Знание-сила, 1999 № 07-08

В 1930 году девятнадцати лети ий индийский студент Субраманьян Чандрасекар решил проверить эту идею численно. Честно говоря, он занялся этим делом от скуки во время плавания из Мадраса в Саутхэмптон, когда читал книгу Эддингтона о звездах. Найденный им ответ произвел небольшую революцию: оказалось, что лишь для звезды в одну-две массы Солнца расталкивание удерживает гравитацию, а любое более тяжелое тело должно продолжать сжиматься дальше. Такое катастрофическое сжатие и называется коллапсом.

Результат Чандрасекара сильно обеспокоил Эддингтона, он посчитал его нефизическим, поскольку бесконечное сжатие невозможно, и стал высмеивать результат и автора. Чандрасекар был невероятно огорчен, и лишь поддержка таких экспертов, как Нильс Бор, позволила ему игнорировать неконструктивную критику.

Одни исследователи разрабатывали проблемы квантовой статистики, а другие занялись тщательной проработкой статей Эйнштейна о гравитации. Часть уравнений Эйнштейна, которая описывает поле вокруг вещества, очень сложна.

Однако такие явления, как искривление светового луча, можно описать в некотором приближении. Что и сделал в 1916 году немецкий астроном Карл Шварцшильд. Он нашел одно из приближенных решений для достаточно реалистической ситуации – планеты, вращающейся вокруг звезды.

В процессе решения Шварцшильд обнаружил нечто необычное: при некотором значении расстояния от звезды до планеты уравнения «сходили с ума» – исчезало время, и пространство становилось бесконечным. Сегодня это расстояние носит название радиуса Шварцшильда. А для случая, когда происходит что-то необъяснимое, математики придумали специальное название – сингулярное решение. Радиус Шварцшильда во много раз меньше радиусов привычных нам тел: для Солнца он равен трем километрам.

Естественно, Шварцшильд понимал, что его формулы не имеют смысла при таком значении радиуса, но он просто решил не обращать особого внимания на эту маленькую неприятность. В его задачу входило лишь построение упрощенной модели звезды. Он отметил, что для сжатия звезды до пресловутого радиуса потребуется бесконечный перепад давления, а значит, результат не имеет практического интереса.

Но не все были так беспечны. Эйнштейн серьезно обеспокоился открытием немецкого астронома, поскольку полученное решение не удовлетворяло некоторым техническим требованиям теории относительности. Были сделаны небольшие видоизменения, и вроде бы неприятности удавалось избежать, но Эйнштейн продолжал думать о проблеме. В 1939 году он возвращается к ней в дискуссиях с космологом из Принстона Гарольдом Робертсоном с единственной целью – убить сингулярность Шварцшильда. «Самый существенный результат нашего обсуждения – это понимание того, что сингулярности Шварцшильда не существуют в физической реальности». Проще говоря, черных дыр нет!

Доказывал свой вывод Эйнштейн, анализируя систему небольших частиц, движущихся по круговым орбитам. Такая система не может сжаться до радиуса Шварцшильда, поскольку на нем вещество должно двигаться со скоростью больше световой. Любопытно, что все расчеты Эйнштейн проделал на логарифмической линейке.

Доводы великого физика верны, но оказывается, что нестабильная на радиусе Шварцшильда коллапсирующая звезда может быстро проскочить его и нестабильность не имеет значения.

В центрах этих трех галактик, вероятно, содержатся сверхмассивные черные дыры. Увеличение снимка нижней галактики демонстрирует, что ее ядро – двойное.

Буквально в те же дни Роберт Оппенгеймер со своим студентом создали современную теорию черных дыр. Забавно, что начали они с неверной идеи. В 1932 году английский физик- экспериментатор обнаружил нейтрон, составляющую часть атомного ядра. Вскоре после этого Фриц Цвикки в Калифорнийском технологическом институте и независимо от него Лев Ландау предположили, что из нейтронов могут возникать целые звезды.

По их аргументации, при достаточно большом гравитационном давлении электроны сливаются с протонами и дают в результате нейтроны. Цвикки даже догадался, что необходимые «сверхдавления» могут возникать при взрыве сверхновых звезд. Теперь такие звезды известны, их называют пульсарами. А в те годы еще не был ясен механизм генерации энергии в звездах, поэтому одна из гипотез помешала нейтронную звезду в центр любой обычной звезды. (В наши дни, по абсолютно схожим соображениям, астрофизики полагают, что внутри каждого квазара сидит черная дыра, дающая энергию.) Истинный же источник энергетики звезд – термоядерные реакции слияния – был открыт Гансом Бете и Карлом фон Вайцзеккером как раз в 1938 году.