Вопрос к физикам, или Ещё раз о perpetuum mobile.
Есть один вопрос, который немного меня смущает.
Что будет, если электрон и позитрон, падая в Чёрную Дыру и разогнавшись почти до световой скорости, столкнутся до пересечения гравитационного горизонта?
Напомню ключевые понятия:
1) Чёрная Дыра - объект, притягивающий вещи с такой силой, что для преодоления его гравитации требуется сверхсветовая скорость. Поскольку сверхсветовая скорость невозможна, то невозможно и справиться с притяжением Чёрной Дыры. На самом деле - можно, но только на достаточно большом от неё расстоянии. Пока считается неизвестным, существуют ли такие объекты в реальности, но в крайнем случае ничто не мешает нам попытаться создать их.
2) Гравитационный горизонт - та степень близости к Чёрной Дыре, по достижении которой ты уже не сможешь вернуться обратно, так как для этого тебе пришлось бы превысить скорость света.
Чем выше скорость тела, тем выше его энергия. Метеорит, разогнавшийся до тысячи километров в секунду, при столкновении с Землёй выделит гораздо больше кинетической и тепловой энергии, чем если бы он тихо и мирно опустился на земную поверхность со скоростью метра в секунду. Электрон и позитрон, разогнавшиеся до тысячи километров в секунду, выделят во вспышке аннигиляции больше энергии, чем если бы они шевелились со скоростью улиток.
Разогнавшиеся относительно кого? Ведь скорость относительна? Электрон, движущийся относительно нас, для другого наблюдателя всегда будет неподвижен?
Верно.
Масса и энергия тоже являются относительными категориями. Корабль, движущийся с субсветовой скоростью, увеличит массу, но сами пассажиры корабля этого не заметят.
Одно из доказательств невозможности сверхсветового перемещения основывается именно на том, что, разгонись какой-нибудь объект хоть на миг до сверхсветовой скорости, он бы приобрёл для части наблюдателей во Вселенной бесконечно большую массу. Нужно ли объяснять, какие последствия это могло бы иметь для Вселенной?
Впрочем, в нашем случае сказанное неактуально, поскольку электрон и позитрон, движущиеся навстречу друг другу с околосветовой скоростью, в любом случае будут иметь огромную разницу скоростей - то есть для любого наблюдателя хотя бы одна из этих частиц будет казаться быстродвижущейся. И при их столкновении должно выделиться огромное количество энергии.
Вопрос: откуда она возьмётся?
Обычно, чтобы разогнать электрон и позитрон до достаточно большой скорости, нам необходимо приложить к нему энергию - которую мы получим обратно при аннигиляции. В этом случае всё в порядке и Закон Сохранения не нарушается.
Но что, если использовать для разгона гравитацию Чёрной Дыры? Ведь притяжение столь массивного объекта может разогнать тело до скорости, сколь угодно близкой к скорости света?
Почему бы не направить частицу и античастицу к Чёрной Дыре с разных сторон, чтобы, набрав сколь угодно близкую к световой скорость - и сколь угодно близкую к бесконечности массу - они встретились и взорвались перед самым «горизонтом»? Можно попытаться рассчитать их траектории таким образом, чтобы они совершили несколько витков вокруг Дыры перед столкновением.
Чем выше скорость, тем выше энергия.
Считается, что, при приближении скорости тела к световой, его масса приближается к бесконечности. Что же будет, если удастся запрограммировать столкновение электрона и позитрона при скорости в 99.9999...% световой?
При приближении к массивным объектам время замедляется.
Это может означать, что для нас, наблюдающих за процессом со стороны, скорость электрона и позитрона перед столкновением у Чёрной Дыры может и не быть столь уж колоссальной. Но как скоро вступят в силу эти временные эффекты? Успеют ли они подействовать до того, как частица и античастица достигнут достаточно высокой скорости?
Кроме того, тогда получается, что для наблюдателя, находящегося в той же системе отсчёта, что и пущенный нами электрон - к примеру, для другого электрона, параллельно пущенного нами из той же пушки и летящего рядом, - взрыв всё равно будет умопомрачительным.
Но в этом месте я окончательно перестаю что-либо понимать.
Замечу, что попытки применить гравитацию для дарового получения энергии не новы. Чуть менее чем все изобретатели «вечных двигателей» эпохи Средневековья и Возрождения пытались использовать в своих интересах именно гравитацию. Для обывателя притяжение Земли кажется чудесным и совершенно бесплатным источником тягловой силы. Почему бы не заставить его работать в обоих направлениях?
Ещё Леонардо да Винчи высмеял эту затею, подчеркнув, что глупо надеяться, будто сила, ответственная за поддержание равновесия, сама же будет его нарушать.
Современная наука вообще не считает гравитацию «силой» в полном смысле слова. Согласно существующим установкам, притяжение - это просто искажение геометрического рельефа. Вы сейчас неподвижны? Вам так только кажется. В действительности любую неподвижность можно изобразить в виде прямолинейного и равномерного движения. Земля своей массой искривляет пространство, в результате чего прямая линия вашего равномерного движения стремится к её центру.
«Всё это очень мило, - скажет обыватель. - Допустим, притяжение не сила. Но ведь то же яблоко, когда падает на землю, делает это с большей силой, чем если бы притяжения не было? Откуда дровишки?»
В данной ситуации учёные оперируют понятием «потенциальной энергии». Дескать, яблоко, висящее на ветке, обладает большим зарядом энергии, чем лежащее внизу, - именно потому, что оно может упасть и выделить при этом энергию. И закон сохранения как бы не нарушается. И все довольны.
Правда, понятие «потенциальной энергии» становится очень странным, когда мы вспоминаем о Чёрных Дырах. При падении на них тело в принципе может набрать любую скорость в пределах световой - так что же, получается, потенциальная энергия любого тела близка к бесконечности? Или нет? Или «потенциальная энергия» - всё же абстракция, но тогда, получается, при шлепке яблока об землю всё-таки нарушается закон сохранения?
Не понимаю.