Независимый бостонский альманах

НЕ ЛЕТАЙТЕ В ЧЕРНУЮ ДЫРУ !

01-01-1999

Novae star      До конца шестидесятых годов появлялись буквально считанные работы, касающиеся черных дыр, а "широкая общественность" вообще ничего об этой проблеме не знала. Не знала еще и потому, что не было самого термина. Термина не было, но теоретически полученный объект, известный теперь всем как черная дыра, был и назывался специалистами по-разному - гравитационный коллапс, каллапсирующая звезда, гравитационная могила, непрерывный коллапс, застывшая звезда, умершая заезда, объект под сферой Шварцшильда... Каждое из этих названий схватывало некую черту, сторону многоименного объекта, но все они, согласитесь, чем-то уступают образному, хотя и несколько зловещему сочетанию - черная дыра.

Сейчас, пожалуй, уже трудно установить, кто ввел его. Сразу после первых публикаций по поводу недавно открытых пульсаров (нейтронных звезд) - в 1967 году - термин этот употреблялся как жаргонный только в устных сообщениях в узком кругу молодых профессионалов. Когда же его стали использовать в своих публикациях такие физики «с именем», как Уилер, Торн, Пенроуз, Хокинг, словосочетание «черные дыры завоевало право гражданства, быстро вытеснив своих терминологических конкурентов - правда, поначалу «черные дыры» брали еще в кавычки.

black hole

Но потом популярность черных дыр вышла на уровень кинозвезд. Примером тому является издание комиксов под названием "Черная дыра" (Black hole)

Здесь уместно сказать, что судьба самого Стивена Хокинга не менее поразительна, чем его открытия. Этот в то время молодой профессор Кембриджского университета (род. в 1942 г.) уже в 1970 году, в возрасте 28 лет, стал одним из ведущих теоретиков-космологов . К этому времени Хокинг был совершенно поражен редкой формой амиотрофического склероза, который превратил его в полного инвалида. Он даже не может писать, невнятную речь разбирают только близкие ему люди. Он продолжает вести научную работу по сей день, много ездит по научным конференциям и даже делает доклады. Все математические выкладки Хокинг составляет и держит в уме. «Такое положение дел.- говорит он,- заставляет меня искать какой-то общий подход и, вероятно, если бы я пользовался для своих вычислений бумагой, я бы никогда не смог найти кратчайший путь к решению поставленных перед собой вопросов.
Stephen Hawking

Другой положительной стороной моего беспомощного состояния является то, что я не знаю, как долго я еще проживу. А это до такой степени сокращает предъявляемые мною к жизни требования, что для меня дорог каждый прожитый час жизни... у меня очень много времени остается для того, чтобы сидеть думать. Я считаю, что у меня даже больше оснований считать себя счастливым сейчас, чем если бы я был здоровым человеком».

Stephen Hawking

Если не быть слишком строгими и позволить себе чуть-чуть отвлечься от физики, то можно вспомнить, что словами «черные дыры» М. Е. Салтыков-Щедрин называл провинциальные русские городки XIX века, в которых бесследно гибла любая живая мысль,- как мы увидим ниже, между этими черными дырами и астрономическими есть какое-то сходство. Равно, как есть сходство с нынешней экономикой России, куда кредиты проваливаются, по словам руководителя Счетной палаты, как в черную дыру.

Термин «сингулярность», который теперь всегда всплывает, если речь идет о черных дырах, возник значительно раньше - в начале тридцатых годов нашего века: в переводе с латыни "сингулярность" означает особенность, единственность. Хотя сингулярность как особая точка «сидит» внутри черной дыры и потому, казалось бы, ее должны были открыть позже или одновременно с черной дырой, произошло иначе - сначала теоретически была открыта сингулярность и только спустя много лет - черные дыры.

Из история и психологии открытия

Сингулярность впервые появилась в расчетах ленинградского математика А. А. Фридмана в 1922- 1924 годах. Он показал, что если обратить в уравнениях Эйнштейна, описывающих расширяющуюся Вселенную, время вспять, или, что то же самое, рассмотреть сжимающуюся Вселенную, то окажется, что материя будет занимать все меньший объем и, наконец, должна вся, без остатка, сжаться в точку, превратиться, по словам Фридмана, в ничто. Это «место», за неимением термина. Фридман называл довольно длинно: точка с радиусом кривизны, равным нулю. «Точечная Вселенная», из ко торой возникает наш мир, имела. стало быть, нулевой объем и бесконечную плотность. Пространство в «точечной Вселенной» схлопывается, перестает существовать, подобно тому, как исчезает окружность, радиус которой стал равен нулю. То же самое относится и ко времени. Несколько позже выяснилось, что «точечная Вселенная» вообще характеризуется набором бесконечных и потому не имеющих смысла. в рамках физики, величин - кроме плотности, там бесконечны гравитационные потенциалы, приливные силы, температура. В общем, в результате манипуляций с уравнениями получилось нечто физически бессмысленное, названное сингулярностью. и не случайно Фридман однажды назвал эту особенность курьезом.
Таким образам, сингулярность была получена не как «начинка» черной дыры, а носила космологический характер, как начало расширяющейся Вселенной или как конец сжимающейся, то есть относилась к невообразимо далекому прошлому, либо к будущей Вселенной. Сингулярность во фридмановских моделях Вселенной долгое время не считалась физической реальностью - действительно, казалось бы, зачем ее принимать серьезно в расчет, если моделей Вселенной имелось (и имеется) множество, и лишь некоторая часть из них приводит к сингулярности, да и в них она носит абстрактно- гипотетический .характер. Предполагалось, что отсутствие симметрии, большие скорости звезд, вращение, флуктуации, вязкость или еще что-нибудь никогда не позволят в будущем и не позволяли в прошлом «настоящей Вселенной» превратиться в ничто, в сингулярность. Поэтому сингулярность рассматривалась как математическая экзотика. физический фантом, и психологической потребности у физиков-теоретиков в ее изучении не возникало.
С историей открытия черной дыры дело обстояло в психологическом отношении похоже. Сразу после того, когда Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности. немецкий астроном Карл Шварцшильд дал решение ее уравнений для гравитационного поля (1916), создаваемой центрально-симметричной массой. В результате решения была получена некая величина, названная гравитационным, или шварцшильдовским радиусом, а сфера этого радиуса - сферой Шварцшильда. Величина эта, если ее вычислить для какого-нибудь реального астрономического тела, весьма мала,- скажем, для Солнца 2,96 километра, а для Земли 0,8 сантиметра.
Почти школьным является ныне знание того, что при выгорании ядерного топлива в центральных областях звезды (атомов водорода) , световое давление, поддерживающее динамическое равновесие, уменьшается и начинается неудержимое падение вещества звезды к центру. Если масса звезды равна или меньше солнечной, то получится заурядный белый карлик, постепенно остывающий и превращающийся в черный. Если масса выгоревшей звезды больше одной, но меньше трех солнечных, то процесс останавливается на стадии нейтронной звезды. Но если масса звезды больше трех солнечных, то ничто не может противодействовать гравитации и все вещество уходит под сферу Шварцшильда, а далее падает на центр, образуется черная дыра.
Сфера Шваршильда обладала рядом интересных свойств - она ярко демонстрировала относительность понятия времени, с ее поверхности не мог вырваться вовне никакой материальный объект, включая cвет - казалось бы, вот она - черная дыра. Правда не совсем, ибо понятие черной дыры включает в себя также расчет процессов, точнее, решение уравнений движения не только до и на сфере Шварцшильда, но и под ней. Robert Oppenheimer
Но... это решение было дано Р. Оппенгеймером и Г. Снайдером только в 1939 году. Можно было бы подумать, что черную дыру открыли теоретически так поздно только из-за печальных случайностей, скажем. потому, что сам Карл Шварцшильд умер буквально через несколько месяцев после написания своей статьи (в 1916 году), или потому, что Эйнштейн после 1917 года весь свой интеллектуальный потенциал направил на создание теории, объединяющей гравитационные и электромагнитные взаимодействия, и мало интересовался специфическими решениями уравнений гравитации. Однако это не так.
Сфера Шварцшильда не могла долгое время стать физическим объектом (хотя бы и теоретическим) по нескольким причинам. Прежде всего, с физической точки зрения казалось совершенно немыслимым сжать какое-нибудь реальное тело, звезду например, диаметром в несколько миллионов километров до гравитационного радиуса всего в несколько километров, так что гравитационный радиус Шварцшильда считался чем-то вроде абстрактной фикции. В лучшем случае его можно было принять за идеализацию вроде абсолютно твердого тела, абсолютно черного тела, идеального газа, которых, как хорошо известно, в реальности нет и быть в принципе не может... Вот почему понятно огорчение, которое испытывали многие физики после того, как черные дыры стали, можно сказать, научной сенсацией.
Известный американский астроном и физик индийского происхождения С. Чандрасекар в конце 70-х годов с нескрываемым сожалением говорил о том, как он в 1934 году не поверил в такой объект, как черная дыра, и отказался от чести теоретически открыть его, объясняя это полным неприятием идеи черной дыры ведущими космологами того периода, включая А. Эддингтона и Э. Милна.

 

Черные дыры признаны

Резкий перелом в отношении к черным дырам и сингулярности произошел после 1967 года, когда английский астроном Э. Хьюиш с сотрудниками открыл пульсары и отождествил их с нейтронными звездами, теоретически рассчитанными Оппенгеймером и Г. Волковым тогда же, что и черные дыры (1939 год). Открытие нейтронных звезд вызвало естественную аналогию: нейтронные звезды и черные дыры получены с помощью одного и того же математического аппарата обшей теории относительности, нейтронные звезды - физическая реальность, значит, таковой могут быть и черные дыры. В конце 1970 года с американского исследовательского спутника «Ухуру» был открыт рентгеновский источник «Лебедь Х-1», ныне практически общепризнанная черная дыра, а за последующие годы открыто еще не менее десяти черных дыр.
В 1994 году группа американских и японских астрономов обнаружила в созвездии Гончих Псов, в находящейся там спиральной туманности М106 нечто крайне важное. Эта галактика удалена от нас на 20 миллионов световых лет, но столь велика и энергетически щедра, что ее можно увидеть даже с помощью любительского телескопа. Оказалось, что у туманности М106 есть особенность - в ее центральной части существует природный квантовый генератор - мазер. Японский астроном Макото Мионис и его коллеги во время наблюдений туманности М106 обнаружили странное поведение этого космического мазера. Оказалось, что радиоизлучающие облака, имеющиеся в М106, вращаются вокруг центра, удаленного от них на 0,5 светового года. Причем, орбитальная скорость перемещения облаков равна 1111 км/сек или четырем миллионам километров в час! Такие скорости для компактных объектов редко встречаются в астрономии. Стало быть, на сравнительно небольшом расстоянии от центра с безумной скоростью облака заставляет вращаться гигантская масса. По расчетам она равна 36 миллионам солнечных масс. В Туманности Андромеды тоже есть примерно такая же по массе - 37 миллионов Солнц. black hole
Предполагается, что и в галактике М87 - чрезвычайно интенсивном источнике радиоизлучения - обнаружена черная дыра, в которой сосредоточено 2 миллиарда солнечных масс ! Видимо, цивилизации в Андромеде и в М 87 оказались недостаточно расторопными и не сумели вовремя выбросить черные дыры из центра своих галактик. Вот черная дыра и вобрала в себя окрестную материю и чудовищно разжирела. Этак этот космический пылесос утянет в себя всю галактику вместе с ее незадачливыми обитателями.

Для того, чтобы понять, каким образом возникает черная дыра, нам понадобится представление о внешнем, удаленном от нее наблюдателе, и о внутреннем, который полетит в черную дыру.
Поскольку никаких сигналов со сферы Шварцшильда для внешнего наблюдателя в принципе не поступает, то получается, что черная дыра для него даже не может возникнуть. Вещество коллапсирующей звезды в силу эффектов замедления времени (из-за увеличивающейся скорости падения и из-за нарастания гравитационных потенциалов) как бы застывает на подлете к сфере Шварцишильда. То есть, если бы мы послали к черной дыре вместе с веществом радиопередатчик, транслирующий нам сигналы каждую секунду, то по мере приближения к сфере Шварцшильда интервалы между сигналами начали бы увеличиваться - 2 секунды, 10, 100, 1000000... Последнего сигнала мы не получим никогда. Это и означает, что для внешнего наблюдателя сфера Шварцильда как бы недостижима. И вещество ее не может коснуться, а будет только вечно приближаться к ней. Для того, чтобы ввести для внешнего наблюдателя черную дыру как актуально существующий объект, физики применяют термин «вечная» черная дыра и говорят о ней как об объекте, возникшем «бесконечно давно», а точнее, возникшем вместе со Вселенной в момент ее «рождения» из сингулярности и теперь существующим в готовом виде. black hole
Впрочем, в физике неявно используется прием, с помощью которого можно хотя бы в принципе показать, как черная дыра возникает. Для этого делается мысленный «перескок» в позицию внутреннего наблюдателя, который (в момент, когда время получения сигнала от него приближается к бесконечности, т.е. его исчезновения для внешнего наблюдателя) пересекает сферу Шварцшильда и далее неудержимо падает на центр за весьма малое собственное время (для массы звезды порядка двух солнечных - за одну десятитысячную секунды). Такой «перескок» для исследователя черной дыры может быть имен но - лишь мысленным, так как если внешний наблюдатель в принципе может отправиться в черную дыру и стать внутренним наблюдателем, то вернуться обратно и снова превратиться во внешнего наблюдателя совершенно невозможно - внутреннего наблюдателя проводили в последний путь. Парадокс с возникновением черной дыры для внешнего наблюдателя и решается как раз отсылкой к относительности конечного и бесконечного: процесс, занимающий бесконечное время для внешнего наблюдателя, протекает за конечное время для внутреннего наблюдателя.
Дело не в огромной плотности черной дыры и неприменимости по такому случаю к ней известных физических законов. На поверхности Шварцшильда плотность может иметь любую величину. Гравитационный радиус черной дыры пропорционален ее массе, и при массе, равной миллионам солнечных масс будет порядка сотен тысяч километров. Плотность на сфере такой огромной черной дыры равна плотности воды, а сила тяготения будет, как на Земле Такую сферу земной наблюдатель пересечет, ничего не заметив, однако уже через несколько минут приливные силы начнут неудержимо расти вплоть до бесконечности, пока наблюдатель, вместе с веществом не сольется в точку, исчезнет.
Говоря о плотности на сфере Шварцшильда, мы оперируем, так сказать, математически полученной величиной от деления массы черной дыры на занимаемый ею объем. В действительности на сфере Швардшильда и под ней материи нет - она вся «упала» в сингулярность. А сингулярность - как бы не материальный объект. И даже массу черной дыры можно (и нужно) истолковывать как просто изменение геометрии поблизости от нее. Геометрия рядом с ней становится существенно неэвклидовой, так, что прямая линия делается на ее эргосфере замкнутой окружностью. Таким образом, черная дыра - это именно дыра в пространстве.
Впрочем, физическая неясность возникает еще до падения вещества в сингулярность. Она связана с действием приливных сил. Сущность приливных сил легко понять, если вспомнить, что сила тяготения зависит от расстояния до центра массы. Поэтому, например, на ноги человека действует большая сила притяжения, чем на его голову. Разность этих сил и есть приливной эффект, воспринимаемый как силы, направленные в противоположные стороны, т. е. как разрывающие тело силы (и , вдобавок, сжимающие его "с боков"). Приливной эффект на Земле от поля самой Земли весьма слаб и человеком не ощущается, так как составляет всего малые доли грамма, растягивающие тело человека. На белых карликах приливные эффекты значительно больше, а на поверхности нейтронной звезды с радиусом кривизны пространства-времени 50 км приливные эффекты будут в миллионы раз превосходить гравитационное ускорение (другими словами, силу тяжести) на Земле. Ясно, что человек не выдержит пребывания на орбите даже вблизи нейтронной звезды.
Пусть наш наблюдатель - миниатюрный сверхпрочный шарик. После пересечения сферы Шварцшильда приливные эффекты будут неудержимо нарастать, разрывая шарик, какой бы прочностью он ни обладал, на молекулы, далее молекулы - на атомы, атомы - на элементарные частицы. Не избегнут трансформации и элементарные частицы, но во что они превратятся - неизвестно, ответ пока выходит за рамки современной науки. Заметим, что до сих пор мы говорили о наблюдателе-человеке лишь для наглядности. Для физики совершенно необходим не «наблюдатель», а система отсчета, которой может быть любой объект, имеющий не нулевую массу покоя (поэтому фотон, например, не может быть системой отсчета). Поскольку мы не знаем, что представляют собой составные части разорванных элементарных частиц, а тем более, последующие продукты распада, не знаем, можно ли связывать с ними систему отсчета, то и вопрос о физическом смысле внутреннего наблюдателя (прибора) становится совершенно открытым. Ясно лишь одно - не надо летать в черную дыру. Хотя это было бы крайне занимательное путешествие.

 

Дыра снаружи и внутри

Хочется спросить, а куда пропадают тела, попавшие в черную дыру? Попробуем ответить на этот вопрос чуть позже, но заранее предупредим, что ответ не может быть строго научным. Пока же вернемся к некоторым свойствам такого незаурядного объекта, как черная дыра. black hole
Выяснилось, что даже в простейшем случае, когда черная дыра не обладает ни зарядом, ни вращением, а характеризуется только массой (такая черная дыра называется шварцшильдовской) , ее глобальная структура пространства- времени настолько сложна и необычна, что требует введения, кроме пространства-времени нашей Вселенной, еще и пространства- времени некоторой другой вселенной, совершенно не связанной с нашей. Точнее говоря, достичь этой. другой вселенной можно было бы только «нырнув» в черную дыру. а затем снова «вынырнув» из нее. Но как раз сделать это невозможно, поскольку после пересечения горизонта событий (сферы Шварцшильда) время и пространство меняются местами, то есть время становится пространством (и приобретает его свойства), а пространство - временем. Последнее означает, что под горизонтом событий пространство становится одномерным (как время) и точно так же, как время течет всегда только от прошлого к будущему, так и пространственные пути «внутри» черной дыры всегда направлены от сферы Шварцшильда по радиусу в центр, в сингулярность, и не могут уклоняться «по сторонам»- «Проскочить» же сингулярность в принципе невозможно, ибо там прекращается физическое существование любого объекта.
Ну, а что означает обратимое и трехмерное время, приобретшее такие свойства под горизонтом событий? Увы, ответить на этот вопрос затруднительно, разве только предположив, что обратимость времени теоретически и означала бы как раз возможность попадать в другую, «будущую» или «прошлую» Вселенную. В 1963 году австралийский математик Р. Керр, работавший тогда в Техасском университете, нашел полное решение уравнений гравитационного поля для черной дыры, обладающей вращением. Учет вращения принципиально важен. Ибо все звезды обладают моментом вращения, и при образовании черной дыры момент количества вращательного движения (так же как, и масса) сохраняет. Таким образом, вращающаяся (керровская) черная дыра объект значительно более реальный, чем просто шварцшильдовская. И вот оказалось, что керровская черная дыра обладает гораздо более сложными и необычными свойствами по сравнению с невращающейся черной дырой объектом, согласитесь, тоже вовсе не ординарным.
Керровская дыра, помимо сферы Шварцшильда, имеет так называемый предел статичности, находящийся выше этой сферы. Физически наличие предела статичности означает, что оставаться в покое, достигнув предела статичности, можно только обладая скоростью света. Тела, имеющие меньшую скорость, вовлекаются в спиральную траекторию с постепенным приближением к сфере Шварцшильда, откуда возврата уже нет принципиально, И все же после пересечения предела статичности вернуться еще можно. black hole
В 1969 году молодой профессор Оксфордского университета Р. Пенроуз показал, что при определенном угле и скорости вхождения в предел статичности можно сбросить часть массы на сферу Шварцшильда, зато оставшаяся масса, получив мощное ускорение, будет выброшена за предел статичности. Дж. Уилер (с соавторами) в своей трехтомной монографии «Гравитация» даже предлагает устройство для будущей высокоразвитой цивилизации, использующей это свойство керровской дыры. Из города, находящегося на достаточном удалении от черной дыры, отправляется а эргосферу - то есть за предел статичности, но до сферы Шварцшильда - транспортер с мусором. Мусор сбрасывается на сферу, а сам транспортер получает ускорение и отдает полученную энергию электрическим генераторам города. Таким образом вращение черной дыры самым экологически чистым способом переходит в нужную для цивилизации энергию. При всей технической фантастичности этого проекта его теоретическое обоснование бесспорно.
Присущее любому человеку, и физику в том числе, стремление представить изучаемое явление в виде наглядной модели, привело в 1975 году профессора Калифорнийского технологического института У. Кэнингама к ряду расчетов, которые показывают, как выглядела бы черная дыра, если смотреть на нее снаружи, как она выглядела бы, если влететь в нее, внутри, и как она смотрелась бы, если покидать ее - и все эти картины варьируются в зависимости от того, какими свойствами обладает сама дыра - имеет ли она заряд, вращается ли и так далее. Описание этих сцен читатель найдет в увлекательной книге директора Гриффитской обсерватории У. Кауфмана. У нас же остался невыясненным вопрос, куда пропадает вещество, упавшее в черную дыру. Формально расчеты Кэнингама позволяют дать на него ответ.
Структура пространства-времени керровской дыры предстает на диаграмме Пенроуза в виде бесконечного набора пространств-времен различных вселенных, которые связаны между собой черными дырами. Вернее, можно влетать из одной вселенной в черную дыру, а вылетать из нее в другой вселенной, затем можно нырнуть в этой второй вселенной в ту же дыру и вылететь из нее, но не в первой, нашей Вселенной, а в некоей третьей, и так далее...
Но это формально-математическая возможность, и хочется узнать. а как же на самом деле, можно ли таким образом путешествовать из вселенной во вселенную? Если да, то мы тем самым получаем ответ на вопрос о судьбе провалившегося в черную дыру вещества: оно вываливается где-то в иной вселенной, а в нашей от этого прорыва остается «дыра» в пространстве-времени, медленно затягивающаяся в результате процесса испарения. black hole
Определенный ответ на этот вопрос, на вопрос о том, что происходит «на самом деле», не может быть дан в рамках «чистой» физики. К ответу примешан натурфилософский или, лучше сказать, сверхфизический довесок, поскольку формальная полнота диаграммы Пенроуза интерпретируется в виде постулирования существования «других вселенных». Но с тем же успехом эти «другие вселенные» можно интерпретировать как нашу собственную Вселенную, только находящуюся либо в далеком прошлом, либо в будущем. И тогда оказывается, что в этой интерпретации вылет из дыры означал бы попадание в прошлое нашей Вселенной. Другими словами, черная дыра является «машиной времени».
Здесь уместно напомнить, что в эту почти что фантастическую идею внесли вклад и русские космологи. Имеется весьма специфическое решение для случая коллапса электрически заряженного шара, данное И. Д. Новиковым (1966), когда вещество после ухода под сферу Шварцшильда сжимается, но на определенном этапе сжатие останавливается, и начинается расширение вещества, которое, однако, происходит «в глубь» черной дыры, в некое новое пространство. Именно это решение позволило вначале К. Торну, а затем подробнее Кардашеву интерпретировать черные дыры как входы в иные Вселенные, отделенные от нашей пространственно-временным разрывом.
А еще позднее с формальным аппаратом этой идеи выступил упомянутый выше Кэнингам. Повторю, что согласно этой экзотической идее внутренний наблюдатель, попавший в черную дыру, «вылетит» из нее где-то в абсолютном будущем, в принципиально другой Вселенной, не имеющей никакой связи с нашим миром. Причем наш путешественник при «влете» в черную дыру за конечный срок увидит все бесконечное будущее «своей» Вселенной, а при «вылете» из черной дыры - все прошлое «новой» Вселенной.
Впрочем, следует еще раз оговорить, что идеи о «других» Вселенных, расположенных вне нашего пространства и времени, не вытекают строго ни из каких физических теорий, а являются спекулятивными, натурфилософскими положениями, носящими в той или иной степени фантастический характер. Но - красивыми. Идея о многосвязной топологии, о принципиально различных пространствах, имеет весьма старые корни - в 1928 г. ее высказал английский космолог Д. Джинс, а в 1960 г. с этой идеей выступил Д. Уилер. Подобные идеи носили и носят либо чисто качественный, либо формально-математический характер.
Я. Б. Зельдович и И. Д. Новиков сообщают об «искушении» описать черные дыры как «вход» в другой мир, а белые дыры как выход из другого мира, откуда как бы из ничего вываливается материя, но тут же указывают, что с жестко с ОТО эти выводы не связаны.
Проникновение в прошлое - это явное противоречие с принципом причинности, самая общая формулировка которой как раз гласит: невозможно вернуться в прошлое. Очень легко наглядно продемонстрировать это противоречие.
Пусть путешественник влетел в черную дыру и прибывает в недалекое прошлое нашей Вселенной, в то же самое место, откуда убыл. Убыл-прибыл. День убытия и прибытия считаются за один день. Там он может встретить самого себя и, допустим, сбить автомобилем. Очевидно, что тогда полет не мог бы состояться вообще, а он, тем не менее, был. Как решить этот парадокс, пока совершенно неясно. Можно, конечно, сказать, что вернуться можно только в очень далекое прошлое, когда ни вас, ни автомобилей не было в помине. Но это не снимает главного запрета, проистекающего от принципа причинности: невозможно возвратиться в прошлое. Ни в близкое, ни в далекое. В далеком, допустим, не было ни вас, ни ваших родителей, но кто-то же был? И вот с этими "кем-то" можно произвести некие манипуляции, которые изменят будущее и оно станет не таким, каким было в момент отлета нашего командировочного в черную дыру. В частности, таким, что не позволит никуда летать, в то время как само это изменение есть результат полета!
Потому давайте проникнем внутрь черной дыры мысленно.
Пока внутри черной дыры «сидит» сингулярность, о ней можно как бы забыть. Однако расчеты показывают, что для случаев быстро вращающихся черных дыр или дыр с большим электрическим зарядом сингулярность должна обнажаться. Возможность существования «голой» сингулярность следует и из теории Хокинга.
Напомню, что сингулярность обладает бесконечной пространственно-временной кривизной и, следовательно, бесконечными приливными силами, причем воздействовать эти бесконечные величины на окружающее будут непосредственно без «смягчающего влияния» сферы Шварцшильда. Физические эффекты воздействия на окружающее пространство почти (почти - потому, что на некотором расстоянии от сингулярности) бесконечных приливных сил неизвестны. Хокинг полагает, что в этом случае в физическую теорию вводилась бы неопределенность значительно большая, чем в квантовой механике. Наглядно это означало бы, что в окрестности голой сингулярности за счет почти бесконечных приливных сил могли бы происходить совершенно непредсказуемые события - скажем, ни с того ни с сего появлялись бы любые предметы произвольных размеров и формы («макроквантовые флуктуации»).
Многим физикам, естественно, это не нравится. Еще в 1969 году Пенроуз назвал возможность голой сингулярности «тревожной и сомнительной» и выдвинул гипотезу о так называемой «космической цензуре», согласно которой природа «боится» голой сингулярности (как когда-то «боялась пустоты»), и поэтому та никогда не сможет обнажиться.
Однако ни эта гипотеза, ни многочисленные попытки избавиться от сингулярности, заменяя теорию относительности другими альтернативными теориями, пока не привели к явному успеху и не имеют широкого признания среди физиков. Но, возможно, и не нужно избавляться от сингулярности? Из истории физики известно, что такого рода парадоксы стимулировали развитие науки.
В нашем случае парадоксы сингулярности указывают на пределы применимости теории относительности и буквально подталкивают работу над плодотворной идеей синтеза различных, до сих пор весьма разобщенных между собой теорий - квантовых. релятивистских, термодинамических. Многие физики считают, что подобное объединение приведет к таким же последствиям, как объединение электричества и магнетизма Максвеллом или гравитации и инерции Эйнштейном, то есть к новому уровню физического знания.

 


ПРИЛОЖЕНИЕ.

До середины семидесятых годов существование черных дыр, казалось, противоречило второму началу термодинамики : дыра была только поглощающим, не ничего не излучающим объектом. Это противоречие вызвало к жизни ряд работ, «примиривших» черные дыры с термодинамикой. Вначале американский физик Д. Бекенштейн показал, что свойства черной дыры не противоречат второму началу термодинамики, что энтропия черной дыры может только расти - это означает одновременно уменьшение информации о ее. «внутреннем устройстве». При образовании черной дыры у вещества исчезают, погребенные под сферой Шварцшильда. все свойства, кроме массы, электрического заряда и (в случае вращения) момента вращения. Внешний наблюдатель теряет информацию о частицах при их коллапсе в черную дыру - их становится невозможно идентифицировать) и эта потеря соответствует максимальному росту энтропии.
Окончательно термодинамические возражения против черной дыры были устранены открытием в 1974 году молодым английским теоретиком Хокингом так называемого испарения черных дыр. Испарение представляет собой порождение в сильном гравитационном поле черной дыры (за счет квантовых флуктуаций фотонов и других элементарные частиц, благодаря чему масса черной дыры со временем уменьшается, как бы переходя во внешнее излучение. Открытие этого эффекта, которое многие физики считают одним из самых значительных достижений после создания теории относительности, устанавливает полное совпадение излучения черной дыры с излучением обычного нагретого тела.
Испарение черной дыры превратило этот объект из своего рода мистической «гравитационной могилы», из объекта, который никогда не мог перейти ни в какое иное состояние, в разряд обычных эволюционирующих объектов.
Правда, «обычных» в кавычках. Cам механизм испарения необычен. Он связан с представлением о вакууме как о пространстве, «забитом» до отказа парами виртуальных (возможных) частиц-античастиц. Мощные гравитационные силы в окрестности сингулярности, сидящей «внутри» черной дыры, разрывают виртуальные пары на отдельные частицы и античастицы и заряжают их достаточной энергией, чтобы превратить из виртуальных в обычные, наблюдаемые. Затем благодаря тоннельному эффекту частицы, обладающие одновременно волновыми свойствами, могут просочиться через сферу Шварцшильда наружу (тоннелировать через потенциальный барьер ) и быть зарегистрированными удаленным наблюдателем. Скорость излучения просочившихся частиц и обеспечивает как раз температуру черной дыры.

Комментарии

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?