Время и пространство меняются местами в чёрной дыре — почему и как это происходит?

Возможно, вы слышали, что существует астрономический объект, в котором пространство и время меняются местами. Но как это работает? И что именно означает «поменять местами пространство и время»? Что ж, давайте разберемся.
Представьте, что вы находитесь на космическом корабле. Он может двигаться только прямо. Ваш путь ведет к какой-то неизбежной точке, и вы понятия не имеете, что вас ждет впереди. Вы можете только надеяться, что всё будет не слишком плохо. Между тем вокруг вас творится полное безумие. Хаотичный коллаж из множества исторических событий. Что вы видите? Древних людей и динозавров? Зарождение Вселенной? Будущее? Кто знает. Вот как выглядела бы Вселенная, если бы мы поменяли местами время и пространство. И, теоретически, вот что вы увидите, если упадете в черную дыру и каким-то образом сможете выжить. Но как такое возможно?
Прежде всего давайте обсудим понятия «время» и «пространство». Представьте, что вы рисуете лампочку на листе бумаги. Затем возьмите еще один лист и нарисуйте, как она загорелась. Сейчас это просто маленький круг света. Еще один лист — круг света растет. Он становится всё больше, пока наконец не превращается в огромный круг. В реальной жизни лампочка загорается в мгновение ока. Это потому, что скорость света — самая высокая во Вселенной. Но здесь, на наших рисунках, мы запечатлели распространение света кадр за кадром. Мы видим, как со временем свет превратился из маленькой точки в большой круг. Но если соединить эти круги… Не напоминает ли вам это какую-то форму? Например… конус? Да, именно. Это называется «световой конус». А «время» — центральная ось этого конуса. Почему? Потому что свет со временем превращается из маленькой точки в большой круг. Чтобы запомнить это, нарисуем «вектор времени» — стрелку внутри конуса. Она идет из прошлого в будущее.


Между тем круги — это «пространство». В пространстве мы можем двигаться как угодно, в любом направлении. Мы можем двигаться вверх или вниз, зигзагами и так далее. Но какие бы зигзаги мы ни рисовали, на временной шкале мы всегда движемся вперед. Мы не можем повернуть время вспять и не можем его остановить. Это помогает нам определить понятия «время» и «пространство». Время — это направление, в котором ориентирован световой конус. Это направление, куда ведут все наши пути и где неизбежно находится наше будущее. А пространство — это всё многообразие направлений, перпендикулярных временной линии. Это простой график. Если бы его можно было применить ко всей Вселенной, то время везде текло бы одинаково. Однако если вы смотрели популярные научно-фантастические фильмы, то знаете, что это не так. В реальности время может сойти с ума! Например, если вы зависнете возле черной дыры, то ваши два часа для вашего друга на Земле обернутся двадцатью годами. Но почему? Сделайте глубокий вдох, потому что в игру вступает гравитация. «О, я знаю о гравитации. Это штука, которая помогает мне стоять на земле», — можете подумать вы. Но всё гораздо сложнее.
Гравитация — одна из основных физических сил в нашем мире, и она невероятно могущественна. Фактически, она настолько сильна, что может искажать пространство и время. Она способна влиять на скорость времени, как всемогущий волшебник. Как она
это делает? Ну, давайте возьмем что-нибудь побольше лампочки. Например, сверхновую звезду. Где-то во Вселенной звезда только что произвела «бум». Откуда мы знаем об этом? Ничто во Вселенной — ни звук, ни радиоволны — не распространяется быстрее света. Поэтому мы узнаем о рождении сверхновой только тогда, когда увидим ее. А это произойдет, когда ее световой конус достаточно вырастет и достигнет нашей планеты. Итак, световой конус растет и растет… Пока всё в порядке. И вот наконец он достигает нашей планеты. Но есть одна загвоздка. Наша планета довольно массивная. И у нее очень сильная гравитация. И что же происходит?



Гравитация меняет направление светового конуса. Она начинает притягивать конус к центру нашей планеты. А вместе с ним притягивается и наш «вектор времени». Это означает, что она замедляет время. И чем ближе световой конус к нам, тем сильнее изгибается стрелка и тем медленнее идет время. Что это значит? Например, то, что часы на вашей лодыжке будут отставать от часов на запястье. Что ваша голова стареет быстрее, чем ваши ноги. И что астронавты на орбите стареют немного медленнее, чем люди на Земле. Это то, что ученые называют «общей относительностью». Хорошо, но как это связано с нашей темой? Как мы можем понять, что произойдет, если мы поменяем местами пространство и время? Не волнуйтесь. Мы почти у цели. Теперь представьте себе космическое тело с невероятно сильной гравитацией. Оно настолько сильно искривляет время и пространство, что кажется, будто они поменялись местами. Это черная дыра. Черная дыра притягивает к своему центру абсолютно всё. Ни звезды, ни планеты, ни свет не могут вырваться оттуда.
Допустим, наш световой конус приближается к ней. Сначала, как обычно, время начинает загибаться к центру черной дыры, притягиваемое ее гравитацией. Но гравитация ОЧЕНЬ сильная. Поэтому оно изгибается всё сильнее… И время идет всё медленнее по мере приближения к центру. В конце концов световой конус пересекает границу черной дыры — так называемый «горизонт событий». К этому моменту он настолько искажен, что теперь буквально направлен вниз. Мы можем сказать, что время изменило свое направление. «Время направлено вниз?! Что за бред?!» — спросите вы. Проще будет объяснить на реальном примере. Представьте, что вы — сумасшедший астронавт, который решил прыгнуть в черную дыру. А на космическом корабле есть наблюдатель, который почему-то смотрит, как вы это делаете.



Сначала для вас ничего не меняется. Вы смотрите на часы, видите, что прошло пять минут и всё в порядке. Но для наблюдателя? Во-первых, вы падаете ОЧЕНЬ долго. Наблюдатель сидит там уже пятьдесят лет, а вы всё еще падаете — потому что ваше время замедлилось. Во-вторых, поскольку пространство также искажается вблизи черной дыры, наблюдатель видит, как вы начинаете растягиваться словно спагетти. Для этого даже есть научный термин — спагеттификация. И вот наконец вы пересекаете горизонт событий. Наблюдатель больше вас не видит. Свет не может выйти из черной дыры, поэтому ваше изображение не дойдет до наблюдателя, что бы с вами ни происходило. Но что насчет вас? Что, если вы каким-то образом выжили? Помните, стрелка времени направлена к центру черной дыры. Что это значит? Это значит, что сейчас центр черной дыры — это ваше будущее.
Это не место. Это судьба, которую вы не можете изменить. И место, откуда вы пришли, как и вся остальная Вселенная, для вас больше не существует. Потому что теперь это не место, а событие из прошлого. И поскольку вы не можете повернуть время вспять, вы никогда не сможете вернуться. Но что вокруг вас? Полный хаос. Лучи света теперь движутся во всех направлениях: вперед, назад и так далее… Лучи, изображающие события прошлого, будущего, настоящего — всё это движется вокруг вас. В реальности пространство и время не поменялись местами. Но вам кажется, что поменялись. Потому что в пространстве вы теперь можете двигаться только вперед, по прямой линии. А время, отраженное в лучах света, окружает вас повсюду и движется во всех возможных направлениях. И здесь мы возвращаемся к началу. Этот ужасающий пример помогает нам представить, что бы мы чувствовали, если бы время и пространство поменялись местами. Конечно, всё это лишь теории и предположения. Сама мысль о том, что мы движемся в каком-то одном направлении, которое мы не выбрали, а вокруг царит полный временнОй хаос, звучит довольно пугающе. Однако это был бы очень интересный опыт… Нет уж, только после вас!