Невращающиеся тела и темные дыры
Невращающиеся тела и темные дыры
До сего времени мы гласили только о темных дырах, возникающих при сжатии сферических тел и владеющих потому сферически симметричным полем тяготения. А какая темная дыра появляется при сжатии не сферического, к примеру сплюснутого, тела? Мы пока будем гласить только о невращающихся телах, оставив вопрос о вращении до последующего раздела.
Итак, до сжатия тело имело не сферическое гравитационное поле. Значит ли это, что возникнет сплюснутая темная дыра со сплюснутым полем тяготения? Длительное время ответ на этот вопрос был неизвестен, и эту задачку решили только сравнимо не так давно. По сути никаких сплюснутых либо других несимметричных темных дыр существовать не может. Дело в том, что в процессе сжатия, когда размеры тела приближаются к гравитационному радиусу, происходит насыщенное излучение гравитационных волн. Оказывается, что при всем этом все отличия поля тяготения от серьезной сферичности уменьшаются и “излучаются” в виде гравитационных волн.
В 1-ый момент после появления темная дыра имеет вправду искаженную, сплюснутую форму. Но эта дыра не может сохраняться повсевременно во времени. Подобно тому, как пленка мыльного пузыря, если б мы его растянули, а позже отпустили, стремительно воспринимает сферическую форму, точно так же граница “искаженной” темной дыры стремительно воспринимает гладкую сферическую форму. Все “избыточное” излучается в вдде гравитационных волн. В итоге появляется совсем сферически симметричная темная дыра с совсем сферически симметричным наружным полем тяготения Шварцшильда, которое характеризуется только одной величиной — массой тяготеющего центра.
Таким макаром, темные дыры могут быть и огромные (мощные) и мелкие, но во всем остальном они совсем подобны друг дружке. Появляется тогда вопрос, а что будет, если сжимающееся тело обладало электронным зарядом, другими словами имело вокруг себя, кроме гравитационного, еще электронное, либо магнитное, либо, в конце концов, какое-либо еще поле? Будет ли появившаяся из этого тела темная дыра также владеть этими полями?
Исследование вопроса привело к очень увлекательному выводу. Оказалось, что все виды физических полей в процессе релятивистского коллапса будут излучены либо погребены в самой темной дыре. Исключение составляет только поле электронного заряда. При сжатии оно, так же как и сферическое гравитационное поле, совсем не изменяется и остается вокруг появившейся темной дыры.
Итак, при релятивистском коллапсе сколь угодно сложного невращающегося тела, окруженного электронным, магнитным и другими полями, появляется темная дыра со качествами, стопроцентно характеризуемыми всего 2-мя параметрами — массой, от которой зависит сила наружного гравитационного поля, и электронным зарядом, характеризующим электронное поле. Все другие отличительные особенности материи, которая образовала черную дыру, вроде бы исчезают. Никакие измерения либо опыты над темной дырой не посодействуют ответить на вопрос, появилась ли она, к примеру, из вещества либо антивещества, обладало ли вещество магнитным полем и т. д. И это свойство “забывания” всех признаков определяется снова же тем, что никакие сигналы из темной дыры во наружное место не выходят.
Если мы оставим в стороне явление электронного заряда, которое несущественно для небесных тел, то в качестве свойства, определяющей характеристики темной дыры, остается только ее масса. Все темные дыры схожей массы являются точными копиями друг дружку. Такая безликость темных дыр послужила поводом уже знакомому нам южноамериканскому физику-теоретику Д. Уилеру сказать, что “темные дыры не имеют волос”.
Установление факта безликости было трудной задачей. Тут тоже была и своя предыстория и история, как и при теоретическом пророчестве темных дыр.
Упомянем только о 2-ух работах, выполненных посреди 60-х годов. При разработке первой я был только очевидцем, а во 2-ой учавствовал сам. 1-ая работа была изготовлена русским физиком академиком В. Гинзбургом. Он рассматривал вопрос о том, каково будет магнитное поле звезды, если ее сжимать до все наименьших размеров. Оказалось, что если звезду сжать практически до гравитационного радиуса и на этом тормознуть, то поблизости самой поверхности звезды магнитное поле особенно вырастет. При предстоящем сжатии точно к гравитационному радиусу напряженность магнитного поля у поверхности стремилась бы к бесконечности! Но это бред! Я помню, с каким подъемом и волнением говорил В. Гинзбург об этом в Астрономическом институте имени П. К. Штернберга, а позже с каким энтузиазмом спецы обсуждали эти выводы. Значение работы было громадно. Ведь если предположение о наличии магнитного поля у темной дыры ведет к абсурду (а так вышло!), означает, никакого магнитного поля у темной дыры не может быть совсем! Все магнитное поле должно быть излучено либо погребено снутри дыры!
Это был очень внезапный вывод, с которым спецы не сходу акклиматизировались.
2-ая работа касалась способности появления сплюснутой темной дыры. Я тогда только-только закончил учебу и работал в группе, сделанной академиком Я. Зельдовичем. Так как в протяжении уже пары лет меня тревожила неувязка сплюснутой темной дыры, я поведал о ней моему руководителю, а заодно и моему сверстнику, тоже начинавшему работать во вновь сделанной группе, А. Дорошкевичу. Все трое мы всесторонне начали изучить делему. Стиль работы у нас был различный, и, успешно дополняя друг дружку, мы выполнили большой объем работ.
Скоро обнаружилось, что, если б появилась сплюснутая, как репа, либо, напротив, вытянутая, как огурец, темная дыра, то сплюснутость либо вытянутость ее должны могли быть быть нескончаемыми! Это значит, к примеру, что в случае сплюснутости длина экватора темной дыры была бы нескончаемой. Но это, естественно, бред! Отсюда мы пришли к выводу, что никаких сплюснутых либо вытянутых дыр быть не может. Все отличия от сферичности должны, излучаясь в виде гравитационных волн, исчезать!
Обе упомянутые работы отличает одна общая черта: мы сделали вывод, что поля должны излучаться в процессе появления темной дыры. Таковой вывод покажется чрезвычайно смелым. Ведь сам процесс излучения мы не рассчитывали, мы этого тогда еще просто не могли делать, потому что не был сотворен соответственный математический аппарат. Но вывод о итоге процесса излучения был полностью надежен поэтому, что другой вел бы к абсурду. Это интересвый пример того, как можно делать надежные заключения о последствиях явления, высчитать которое не было способности. Только 6 лет спустя южноамериканский теоретик Р. Прайс, а потом и многие другие провели расчеты самого процесса излучения полей. Они, естественно, стопроцентно подтвердили корректность наших заключений.
Следствием расчетов Р. Прайса и других создателей было установление любопытного факта: все поля, которые в принципе могут быть излучены, излучаются вправду в процессе появления темной дыры. Только два вида их никогда не излучаются — это сферическое поле тяготения и сферическое поле электронного заряда (если такой есть). Конкретно они остаются у появившейся темной дыры. Еще об одном исключении сказано в последующем разделе.
Посреди физиков известны “законы Чизхолма”. Они в шуточной форме отражают далековато не шуточные трудности, возникающие при проведении физических тестов и при работе со сложными физическими устройствами. 1-ый из “законов Чизхолма” читается так: “Все, что может испортиться, — портится”. По аналогии с этим, Р. Прайс определил собственный вывод так: “Все, что может излучиться, — излучается”.
Сначала этого раздела мы специально клеветали, что рассматриваем темные дыры, возникающие только из невращающихся тел. Эта обмолвка не случайна. Дело в том, что крутящееся тело при коллапсе приводит к вращающейся темной дыре. Как мы увидим в последующем разделе, вращение приводит к определенным изменениям в поле тяготения и потому служит третьим (и последним) параметром (кроме массы и электронного заряда), который охарактеризовывает черную дыру.
Новиков И.Д.