Объяснение гипотезы про то что мы живём внутри чёрной дыры. Продолжение этого поста.

Disclaimer: это не более чем изложение бытовым языком моих представлений о вопросе. Является грубой умозрительной моделью и ни на какую научную достоверность не претендует. Но вопрос этот достаточно сложный, и если пытаться разобраться в нем без упрощения мысленной модели, можно и свихнуться.
Итак, к идее, описанной в той новости(magspace), можно прийти гораздо более простым умозрительным путем, без привлечения сложной математики.

Есть такая штука как радиус Шварцшильда, он же гравитационный радиус, он же радиус горизонта событий.

Вот его формула:

Формула гравитационного радиуса

Формула гравитационного радиуса после перемножения констант

Видно, что гравитационный радиус объекта зависит только от массы объекта. Измеряется он в метрах.

Что же он означает?

Физическое тело, радиус которого меньше его гравитационного радиуса, называется чёрной дырой.

Берем любой объект, измеряем его размер и массу. Подставляем массу в эту формулу и получаем гравитационный радиус. Сравниваем гравитационный радиус с размером объекта. Если гравитационный больше, то объект является черной дырой. Если размер объекта больше, то перед нами не черная дыра.

Гравитационный радиус можно подсчитать для совершенно любого объекта, имеющего массу. Например, для Земли он составляет порядка без малого сантиметр Это значит, что если скукожить Землю до комка размером с вишенку, она превратится в черную дыру!

Считается, что при этом материя объекта коллапсирует в сингулярность: она будет так сильно притягиваться сама к себе (точнее, ее части друг к другу), что будет бесконечно сжиматься до размеров точки. Гравитационный радиус при этом не меняет своих размеров: он зависит только от массы, которая при этом не меняется.

Это какбе одна из букварных основ современных научных знаний про черные дыры. Так что же примечательного в гравиационном радиусе?

Гравитационный радиус зависит от массы объекта. А как масса объекта зависит от его размера? Скажем, берем мы планету и начинаем обмазывать ее материей так, чтобы ее радиус равномерно увеличивался, но плотность оставалась постоянной. Вместе с увеличением радиуса планеты увеличивается ее масса, а вместе с массой увеличивается ее гравитационный радиус.

А теперь внимательно следите за руками. По школьной формуле объема, масса объекта будет расти как куб от радиуса объекта. Но гравитационный радиус растет линейно пропорционально массе. Таким образом, получается, что гравитационный радиус объекта будет расти как куб от радиуса самого объекта.

А это в свою очередь означает, что если наращивать объект, то рано или поздно его гравитационный радиус догонит и перегонит размеры объекта, и объект превратится в черную дыру.

Самый смак этого умозаключения в том, что оно справедливо для объектов любой плотности, пусть даже очень малой. Какой бы ничтожной ни была плотность объекта, по элементарной формуле можно вычислить массу, достаточную, чтобы гравитационный радиус сравнялся с размером объекта.

Рассмотрим для примера нашу видимую вселенную. Видимая (наблюдаемая) вселенная — это небольшая, по вселенским меркам, область пространства, центр которой приходится точно на вашу переносицу. За определением и причинами, почему размер видимой вселенной считается именно таким, посылаю вас на Википедию. Статья на русском достаточно сумбурная, англоговорящим рекомендую ознакомиться с англоязычной статьей.

Так вот. Из Википедии берем оценку радиуса наблюдемой вселенной: 46–47 миллиардов световых лет. Это порядка 4.4 × 10^26 метров. Из Wolfram Alpha берем оценку ее массы: 3.4 × 10^54 кг. Подставляем это значение в формулу и получаем, что гравитационный радиус видимой вселенной оценочно равен 5.032×10^27 метров.

То есть гравитационный радиус видимой вселенной точнехонько перекрывает ее геометрический радиус. Мы живем в черной дыре!

Выходит, содержимое черной дыры совсем не обязательно должно коллапсировать в сингулярность.

К слову, идея эта не нова и была впервые высказана аж в 1972 году. См. Космология черной дыры на Википедии.

Теперь что там про четырехмерность?

Современная наука рассматривает гравитацию как, упрощенно говоря, искривление пространства.

Проведем аналогию. Представьте, что вы натянули эластичную ткань и в центр положили бильярдный шар. Шар растянет ткань, образовав что–то вроде воронки. Если вы при этом покатите мячик для настольного тенниса мимо бильярдного шара, то мячик покатится не по прямой линии, а, в зависимости от скорости и направления относительно центра воронки, покатится по гиперболе, параболе или эллипсу вокруг бильярдного шара — в полном соответствии с законами небесной механики. Демонстрацию смотрите на этом видео (если вы не знаете английский, первые 30 секунд пропускайте):

Скачать

Материальные объекты создают искривления пространства подобно тому, как бильярдный шар искривляет эластичную ткань. Чем больше масса объекта, тем сильнее искривление, и тем сильнее другие предметы будут притиягиваться к нему — скатываться в образовавшуюся в пространстве воронку.

Если же бильярдный шар будет исключительно большой массы при малых размерах, он провалится до самого пола, а стенки образовавшейся воронки окажутся отвесными. Если теннисный мячик угодит в такую воронку, то он никогда уже оттуда не выскочит, как бы быстро он ни был запущен.

К слову, "горизонт событий" в этой аналогии означает кольцо на воронке, пересекая которое, теннисный мячик теряет возможность вырваться обратно. Если покатить его мимо горизонта, то мячик, даже вплотную приблизившись к нему, при достаточной скорости может вырваться из воронки. Но если мячик пересек горизонт событий, он безвозвратно угодит в жерло воронки, потому что ниже кольца горизонта событий стенки воронки становятся отвесными.

Рассматривая аналогию с шарами и эластичной тканью, следует понимать, что эта аналогия моделирует двумерное пространство (поверхность ткани), которое искривляется через третье измерение. Наше же пространство — трехмерное и искривляется через четвертое измерение.

Так и с видимой вселенной. Ее размер конечен, но если мы будем лететь в одном направлении, то никогда не достигнем ее границы.

Вот еще одна иллюстрация из этой статьи про искривление пространства:

Как видите, стенки воронки изображены сомкнувшимися. Мы — словно муравей, который ползает по внутренней поверхности этого пузыря. Бедный муравей может сколько угодно нарезать круги по стенкам пузыря — и никогда не найдет края. И с точки зрения муравья, поверхность пузыря является плоской (точно так же наши предки верили, что Земля плоская), и дополнительное измерение ему недоступно.

В качестве домашнего задания предлагаю вам пофантазировать о том, что в каждой традиционной черной дыре, которых полно в видимой вселенной, находится маленькая двумерная вселенная. А также о том, что четырехмерная черная дыра, поверхностью которой является наша трехмерная вселенная, является одной из множества черных дыр в своем четырехмерном пространстве, и на поверхности каждой четырехмерной дыры находится по трехмерной вселенной, и законы физики каждой такой вселенной в разной степени отличаются от наших. Ну и вся эта четырехмерная вселенная, надо думать, находится на поверхности пятимерной черной дыры...