Есть ли жизнь внутри черных дыр?

В. А. Березин

В книге рассказывается о теории относительности и черных дырах, а также рассматриваются ряд смежных вопросов астрофизики – космологии и обсуждается проблема жизни во Вселенной, отчасти, с элементами научной фантазии (но не совсем фантастики). При этом факты об устройстве мира приводятся, за редкими исключениями, в готовом виде, а история открытий почти не затрагивается. Это позволит читателю быстрее познакомиться с тем, что стало известно в результате многих веков раздумий и исследований ученых.

Черные дыры

Общая теория относительности предсказывает существование черных дыр, которые с математической точки зрения являются решениями уравнений Эйнштейна. Пространство-время способно так сильно искривиться, что из отдельных его областей свет не сможет выйти наружу, возникает как бы ловушка для света и всех других частиц. Это и есть черная дыра.

Кстати говоря, объект, притяжение которого столь велико, что скорость убегания с его поверхности равна скорости света, обсуждал английский священник Джон Мичелл (1724—1793) еще в 1784 г. — задолго до создания Общей теории относительности. Мичелл пользовался тогда теорией Ньютона и пришел к выводу, что такой объект будет невидимым, поскольку он не отпускает от себя свет. Он назвал их темными звездами. Через 14 лет после появления статьи Мичелла знаменитый французский ученый Пьер Симон Лапласс вычислил радиус такой темной звезды, удивительным образом совпадающий с радиусом незаряженной и невращающейся сферически симметричной черной дыры в Общей теории относительности.

Особый всплеск интереса к черным дырам возник тогда, когда во Вселенной были открыты очень мощные источники излучения — квазары (квазизвездные объекты, что в переводе на обычный язык означает «как бы звездные»). Сейчас уже надежно установлено, что это аккрецирующие черные дыры с массами в миллионы и миллиарды масс Солнца, расположенные в центрах очень далеких галактик. Исследование этих объектов подстегнуло теоретические исследования по гравитации и физике черных дыр. Квазарами называют наиболее мощные и далекие активные ядра галактик, т.е. квазары — это подкласс активных ядер галактик. Также теория звездной эволюции предсказывает существование многочисленных черных дыр звездных масс. Таким образом, черные дыры могут иметь массы в очень широком диапазоне — от масс элементарных частиц, до звездных и еще больших масс. Одна из наиболее интересных для нас черных дыр — это черная дыра в центре нашей Галактики — Млечного пути. Ее масса в миллионы раз превышает массу Солнца.

В последние 20 лет черные дыры стали необычайно популярны и начали широко обсуждаться благодаря тому, что с развитием техники астрономических наблюдений появились убедительные свидетельства их реального существования. На наших глазах черные дыры превращаются из формальных математических конструкций, рассматриваемых теоретиками, в реально существующие объекты. Но они станут окончательно реальными, когда путем очень точных астрономических наблюдений будет доказано наличие у них горизонта, из-под которого наружу не выходит даже свет.

Напомним еще раз, что такое черная дыра. Это очень сильно сжавшийся массивный объект, например ядро звезды. Объект имеет настолько сильное гравитационное поле, что никакое тело не может из него вылететь. По-простому говоря, вторая космическая скорость у черной дыры больше скорости света. Поэтому есть некая область, окружающая этот объект, внутренность которой недоступна наблюдениям извне. Граница этой области называется горизонтом событий черной дыры. Чтобы увидеть, что находится внутри горизонта, необходимо пересечь горизонт, то есть, залететь внутрь черной дыры, но без надежды вернуться обратно. Когда корабли уплывают за линию горизонта на земном шаре, мы перестаем их видеть. А в случае черной дыры свет не может доходить до нас из-под горизонта черной дыры.

Частица, масса которой пренебрежимо мала, падает в черную дыру за бесконечное время с точки зрения внешнего неподвижного наблюдателя. Она будет приближаться к горизонту черной дыры все ближе и ближе, но никогда его не пересечет. Частица застынет там навсегда. Однако, если наблюдатель падает вместе с частицей, то он увидит, что она пересекла горизонт за конечное время. Противоречия в этом нет, так устроен мир, описываемый Общей теорией относительности. Разные наблюдатели видят явления по-разному — вплоть до бесконечной разницы во времени, которое отсчитывают их часы. Следует, правда, уточнить, что если учесть массу падающей частицы и обратное влияние гравитации частицы на геометрию черной дыры, то время падения получится конечным даже по часам далекого неподвижного наблюдателя.

Выше мы уже рассказали о Вселенной в целом, о том, как она представляется в Общей теории относительности в рамках однородных моделей. Но черные дыры находятся в космическом пространстве в окружении других объектов, с которыми они взаимодействуют различными способами. Поэтому прежде, чем начать рассказ про черные дыры, мы в следующем разделе очень кратко опишем состав Вселенной, расскажем про астрофизические объекты, которые ее населяют.

Конец ознакомительного фрагмента.