Астрофизические тайны чёрных и белых дыр. От неверия к утверждению. Черные дыры на канале Discovery, видео

Статья посвящена открытию чёрных дыр. Рассмотрены научные исследования в области астрофизики чёрных дыр. Описаны основные физические процессы, связанные с чёрными дырами. Представлена перспектива дальнейшего изучения чёрных дыр.

Ключевые слова: чёрная дыра, пространство-время, гравитация, аккреционный диск, горизонт событий, сингулярность, теория относительности.

Термин «чёрная дыра» был предложен исследователем Дж. Уилером в 1967 году. В XVIII веке учёными Дж. Митчеллом и П.-С. Лапласом высказывались предположения о возможном существовании во Вселенной загадочных и весьма парадоксальных тел, имеющих колоссальную силу тяготения, которые могут притягивать свет, излучённый даже ими самими. Объекты назвали тёмными звёздами Митчелла - Лапласа, в настоящий момент их называют чёрными дырами. Последовательная теория чёрных дыр невозможна без учета искривляемости пространства-времени. После создания А. Эйнштейном общей теории относительности, было построено описание этих таинственных объектов Вселенной. На настоящий момент уже открыто около двухсот массивных и чрезвычайно компактных объектов, которые астрономы называют чёрными дырами, хотя и с некоторыми допущениями.

Цель работы - изучить информацию о чёрных дырах, их свойствах, физических процессах, связанных с ними, и сопоставить с последними гипотезами и теориями физики.

Чёрная дыра - это объект, искривляющий пространство-время в своей окрестности настолько, что никакой сигнал не может быть передан с поверхности или изнутри черной дыры даже по световому лучу. Поверхность чёрной дыры - это граница пространства-времени, доступного нашим наблюдениям, - горизонт событий, а её радиус является гравитационным радиусом, который в простейшем случае для сферически симметричной чёрной дыры равен радиусу Шварцшильда. Рис. 1.

Рис. 1. Чёрная дыра - самоподдерживающееся гравитационное поле, сконцентрированное в искривленной области пространства-времени

Излучение небесного тела с плотностью Земли и поперечником в 250 диаметров Солнца не способно преодолеть тяготение и достичь удаленного наблюдателя. Возможно, что самые большие и массивные светящиеся объекты во Вселенной остаются невидимыми именно из-за своей величины .

Возникает вопрос: как обнаружить и определить свойства этих объектов? Расчеты Дж. Митчелла и П. Лапласа основывались на теории тяготения И. Ньютона и корпускулярной природе света. Эйнштейн осознал, что теория Ньютона противоречит теории относительности, поскольку согласно ньютоновской теории гравитационное взаимодействие между телами передается мгновенно.

В 1915 году Эйнштейн решил эту проблему, используя принцип эквивалентности. Свою новую концепцию Эйнштейн назвал общей теорией относительности. Он предположил, что гравитация возникает вследствие искривления пространства-времени. В искривленном пространстве-времени частицы движутся по кратчайшим траекториям. Конфигурация пространства-времени зависит от материи, перемещающейся в нем. Общая теория относительности подразумевает, что темп времени зависит от гравитационного поля. Массивные тела стягивают пространство-время на себя. Вблизи массивных объектов время течет медленнее, чем на удалении от них.

На поверхности Земли мы испытываем силу гравитационного притяжения. Для того чтобы тело покинуло гравитационное поле Земли оно должно двигаться со скоростью выше второй космической скорости - 11,2 км/с. Эта космическая скорость зависит от массы и радиуса земного шара. Если бы Земля при её радиусе была массивнее или имела бы меньший радиус при этой массе, то вторая космическая скорость была бы выше.

При большой массе и плотности космического тела оно будет представляться внешнему наблюдателю абсолютно чёрным, из-за того, что свет его покинуть не может. Чтобы тело, масса которого равна массе Земли, превратилось в чёрную дыру, оно должно иметь радиус меньше сантиметра. Тело с массой Солнца должно сжаться до диаметра меньше километра. Гравитационный радиус - важнейшая характеристика чёрной дыры.

В 1916 году немецкий физик Карл Шварцшильд нашел сферически симметричное решение уравнений Эйнштейна. Это решение описывает частный случай искривления геометрии пространства-времени под воздействием точечной массы. Часы на поверхности Солнца идут на одну миллионную медленнее, чем удаленные от него. На поверхности нейтронной звезды часы идут со скоростью 70 % от скорости часов вдали от нее. Здесь присутствует значительный эффект расхождения во времени. Решение Шварцшильда подразумевает, что часы в «центре» точечной массы должны остановиться .

Как же определить радиус космического тела, при котором оно может превратиться в массивный объект - чёрную дыру? В современном варианте эта задача выглядит так: каковы должны быть радиус Rsи масса M звезды, чтобы её вторая космическая скорость - минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу на поверхности звезды, чтобы оно вышло из сферы ее гравитационного действия, равнялась скорости света - c. Применяя закон сохранения энергии, получаем величину Rs= 2GM/c2, радиус Шварцшильда, или радиус сферической черной дыры (G - гравитационная постоянная). Несмотря на то, что теория И. Ньютона заведомо неприменима к реальным черным дырам, формула радиуса Шварцшильда верна, что и подтвердил немецкий астроном К. Шварцшильд в рамках общей теории относительности А. Эйнштейна (1915 г.). В этой теории формула определяет, до какого размера должно сжаться тело, чтобы получилась чёрная дыра. Если для тела радиуса R и массы M выполняется неравенство R/M > 2G/c2, то тело гравитационно устойчиво, если нет, то оно коллапсирует в чёрную дыру.

Дальнейшие расчеты показали, что решение Шварцшильда описывает не только условный «центр», а целую идеальную сферу. Для космического путешественника, попадающего внутрь этой сферы, время будет идти по-прежнему. А для сторонних наблюдателей за пределами, принимающих сигналы от падающего внутрь сферы путешественника, любые сигналы будут замедляться, пока не исчезнут, при пересечении им поверхности сферы. Поверхность, на которой стационарные часы замедляются до нуля и в которой скорость убегания равна скорости света, принято называть сферой Шварцшильда или «горизонтом событий». Возврата из-за горизонта событий нет. Наблюдатель, пересекший его и попавший внутрь этой сферы, обратно не выберется и будет неизбежно поглощен сингулярностью в ее центре.

Гравитационная сингулярность или сингулярность пространства-времени - область сверхвысокого искривления пространства-времени, через которую невозможно гладко продолжить входящую в неё геодезическую линию. Сингулярность в центре черной дыры отражает точечную или центрально-симметричную структуру поля (рис. 2).

Рис. 2. Сингулярность чёрной дыры

Существуют гипотезы, что за горизонтом событий мы обнаружим центральную сингулярность, увидим другую Вселенную и даже будущее. Внутри чёрной дыры с точки зрения далекого наблюдателя, пространственная и временная координаты меняются местами, и путешествие в пространстве превращается в путешествие во времени. С точки зрения внешнего наблюдателя, движение горизонта событий определяется не прошлым, а будущим. Если космонавты выживут, оказавшись внутри сферы Шварцшильда, то все равно ничего не смогут поведать о её содержимом внешнему миру, т. к. нельзя послать сигнал со скоростью, превышающей скорость света.

Современные сверхмассивные чёрные дыры, образовавшиеся несколько миллиардов лет назад, стопроцентными чёрными дырами не являются. С точки зрения далекого наблюдателя, они находятся в асимптотическом состоянии, сжимаясь и долго приближаясь к горизонту событий. .

Одна из главных особенностей чёрной дыры, предсказанных общей теорией относительности, - наличие горизонта событий, её физической границы, за пределы которой не может уйти световой луч. Горизонт событий не существует как материальная граница, но с учетом замедления времени он становится весьма заметным. Радиус горизонта событий невращающейся черной дыры совпадает с гравитационным. У вращающихся чёрных дыр радиус горизонта событий меньше за счет центробежных сил и эффектов вращения. В своем вращении черная дыра увлекает за собой окружающее пространство. В результате горизонт расположен ближе к ее центру, чем у неподвижной. На рис. 3 показаны невращающаяся чёрная дыраЛебедь Х-1(слева), вращающаяся чёрная дыраXTE J1650–500(справа) и графики пространственного распределения излучения.

Рис. 3. Чёрные дыры Лебедь Х-1 и XTE J1650–500

Как же можно увидеть чёрную дыру? Наблюдать чёрные дыры в телескоп мы пока не можем, но можем измерить их массы по движению в двойных системах. Оптическая звезда в двойной системе не только позволяет измерить массу второй звезды, но также служит своеобразным донором, поставляющим вещество на соседний релятивистский объект - чёрную дыру. Деформируясь в гравитационном поле чёрной дыры, она испускает вещество, образующее вращающийся аккреционный диск, во внутренних областях которого достигаются скорости, близкие к скорости света. Здесь плазма разогревается до десятков миллионов градусов и излучает в жестком рентгеновском диапазоне.

Теоретическое предсказание мощного энерговыделения при аккреции вещества на чёрную дыру было сделано в 1964 г. физиками Я. Б. Зельдовичем и Е. Е. Салпитером. В начале 70-х гг. 20 века в работах учёных Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева, Дж. Прингла и М. Риса, И. Д. Новикова и К. С. Торна была развита теория дисковой аккреции вещества на релятивистский объект .

Чёрную дыру удается обнаружить по порожденному ею рентгеновскому излучению. Академик Я. Б. Зельдович рассмотрел ситуацию, когда возле чёрной дыры оказывается нормальная звезда, образующая с ней двойную систему. Оказалось, что в этом случае вещество, истекающее из звезды, будет падать на черную дыру. При этом наружу будет выбрасываться энергия в виде мощного потока рентгеновских лучей, такова природа рентгеновского источника «Лебедь Х-1». Рис. 4.

Рис. 4. Чёрная дыра, затягивающая в себя звезду

На околоземной орбите работают рентгеновские интерферометры с высоким разрешением. Проекты «Миллиметрон» и «Субмиллиметрон» входят в состав международной космической обсерватории - интерферометра «космос-Земля-космос» для проведения астрономических исследований в миллиметровом, субмиллиметровом и инфракрасном диапазонах с предельно высокой чувствительностью и высочайшим угловым разрешением.

В рамках Федеральной космической программы России Астрокосмический центр под руководством академика РАН Н. С. Кардашева разработал наземно-космический радиоинтерферометр «Радиоастрон», в состав которого входит орбитальный аппарат «Спектр-Р» для астрофизических наблюдений. В 2011 г. обсерватория RadioAstron была отправлена на орбиту. С помощью российского телескопа RadioAstron в 2015 г. астрофизикам удалось получить детальные фотографии выброса плазмы из чёрной дыры в центре ядра галактики BL из созвездия Ящерицы. Рис. 5.

Рис. 5. Российский радиотелескоп RadioAstron

С астрофизической точки зрения, обнаруженные чёрные дыры подразделяются на две категории. Первый тип - это чёрные дыры, образовавшиеся в результате коллапса массивных звезд колоссальной массы. При наблюдении таких чёрных дыр можно увидеть шлейф газа, затягиваемого в неё. Источником газа при этом является другая звезда, образующая парную систему с черной дырой и обращающаяся вместе с ней вокруг центра масс двойной звездной системы. Второй тип - это гораздо более массивные чёрные дыры в центрах галактик. Их масса превышает массу Солнца в миллиарды раз. Вещество, падая на такие черные дыры, разогревается и испускает характерное излучение, которое со временем доходит до Земли. Предполагается, что все крупные галактики, включая нашу, имеют в центре свою чёрную дыру. В ядре нашей Галактики - Млечного Пути - были обнаружены звезды со скоростями собственных движений более 1000 км/с. Вблизи центра Галактики, в области с радиусом 0,1 пк, вокруг радиоисточника Стрелец А около 100 измеренных звезд движутся слишком быстро, их скорость увеличивается с приближением к центру. Такие скорости объяснимы в том случае, если Стрелец А - чёрная дыра с массой, равной 2,6 миллиона масс Солнца. Рис. 6.

Рис. 6 Чёрная дыра Стрелец А

После коллапса звезды в чёрную дыру ее свойства будут зависеть только от двух параметров: массы и углового момента вращения. При любом химическом составе вещества исходной звезды свойства чёрной дыры будут одинаковыми, т. е. чёрные дыры подчиняются только законам теории гравитации. В результате столкновения чёрных дыр образуется одна более массивная чёрная дыра. Процесс этот теоретически просчитать весьма непросто, для этого нужно решить сложную систему дифференциальных уравнений. Площадь сферы Шварцшильда получившейся большой чёрной дыры всегда больше суммы площадей поверхностей двух исходных чёрных дыр.

Известный астрофизик Стивен Хокинг смог объяснить излучение чёрной дыры - излучение Хокинга - процесс излучения чёрной дырой разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов. Понятие о чёрной дыре как объекте, который ничего неизлучает, а может лишь поглощать материю, справедливо до тех пор, пока не учитываютсяквантовые эффекты. В квантовой механике благодаря туннелированию появляется возможность преодолевать потенциальные барьеры, непреодолимые для неквантовой системы. Квантовые эффекты ведут к тому, что на самом деле чёрная дыра должна непрерывно излучать, теряя при этом свою энергию .

Стивен Хокинг, совместно с коллегами Малькольмом Перри и Эндрю Стромингером из Кембриджского университета, опубликовал статью, в которой объяснил возможный механизм образования у чёрной дыры «волос», способных рассказать о том, что чёрная дыра в прошлом поглотила. 25 августа 2015 года Стивен Хокинг, выступая на конференции в Королевском технологическом институте в Стокгольме (рис. 7), смог объяснить парадокс излучения чёрных дыр.

Согласно новой идее Стивена Хокинга, чёрная дыра, испаряясь, оставляет после себя не вакуум. На ее горизонте событий постоянно излучающиеся мягкие фотоны образуют нечто вроде «волос». Кроме того, черная дыра должна излучать также мягкие гравитоны - частицы, переносящие гравитационное взаимодействие. По мнению Хокинга, информация хранится на горизонте исчезновения тела. Но поскольку оно никогда не вернется обратно, то оставит всю свою информацию на этой стороне чёрной дыры. Получить поглощенную информацию могут помочь так называемые мягкие фотоны - частицы света с близким к нолю уровнем энергии. Но их показатель мал, и они недоступны для регистрации научными приборами .

Рис. 7 Выступление Стивена Хокинга на конференции

Тёмная материя, утекающая по спирали в массивную чёрную дыру, может излучать гамма-лучи, которые могут быть видимы с Земли. Темной материи во Вселенной в пять раз больше обычной, но она не излучает, не отражает и не поглощает свет, тем самым являясь полностью прозрачной или невидимой. Но если частицы тёмной материи вокруг тёмных дыр могут производить гамма-лучи - высокоэнергетический свет, то эти излучения могли бы предоставить ученым новый способ изучения тёмной материи. Астрофизик-теоретик Джереми Шниттман работает над проектом по изучению данных космического гамма-лучевого телескопа Ферми на предмет поиска высокоэнергетического света на границе черной дыры, который мог бы излучаться тёмной материей.

Открытым является и вопрос о микроскопических или квантовых чёрных дырах, которые могут возникать в ядерных реакциях. Для математического описания таких объектов необходима квантовая теория гравитации, которая еще не создана. Однако из общих соображений весьма вероятно, что спектр масс чёрных дыр дискретен и существует минимальная чёрная дыра - планковская чёрная дыра. Её масса порядка 10–5 г, радиус - 10–35 м. Комптоновская длина волны планковской чёрной дыры по порядку величины равна её гравитационному радиусу. Многие маленькие чёрные дыры, называемые первичными, могли появиться в момент образования Вселенной, когда имели место большие деформации пространства-времени. Вместе с тем квантовые эффекты приводят к испарению маломассивных первичных чёрных дыр, но их пока обнаружить не удалось.

В последнее время предложены эксперименты с целью обнаружения свидетельств появления чёрных дыр в ядерных реакциях. Однако для непосредственного синтеза чёрной дыры в ускорителе необходима недостижимая на сегодня энергия 1026 эВ. Но в реакциях сверхвысоких энергий могут возникать виртуальные промежуточные чёрные дыры, и по теории струн энергии для этого процесса требуется гораздо меньше. Не следует преувеличивать опасность микро-чёрных дыр в случае их получения, так как они испаряются очень быстро. В противном случае Солнечная система давно бы прекратила существование - в течение миллиардов лет планеты бомбардируются космическими частицами, чьи энергии на много порядков выше энергий, достигаемых на земных ускорителях.

Наблюдение за такими звездными объектами приближает нас к разгадке тайны рождения Вселенной и возникновения жизни на Земле. В 2015 г. чешские физики из Университета Палацкого в Оломоуце под руководством доктора Томаса Опатрного пришли к сенсационному открытию - вокруг чёрных дыр может существовать жизнь. Планеты, вращающиеся по орбите этих загадочных объектов, могут поддерживать жизнь благодаря разнице температур между холодной чёрной дырой и относительно тёплым космическим микроволновым излучением, равномерно заполняющим Вселенную .

В научно-фантастическом фильме «Интерстеллар» вокруг чёрной дыры Гаргантюа с аккреционным диском вращаются несколько планет. Из-за близости к чёрной дыре и её гравитационного воздействия время на поверхности планеты Миллер замедлено: один час равен семи годам на Земле. Рис. 8.

Рис. 8. Чёрная дыра «Гаргантюа» и планета Миллер (кадр из научно-фантастического фильма «Интерстеллар»)

Можно ли оценить показанную в этом фильме возможность существования таких процессов на планете Миллер. Интенсивность света пропорциональна числу фотонов, падающих на единицу площади поверхности за единицу времени, то есть, когда свет достигает планеты, его интенсивность значительно увеличивается в результате замедления времени. Учитывая силу гравитационного воздействия, температура на ее поверхности составляла бы порядка плюс 900 градусов Цельсия. В фильме на планете Миллер образуются огромные волны из воды, но по оценкам учёных на этой планете образовывались бы волны из расплавленного лёгкого металла и сверхвысокочастотный фон на такой планете был бы губителен для каждого. Но если планета находилась бы дальше от чёрной дыры, то она была бы пригодна для жизни .

Согласно расчетам учёных, опирающихся на второе начало термодинамики, вращающаяся вокруг чёрной дыры планета размером с Землю может извлекать из разницы температур всего в три градуса около 900 ватт энергии, этого будет достаточно для поддержания жизни. Гипотеза возможности поддержания жизни на планетах за счет разницы температур холодного светила и реликтового излучения интересна. По мере старения Вселенной и гибели планет, где могла зародиться жизнь, она может перемещаться на объекты, окружающие чёрные дыры. По мнению исследователей, жизнь должна будет переселиться на такие планеты, поскольку реликтовое излучение постоянно снижается.

Интересным остаётся вопрос о существовании белых дыр. Израильские астрономы А. Реттер и Ш. Хеллер утверждают, что аномальная гамма-вспышка GRB 060614 в 2006 г. была проявлением процессов в белой дыре. В теории она возникает спонтанно посередине пустоты на мгновение, чтобы выбросить во Вселенную излучения. “Белая дыра” является антиподом чёрной дыры. Некоторые учёные считают, что сквозь эти объекты можно перемещаться на гигантские расстояния и даже в другое время. А. Реттер с коллегами считают, что возникнув, “белая дыра” мгновенно распадается - со вспышкой. Этот процесс напоминает Большой Взрыв - Big Bang, только в масштабе - Small Bang .

Согласно исследованиям профессоратеоретической физики Калифорнийского технологического института Кипа Торна, последние научные работы позволили лучше понять процессы, происходящие внутри чёрных дыр; немалое внимание уделяется и моделям чёрных дыр в многомерных пространствах, появляющиеся в теории струн. Но эти исследования относятся уже не к классическим, а к квантовым дырам. Главный же итог последних лет - очень убедительные астрофизические подтверждения реальности существования дыр с массой в несколько солнечных масс, а также сверхмассивных дыр в центрах галактик.

Исследование чёрных дыр - это возможность еще раз взглянуть на горизонт современной науки, которая расширяет наши представления о пространстве-времени. Изучая предельные состояния материи, когда пространство и время переплетаются необычайным образом, мы познаем самые фундаментальные свойства нашего мира.

Литература:

1. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Релятивистская астрофизика. М.: Наука, 1967. 656 с.
2. Хокинг С. Чёрные дыры и молодые вселенные. - СПб.: «Амфора», 2001. - 189 с.
3. Frolov V., Novikov I. Black Hole Physics: Basic Concepts and New Develop. Kluwer, 1998.
4. Hawking S. W. A Brief History of Time. - Bantam Books, 1988.
5. Hawking S., Perry M. J., Strominger A. Soft Hair on Black Holes. 5 Jan 2016.ArXiv:1601.00921v1.
6. Opatrny T.,Richterek L.,Bakala P. Life under a black sun. 12 Jan 2016. ArXiv: 1601.02897v.
7. James O.,Tunzelmann E.n,Franklin P.,Thorne K. S. Gravitational Lensing by Spinning Black Holes in Astrophysics, and in the Movie Interstellar. 12 Feb 2015. ArXiv: 1502.03808.
8. Retter A.,Heller Sh. The Revival of White Holes as Small Bangs. New Astronomy. 2011. ArXiv:1105.2776.

Научное мышление подчас конструирует объекты со столь парадоксальными свойствами, что даже самые проницательные ученые поначалу отказывают им в признании. Самый наглядный пример в истории новейшей физики — многолетнее отсутствие интереса к черным дырам, экстремальным состояниям гравитационного поля, предсказанным почти 90 лет назад. Долгое время их считали чисто теоретической абстракцией, и лишь в 1960-70-е годы уверовали в их реальность. Однако основное уравнение теории черных дыр было выведено свыше двухсот лет назад.

Озарение Джона Мичелла

Имя Джона Мичелла, физика, астронома и геолога, профессора Кембриджского университета и пастора англиканской церкви, совершенно незаслуженно затерялось среди звезд английской науки XVIII века. Мичелл заложил основы сейсмологии — науки о землетрясениях, выполнил превосходное исследование магнетизма и задолго до Кулона изобрел крутильные весы, которые использовал для гравиметрических измерений. В 1783 году он попытался объединить два великих творения Ньютона — механику и оптику. Ньютон считал свет потоком мельчайших частиц. Мичелл предположил, что световые корпускулы, как и обычная материя, подчиняются законам механики. Следствие из этой гипотезы оказалось весьма нетривиальным — небесные тела могут превратиться в ловушки для света.

Как рассуждал Мичелл? Пушечное ядро, выстреленное с поверхности планеты, полностью преодолеет ее притяжение, лишь если его начальная скорость превысит значение, называемое теперь второй космической скоростью и скоростью убегания. Если гравитация планеты столь сильна, что скорость убегания превышает скорость света, выпущенные в зенит световые корпускулы не смогут уйти в бесконечность. Это же произойдет и с отраженным светом. Следовательно, для очень удаленного наблюдателя планета окажется невидимой. Мичелл вычислил критическое значение радиуса такой планеты R кр в зависимости от ее массы М, приведенной к массе нашего Солнца M s: R кр = 3 км x M/M s .

Джон Мичелл верил своим формулам и предполагал, что глубины космоса скрывают множество звезд, которые с Земли нельзя разглядеть ни в один телескоп. Позже к такому же выводу пришел великий французский математик, астроном и физик Пьер Симон Лаплас, включивший его и в первое (1796), и во второе (1799) издания своего «Изложения системы мира». А вот третье издание вышло в свет 1808 году, когда большинство физиков уже считало свет колебаниями эфира. Существование «невидимых» звезд противоречило волновой теории света, и Лаплас счел за лучшее о них просто не упоминать. В последующие времена эту идею считали курьезом, достойным изложения лишь в трудах по истории физики.

Модель Шварцшильда

В ноябре 1915 года Альберт Эйнштейн опубликовал теорию гравитации, которую он назвал общей теорией относительности (ОТО). Эта работа сразу же нашла благодарного читателя в лице его коллеги по Берлинской Академии наук Карла Шварцшильда. Именно Шварцшильд первым в мире применил ОТО для решения конкретной астрофизической задачи, расчета метрики пространства-времени вне и внутри невращающегося сферического тела (для конкретности будем называть его звездой).

Из вычислений Шварцшильда следует, что тяготение звезды не слишком искажает ньютоновскую структуру пространства и времени лишь в том случае, если ее радиус намного больше той самой величины, которую вычислил Джон Мичелл! Этот параметр сначала называли радиусом Шварцшильда, а сейчас именуют гравитационным радиусом. Согласно ОТО, тяготение не влияет на скорость света, но уменьшает частоту световых колебаний в той же пропорции, в которой замедляет время. Если радиус звезды в 4 раза превосходит гравитационный радиус, то поток времени на ее поверхности замедляется на 15%, а пространство приобретает ощутимую кривизну. При двукратном превышении оно искривляется сильнее, а время замедляет свой бег уже на 41%. При достижении гравитационного радиуса время на поверхности звезды полностью останавливается (все частоты зануляются, излучение замораживается, и звезда гаснет), однако кривизна пространства там все еще конечна. Вдали от светила геометрия по-прежнему остается евклидовой, да и время не меняет своей скорости.

Несмотря на то что значения гравитационного радиуса у Мичелла и Шварцшильда совпадают, сами модели не имеют ничего общего. У Мичелла пространство и время не изменяются, а свет замедляется. Звезда, размеры которой меньше ее гравитационного радиуса, продолжает светить, однако видна она только не слишком удаленному наблюдателю. У Шварцшильда же скорость света абсолютна, но структура пространства и времени зависит от тяготения. Провалившаяся под гравитационный радиус звезда исчезает для любого наблюдателя, где бы он ни находился (точнее, ее можно обнаружить по гравитационным эффектам, но отнюдь не по излучению).

От неверия к утверждению

Шварцшильд и его современники полагали, что столь странные космические объекты в природе не существуют. Сам Эйнштейн не только придерживался этой точки зрения, но и ошибочно считал, что ему удалось обосновать свое мнение математически.

В 1930-е годы молодой индийский астрофизик Чандрасекар доказал, что истратившая ядерное топливо звезда сбрасывает оболочку и превращается в медленно остывающий белый карлик лишь в том случае, если ее масса меньше 1,4 масс Солнца. Вскоре американец Фриц Цвикки догадался, что при взрывах сверхновых возникают чрезвычайно плотные тела из нейтронной материи; позднее к этому же выводу пришел и Лев Ландау. После работ Чандрасекара было очевидно, что подобную эволюцию могут претерпеть только звезды с массой больше 1,4 масс Солнца. Поэтому возник естественный вопрос — существует ли верхний предел массы для сверхновых, которые оставляют после себя нейтронные звезды?

В конце 30-х годов будущий отец американской атомной бомбы Роберт Оппенгеймер установил, что такой предел действительно имеется и не превышает нескольких солнечных масс. Дать более точную оценку тогда не было возможности; теперь известно, что массы нейтронных звезд обязаны находиться в интервале 1,5-3 M s . Но даже из приблизительных вычислений Оппенгеймера и его аспиранта Джорджа Волкова следовало, что самые массивные потомки сверхновых не становятся нейтронными звездами, а переходят в какое-то другое состояние. В 1939 году Оппенгеймер и Хартланд Снайдер на идеализированной модели доказали, что массивная коллапсирующая звезда стягивается к своему гравитационному радиусу. Из их формул фактически следует, что звезда на этом не останавливается, однако соавторы воздержались от столь радикального вывода.

Окончательный ответ был найден во второй половине XX века усилиями целой плеяды блестящих физиков-теоретиков, в том числе и советских. Оказалось, что подобный коллапс всегда сжимает звезду «до упора», полностью разрушая ее вещество. В результате возникает сингулярность, «суперконцентрат» гравитационного поля, замкнутый в бесконечно малом объеме. У неподвижной дыры это точка, у вращающейся — кольцо. Кривизна пространства-времени и, следовательно, сила тяготения вблизи сингулярности стремятся к бесконечности. В конце 1967 года американский физик Джон Арчибальд Уилер первым назвал такой финал звездного коллапса черной дырой. Новый термин полюбился физикам и привел в восторг журналистов, которые разнесли его по всему миру (хотя французам он сначала не понравился, поскольку выражение trou noir наводило на сомнительные ассоциации).

Там, за горизонтом

Черная дыра — это не вещество и не излучение. С некоторой долей образности можно сказать, что это самоподдерживающееся гравитационное поле, сконцентрированное в сильно искривленной области пространства-времени. Ее внешняя граница задается замкнутой поверхностью, горизонтом событий. Если звезда перед коллапсом не вращалась, эта поверхность оказывается правильной сферой, радиус которой совпадает с радиусом Шварцшильда.

Физический смысл горизонта очень нагляден. Световой сигнал, посланный с его внешней окрестности, может уйти на бесконечно далекую дистанцию. А вот сигналы, отправленные из внутренней области, не только не пересекут горизонта, но и неизбежно «провалятся» в сингулярность. Горизонт — это пространственная граница между событиями, которые могут стать известны земным (и любым иным) астрономам, и событиями, информация о которых ни при каком раскладе не выйдет наружу.

Как и положено «по Шварцшильду», вдали от горизонта притяжение дыры обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому для удаленного наблюдателя она проявляет себя как обычное тяжелое тело. Кроме массы, дыра наследует момент инерции коллапсировшей звезды и ее электрический заряд. А все остальные характеристики звезды-предшественницы (структура, состав, спектральный класс и т. п.) уходят в небытие.

Отправим к дыре зонд с радиостанцией, подающей сигнал раз в секунду по бортовому времени. Для удаленного наблюдателя по мере приближения зонда к горизонту интервалы времени между сигналами будут увеличиваться — в принципе, неограниченно. Как только корабль пересечет невидимый горизонт, он полностью замолчит для «наддырного» мира. Однако это исчезновение не окажется бесследным, поскольку зонд отдаст дыре свою массу, заряд и вращательный момент.

Чернодырное излучение

Все предыдущие модели были построены исключительно на основе ОТО. Однако наш мир управляется законами квантовой механики, которые не обходят вниманием и черные дыры. Эти законы не позволяют считать центральную сингулярность математической точкой. В квантовом контексте ее поперечник задается длиной Планка—Уилера, приблизительно равной 10 -33 сантиметра. В этой области обычное пространство перестает существовать. Принято считать, что центр дыры нафарширован разнообразными топологическими структурами, которые появляются и погибают в соответствии с квантовыми вероятностными закономерностями. Свойства подобного пузырящегося квазипространства, которое Уилер назвал квантовой пеной, еще мало изучены.

Наличие квантовой сингулярности имеет прямое отношение к судьбе материальных тел, падающих вглубь черной дыры. При приближении к центру дыры любой объект, изготовленный из ныне известных материалов, будет раздавлен и разорван приливными силами. Однако даже если будущие инженеры и технологи создадут какие-то сверхпрочные сплавы и композиты с невиданными ныне свойствами, все они все равно обречены на исчезновение: ведь в зоне сингулярности нет ни привычного времени, ни привычного пространства.

Теперь рассмотрим в квантовомеханическую лупу горизонт дыры. Пустое пространство — физический вакуум — на самом деле отнюдь не пусто. Из-за квантовых флуктуаций различных полей в вакууме непрерывно рождается и погибает множество виртуальных частиц. Поскольку тяготение около горизонта весьма велико, его флуктуации создают чрезвычайно сильные гравитационные всплески. При разгоне в таких полях новорожденные «виртуалы» приобретают дополнительную энергию и подчас становятся нормальными долгоживущими частицами.

Виртуальные частицы всегда рождаются парами, которые движутся в противоположных направлениях (этого требует закон сохранения импульса). Если гравитационная флуктуация извлечет из вакуума пару частиц, может случиться так, что одна из них материализуется снаружи горизонта, а вторая (античастица первой) — внутри. «Внутренняя» частица провалится в дыру, а вот «внешняя» при благоприятных условиях может уйти. В результате дыра превращается в источник излучения и поэтому теряет энергию и, следовательно, массу. Поэтому черные дыры в принципе не стабильны.

Этот феномен называется эффектом Хокинга, в честь замечательного английского физика-теоретика, который его открыл в середине 1970-х годов. Стивен Хокинг, в частности, доказал, что горизонт черной дыры излучает фотоны точно так же, как и абсолютно черное тело, нагретое до температуры T = 0,5 x 10 -7 x M s /M. Отсюда следует, что по мере похудания дыры ее температура возрастает, а «испарение», естественно, усиливается. Этот процесс чрезвычайно медленный, и время жизни дыры массы M составляет около 10 65 x (M/M s) 3 лет. Когда ее размер становится равным длине Планка—Уилера, дыра теряет стабильность и взрывается, выделяя ту же энергию, что и одновременный взрыв миллиона десятимегатонных водородных бомб. Любопытно, что масса дыры в момент ее исчезновения все еще довольно велика, 22 микрограмма. Согласно некоторым моделям, дыра не исчезает бесследно, а оставляет после себя стабильный реликт такой же массы, так называемый максимон.

Максимон родился 40 лет назад — как термин и как физическая идея. В 1965 году академик М. А. Марков предположил, что существует верхняя граница массы элементарных частиц. Он предложил считать этим предельным значением величину размерности массы, которую можно скомбинировать из трех фундаментальных физических констант — постоянной Планка h, скорости света C и гравитационной постоянной G (для любителей подробностей: для этого надо перемножить h и C, разделить результат на G и извлечь квадратный корень). Это те самые 22 микрограмма, о которых говорится в статье, эту величину называют планковской массой. Из тех же констант можно сконструировать величину с размерностью длины (выйдет длина Планка—Уилера, 10 -33 см) и с размерностью времени (10 -43 сек).
Марков пошел в своих рассуждениях и дальше. Согласно его гипотезе, испарение черной дыры приводит к образованию «сухого остатка» — максимона. Марков назвал такие структуры элементарными черными дырами. Насколько эта теория отвечает реальности, пока что вопрос открытый. Во всяком случае, аналоги марковских максимонов возрождены в некоторых моделях черных дыр, выполненных на базе теории суперструн.

Глубины космоса

Черные дыры не запрещены законами физики, но существуют ли они в природе? Совершенно строгие доказательства наличия в космосе хоть одного подобного объекта пока не найдены. Однако весьма вероятно, что в некоторых двойных системах источниками рентгеновского излучения являются черные дыры звездного происхождения. Это излучение должно возникать вследствие отсасывания атмосферы обычной звезды гравитационным полем дыры-соседки. Газ во время движения к горизонту событий сильно нагревается и испускает рентгеновские кванты. Не меньше двух десятков рентгеновских источников сейчас считаются подходящими кандидатами на роль черных дыр. Более того, данные звездной статистики позволяют предположить, что только в нашей Галактике существует около десяти миллионов дыр звездного происхождения.

Черные дыры могут формироваться и в процессе гравитационного сгущения вещества в галактических ядрах. Так возникают исполинские дыры с массой в миллионы и миллиарды солнечных, которые, по всей вероятности, имеются во многих галактиках. Судя по всему, в закрытом пылевыми облаками центре Млечного Пути прячется дыра с массой 3-4 миллиона масс Солнца.

Стивен Хокинг пришел к выводу, что черные дыры произвольной массы могли рождаться и сразу после Большого Взрыва, давшего начало нашей Вселенной. Первичные дыры массой до миллиарда тонн уже испарились, но более тяжелые могут и сейчас скрываться в глубинах космоса и в свой срок устроивать космический фейерверк в виде мощнейших вспышек гамма-излучения. Однако до сих пор такие взрывы ни разу не наблюдались.

Фабрика черных дыр

А нельзя ли разогнать частицы в ускорителе до столь высокой энергии, чтобы их столкновение породило черную дыру? На первый взгляд, эта идея просто безумна — взрыв дыры уничтожит все живое на Земле. К тому же она технически неосуществима. Если минимальная масса дыры действительно равна 22 микрограммам, то в энергетических единицах это 10 28 электронвольт. Этот порог на 15 порядков превышает возможности самого мощного в мире ускорителя, Большого адронного коллайдера (БАК), который будет запущен в ЦЕРНе в 2007 году.

Однако не исключено, что стандартная оценка минимальной массы дыры значительно завышена. Во всяком случае, так утверждают физики, разрабатывающие теорию суперструн, которая включает в себя и квантовую теорию гравитации (правда, далеко не завершенную). Согласно этой теории, пространство имеет не три измерения, а не менее девяти. Мы не замечаем дополнительных измерений, поскольку они закольцованы в столь малых масштабах, что наши приборы их не воспринимают. Однако гравитация вездесуща, она проникает и в скрытые измерения. В трехмерном пространстве сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния, а в девятимерном — восьмой степени. Поэтому в многомерном мире напряженность гравитационного поля при уменьшении дистанции возрастает намного быстрее, нежели в трехмерном. В этом случае планковская длина многократно увеличивается, а минимальная масса дыры резко падает.

Теория струн предсказывает, что в девятимерном пространстве может родиться черная дыра с массой всего лишь в 10 -20 г. Примерно такова же и расчетная релятивистская масса протонов, разогнанных в церновском суперускорителе. Согласно наиболее оптимистическому сценарию, он сможет ежесекундно производить по одной дыре, которая проживет около 10 -26 секунд. В процессе ее испарения будут рождаться всевозможные элементарные частицы, которые будет несложно зарегистрировать. Исчезновение дыры приведет к выделению энергии, которой не хватит даже для того, чтобы нагреть одним микрограмм воды на тысячную градуса. Поэтому есть надежда, что БАК превратится в фабрику безвредных черных дыр. Если эти модели верны, то такие дыры смогут регистрировать и орбитальные детекторы космических лучей нового поколения.

Все вышеописанное относится к неподвижным черным дырам. Между тем, существуют и вращающиеся дыры, обладающие букетом интереснейших свойств. Результаты теоретического анализа чернодырного излучения привели также к серьезному переосмыслению понятия энтропии, которое также заслуживает отдельного разговора. Об этом — в следующем номере.

Гипотеза существования черных дыр была впервые выдви­нута английским астрономом Дж. Мичеллом в 1783 г. на осно­ве корпускулярной теории света и ньютоновской теории тяго­тения. В то время волновая теория Гюйгенса и его знаменитый волновой принцип были просто забыты. Не помогла волновой теории поддержка некоторых маститых ученых, в частности известных петербургских академиков М.В. Ломоносова и Л. Эй­лера. Логика рассуждений, приведшая Мичелла к понятию черной дыры, очень проста: если свет состоит из частиц-корпускул светоносного эфира, то эти частицы должны испыты­вать, подобно другим телам, притяжение со стороны гравита­ционного поля. Следовательно, чем массивнее звезда (или пла­нета), тем большее притяжение с ее стороны должны испыты­вать корпускулы и тем труднее свету покинуть поверхность та­кого тела.

Дальнейшая логика подсказывает, что в природе могут су­ществовать такие массивные звезды, притяжение которых корпускулы уже не смогут преодолеть, и они всегда будут ка­заться черными для внешнего наблюдателя, хотя сами по себе могут светиться ослепительным блеском, как Солнце. Физи­чески это значит, что вторая космическая скорость на поверх­ности такой звезды должна быть не меньше скорости света. Вычисления Мичелла дают, что свет никогда не покинет звез­ду, если ее радиус при средней солнечной плотности будет ра­вен 500 солнечным. Вот такую звезду и можно уже назвать черной дырой.

Через 13 лет французский математик и астроном П.С. Лап­лас высказал, скорее всего, независимо от Мичелла, аналогич­ную гипотезу о существовании подобных экзотических объек­тов. Используя громоздкий метод вычисления, Лаплас нашел радиус шара для заданной его плотности, на поверхности кото­рого параболическая скорость равна скорости света. По мнению Лапласа, корпускулы света, будучи тяготеющими частицами, должны задерживаться испускающими свет массивными звезда­ми, которые имеют плотность, равную плотности Земли, а радиус больше солнечного в 250 раз.

Эта теория Лапласа вошла только в первые два прижизнен­ных издания его знаменитой книги «Изложение системы мира», вышедшей в свет в 1796 и 1799 гг. Да, пожалуй, еще австрий­ский астроном Ф. К. фон Цах заинтересовался теорией Лапласа, опубликовав ее в 1798 г. под названием «Доказательство теоре­мы о том, что сила притяжения тяжелого тела может быть столь большой, что свет не может истекать из него».

На этом история исследования черных дыр приостановилась более чем на 100 лет. Похоже, сам Лаплас тихо отказался от столь экстравагантной гипотезы, поскольку он ее исключил из всех остальных прижизненных изданий своей книги, которая выходила в 1808, 1813 и 1824 гг. Возможно, Лаплас не хотел больше тиражировать почти фантастическую гипотезу о колос­сальных звездах, не выпускающих свет. Возможно, его остано­вили новые астрономические данные о неизменности величины аберрации света у разных звезд, что противоречило некоторым выводам его теории, на основании которой он строил свои вы­числения. Но наиболее вероятной причиной того, что о загадоч­ных гипотетических объектах Мичелла-Лапласа все забыли, яв­ляется торжество волновой теории света, триумфальное шествие которой началось с первых лет XIX в.

Начало этого триумфа положила Букеровская лекция анг­лийского физика Т. Юнга «Теория света и цвета», опубликован­ная в 1801 г., где Юнг смело, вопреки Ньютону и другим знаме­нитым сторонникам корпускулярной теории (в том числе и Ла­пласу), изложил сущность волновой теории света, говоря, что излучаемый свет состоит из волнообразных движений светонос­ного эфира. Лаплас, окрыленный открытием поляризации света, принялся «спасать» корпускулы, построив теорию двойного лу­чепреломления света в кристаллах на основе двоякого действия молекул кристалла на световые корпускулы. Но последующие труды физиков О.Ж. Френеля, Ф.Д. Арагон, Й. Фраунгофера и других камня на камне не оставили от корпускулярной теории, о которой серьезно вспомнили лишь спустя столетие, после от­крытия квантов. Все рассуждения о черных дырах в рамках вол­новой теории света в то время выглядели нелепо.

Сразу не вспомнили о черных дырах и после «реабилитации» корпускулярной теории света, когда о ней заговорили на новом качественном уровне благодаря гипотезе квантов (1900) и фото­нов (1905). Черные дыры были вторично переоткрыты лишь по­сле создания ОТО в 1916 г., когда немецкий физик-теоретик и астроном К. Шварцшильд через несколько месяцев после пуб­ликации уравнений Эйнштейна с их помощью исследовал структуру искривленного пространства-времени в окрестности Солнца. В итоге он заново открыл феномен черных дыр, но на более глубоком уровне.

Окончательное теоретическое открытие черных дыр состоя­лось в 1939 г., когда Оппенгеймер и Снайдер провели первое яв­ное решение уравнений Эйнштейна при описании процесса формирования черной дыры из сжимающегося облака пыли. Сам термин «черная дыра» впервые был введен в науку амери­канским физиком Дж. Уиллером в 1968 г., в годы бурного возрождения интереса к ОТО, космологии и астрофизике, вызванного достижениями внеатмосферной (в частности, рентгенов­ской) астрономии, открытием реликтового излучения, пульсаров и квазаров.

Чрезвычайно удалённые от Земли невидимые чёрные дыры , существование которых сначала было предсказано, а потом и доказано наукой, обладают не только неудержимой силой притяжения, действующей на физическую материю, но и властной силой, влекущей к себе мысли людей. В этих космических объектах заключена разгадка великой тайны ПРИЧИНЫ ГРАВИТАЦИИ. Но тайна эта не спешит открываться.

Созданная на заре XX века теория относительности дала первые представления о свойствах пространства (его искривлении) как причине гравитации, и в частности, вокруг чёрных дыр. Значительно продвинуться на этом пути помогут и вновь возрождаемые идеи об особом наполнении самого пространства некой субстанцией — эфиром , а также и научные подходы, излагаемые в настоящей статье .

И всё это служит благородной цели — научного ПОЗНАНИЯ. Именно оно подсказывает, что по- своему ошибочно само название «чёрная дыра». Ведь эти экзотические объекты, концентрирующие в себе различную материю — и известную сегодняшней науке, и, возможно, «инобытийную», собранную в своеобразных «Лайа-центрах», — могут являться также и источниками грандиозных процессов, которые, по существу, разворачивают будущую эволюцию. «В буднях каждого дня» любая чёрная дыра способна столь мощно возбуждать вокруг себя вещество, что может быть обнаружена по ореолу электромагнитного излучения, по нимбу света вокруг своего невидимого, «нематериального» лика. Особенно это относится к «дыре» сверхмассивной, словно притаившейся в ядре той или иной галактики (и нашей!). В эти дыры устремляется (падает!) материя, сопровождаемая неистовым вращением скоплений звёзд, газа и пыли молекулярных облаков, что дружно вытягиваются вдоль спирально закрученных рукавов галактики. Вероятно, долго ещё будет жива волнующая тайна центров галактик, объятых обширной, сверкающей аурой из звёзд... Однако сегодня есть все основания считать, что астрономия уже начала познавать объекты и явления принципиально новой природы, не охватываемые нашей фундаментальной физикой, принадлежащие более глубокому уровню физической реальности и управляемые законами ещё не построенной единой квантово-гравитационной теории материи.

Чёрные дыры - что дальше?

Все эти явления не могут быть объяснены даже эйнштейновской теорией.

(из бр. Стругацких )

1. Чёрные дыры в научной картине мира

Чёрная дыра (ЧД) — одно из весьма популярных понятий современной науки — релятивистской астрофизики, астрономии в целом, нашей научной картины мира и даже современного общественного сознания. Этим понятием свободно пользуются физики и астрономы, политики и экономисты, астрологи и телекомментаторы.

В самой науке это странное понятие настолько прижилось, что любое сомнение в нём ставит под вопрос реноме учёного. А между тем, «любое научное понятие, каким бы оно ни было широким, всё же имеет только ограниченную область применимости» (В.Гейзенберг).

Вот и чёрные дыры... В астрономии давно уже появились свидетельства того, что ЧД как модель и образ претендующего на реальность объекта, возможно, уже исчерпали себя и назрел переход на более глубокий уровень понимания природных объектов, принимаемых ныне за ЧД. Но чтобы всерьёз осознать это, нам придётся перешагнуть через ряд высоких психологических барьеров и расстаться с некоторыми давно привычными и «очевидными» представлениями и научными верованиями.

Сначала, однако, кратко о самих чёрных дырах.

2. Что такое чёрные дыры и откуда они взялись в науке?

Людей объединяет не только склонность к мифам, но и склонность к одинаковым мифам.
Б.Штивельман

Дважды рожденные

Представление о чёрных дырах как о физических или астрономических объектах появилось в науке ещё в публикациях конца XVIII века (Мичел, 1784; Лаплас, 1796). Конечно, объяснение их происходило в рамках ньютоновой физики и картины мира — теории тяготения и корпускулярной теории света. Ньютоновская ЧД, ещё не имевшая имени, мыслилась как тело таких огромных размеров и массы (при «обычной» плотности), что с поверхности его не сможет уйти «в бесконечность» даже свет. Была найдена оказавшаяся очень простой (и верной по сию пору. — Ред .) формула для размера ЧД — радиуса её горизонта событий или, иначе, гравитационного радиуса Rg, внутри которого и должна заключаться вся масса тела М: Rg = 2GM/c 2 , где G — постоянная тяготения, с — скорость света .

В эпоху ньютоновой физики ЧД «не нашли применения» в астрономии. Но в XX веке ситуация резко изменилась. Вскоре после создания А.Эйнштейном общей теории относительности (ОТО), на кончике пера Карла Шварцшильда в Германии в 1916 году произошло второе, уже релятивистское, рождение чёрных Дыр.

Конструкторы и скептики

Чёрные дыры и в ОТО могли казаться лишь формальным «изобретением», реализация которого в природе невозможна. На это надеялся великий А.Эддингтон, с самого начала проникшийся к ним интуитивной антипатией: «Я полагаю, что должны существовать законы природы, не допускающие такого абсурдного поведения звезды». В них не верил и сам Эйнштейн! Но в 1939 году Р.Оппенгеймер и Х.Снайдер указали физически мыслимый способ появления ЧД. Это — коллапс, то есть схлопывание к центру в непреодолимом собственном поле тяготения. Например, если масса звезды в результате эволюции оказывается заключённой в узких пределах — от одной до трёх масс Солнца, то схлопывание происходит до состояния нейтронной звезды; если масса более, то коллапс приводит к формированию как раз ЧД .

После открытия нейтронных звёзд (в 1967 году — пульсаров) интерес и «доверие» к ЧД существенно повысились. Вскоре, в 1968 году они и были «окрещены» Дж.Уилером привычным ныне именем. Началось триумфальное шествие ЧД по страницам научной, ненаучной (и прочей) литературы, волнам теле - и радиоэфира.

Впрочем, немногие проницательные исследователи сохраняли эддингтоновский скепсис в отношении ЧД. Так, и наш замечательный космолог-релятивист и глубокий философ А.Л.Зельманов (см. о нём в ), пожалуй, на самом подъёме интереса к ЧД, в 1972 году, высказал надежду, что «черных дыр "от века" во Вселенной не существует, а образования новых Природа не попустит...». Были (есть) и ещё немногие скептики.

3. Сенсационное открытие Стивена Хокинга

Казалось бы, вера в ЧД могла быть подорвана открытием знаменитого английского учёного-теоретика С.Хокинга: в середине 70-х годов прошлого века он обнаружил, что ЧД должны быть «не совсем» чёрными; они. теоретически, «светятся», и температура их («цвет») зависит от массы. Так, любая ЧД всё же обязана излучать свет, интенсивность которого обратно пропорциональна квадрату её массы. Правда, при звёздной массе, а тем паче большей, это излучение на столько ничтожно и «холодно», что не может быть и речи о его наблюдении. Но у ЧД существенно меньшей массы «хокинговское» излучение было бы уже вполне заметным. А при массе порядка 10 15 г, как у небольшого астероида или кометы, излучение столь велико, что обусловленная им потеря массы (ускоряющаяся со временем) такой ЧД прекратила бы существование за время, меньшее возраста нашей Вселенной (порядка 10 10 лет). Такие ЧД, родившиеся со Вселенной (то есть — реликтовые) и, тем более, меньшей массы, не дожили бы до нашей эпохи. Кстати, последние тысячи тонн массы этих ЧД должны «испариться» в темпе невероятной мощности взрыва.

Снимки центральных областей галактик NGC 6251 и NGC 7052, полученные космическим телескопом им.Хаббла. Подобные околоядерные газопылевые диски были обнаружены во многих гигантских эллиптических галактиках. Эти диски, как правило, очень быстро вращаются, что говорит о присутствии в ядре галактики сверхмассивной черной дыры, (Фото из журнала «Звездочет»)

К своему открытию Хокинг пришёл, приняв во внимание, помимо релятивистских свойств материи ЧД, также её термодинамические и квантовые свойства. Открытие Хокинга означало, что ЧД, как мы их до того себе представляли, просто не существуют! Казалось бы, это был страшный удар по самой идее чёрных дыр. Однако парадоксальным образом открытие Хокинга ещё более повысило веру в них и усилило интерес к ним. Ведь Хокинг избавил ЧД от чуждого реальному миру оттенка абсолютности их свойств! И в то же время его результаты практически ничего не меняли в ожидаемой наблюдательной картине этих объектов. «Заметно хокин- говские» чёрные дыры малых масс, которые могли образоваться разве что в котле изначального Большого Взрыва, не могли дожить до нашей эпохи, а позже не образовывались; а у ЧД бсльших масс «хокинговское» излучение настолько ничтожно, что они наблюдательно неотличимы от ЧД, описываемых в общей теории относительности.

4. Современные представления о чёрных дырах: уже открыты или...

В 60—70-е годы XX века был предложен ряд идей наблюдательного выявления ЧД в природе. Все они основывались на гравитационном взаимодействии ЧД с окружающими объектами космоса: 1) для одиночной «дыры» — с газопылевым веществом Галактики; 2) в случае ЧД в достаточно тесной паре с обычной звездой — с её массой и веществом, «перетягиваемым» чёрной дырой на себя (аккреция). Наиболее важные идеи в отношении первого случая были высказаны молодым теоретиком Викторием Шварцманом , а в отношении второго — столь же молодым тогда Николаем Шакурой. (Оба они были учениками академика Я.Б.Зельдовича.) Возникла идея (и у Э.Солпитера в США) огромных ЧД, «галактических» масс — до ~10 10 M Θ (M Θ — масса Солнца), расположенных в центрах «активных» галактик и в квазарах . Во всех случаях мощное энерговыделение в этих системах происходит за счёт превращения гравитационной энергии материи, направленной, или падающей, на ЧД, в тепловую, а затем в излучение (в аккреционных дисках, образующихся у ЧД из-за наличия вращательного момента у аккрецируемой материи; «отец» соответствующей теории — именно Н.И.Шакура).

В настоящее время уже известно около дюжины объектов со звёздной массой и несколько десятков с массой галактической, в которых теоретически почти невозможно «избежать» открытия ЧД. У «звёздных» ЧД масса «компактного релятивистского объекта» в кратной системе (двойной звезде) оказывается более 5—6 M Θ , почти до 20 M Θ. Но, согласно ОТО, кроме ЧД, релятивистских объектов таких масс не может быть (наибольшая масса нейтронной звезды не более примерно 3 M Θ ; белые карлики ещё менее массивны). Поэтому, исходя из ОТО, перед нами в этих кратных системах предстают именно ЧД. «В настоящее время общепринято, что чёрные дыры существуют...» , с. 24.

«История существования любой звезды — это поистине титаническая борьба между силой гравитации, стремящейся её неограниченно сжать, и силой газового давления, стремящейся её "распылить", рассеять в окружающем межзвёздном пространстве. Многие миллионы и миллионы лет длится эта "борьба". В течение этих чудовищно больших сроков силы равны. Но в конце концов... победа будет за гравитацией. Такова драма эволюции любой звезды» (И.С.Шкловский).

Финал эволюции массивной звезды — вспышка сверхновой. Но это наглядный пример победы не только гравитации (она сформирует либо компактную нейтронную звезду, либо чёрную дыру, чья ещё большая масса сконцентрируется в минимально возможном — «планковском» — масштабе), но уже и — давления: грандиозная ударная волна, устремлённая из глубинных слоёв звезды, развеивает в пространстве вещество умершей звезды, дабы послужить последующему звездообразованию в очагах уплотнения межзвёздной материи. Наружу вырываются, помимо того, образовавшиеся в результате колоссального взрыва гравитационные волны, влияя на встречные звёзды и планеты вокруг них. Как и в максимумы периодической активности звезды, когда усиливается её вспышечная деятельность, при взрывах сверхновых генерируются также ускоряющиеся потоки космических лучей, что несутся вдаль с «вмороженными» в них магнитными полями...

5. Чёрные дыры и общая теория относительности: всё ясно!

Ясность — одна из форм полного тумана.
Ю.Семёнов. Семнадцать мгновений весны

Принято считать, что появление чёрных дыр строго следует из общей теории относительности и полностью объясняется ею: «ОТО <...> содержит в себе правильный ответ на любой вопрос, касающийся чёрных дыр» , с. 11. Однако у ЧД есть и ещё одна очень важная особенность с точки зрения ОТО. Именно свойства ЧД избавляют ОТО от некоторых самых мучительных проблем на её «границах», делая эти проблемы, так сказать, «потусторонними» для нашего мира.

Дело вот в чём. Согласно самой ОТО, в центре ЧД имеется особая точка — сингулярная , в которой обращаются в бесконечность (лишаясь физического смысла) некоторые важнейшие характеристики объекта — плотность материи, кривизна пространства и т.д. В соответствии с законами квантовой механики, сингулярность в ЧД оказывается не точечной, а конечной по размерам, хотя, по обычным понятиям, и очень небольшой — порядка предельной «планковской длины» (L пл,~1,6х10 -33 см ). В этой сингулярности, обычно называемой физической, или планковской (согласно эзотерической доктрине, на тонком плане, возможно, аналог тому — «Лайа-центр». — Ред .), уже исчезают физически бессмысленные бесконечные значения параметров. Но и конечные значения их (например, плотность ~ 10 94 г/см3!) настолько велики, что оказываются за рамками самых смелых экстраполяций нашей физики. Материя физической сингулярности находится полностью за пределами представлений современной науки.

Для описания законов и свойств материи в этом состоянии нужен переход фундаментальной физики на более высокий уровень: построение единой гравитационно-квантовой теории , совместно учитывающей эти аспекты материи. Проблема создания подобной теории была поставлена в середине 30-х годов прошлого века (М.П.Бронштейн, 1906— 1938), но всё ещё не решена.

Ввиду неизвестности законов планковской сингулярности, на чём же основывается мнение о достаточности ОТО для описания чёрных дыр? Прежде всего — на постулате ненаблюдаемости сингулярности, что бы в ней ни происходило. Однако постулат этот подорван расчётами Хокинга.

Далее, ОТО утверждает (и это доказывается экспериментально), что в гравитационном поле происходит замедление самого хода времени . Обычно эффект сей ничтожен. Но в сверхсильном поле тяготения ЧД он неограниченно усиливается при неограниченном устремлении к ней. Оттого приближение к горизонту ЧД даже фотона (кванта света), с точки зрения удалённого наблюдателя (это мы!), неограниченно замедляется. Горизонт «достигается» только через бесконечное время ∆ t. Устремляющаяся к ЧД материя перед сферой, ограниченной гравитационным радиусом R g , «гаснет», «замирает» и... исчезает из вида. Так это обычно считается.

Поэтому, как полагают, «[аккрецируемые чёрной дырой] частицы и поля вблизи горизонта образуют весьма сложную, застывшую (курсив Ф.Ц.) структуру "граничного слоя", которая по существу есть реликт прошлой истории чёрной дыры» , с. 14. «Промежуток между растянутым ["мембрана"] и истинным горизонтом полностью заполнен веществом и полями, которые аккрецировались чёрной дырой с момента её образования. Из-за гравитационного замедления времени вещество, приближаясь к истинному горизонту, падает всё медленнее (в системе удалённого наблюдателя), но никогда не проникает внутрь чёрной дыры. Горизонт буквально загромождается "следами" прошлого, собранными в бесконечно тонком слое» , с. 28 и 30.

С этих позиций горизонт ЧД «достигается» втягиваемой в неё материей лишь через бесконечное время, то есть «достигается никогда». А попасть в центральную сингулярность ЧД материя могла бы лишь «ещё позже, чем никогда»! Итак, ни центральная сингулярность, ни «упавшая» на ЧД материя ненаблюдаемы! Именно это и делает общую теорию относительности, как считается, достаточной для полного описания чёрных дыр «извне» — нами.

6. Открытие В.Ф.Шварцмана — потрясение основ современной концепции чёрных дыр

Вывод Шварцмана по самой идее и окончательной формулировке необыкновенно прост. Ведь если масса ЧД в результате аккреции увеличивается (а как же иначе!), то растёт и её гравитационный радиус R g . Это, может быть, и небольшой, но всё же сдвиг горизонта как бы навстречу (!) «налипающей» массе. А именно на этот последний шаг ей и требовалось бесконечное время! В какой мере за счёт этого продвижения горизонта сокращается бесконечное время ∆ t? Решение, полученное Шварцманом, позволило ему сразу уточнить величину ∆ t «в бесконечное число раз»: интервал ∆ t оказался конечным ! Конкретно, по порядку величины, он равен: ∆ t шв ~ (2R g /c)ln(c 3 /4GM .), где М. — скорость прироста массы ЧД при аккреции, R нач. = 2R g . В очень важном частном случае ЧД околосолнечной массы и в «стандартной» межзвёздной среде скорость прироста составляет: М. ~ 10 10 г/сек, и формула ещё более упрощается: ∆ t шв ~- 10 2 R g /c.

Исключительно интересно и важно, что время ∆ t шв не только конечно, но и при любых реальных массах ЧД наблюдательно невелико . Так, при массе ЧД порядка солнечной имеем: ∆ t шв ~ 10 -3 сек. Даже для ЧД огромных масс (М ~ 10 10 M Θ ) находим: ∆ t шв ~ 10 7 сек — меньше четырёх месяцев. Это вполне приемлемо для наблюдателя!

Результат был получен Шварцманом ещё в 60-х годах XX века, но встретил резкую оппозицию со стороны астрофизиков, в том числе у коллег, друзей и сотрудников, и долго не печатался... «Истина бывает часто настолько проста, что в неё не верят» (Ф.Левольд)... Лишь высокая оценка вывода другим нашим выдающимся теоретиком С.А.Капланом (1921—1978) и его предложение Шварцману опубликовать удивительный результат в их совместной главе готовившейся коллективной монографии сдвинули дело с мёртвой точки. Открытие Шварцмана таким образом было опубликовано (1976).

7. Неожиданное подтверждение

О жёсткой оппозиции Шварцману авторитетных специалистов я узнал от одного из них — И.Д.Новикова — в начале 1986 года. «Результат Каплана и Шварцмана? — переспросил меня И.Д. — Он ошибочен!» И.Д.Новикову я почти поверил. Но было очень жаль красивого результата...

Предполагается, что чёрных дыр тысячи в Галактике, но обнаружить удалось пока лишь семь, не считая сверхмассивной в самом ядре нашей звёздной системы. Они образовались при взрывах сверхновых звёзд и демонстрируют удивительное однообразие своих масс: шесть имеют семикратные солнечные массы (7±0,25 M Θ ). У одной из семи масса достигает 10—14 M Θ . Все входят в состав двойных звёзд, что и позволило выявить их (по материалам журнала «Звездочёт»).

Прошло меньше года, и ситуация приняла совершенно неожиданный оборот. В вышедшей тогда фундаментальной монографии , с. 192 я с радостью обнаружил полное подтверждение вывода Шварцмана — во всяком случае, на качественном уровне: время ∆ t конечно! Учтя «квантовые флуктуации горизонта» чёрной дыры, И.Д.Новиков и В.П.Фролов нашли, что ∆ t нф ~ (R g /c)ln(R g /L пл). Для ЧД солнечных масс, как я заметил, немедленно следовало, что ∆ t нф ~ 10 2 R g /c (!). То есть в важнейшем случае квантово -релятивистская, физически более глубокая формула Новикова-Фролова не только качественно (время ∆ t конечно), но и количественно подтверждает результат Шварцмана!

Через несколько лет (Виктор Шварцман уже ушёл из жизни), по подсказке Н.И.Шакуры (при его рецензировании рукописи ), я попробовал установить, насколько широк тот «частный случай», когда значения ∆ t шв и ∆ t нф совпадают. К моему удивлению оказалось, что результат Шварцмана качественно и количественно подтверждается независимым результатом Новикова-Фролова практически для всей области физически мыслимых значений масс ЧД и скоростей аккреции на них .

8. «Дискуссия» вокруг выводов Шварцмана

Средний человеческий ум не верит тому, чего он не в состоянии постигнуть.
Э. Берроуз

Хотя противодействие выводам Шварцмана длится уже добрых три десятка лет, таки нет ни одной печатной работы, где возражения были бы обоснованы. «Аргументы» звучат лишь на уровне голословного «это невозможно» и т.п. Ещё одна форма «борьбы» с результатом Шварцмана и попытками печатного обсуждения его — это «чёрные» рецензенты, уничтожающие, не думая. Притом почти во всех случаях они — добросовестные специалисты, искренне убеждённые в своей правоте. И это совершенно стандартная ситуация. Вспомним, что великое «открытие Лобачевского встретило полное непонимание, даже негодование со стороны почти всех его современников» , с. 12.

Результат «логически некорректен»?

Если суммировать встречавшиеся мне аргументы критиков Шварцмана, то достаточно серьёзно выглядит лишь один. Вот его суть. Чтобы гравитационный радиус ЧД, благодаря аккреции на неё, вырос на какую-то величину, необходимо предварительное проникновение под горизонт соответствующей массы ∆ M. Но для этого и нужно бесконечное время! Значит, говорит оппонент, Шварцман заранее постулирует то, что надо доказать! ...Возможно, это соображение несколько смущало и самого учёного. Оно не опровергнуто в его публикации с Капланом, и он не прояснил его в беседе со мною (в ГАИШе в июле 1987 года). «Сам автор фундаментального результата понимает его сначала в лучшем случае на 50% (Ф.Дайсон)...

Однако выводы Шварцмана и в этом пункте вовсе не беззащитны.

Эффект «дискретности» аккреции

Некоторое время мне представлялось наиболее естественным принять возражение оппонентов Шварцмана в отношении используемой им идеально сферической модели ЧД и процесса аккреции, а затем обойти возражение, перейдя к модели, более адекватной реальности. Резонно считать падающим на ЧД не идеально однородный сферический слой массы, а отдельные порции её (материя неоднородна и в пределе — дискретна).

Вращение чёрной дыры приводит к завихрению пространства вокруг неё, что и удерживает внутреннюю часть аккреционного диска в экваториальной плоскости дыры (из ст. К. Торна в журнале «Природа» № 11/1994)

Этот случай (в другой связи) рассматривался в теории. Р.Героч и Дж.Хартль ещё в 1982 году показали, что при приближении порции массы к горизонту на нём появляется приливная выпуклость. Иначе говоря, происходит локальное продвижение горизонта наружу — навстречу процессу аккреции. Подчеркну — до того, как «под ним» окажется какая-либо новая масса! , с. 297—303. Очевидно, что качественно «эффект Шварцмана», постулированный им, имеет место.

Но пусть модель чёрной дыры и аккреция даже идеально сферичны...

Существует, однако, результат, делающий излишним отказ от сферической симметрии модели системы и процесса аккреции. Он резюмирован так , с. 269: «Истинный горизонт (абсолютный горизонт событий) начинает расширяться прежде (курсив Ф.Ц.), чем [аккрецируемая сферическая] оболочка столкнётся с ним»... Кстати, «столкнётся» — значит, достигнет его!

Это именно то «превентивное» расширение горизонта чёрной дыры при аккреции, какое принимал (но не обосновал) Шварцман, и в тождественной модели — падение на сферическую ЧД сферического тонкого слоя массы. Это устраняет все сомнения в корректности вывода Шварцмана. (Не отбрасывая, конечно, плодотворного подхода Героча-Хартля и др.)

Об одном удивительном недоразумении в основах общепринятых представлений о чёрных дырах

Большинство людей заблуждается потому, что идёт за теми, кто уже заблудился.
(Из мультфильма У.Диснея «Дикий Джек»)

Но как быть с известным «прямым общим доказательством» того, что время достижения аккрецируемой материей горизонта чёрной дыры бесконечно? Строго доказывается , с. 13, что, действительно, в принимаемой модели так оно и есть. Но... «за исключеньем пустяка»: в доказательстве не оговаривается одно — решающее! — предположение. А именно, неявно принято, что «захватываемая» масса — нулевая (∆ M = 0). Результат же относят к любым массам (∆ M > 0). Скажем, теорему «летать не может!» мы доказали бы для Ужа (крылья «равны нулю»), а применили бы к Соколу. Таково «основание» общего убеждения, что во всех случаях время ∆ t бесконечно.

9. Открытие Шварцмана — революция в фундаментальной физике?

Для восприятия крупной научной идеи обычно требуется лет тридцать.
Ф.Дайсон

Со времени открытия Шварцмана прошло 30 лет. Пора бы и восприять?..

Наиболее важно в этом открытии то, что время ∆ t конечно и наблюдательно невелико . А это радикально меняет картину свойств и возможного поведения объекта, который называют «ЧД» и приписывают ему качества согласно ОТО.

Путь в сингулярность

То обстоятельство, что материя, аккрецируемая неким объектом, на глазах удалённого наблюдателя достигает горизонта событий этого объекта, означает, что вслед за этим она от горизонта падает на центральную сингулярность ЧД. В рамках ОТО описания этого процесса пока пет. С учётом же выводов Шварцмана теория такого процесса возможна и необходима — «почти» до самой планковской сингулярности.

Чёрная дыра — лишь маска реального гравитационно-квантового объекта?

По Хокингу, «вывод о существовании излучения, испускаемого чёрной дырой, по-видимому, означает, что гравитационный коллапс не так уж окончателен и необратим , как мы думали раньше». Любая аккрецируемая материя, достигая и преодолевая горизонт, видимо, быстро оказывается в центральной сингулярности, где всё вещество ЧД и концентрируется. Но в сингулярности материя не подчиняется законам нашей физики. Это значит, что вообще вещество чёрной дыры находится ЗА рамками понимания современной физикой и, в частности, общей теорией относительности. Утверждения, что ЧД — чисто релятивистский объект, что ОТО содержит правильный ответ на любой вопрос по её поводу, поэтому не имеют смысла. Так называемая чёрная дыра реально является объектом пострелятивистским и постквантовым . Это объект пока вовсе не известного нам странного гравитационно-квантового мира, подчиняющийся его, а не нашим фундаментальным физическим законам.

Обязана ли бывшая чёрная дыра быть «гравитационной могилой» ?

У нас нет никаких логических оснований утверждать необратимость гравитационного коллапса для планковской сингулярности, то есть (см. выше) «реальная» ЧД нашего мира (гравитационно-квантовый объект!) не обязана быть «гравитационной могилой». Тем более логически несостоятельно утверждение, будто аккрецируемая материя «проскакивает» сквозь сингулярность в «другие вселенные» или в неизвестные места и времена нашей Вселенной, являясь там уже в виде белых дыр (БД). Экстраполяция релятивистского решения для коллапса «неизвестно куда» через сингулярность (как точечную в ОТО, так и, тем очевиднее, через конечную планковскую) математически и физически вопиюще некорректна. Эта модная «концепция» представляет собою не более, чем один из красочных миражей обычной концепции ЧД. «Продолжать решение за истинную сингулярность нельзя» , с. 284 и др.. Совсем другое дело — выброс («антиколлапс») из сингулярности . Ни логика, ни физика его не исключают .

Активные процессы в «подозреваемых чёрных дырах» и гравитационно-квантовая теория материи

В планковской сингулярности мыслим не просто «антиколлапс», зеркальный коллапсу. Выброс вещества и энергии из такой сингулярности никак не связан и никак не ограничен законами обычного релятивистского коллапса. В частности, масштаб феноменов при «планковском выбросе» из сингулярности ЧД не обязан быть ограничен масштабами релятивистского антиколлапса в БД или же масштабами «хокинговских» эффектов в обычных ЧД. «В начале Вселенной была другая физика, которой мы не знаем. То же самое внутри чёрных дыр» (И.Д.Новиков). Но логика, да и математика там те же, наши! Только они пока и служат нам проводниками в неизведанном мире квантовой гравитации.

Поскольку не исключено, что объекты, нами принимаемые ныне за вероятные чёрные дыры, на самом деле являются гравитационно-квантовыми , необходима ревизия всего наблюдательного материала, относящегося к «потенциальным ЧД», и это — для выявления в них проявлений гравитационно-квантовой активности их центральных планковских сингулярностей. «Внутри планковской области может быть что угодно» (А.А.Старобинский). Вот это-то и надо суметь увидеть.

О наблюдательном критерии открытия чёрных дыр

Стандартный современный критерий наблюдательного открытия чёрной дыры как релятивистского объекта, с более чем троекратной массой Солнца, основан на логической ошибке : неучёте возможности существования среди «компактных объектов» не только релятивистских (белые карлики, нейтронные звёзды, ЧД?), но и пострелятивистских объектов, скажем, квантово- гравитационных. Достоверное обнаружение компактного объекта с такой массой означало бы открытие не ожидаемой ортодоксальной ЧД, а куда более интересного и нетривиального гравитационно-квантового объекта. Ранее автором было предложено для него краткое имя граквар , с. 132; , с. 35. Действительно, «не назвать ли нам кошку — кошкой?!» (С.Я. Маршак).

Переинтерпретация чёрных дыр — путь к теории квантовой гравитации?

Именно обнаружение и корректная интерпретация природы подобных объектов и феноменов может стать наиболее прямым путём (от наблюдений) к построению фундаментальной теории гравитационно-квантового уровня физического познания, который следует за современным. «Наблюдаемые проявления неизвестных законов природы должны восприниматься как нарушение известных» (Р.Героч). И обратно! Что ещё надо теоретику?! «Вполне возможно, что теории, которые мы считаем "доказанными", всё-таки ложны, ибо противоречат более общей теории, которой пока ещё у нас нет» (Е.Вигнер). В чёрных дырах видны её «уши». Потянем же за них!..

10. Заключение

Трудность в науке часто представляет не столько то, как сделать открытие, сколько понять, что оно сделано...
Д. Бернал

Непосредственные следствия открытия В.Ф.Шварцмана радикально меняют наши представления о чёрных дырах и открывают путь к пониманию истинной природы этих объектов.

Чёрная дыра — не «застывшая звезда»; не релятивистский объект; не «гравитационная могила»; не объект нашей фундаментальной физики.

Неизвестные фундаментальные законы свойств материи в планковской сингулярности не обязаны исключать выброс материи и энергии из этой сингулярности в пределы горизонта ЧД и далее. Энергетический масштаб этих выбросов не ограничен масштабом эффектов в БД и «хокинговских» эффектов в ЧД. Ведь начальные условия такого процесса задаются неизвестными свойствами материи в планковских сингулярностях. Но уже модель белой дыры доказывает возможность преодоления, при антиколлапсе, поля тяготения объекта той материей, что выброшена из сингулярности .

Возможно, эта интерпретация имеет отношение, в частности, к до сих пор не находящим объяснения (более 80 лет!) выбросам — джетам — из центральных «точек» активных галактик и вообще к пониманию механизма «центральной машины» квазаров, активных галактик и т.п., к явлению у-всплесков . Последние, например, могли бы оказаться прямым наблюдаемым проявлением физических процессов в планковских недрах ЧД (точнее, гракваров), поглощающих диффузную материю и звёзды, или результатом столкновений сингулярностей.

Этот комплекс явлений, до сих пор не нашедший осмысления в нашей фундаментальной физике, в свете открытия В.Ф.Шварцмана, возможно, уже высвечивает путь построения давно искомой фундаментальной физической теории более глубокого, следующего уровня понимания свойств материи — по меньшей мере, гравитационно-квантового.

Примечание

См. «Дельфис» № 1(25) за 2001 г.

См. статьи Ф.А.Цицина в «Дельфисе» № 3/1997, с. 83 - о фрактальной Вселенной; № 1(13)/1998, с. 65 - о кометах.

Гравитационный радиус Солнца считается ныне равным примерно 3 км. Значит для Галактики, имеющей общую массу ~ 10 12 М Θ (М Θ — масса Солнца) с учётом невидимой массы короны Галактики, десятикратно превосходящей видимую массу звёзд, газа и пыли, гравитационный радиус составляет величину, сопоставимую с наиболее внешним радиусом нашей Солнечной системы (~ 0,1 парсека, то есть ~ 20 тыс. астр, ед.. в 500 раз далее Плутона, в 200 раз далее границ магнитосферы Солнца); так что гипотетическая чёрная дыра, по массе равная Галактике, уместилась бы внутри её «центрального парсека», где ещё «глубже» сосредоточена некая реальная её центральная чёрная дыра. Кстати, согласно последним (1992-1998) данным (основанным на наблюдениях собственных движений звёзд в инфракрасном диапазоне спектра), в районе центра нашей Галактики обнаружены чрезвычайно быстрые движения - признак наличия сверхмассивной ЧД (~ 2,6 млн. М Θ ) там, где находится известный мощный радиоисточник Стрелец А. — Прим. ред .

По имени К.Шварцшильда «поверхность» ЧД, ограниченная горизонтом событий, названа «сферой Шварцшильда». — Прим. ред .

Нейтронная звезда — космическое тело звёздной массы и радиусом не более примерно 10 км, состоящее из «плотно упакованных» нейтронов, с плотностью порядка 10 15 г/см 3 . Как правило, обладает сверхмощным магнитным полем до 10 15 Гс и быстрым вращением, наблюдаясь в виде пульсара. Источником энергии нейтронной звезды является запас энергии вращения. Обычно коллапс настигает изначально массивные звёзды (более 8 масс Солнца) в конце их звёздной эволюции, приводя к взрыву сверхновой.

Для «до-хокинговской» ЧД имеет место аналог знаменитого Второго Начала термодинамики - закона неубывания энтропии.

Астрофизик Викторий Фавлович Шварцман (1945- 1987) был личностью исключительной. Он сочетал таланты и интересы естественника и гуманитария, теоретика и экспериментатора, физика и астронома, поэта и космолога, наблюдателя и философа. Совсем молодым он вошёл в круг высококлассных специалистов в области релятивистской астрофизики (физики астрономических объектов и процессов, для понимания которых необходима общая теория относительности Эйнштейна) и, особенно, чёрных дыр. Ему же принадлежала и разработка беспрецедентного по точности (до 10 -7 сек!) метода и наблюдательного комплекса в программе поиска и исследования любых сверхбыстропеременных астрономических явлений — от «вспыхивающих звёзд» до ЧД и сигналов от предполагаемых внеземных цивилизаций (на 6-метровом телескопе нашей обсерватории на Северном Кавказе). Глубокие идеи в теоретической и наблюдательной астрофизике сочетались у него с разработкой принципиально нового подхода в программе поиска внеземного Разума - гуманитарного аспекта этой проблемы, что в те годы звучало в значительной степени неожиданно. Пристальный интерес к истокам и истории мировых религий, философии Востока, особенно Древней Индии, сочетался у Виктория с освоением «практического цикла» йоги.

По мнению автора предлагаемой статьи, ряд фундаментальных идей и выводов В.Шварцмана ещё ожидают заслуженного признания и развития, в значительной степени задержавшихся потому, что своими идеями и результатами молодой учёный на десятилетия опережал и науку своего времени, и своё поколение исследователей.

Квазары — сверхмощные переменные источники энергии в центрах некоторых («активных») галактик. Первый квазар был открыт в 1963 году. Ныне известно их около 10 тысяч. Излучение квазара может в сотни и тысячи раз превосходить суммарное излучение всей галактики.

Белые карлики - сверхплотные (до 10 8 г/см 3) космические тела солнечной массы (до ~ 1,5 М Θ ), состоящие из «вырожденного» (полностью ионизованного и сжатого) вещества обычного космического состава (в основном водорода и гелия). Медленно остывают, превращаясь в «чёрные (!) белые карлики».

Она необходима в условиях сверхвысоких плотностей, сочетающихся со сверхсильным гравитационным полем, например, в планковских сингулярностях ЧД или на начальной стадии космологического Большого Взрыва, где наша физика пасует.

А что если «выброс из сингулярности» обязан тому свойству гравитации, которое Дж.Кили в XIX веке связывал с разнополярными «симпатическими потоками», исходящими из массивных «нейтральных центров»? (см. «Дельфис» № 2(26) за 2001 г.). - Прим. ред

Цицин Ф.А .//Активные ядра и звёздная космогония. 1987.

Цицин Ф.Л.//Астрономия и современная картина Мира. М„ РАН, 1996