Чорні діри - гігантські сили тяжіння
Сьогодні всі принаймні чули або читали про чорні діри. Але був час, коли такої назви не було ні в науковій, ні в популярній літературі.
Чорні діри – це породження гігантських сил тяжіння. Вони виникають, коли під час сильного стиснення великої маси матерії зростаюче гравітаційне поле її стає настільки сильним, що не випускає навіть світла. Швидше за світло в природі ніщо рухатися не може, отже, чорні діри не випускають взагалі нічого. У чорні діри можна лише впасти під дією величезних сил тяжіння, але виходу звідти немає. Існує багато книг про властивості тяжіння дуже сильно стиснутої сферичної маси. Розв'язок рівнянь Ейнштейна для такого випадку було знайдено К. Шварцшильдом і тому таке поле тяжіння називається шварцшильдівським. При стисканні маси до меншого і меншого радіусу, поступово виявляються відхилення від закону Ньютона – сила тяжіння виходила нехай незначно, але дещо більшою. Але найцікавіше, що з кожної маси існує свій певний радіус, при стисканні якого сила тяжіння прагнула до нескінченності. Такий радіус було названо гравітаційним радіусом. Гравітаційний радіус тим більший, що більше маса тіла. Наприклад, для маси Землі це лише один сантиметр, для маси Сонця три кілометри.
Виникає питання: а що станеться, якщо маса матиме радіус менше гравітаційного? На це питання дали відповідь ще в 20-му ст. відомі американські фізики Р. Оппенгеймер та Х. Снайдер. Якщо сферична маса, зменшуючись, стиснеться до розмірів, рівних або менших ніж гравітаційний радіус, потім ніякий внутрішній тиск речовини, ніякі зовнішні сили не зможуть зупинити подальше стиснення. Але при стрімкому стисканні – падінні речовини до центру – сили тяжіння не відчуваються.
Всім відомо, що при вільному падінні настає стан невагомості та будь-яке тіло, не зустрічаючи опори, втрачає вагу. Те саме відбувається і з масою, що стискається: на її поверхні сила тяжіння – вага – не відчувається. Після досягнення розмірів гравітаційного радіусу зупинити стиск маси не можна. Вона нестримно прагне до центру. Такий процес фізики називають гравітаційним колапсом – так виникають чорні діри. Саме всередині сфери з радіусом, що дорівнює гравітаційному, тяжіння настільки велике, що не випускає навіть світло. Цю область Дж. Віллер назвав у 1968 році чорною дірою.
Назва виявилася вдалою, і була миттєво підхоплена всіма фахівцями. Кордон чорної діри називають горизонтом подій. Назва ця зрозуміла, бо з-під цього кордону не виходять до зовнішнього спостерігача жодні сигнали, які могли б повідомити відомості про події, що відбуваються всередині. Про те, що відбувається усередині чорної діри, зовнішній спостерігач ніколи нічого не дізнається.
Але як можна створити чорні діри? На перший погляд, завдання це нескладне. Треба взяти якусь масу та стиснути її до розмірів гравітаційного радіусу. Це, звичайно, правильно. Однак справа надзвичайно ускладнена тим, що величина гравітаційного радіусу мізерно мала навіть для великих мас. Тож якщо взяти масу невеликої гори, то її довелося б стиснути до розмірів атомного ядра! Зрозуміло, не може бути мови, щоб створити штучні чорні діри в сучасних лабораторіях. Але, виявляється, природа сама створила чорні діри, щоправда, досить багато. Такі чорні діри можуть виникати наприкінці життя досить потужних зірок. Якщо зірка в самому кінці активної еволюції має масу, скажімо, у десять мас Сонця і більше, то цілком імовірно, що сили власного тяжіння стиснуть її до розмірів гравітаційного радіусу і перетворять на чорну діру. Нарешті, ймовірно, що надмасивні чорні діри з масою від ста тисяч до мільярда і більше мас Сонця виникають у центрах гігантських зіркових систем-галактик.
