Жизнь в сильно искривленном пространстве-времени требует тринокулярного зрения

Существу, живущему в сильно искривленном пространстве-времени, удобнее рассматривать окружающий мир тремя глазами, не расположенными на одной прямой (изображение из обсуждаемой статьи)

Расчеты американских физиков показали, что если бы под горизонтом событий черной дыры жили высокоразвитые существа, то им было бы удобно рассматривать окружающий их мир не двумя, а тремя глазами.

Бинокулярное зрение — то есть видение двумя разнесенными в пространстве глазами — имеет огромное преимущество перед монокулярным: с его помощью можно легко определять расстояние до объекта. Но достаточно ли двух глаз для надежной оценки дистанции? Оказывается, не всегда. Как утверждается в недавней статье американских физиков-теоретиков, существам, живущим в сильно искривленном пространстве-времени (например, под горизонтом черной дыры), было бы намного удобнее смотреть на мир не двумя, а тремя глазами.

Напомним, вкратце, основы современной теории гравитации. Согласно общей теории относительности, гравитация между телами есть проявление искривленного пространства-времени. Чем сильнее искривление, тем чувствительнее сила гравитации. Сильнее всего пространство-время искривлено внутри черных дыр, вблизи сингулярности. Это искривление воздействует не только на материальные тела, но и даже на свет — вокруг черной дыры существует некая зона, попав внутрь которой, ничто, даже световой луч, не может вылететь наружу. Поверхность, ограничивающая эту зону, называется горизонтом событий.

Предположим, рассуждают авторы, что внутри черной дыры, под горизонтом событий, живут некие существа. Из чего они сделаны и почему их не разрывает на части, обсуждать не будем (ибо физики-теоретики могут при желании придумать самые экзотические частицы и нечастицы). Будем, однако, считать, что эти существа рассматривают окружающий их мир с помощью обыкновенного зрения, то есть улавливая световые лучи. Смогут ли они эффективно использовать бинокулярное зрение в таком сильно искривленном пространстве-времени?

Оказывается, нет. Расчеты американцев показали, что из-за сильного искривления пространства-времени на световые лучи будут тоже действовать приливные силы. Они будут искажать фронт световых волн так, что он из локально сферического станет локально эллиптическим. Это значит, что увидев такой свет, существо с двумя глазами сможет «на глазок» определить расстояние до источника света, но, если оно наклонит голову, эта оценка изменится. То есть, крутя головой, существо будет видеть, что источник света то приближается, то удаляется.

Этот недостаток зрения можно будет устранить, если существо обладает не бинокулярным, а тринокулярным зрением, то есть имеет три глаза, расположенных не на одной прямой (см. рисунок). Научившись с детства обрабатывать зрительную информацию от трех глаз, такое существо сможет одним взглядом замерить сразу все кажущиеся дистанции и оценить точное расстояние до источника света. Можно даже сказать, что тринокулярное зрение должно быть столь же эволюционно выгодным для жизни внутри черной дыры, как и бинокулярное зрение — в плоском пространстве-времени.

Скептически настроенный читатель может усомниться в полезности этих рассуждений. Ведь любое тело, попав под горизонт событий черной дыры, неизбежно упадет на ее центр, в сингулярность. Это, конечно, верно, но ведь время падения зависит от размеров черной дыры. Если черная дыра обладает огромной массой, то и ее горизонт событий имеет огромный радиус. Поэтому тело, попавшее под горизонт событий, может падать на сингулярность еще очень и очень долго. Так долго, что за это время эти гипотетические существа успеют появиться на свет, размножиться и даже эволюционировать.

В конце концов, кто знает, может быть вся видимая нами часть Вселенной, все эти галактики, звезды, планеты, да и мы с вами, находимся под горизонтом невообразимо огромной черной дыры и медленно-медленно падаем на ее центр. Просто наше падение растянулось на многие миллиарды лет. Может быть, и нам при астрономических наблюдениях стоит принять к сведению преимущества тринокулярного зрения?

Источник: Andrew J. S. Hamilton, Gavin Polhemus. The edge of locality: visualizing a black hole from the inside // препринт arXiv:0903.4717 (27 марта 2009).

См. также анимации падения на сингулярность на страничке авторов работы.

Игорь Иванов