского каждый постоянно равномерно ускоренный наблюдатель имеет свои горизонты будущего и прошлого.

Но ведь на самом деле Вселенная многомерна и только способности нашего восприятия ограничиваются трехмерной реальностью. В рамках такого трехмерного восприятия реальности возможности нашего физического и информационного взаимодействия с ней как раз и будут ограничиваться горизонтом событий.

Однако, при "расширении" нашего восприятия, являющегося результатом развития сознания, будет значительно расширяться и горизонт событий, т.е. возможность физического и информационного взаимодействия с реальностью. Все это очень хорошо объясняет способность ясновидящих "проникать" на значительное удаление в прошлое и будущее во время измененных состояний сознания, в то время как в обыденном состоянии сознания эти способности весьма ограничены.

Спросите Итана: как должен выглядеть горизонт событий чёрной дыры?

• Научно-популярное ,
• Астрономия

• Перевод

Изображение чёрной дыры. Несмотря на её тёмный цвет, считается, что все чёрные дыры были сформированы из обычной материи, но подобные иллюстрации не совсем точны

В апреле 2017 телескопы всего мира одновременно собрали данные по центральной чёрной дыре Млечного Пути. Из всех известных во вселенной ЧД та, что находится в центре Галактики - Стрелец A* - особенная. С нашей точки зрения её горизонт событий крупнейший из всех доступных нам ЧД. Он настолько большой, что телескопы, расположенные в разных местах Земли, должны были бы его увидеть, если бы посмотрели на него все одновременно. И хотя на комбинирование и анализ данных, полученных с разных телескопов, уйдут месяцы, к концу 2017 года мы должны получить наше первое изображение горизонта событий. Так как он должен выглядеть? Такой вопрос задаёт один из наших читателей, запутавшийся в иллюстрациях:

Разве горизонт событий не должен полностью окружать чёрную дыру на манер яичной скорлупы? Все художники рисуют чёрные дыры в виде разрезанных яиц, сваренных вкрутую. Почему горизонт событий не окружает чёрную дыру полностью?

Конечно, в интернете можно найти иллюстрации разного рода. Но какие из них правильные?



Рисунок с простым чёрным кругом и кольцом вокруг него - чрезмерно упрощённое изображние горизонта ЧД

Самый старый вид иллюстраций - простой чёрный диск, закрывающий собой весь свет позади него. Это имеет смысл, если вспомнить, что собой представляет ЧД: по сути, это собранная в одном месте масса настолько большой величины и настолько компактная, что скорость убегания с её поверхности превышает скорость света. Поскольку ничто не может двигаться так быстро, даже передача взаимодействий между частицами внутри ЧД, внутри ЧД схлопывается до сингулярности, а вокруг ЧД образуется горизонт событий. Из этого сферического участка космоса свет не может убежать, поэтому он и должен выглядеть с любой перспективы, как чёрный круг, наложенный на фон Вселенной.

ЧД - не просто масса над изолированным фоном, она оказывает гравитационные эффекты, растягивающие, увеличивающие и искажающие свет из-за гравитационного линзирования.

Но это ещё не вся история. Из-за гравитации ЧД увеличивают и искажают идущий с обратной стороны свет из-за эффекта гравитационного линзирования. Существует более точные и детальные иллюстрации внешнего вида ЧД, и у неё даже есть горизонт событий, размер которого правильно сопоставлен с кривизной пространства согласно ОТО.

К сожалению, и эти иллюстрации не лишены недостатков: они не учитывают материал, находящийся перед ЧД и аккреционный диск вокруг ЧД. Некоторые изображения включают и это.

Изображение активной ЧД, занятой аккрецией материи и ускорением её части в виде двух перпендикулярных струй, может описать ЧД в центре нашей Галактики правильно с многих точек зрения.

Из-за огромных гравитационных эффектов чёрные дыры формируют аккреционные диски в присутствии других источников материи. Астероиды, газовые облака, целые звёзды могут быть разорваны на части приливными силами, исходящими от таких массивных объектов, как чёрные дыры. Из-за сохранения углового момента и из-за столкновений между различными падающими в ЧД частицами, вокруг неё появиялется дискообразный объект, который разогревается и излучает. Во внутренних регионах частицы периодически падают в ЧД, что увеличивает её массу, а материал, находящийся перед ней, закрывает часть сферы, которую вы бы иначе видели.

Но сам по себе горизонт событий непрозрачен, и материю за ним вы видеть не должны.

У чёрной дыры в фильме Interstellar достаточно точно показан горизонт событий для особого класса вращающихся ЧД

Вас может удивить, что в голливудском фильме Interstellar ЧД изображена точнее, чем на многих профессиональных изображениях, созданных в НАСА или для него. Но даже среди профессионалов полно неправильных представлений о ЧД. ЧД не засасывают материю внутрь, а лишь оказывают гравитационное воздействие. ЧД не раздирают предметы из-за какой-то дополнительной силы - это делают простые приливные силы, когда одна часть падающего объекта оказывается ближе к центру, чем другая. И, что самое важное, ЧД редко существуют в «голом» состоянии, и часто находятся вблизи другой материи, как та, что существует в центре нашей Галактики.

Композитное изображение ЧД Стрелец А* в центре нашей Галактики, составленное из рентгеновских и инфракрасных лучей. Она обладает массой в 4 миллиона солнечных, и окружена горячим газом, излучающим в рентгеновском диапазоне

Памятуя обо всём этом, вспомним, что же это за изображения варёных яиц? Помните, что саму ЧД изобразить нельзя, поскольку она не испускает свет. Мы можем только наблюдать в определённом диапазоне длин волн и видеть сочетание света, обходящего ЧД сзади, изгибающегося вокруг и перед ней. И получающийся сигнал действительно будет напоминать варёное вкрутую яйцо, разрезанное пополам.

Некоторые из возможных сигналов горизонта событий ЧД, полученные в симуляциях проекта "Телескоп горизонта событий "

Всё дело в том, что именно мы фотографируем. Мы не можем наблюдать в рентгеновском диапазоне, ибо таких фотонов слишком мало. Мы не можем наблюдать в видимом свете, поскольку центр галактики для него непрозрачен. И мы не можем наблюдать в инфракрасном свете, поскольку атмосфера блокирует такие лучи. Но мы можем наблюдать в радиодиапазоне, и делать это по всему миру, одновременно, чтобы получить наилучшее из возможных разрешений.

Части «Телескопа горизонта событий» из одного полушария

Угловой размер ЧД в центре Галактики равен примерно 37 угловых микросекунд, а разрешение телескопа равно 15 угловых микросекунд, поэтому у нас должно получиться его увидеть! Большая часть радиочастотного излучения исходит из заряженных частиц материи, ускоряющихся вокруг ЧД. Мы не знаем, как будет ориентирован диск, будет ли там несколько дисков, будет ли это больше похоже на рой пчёл или на компактный диск. Мы также не знаем, предпочтёт ли он одну «сторону» ЧД, с нашей точки зрения, другой.

Пять различных симуляций в ОТО с использованием магнитогидродинамической модели аккреционного диска ЧД, и то, как будет выглядеть полученный сигнал

Мы ожидаем найти реальный горизонт событий, с определённым размером, блокирующий весь идущий из-за него свет. Мы также ожидаем наличие какого-либо сигнала, расположенного перед ним, неровность этого сигнала из-за беспорядка вокруг ЧД, и что ориентация диска относительно ЧД определит, что именно вы сможем увидеть.

Одна часть будет ярче, когда диск вращается в нашу сторону. Другая сторона тусклее, когда диск вращается от нас. Контур горизонта событий также может быть видимым из-за гравитационного линзирования. Что ещё важнее, расположение диска к нам ребром или плоскостью очень сильно будет влиять на характер полученного сигнала, как видно в первом и третьем квадратах рисунка ниже.

Расположение диска к нам ребром (два правых квадрата) или плоскостью (два левых квадрата) очень сильно будет влиять на то, какую ЧД мы увидим

Мы можем проверить и другие эффекты, а именно:

Обладает ли ЧД размером, предсказанным ОТО,
круглый ли горизонт событий (как предсказано), или вытянутый, или сплющенный у полюсов,
простирается ли радиоизлучение дальше чем мы думаем,

Или есть ещё какие-то отклонения от ожидаемого поведения. Это новая ступень физики, и мы находимся на грани её прямой проверки. Одно ясно: неважно, что увидит «Телескоп горизонта событий», мы обязательно узнаем что-то новое и прекрасное об одних из самых экстремальных объектов и условий во Вселенной!

МОСКВА, 27 мая - РИА Новости. Немецкие и итальянские космологи заявляют, что им удалось найти способ изучить то, что происходит внутри черной дыры, и понять, как устроена ее внутренняя структура, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Черные дыры, возникающие в результате гравитационного коллапса массивных звезд, обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, так называемого горизонта событий.

То, что происходит за "горизонтом событий", остается тайной и предметом споров среди физиков. Большинство ученых считает, что мы в принципе не можем заглянуть внутрь черной дыры и изучить ее структуру, так как это приведет к крайне неприятным последствиям - в таком случае мы не сможем "примирить" между собой теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику. Еще большие споры вызывает то, как выглядит и как меняется "горизонт событий". Ученые называют число его возможных обликов "энтропией", а отдельные варианты его облика — микросостояниями, и спорят о том, можно ли их просчитать.

Лоренцо Синдони (Lorenzo Sindoni) из Института гравитационной физики в Мюленберге (Германия) и его коллеги из Италии заявляют, что мы все же можем просчитать те микросостояния, которые возникают у горизонта событий черной дыры, используя две неортодоксальные теории, описывающие поведение материи на квантовом уровне - теорию групп полей (GFT) и петлевую квантовую гравитацию (LQG). Обе эти теории вызывают множество вопросов у физиков, в особенности тех, кто является сторонниками теории струн и связанных с ней умозрительных построений.

Эти теории, как утверждают ученые, помогли им просчитать, как ведет себя черная дыра с точки зрения термодинамики, и получить те же самые формулы, которые были выведены Стивеном Хокингом несколько десятилетий назад при описании того, как энтропия, порождаемая черной дырой, соотносится с площадью поверхности ее горизонта событий.

Материя внутри черной дыры, как считают авторы статьи, будет вести себя как особая квантовая жидкость, поведение которой можно просчитать, зная свойства одной из квантовых частиц, из которых она сложена. Подобная природа черной дыры и связь между площадью ее горизонта событий и энтропией, по мнению Синдони, является серьезным аргументом в пользу так называемых "голографических" теорий их устройства, которые гласят, что черные дыры, а возможно, и Вселенная представляют собой не трехмерные, а двумерные объекты.

Четыре условные «зоны» в пространстве вокруг черной дыры: зеленая — безопасная, в желтой круговые орбиты начинают искажаться, в оранжевой начинается падение в черную дыру, а из красной уже нет спасения

Первая картинка: дыра еще далеко

Вторая картинка: к горизонту событий

Третья картинка: за горизонтом

Четвертая картинка: это конец

Зрелищное исследование , посвященное физике черных дыр, провели Эндрю Гамильтон (Andrew Hamilton) и Гэвин Полемус (Gavin Polhemus). Они не просто нарисовали воображаемую трехмерную модель событий, происходящих у самой границы черной дыры и дальше, в ее недрах, но создали настоящие картины релятивистской модели этого процесса. Итак, что же там, за горизонтом?

Но прежде стоит напомнить, что в случае черной дыры речь идет о горизонте событий . Упрощенно говоря, это воображаемая граница, до которой мы еще можем видеть события и хотя бы теоретически повлиять на них, но после которой материя начинает падать в черную дыру — и перейдя которую ничто, даже свет, уже не может вернуться обратно.

Черная дыра характеризуется всего тремя параметрами — массой, зарядом и спином. Они считаются едва ли не самыми «простыми» объектами, намного проще звезд или планет. Именно это и позволило создать впечатляющие картинки: для других тел подобные расчеты плка невозможны. И то — в работе ученые использовали простейший вид черной дыры, не имеющей ни заряда, ни спина. Геометрия окружающего пространства определяется только одним: массой сферической черной дыры.

В этом пространстве можно выделить четыре зоны (взгляните на иллюстрацию слева). Первая — еще вполне безопасная, в которой круговые орбиты других тел не нарушаются, и они могут оставаться там сколько угодно долго. Но представим, что мы направились дальше. Мы попадем во вторую зону, круговые орбиты здесь нестабильны, а затем и в третью, где притяжение черной дыры уже начинает засасывать в себя все подряд. Чтобы оставаться в этой зоне, придется постоянно держать включенными двигатели звездолета. Иначе нас ждет красная зона за горизонтом событий — отсюда уже ничто не выберется.

Но работа эта отнюдь не чисто «увеселительная», из нее ученые делают и вполне серьезные выводы. Такие вычисления помогают лучше понять, как действуют известные физические законы в недоступных недрах черных дыр, и как они меняются с переходом через горизонт событий.

А в остальном — приглашаем посмотреть картинки.

Картинка первая

Вверху : Если позади черной дыры находится яркий объект, свет от него будет сильно отклоняться из-за гравитационного линзирования, и нам из звездолета будет видно только светящееся кольцо. Внизу : У настоящей черной дыры координатной сетки, конечно, нет. Но если мы спроецируем ее на дыру на экране нашего звездолета, то увидим одновременно оба ее полюса — и все из-за того же линзирования.

Картинка вторая

Вверху : На расстоянии примерно в 1,5 раза большем радиуса дыры имеется фотонная сфера — область, в которой частицы света, теоретически, могут оставаться на постоянной круговой орбите. На практике, они там надолго не задерживаются. Внизу : Пересекая горизонт событий, можно ожидать, что мы пересечем пространственную сетку, которая визуально обозначает его. Но ничего подобного: горизонт словно разделяется на части, охватывая нас и сверху и снизу.

Картинка третья

Вверху : Принято думать, что с этого момента нас должна была бы окружать темнота. Но нет: звездное небо над нами остается, оно просто быстро сжимается, будто горизонт восстает все выше. Теперь нас не спасут никакие фантастические двигатели. Внизу : Теперь мы превращаемся в спагетти: нас невероятно растягивает вдоль вертикальной оси и сжимает вдоль горизонтальной. Это — проявление приливных сил , действующих на любой протяженный объект со стороны неоднородного гравитационного поля.

Картинка четвертая

Вверху : Все ближе к сингулярности в самом сердце черной дыры. Те же приливные силы заставляют всю остальную Вселенную выглядеть, как тонкая светящаяся полоса. Излучение над и под ней центральной полосой заметно смещается в красную сторону, а по сторонам — в синюю. Саму сингулярность увидеть невозможно никак: весь свет идет к ней, и ничто — от нее. Внизу : В центре черной дыры — точка сингулярности, где наши измерения бесконечно искривлены и где нет уже ничего, ни времени, ни пространства.