Черные дыры и пространственно-временные парадоксы

      Еще через пять лет, в 1939 г., Ю.Р. Оппенгеймер и Г. Волков опубликовали обширные вычисления, доказывающие плодотворность этих соображений. Но так как никто никогда не наблюдал нейтронных звезд, эти пророческие идеи не нашли подходящей почвы. По сути дела астрономы просто не знали, где и как им искать нейтронные звезды.

      В 1054 г. н. э. астрономы Древнего Китая  отметили появление на небе «звезды-гостьи»  в созвездии Тельца. Яркость этой новой звезды была столь велика, что ее можно было видеть без труда  в солнечный день, Затем она  стала ослабевать и вскоре совершенно пропала из виду.

      Когда современные астрономы направили  свои телескопы на то место неба, где, согласно древним записям, появилась  «звезда-гостья», они обнаружили великолепную Крабовидную туманность. Крабовидная  туманность является прекрасным примером остатка взрыва сверхновой, а древнекитайским астрономам настолько повезло, что они увидели умирающую звезду, когда она сбрасывала свою атмосферу.

      В конце 1968 г. астрономов ждала новая  радость: был обнаружен пульсар, расположенный точно посередине Крабовидной туманности. Этот пульсар, известный как NP 0532, - самый быстро пульсирующий из всех пульсаров. Импульсы радиоизлучения приходят от него по 30 раз за секунду. Это открытие дало астрономам повод для подозрений, что умирающие звезды могут иметь какое-то отношение к пульсарам. Непосредственные расчеты показали, что белые карлики не способны давать тридцать импульсов радиошума в секунду. Пришла пора воскресить идеи Бааде, Цвикки, Оппенгеймера и Волкова.

      Все звезды вращаются и все они, вероятно, обладают магнитными полями. В обычных условиях оба этих свойства довольно несущественны. Например, Солнце делает один оборот вокруг своей оси примерно за месяц. Его магнитное поле к тому же довольно слабое. В среднем у Солнца магнитное поле имеет приблизительно такую же напряженность, как и у Земли. Однако если Солнце или подобная ему звезда станет сжиматься до размеров нейтронной звезды, то оба указанных свойства приобретут исключительно важное значение. Чтобы понять причины этого, представим себе фигуристку, делающую пируэт на льду. Это - прямое следствие фундаментального закона физики, известного как закон сохранения момента количества движения. Подобным же образом если большая звезда, размером с Солнце, сжимается до малого объема, то скорость ее вращения стремительно возрастает. Поэтому астрономы считают, что нейтронные звезды очень быстро вращаются, вероятно, быстрее, чем оборот за секунду.

      Когда звезда очень велика, ее магнитное  поле распределено по многим миллионам  квадратных километров ее поверхности. Напряженность магнитного поля во всех точках поверхности довольно невелика. Однако, умирая, звезда уменьшается в размерах. То магнитное поле, которое первоначально было распределено на большой площади, сосредоточивается на нескольких сотнях квадратных километров. При сокращении площади, занимаемой магнитным полем, его напряженность тоже стремительно возрастает. Если бы звезда вроде Солнца сжалась до размеров нейтронной звезды, то напряженность ее магнитного поля увеличилась бы примерно в миллиард раз!

      У астрономов, занимающими проблемами нейтронных звезд, имеются веские основания считать, что эти звезды быстро вращаются вокруг оси и обладают мощными магнитными полями.

      Не  может существовать нейтронных звезд  с массой более примерно 2,25 солнечной! Выше этого критического предела давление вырожденных нейтронов в свою очередь оказывается недостаточным, чтобы поддержать умирающую звезду.

      Наблюдения  двойных звезд свидетельствуют  о том, что во Вселенной существуют звезды с массами до 40 или 50 солнечных. Расчеты процессов эволюции звезд говорят о том, что массивные звезды стареют очень быстро. Предположим, что умирающая массивная звезда не выбросит все лишнее вещество в космическое пространство вспыхнув как сверхновая, пусть поэтому оставшаяся от звезды мертвая сердцевина обладает массой более 3 солнечных масс. Такая звезда не может стать белым карликом, так как ее масса значительно превышает предел Чандрасекара. Такая звезда не может стать и пульсаром, ибо ее масса слишком велика, чтобы ее могло выдержать давление вырожденного нейтронного газа. Умирающая звезда, мертвая сердцевина которой содержит вещества более 3 солнечных масс просто становится меньше и меньше. Направленная внутрь всесокрушающая сила веса миллиардов тонн вещества не может встретить достойного сопротивления. По мере сжатия звезды напряженность гравитационного поля вокруг нее становится все больше. В ходе продолжающегося сжатия нарастает искривление пространства-времени. Наконец, когда звезда сожмется до поперечника в несколько километров, пространство-время «свернется» и звезда исчезнет, а то, что останется, называется черной дырой.

4. Пространственно-временные парадоксы, связанные с черными дырами

       Теории о путешествиях во времени,  всегда остаются одними из  самых впечатляющих вслед за  разработками в области телепортации, торсионных полей и антигравитации. Впрочем, путешествию во времени не повезло больше - до сих пор не только нет очевидцев перемещения во времени, но и универсального определения времени. В каком-то смысле каждый из нас - настоящий путешественник во времени, правда, это не впечатляет, тем более что двигаться в этом понимании можно только “вперед”. [4, с. 78]

     До  Эйнштейна о путешествиях во времени  говорили только литераторы, причем идея “времени вспять” принадлежит вовсе  не Герберту Уэллсу, а Эдварду Пейджу Митчеллу, издателю газеты New York Sun, который за 7 лет до “Машины времени” опубликовал рассказ “Часы, которые шли назад”. В физике о возможности подобных перемещений стало модно размышлять вслед за Эйнштейном. Феномен путешествия во времени с того самого момента стал объясняться с точки зрения действия пространственно-временного континуума. “Тень” Эйнштейна по сей день “лежит” на всех мало-мальски серьезных рассуждениях на эту тему.

     По  теории относительности выходит, что  при скорости, близкой скорости света, время должно замедляться. Однако скорость света практически недостижима в отличие, скажем, от скорости звука, барьер которой был преодолен в последней четверти прошлого века. Далее, по теории Эйнштейна следует, что, когда тело развивает скорость, близкую к скорости света, его вес начинает увеличиваться и в точке достижения этой скорости практически бесконечен. Еще одна аксиома, которая также сопровождает теории о времени, гласит: первое путешествие, если ему суждено будет произойти, будет связано не с изобретением сверхбыстрого транспорта, а с открытием особой среды, в которой любое транспортное средство могло бы разогнаться до нужной скорости. Коридор во времени может быть образован и сугубо “природными” явлениями: черными дырами, тоннелями, космическими струнами и так далее.

     Наиболее  вероятным претендентом на “коридор времени” называют черные дыры, о природе  которых до сих пор известно очень  мало. Принято считать, что когда  звезды, масса которых превышает  массу Солнца как минимум в  четыре раза, гибнут, то есть когда их “топливо” сгорает, они взрываются из-за давления, вызванного их собственным весом. В результате взрыва образуются черные дыры, гравитационные поля в которых настолько мощны, что эту область не может покинуть даже свет. Всякий объект, достигающий границы черной дыры - так называемого горизонта событий, - всасывается в ее недра, причем снаружи не видно, что происходит “внутри”.

     Черная  дыра окружена гравитационным полем, в  котором тела достигают скорости света. Предполагается, что в глубине черной дыры - предположительно, в центре, в так называемой точке сингуляра - законы физики прекращают действовать, и пространственная и временная координаты, грубо говоря, меняются местами, а путешествие в пространстве становится путешествием во времени. Кроме того, физики предположили, что если есть черные дыры, затягивающие все, оказавшееся в зоне воздействия, то где-то там, в “ядре” дыры, должна быть некая “белая дыра”, выталкивающая материю со столь же сокрушительной силой.

     В центре черной дыры находится коридор, где пространство и время меняют свои характеристики. Однако есть одно “но”: прежде чем тело достигнет зоны, где законы традиционной физики перестают действовать, оно будет разрушено. Эта точка зрения была высказана физиком Калифорнийского института технологии Кипом Торном, автором монографии “Черные дыры и искривление времени”.

     Торн  предложил другой способ достижения необходимого для путешествия во времени ускорения. Он, основываясь  на той же теории Эйнштейна, по которой  пространство и время везде постоянно, изучал другие “прорехи” в пространственно-временном континууме. Эти норы-тоннели якобы способны возникать между отдаленными объектами благодаря казуальной скрученности пространства. Тоннели могут связывать отдаленные в пространстве точки, которые существуют в принципиально разных временных плоскостях. Кип Торн абсолютно серьезно в преддверии открытия этих тоннелей предлагал для поддержания их открытыми покрывать поверхность туннеля неким веществом с отрицательной плотностью энергии. Гравитационные силы будут стремиться разрушить туннель, захлопнуть его, а покрытие будет расталкивать стенки и удерживать от коллапса.

Заключение

      В последние годы наши представления  о черных дырах заметно изменились. Еще недавно эти объекты считались  экзотическими. Теперь астрономы уверены, что Вселенная изобилует черными дырами. По расчетам ученых, их не менее 400 миллионов. Парадоксально, но факт: почти половина всего света во Вселенной порождена самыми мрачными космическими объектами — черными дырами. Они преобразуют вещество в энергию света эффективнее, чем любая звезда.

      Однако  механизм коллапса поразительно напоминает схему формирования черной дыры. Когда  звезда «выгорает», ее руины под  действием собственной тяжести  сжимаются. На месте звезды образуется невероятно плотный объект — черная дыра. Черная дыра — их живая модель, заменяющая космологам сложнейшие математические формулы, которыми они описывают Большой Взрыв.

      Сложнее становится и представление о  черных дырах. Астрономы научились  различать в этих сгустках мрака несколько разновидностей:

• миниатюрные черные дыры диаметром несколько километров; они образуются при коллапсе звезды, и их масса незначительно превышает массу Солнца;
• черные дыры средних размеров; они образуются при слиянии миниатюрных черных дыр, и их масса в10 — 100 тысяч раз превышает массу Солнца;

      *сверхмассивные  черные дыры; они в миллионы, а  то и в миллиарды раз тяжелее  Солнца; подобные пропасти разверзаются  в центре галактик.

      Любая черная дыра кажется настолько странным объектом, что даже воображение отказывает нам, когда мы пытаемся мысленно заглянуть в ее недра, ведь она ни на что не похожа — ни на звезды, ни на кометы.

Список  используемой литературы

1. Вайнсберг С. Первые три минуты. М.: Энергоиздат, 1999.
2. Кауфман У. Космические рубежи теории относительности. М.: Мир, 2003.
3. Новиков И.Д. Черные дыры во Вселенной. М.: Знание, 2007.
4. Новиков И.Д. Энергетика черных дыр. М.: Знание, 2006.
5. Знание – сила//Волков А. Направляясь в черную дыру. Б.м. – 2005. - №4 С.19 – 25
6. Наука и жизнь//Злосчастьев К. Черные дыры Б.м. - 2005 - 2 №12 С.2 - 9