Разговор о черных дырах и гравитационных волнах

Мне задали кучу интересных вопросов по поводу гравитационных волн. Я их переставил местами, сгруппировал и отвечаю:

1. Существует ли механизм рассеивания/переотражения гравволн во вселенной?

Конечно, как и у всяких других волн. Наиболее эффективными рассеивателями гравволн являются черные дыры, но и Солнце, которое отклоняет свет звезды своим полем, будет тоже самое делать с гравитационной волной (не очень длинной). Отражение – тут надо смотреть, может быть только внутренняя часть черной дыры может претендовать на такое явление.

2. Что случается с гравволнами, которые подлетают к границе сферы Шварцшильда изнутри ЧД? Исходя из определения, что ничего ЧД покинуть не может, пространство там для стороннего наблюдателя должно эффективно растягиваться? Гравволны должны отражаться? Что случается с гравволнами, когда эта сфера начинает расти? Их параметры меняются? Могут ли гравволны "накапливаться" на границе? Что случается с гравволнами, что приближаются к границе СБЧД? Ведь от цикла к циклу всегда есть какая-то часть, что пытается преодолеть горизонт событий, эффективно снижая оставшуюся массу и как результат радиус СБЧД следующего цикла.

Думаю, что изнутри ЧД ведет себя с объектами и волнами примерно также как земное гравитационное поле ведет себя с предметами, брошенными вверх: все они расходуют свою энергию на подъем по радиусу, а потом падают вниз. Разница только в том, что с Земли можно вырваться, взяв ракету помощнее, а из черной дыры вырваться никак нельзя. Возникает вопрос: что будет, если часть вещества внутри черной дыры перевести в гравитационные волны, тем самым, уменьшить её массу (или наоборот, и увеличить её массу)? Согласно законам ОТО, радиус черной дыры в первом случае уменьшится, а во втором – увеличится. И тут есть возможность вырваться из черной дыры, которую использует и сжатая Вселенная: если сфера черной дыры сократится значительно, то часть вещества окажется за её пределеми – без какого-либо нарушения ОТО, потому что это не вещество превысило скорость света, а сократилась сама дыра, граница которой – величина условная, не имеющая массы и способная передвигаться как угодно. Но! Освобожденное вещество летит до тех пор, пока его не настигнет сзади растущая Большая черная дыра, которая поглощает фон гравитационных волн – и быстро растет. Таким образом, цикл Вселенной заключается в том, что черная дыра то выпускает вещество, то проглатывает его, как кит – Иону.

2. Что случается с гравволнами, поглощенными Самой Большой Черной Дырой (СБЧД)? Они остаются гравволнами внутри черной дыры, повышая ее массу? Если да, почему количество гравволн не растет от цикла к циклу? Или растет? Есть ли механизмы трансформации гравволн в материю? Можно ли в теории наблюдать гравволны прошлого/позапрошлого/позапозапрошлого и тд циклов в нашей Вселенной?

Это отличный вопрос, для ответа на который предлагаю прыгнуть в черную дыру. Будем совершать этот полет в полном соответствии с законами ОТО, только нужно хорошо подготовиться. Возьмем с собой три коробки. В первую поместим маленькую черную дыру (любую, какую достанете, но в пределах тонны – для удобства транспортировки). Вторую плотно набьем гравитационными волнами (не нужно спрашивать о материале отражателя на стенках, тренируем воображение). В третьей разместим НЕЧТО (сами решите, что), которое характеризуется полным 4-х мерным тензором энергии-импульса материи – то есть имеет энергию, импульс и момент импульса. Успокоим тех, кто подвержен голливудским страхам о «спаггетизации» тела на краю черной дыры: выбираем дыру большую, где приливные силы для маленького корабля ничтожны, так что спокойно летим.

На почтительном расстоянии от дыры нас встречает таможенник (везде нужен порядок!), который внимательно пересчитывает весь наш товар, заодно взвешивает наш корабль и нас самих. И этот же таможенник внимательно смотрит, как мы ухаем в черную дыру, увеличивая её массу – и записывает новое значение в свой журнал. Внимание! Мы взяли с собой много чего, не только гравитационную массу в виде корабля и черной дыры, но и коробку гравитационных волн, которые имеют специфическую энергию, а гравитационную массу – нет. А также НЕЧТО с 4-х мерным тензором энергии имело много чего за душой – но все в результате обернулось только добавкой массы дыры. Если наш корабль падал строго по радиусу и не имел электрического заряда, то все его разнообразное содержимое было «проинтегрировано» черной дырой только и только в скалярную массу. Все это произошло под строгим наблюдением законов ОТО, который характеризует простые черные дыры (не вращающиеся и без электрического заряда) только и только гравитационной массой.

Но те же самые законы ОТО (а именно принцип эквивалентности) утверждает, что мы в своем корабле даже не заметим пересечения границы большой черной дыры и проскочим ее без проблем вместе со всем захваченным хозяйством. Это означает, что гравитационные волны в собственной системе отсчета проникают в черную дыру и остаются там таким же волнами, как и мелкая черная дыра, и НЕЧТО со своими угловатыми импульсами. Да и мы тоже останемся в добром здравии. И внутри большой черной дыры граволны не будут повышать её массу – в согласии с законами ОТО. И на мнение таможенника им наплевать, потому что с их точки зрения таможенник, даже вечный, давно умер. Если вы подумаете, что мы тут отступили от ОТО, то зря вы это подумали – мы теорий не изобретаем, нам над следствиями известных теорий еще корпеть и корпеть.
Теперь о том – почему не растет количество гравитационных волн от цикла к циклу? Кстати, совершенно такой же вопрос можно задать и о барионах: если они производятся в каждом цикле, то почему не растет их количество? Или наоборот – если они все время поглощаются черными дырами, то почему в мире не останутся только черные дыры? Это очень важный и тонкий момент.

По нашим моделям (увы – все еще в печати), если включить такой механизм производства черных дыр, как взрывы сверхновых, то получим начальный спектр черных дыр с массой в 4-10 масс солнца. Никаких сверхмассивных дыр в такой вселенной нет. Но примерно за тысячу циклов (а в каждом цикле возникает новая партия дыр, свежеизготовленных при взрывах Сверхновых), черные дыры набирают вес и превращаются в сверхмассивные дыры, которые всего за часть цикла, порождают Большую Черную Дыру (БЧД), за полцикла растущую в размере от светового года, до триллиона световых лет. И это распределение черных дыр сохраняется стационарным – с учетом, конечно, пульсирующей БЧД. Что такое стационарность такого распределения? Это означает, что мы наталкиваем в эти дыры барионы и гравитационные волны – и они уходят из нашего поля зрения, но потом, мы влетаем в растущую БЧД – и обнаруживаем там значительное количество гравитационных волн, фотонов и барионов (звезд, галактик и планет), которые считали уже утраченными. Гравитация заставляет нас лететь к центру мира, сталкиваться, порождать новые барионы и гравитационные волны – но везде царит цикличность, то есть своего рода квазистационарность. Черные дыры кормятся барионами и излучениями и растут, возвращая нам их часть при попадании в БЧД. И так как распределение черных дыр у нас СТАЦИОНАРНО, то оно не может вмещать больше определенного предела барионов или излучения. Поэтому у нас реализуется и стационарность (ну, периодичность) распределения каждой из этих компонент. Их баланс должен быть изучен в деталях, но общий принцип должен быть такой.

О том, какие гравитационные волны рождает осциллирующая Вселенная – мы поговорим отдельно. Но, забегая вперед, сразу скажу: как черные дыры накапливаются в течение многих сотен циклов, так и фоновое гравитационное излучение должно переходить из цикла в цикл. И сейчас вокруг себя мы видим не только смесь черных дыр из сотен космологических циклов, но и фон гравитационных волн разных возрастов. И все это – не выходя за рамки ОТО, без единого нового физического предположения. Уважения к мнению Эйнштейна в интерпретации ОТО (что в источниках поля там нет гравволн) оказалось достаточно, чтобы построить непротиворечивую осциллирующую космологию.