Черные дыры

Сегодня все, по крайней мере, слышали или читали про черные дыры. Но было время, когда такого названия не было ни в научной, ни в популярной литературе.

Черные дыры – это порождения гигантских сил тяготения

Черные дыры – это порождения гигантских сил тяготения. Они возникают, когда в ходе сильного сжатия большой массы материи возрастающее гравитационное поле ее становится настолько сильным, что не выпускает даже свет. Быстрее света в природе ничто двигаться не может, значит, черные дыры не испускают вообще ничего. В черные дыры можно только упасть под действием огромных сил тяготения, но выхода оттуда нет. Существует много книг о свойствах тяготения очень сильно сжатой сферической массы. Решения уравнений Эйнштейна для такого случая было найдено К. Шварцшильдом и поэтому такое поле тяготения называется шварцшильдовским. При сжатии массы до все меньшего и меньшего радиуса, постепенно проявляются отклонения от закона Ньютона – сила притяжения получалась пусть незначительно, но несколько большей. Но самое интересное, что для каждой массы существует свой определенный радиус, при сжатии до которого сила тяготения стремилась к бесконечности. Такой радиус был назван гравитационным радиусом. Гравитационный радиус тем больше, чем больше масса тела. Например, для массы Земли это всего один сантиметр, для массы Солнца три километра.

Возникает вопрос: а что произойдет, если масса будет иметь радиус меньше гравитационного? На этот вопрос дали ответ в еще в 20-ом ст. известные американские физики Р. Оппенгеймер и Х. Снайдер. Если сферическая масса, уменьшаясь, сожмется до размеров, равных или меньших чем гравитационный радиус, то потом никакое внутреннее давление вещества, никакие внешние силы не смогут остановить дальнейшее сжатие. Но при стремительном сжатии – падении вещества к центру – силы тяготения не чувствуются.

Всем известно, что при свободном падении наступает состояние невесомости и любое тело, не встречая опоры, теряет вес. То же происходит и со сжимающейся массой: на ее поверхности сила тяготения – вес – не ощущается. После достижения размеров гравитационного радиуса остановить сжатие массы нельзя. Она неудержимо стремится к центру. Такой процесс физики называют гравитационным коллапсом, – так возникают черные дыры. Именно внутри сферы с радиусом, равным гравитационному, тяготение столь велико, что не выпускает даже свет. Эту область Дж. Уиллер назвал в 1968 году черной дырой.

Название оказалось удачным, и было моментально подхвачено всеми специалистами. Границу черной дыры называют горизонтом событий. Название это понятно, ибо из-под этой границы не выходят к внешнему наблюдателю никакие сигналы, которые могли бы сообщить сведения о происходящих внутри событиях. О том, что происходит внутри черной дыры, внешний наблюдатель никогда ничего не узнает.

Но как можно создать черные дыры? На первый взгляд, задача эта несложная. Надо взять какую-либо массу и сжать ее до размеров гравитационного радиуса. Это, конечно, верно. Однако дело чрезвычайно осложнено тем, что величина гравитационного радиуса ничтожно мала даже для больших масс. Так если взять массу небольшой горы, то ее пришлось бы сжать до размеров атомного ядра! Разумеется, не может быть и речи, чтобы создать искусственные черные дыры в современных лабораториях. Но, оказывается, природа сама создала черные дыры, правда, достаточно большой массы. Такие черные дыры могут возникать в конце жизни достаточно массивных звезд. Если звезда в самом конце активной эволюции имеет массу, скажем, в десять масс Солнца и более, то весьма вероятно, что силы собственного тяготения сожмут ее до размеров гравитационного радиуса и превратят в черную дыру. Наконец, весьма вероятно, что сверхмассивные черные дыры с массой от ста тысяч до миллиарда и более масс Солнца возникают в центрах гигантских звездных систем-галактик.

Инструменты