Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

Во второй половине XX столетия в астрофизике большую популярность приобрела гипотеза так называемых черных дыр. Одно название чего стоит: «дыры» во Вселенной, да еще «черные»!

Если некоторая масса вещества окажется в малом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения это вещество начинает неудержимо сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа – гравитационный коллапс.

В процессе коллапса растет концентрация массы. Растет в соответствии с общей теорией относительности и кривизна пространства. И в конце концов наступает момент, начиная с которого ни один луч света, ни одна частица, ни один вообще физический сигнал не может «вырваться» из подобного образования наружу. Оставаясь в рамках общей теории относительности, подобную ситуацию можно интерпретировать и как замыкание пространства в данном месте в результате возрастания кривизны. Образовавшийся в результате такого замыкания объект и есть черная дыра.

Если справедливо существующее представление о том, что всякая информация должна иметь материального носителя, то такой объект для внешнего наблюдателя как бы перестает существовать – от него не поступает никакая информация.

Как заметил в одной из своих работ крупнейший американский специалист по теории гравитации Кип Торн, «…из всех творений человеческого разума: от мифологических единорогов и драконов до водородной бомбы, пожалуй, наиболее фантастическое – это черные дыры. Однако из физических законов с неизбежностью следует существование черных дыр».

Радиус коллапсирующего тела, при котором оно превращается в черную дыру, называется гравитационным радиусом. Для массы Солнца гравитационный радиус равен 3 километра, для массы Земли – 0,9 сантиметра. Если бы Солнце сжалось до размеров шара с радиусом 3 километра, оно превратилось бы в черную дыру.

А сфера, радиус которой равен гравитационному, получила название «сферы Шварцшильда». Любое тело, оказавшееся на поверхности этой сферы, не может оставаться неподвижным – оно должно падать внутрь. Иногда эту сферу называют еще «горизонтом черной дыры».

На поверхности, радиус которой для данной массы равен гравитационному, сила тяготения практически становится бесконечно большой. И для того чтобы ее преодолеть и оторваться от черной дыры, надо было бы развить вторую космическую скорость, превосходящую скорость света. Вот почему черная дыра ничего не выпускает наружу.

В то же время она может втягивать в себя окружающее вещество, увеличивая при этом свои размеры.

Таким образом, возможность образования черных дыр в принципе можно объяснить и с точки зрения классической механики Ньютона. На это еще в конце XVIII века обратил внимание П. Лаплас. Однако полная теория физических процессов, происходящих в черных дырах и описывающая весь комплекс связанных с ними явлений, может быть построена только с позиций общей теории относительности.

Для внешнего наблюдателя процесс сжатия коллапсирующего вещества будет протекать бесконечно длительное время. И, как показывают расчеты, момента вхождения массы «под» гравитационный радиус он вообще никогда не дождется, так как вблизи границы черной дыры время практически останавливается.

Иную картину увидел бы воображаемый наблюдатель, падающий вместе с веществом в черную дыру. Он за конечный промежуток времени достиг бы гравитационного радиуса и продолжал падение к центру черной дыры.

Таким образом, ход времени вне черной дыры и внутри нее оказывается качественно различимым. С точки зрения обычной «земной» логики и здравого смысла, опирающегося на круг явлений, привычных для человека и протекающих в привычной для него среде обитания, эти рассуждения о неодинаковом ходе времени могут показаться по меньшей мере странными и противоречивыми. Но они, тем не менее, соответствуют реальности.

Вещество, оказавшееся внутри черной дыры, продолжает падать к ее центру, где в результате образуется так называемая сингулярность, то есть точечный объект, в котором плотность вещества достигает бесконечной величины!

Кстати, заметим, что на протяжении длительного времени в теории горячей расширяющейся Вселенной также считалось, что наша Метагалактика образовалась из точечной так называемой космологической сингулярности, которую еще образно иногда именовали «первоатомом». Это событие – Большой Взрыв – и предопределило дальнейшее расширение Вселенной.