Обертаються чорні отвори могли зробити гіперпростір подорожі нарешті в межах досяжності

Одним з найбільш заповітних сценаріїв наукової фантастики є використання чорної діри як порталу до іншого виміру або часу або всесвіту. Ця фантазія може бути ближчою до реальності, ніж це раніше уявляло.

Чорні діри, мабуть, є найбільш загадковими об'єктами у Всесвіті. Вони є наслідком гравітації, що перекреслює вмираючу зірку без обмежень, що призводить до формування справжньої сингулярності, яка відбувається, коли ціла зірка стискається до єдиної точки, даючи об'єкт з нескінченною щільністю. Ця щільна і гаряча сингулярність пробиває отвір у тканині простору-часу, можливо, відкриваючи можливість для подорожей в гіперпростір. Тобто, короткий пробіл через простір-час, що дозволяє подорожувати по відстанях космічного масштабу за короткий період часу.

Див. Також: Чи є гіперпростір чистою науковою фантастикою? Не якщо ви дивитесь на теорію струн

Дослідники раніше вважали, що будь-який космічний апарат, який намагається використати чорну діру в якості порталу цього типу, повинен враховувати природу в найгіршому. Гаряча і щільна сингулярність призведе до того, що космічний апарат переживе послідовність дедалі більш незручного приливного розтягування і стискання, перш ніж повністю випаруватися.

Політ через чорну дірку

Моя команда в Університеті Массачусетс Дартмут і колега з Грузії Gwinnett College показали, що всі чорні діри не створені рівними. Якщо чорна діра, як Стрілець A *, розташована в центрі нашої власної галактики, велика і обертається, то перспективи для космічного апарату різко змінюються. Це тому, що особливість, з якою повинен зіткнутися космічний апарат, є дуже ніжним і може забезпечити дуже спокійний прохід.

Причина цього полягає в тому, що відповідна сингулярність всередині обертової чорної діри є технічно "слабкою" і, отже, не завдає шкоди об'єктам, які взаємодіють з нею. По-перше, цей факт може здатися нечутливим. Але можна думати про неї як про аналог загального досвіду швидкого проходження пальця через свічку біля 2-градусного полум'я, не спалюючись.

Ми з колегою Ліор Бурко досліджуємо фізику чорних дір більше двох десятиліть. У 2016 році моя кандидатська дисертація студента, Каролайн Малларі, натхненна блокбастером Крістофера Нолана Міжзоряний, випробувавши, чи може Купер (характер Метью МакКонахі) пережити своє падіння глибоко в Гаргантюа - вигадану, надмасивну, швидко обертається чорну дірку приблизно в 100 мільйонів разів більше нашого сонця. Міжзоряний ґрунтувалася на книзі, написаній астрофізиком Нобелівської премії, Кіп Торн, а фізичні властивості Гаргантуа займають центральне місце у сюжеті цього голлівудського фільму.

Спираючись на роботу, яку зробив фізик Амос Орі два десятиліття тому і озброївшись своїми потужними обчислювальними навичками, Малларі побудував комп'ютерну модель, яка б захопила більшість істотних фізичних впливів на космічний корабель, або будь-який великий об'єкт, потрапляючи в великий, обертовий чорний отвір, як Стрілець A *.

Навіть не Bumpy Ride?

Вона виявила, що за будь-яких умов об'єкт, що потрапляє в обертається чорна діра, не зазнає нескінченно великих ефектів при проходженні через так звану внутрішню особливість внутрішнього горизонту. Це особливість, що об'єкт, що входить в обертається чорна діра, не може маневрувати або уникати. Мало того, що при відповідних обставинах ці ефекти можуть бути незначно малими, дозволяючи досить зручно проходити через особливість. Насправді, взагалі не може бути помітного впливу на падаючий об'єкт. Це збільшує можливість використання великих, що обертаються чорних дір, як порталів для подорожей в гіперпростір.

Малларі також виявив особливість, яка не була повністю оцінена раніше: той факт, що наслідки сингулярності в контексті обертової чорної діри призведуть до швидко зростаючих циклів розтягування і стиснення на космічному апараті. Але для дуже великих чорних дір, як Gargantua, сила цього ефекту була б дуже маленькою. Отже, космічний апарат і будь-які люди на борту не виявлять його.

Найважливішим моментом є те, що ці ефекти не зростають без обмеження; насправді, вони залишаються кінцевими, хоча напруження на космічному апараті, як правило, зростають нескінченно, оскільки наближається до чорної діри.

Є кілька важливих спрощення припущень і результуючих застережень у контексті моделі Малларі. Головне припущення полягає в тому, що розглянута чорна діра повністю ізольована і, таким чином, не піддається постійним порушенням з боку джерела, такого як інша зірка в її околиці, або навіть будь-якого падаючого випромінювання. Хоча це припущення дозволяє істотні спрощення, варто зауважити, що більшість чорних дірок оточені космічним матеріалом - пилом, газом, радіацією.

Див. Також: «Solo» дав ім'я палива для гіперпростору

Таким чином, природним продовженням роботи Малларі буде проведення подібного дослідження в контексті більш реалістичної астрофізичної чорної діри.

Підхід Малларі до використання комп'ютерного моделювання для вивчення ефектів чорної діри на об'єкт дуже поширений в області фізики чорних дір. Зрозуміло, що ми не маємо можливості виконувати реальні експерименти в чи поблизу чорних дірок, тому вчені вдаються до теорії та симуляції, щоб розвивати розуміння, роблячи прогнози та нові відкриття.

Ця стаття була спочатку опублікована на The Conversation by Gaurav Khanna. Читайте оригінальну статтю тут.