Возникновение чёрной дыры
Возникновение чёрной дыры
Согласно теории Эйнштейна, как радиус небесного тела становится равным его гравитационному радиусу, свет не сумеет уйти с поверхности этого тела к дальнему наблюдающему, другими словами оно станет невидимым. Но читатель наверное уже направил внимание, что это очень необыкновенное свойство далековато не единственное из числа тех “чудес”, которые должны произойти с телом, размеры которого сравнялись с гравитационным радиусом. Согласно произнесенному в прошлом разделе сила тяготения на поверхности звезды с радиусом, равным гравитационному, должна стать нескончаемо большой, так же как и нескончаемо огромным должно быть ускорение свободного падения. К чему это может привести?
Чтоб ответить на этот вопрос, вспомним поначалу, почему обыденные звезды и планетки не сжимаются к центру под действием тяготения, а представляют собой сбалансированные тела.
Сжатию к центру препятствуют силы внутреннего давления вещества. В звездах это давление газа с очень высочайшей температурой, стремящееся расширить звезду. В планетках типа Земли это силы натяжения, упругости, давления, также препятствующие сжатию. Равенство сил тяготения и обозначенных противоборствующих сил как раз и обеспечивает равновесие небесного тела.
Противоборствующие тяготению силы зависят «от состояния вещества: от его давления и температуры. При его сжатии они растут. Но если сжать вещество до некий конечной (не нескончаемо большой) плотности, то они останутся также конечными. По другому обстоит дело с силой тяготения. С приближением размера небесного тела к гравитационному радиусу тяготение стремится, как мы знаем, к бесконечности. Сейчас оно не может быть уравновешено противоборствующей конечной силой давления, и тело должно неудержимо сжиматься к центру под его действием.
Итак, важный вывод теории Эйнштейна говорит: сферическое тело, радиус которого равен гравитационному радиусу и меньше, не может находиться в покое, должно сжиматься к центру. “Но позвольте, — спросит читатель, — если на гравитационном радиусе сила тяготения нескончаема, то какова она станет, как тело уменьшится до размеров меньше гравитационного радиуса?”
Ответ достаточно очевиден. До сего времени мы гласили о силе тяготения на поверхности статического, не сжимающегося в данное время тела. Но она находится в зависимости от состояния движения. Как мы уже гласили выше, при свободном падении наступает состояние невесомости — свободно падающее тело вообщем не испытывает деяния гравитационной силы. Потому на поверхности свободно сжимающегося тела не чувствуется никакой силы тяготения (и вне сферы Шварцшильда, и снутри ее). Увлекаемое тяготением вещество не может тормознуть на сфере Шварцшильда (оно испытало бы тогда нескончаемую силу тяготения). Тем паче не может оно тормознуть снутри сферы Шварцшильда. Неважно какая частичка, к примеру ракета, со сколь угодно сильным движком, оказавшись от тяготеющего центра на расстоянии меньше гравитационного радиуса, должна неудержимо падать к этому центру.
Итак, мы получили ответ на вопрос о том, к чему ведет нескончаемое нарастание гравитационной силы с приближением тела к сфере Шварцшильда: к чертовскому, неудержимому его сжатию. Физики именуют это явление релятивистским коллапсом.
Таким макаром, довольно сжать тело до размеров гравитационного радиуса, а далее оно само будет неудержимо сжиматься. Так появляется объект, который потом получил заглавие темной дыры.
Описанный нами процесс релятивистского гравитационного коллапса в первый раз был строго рассчитан при помощи уравнений общей теории относительности южноамериканскими физиками Р. Оппенгеймером и Г. Волковым в 1939 году. Их статья является прототипом краткости и ясности изложения. Стопроцентно и строго описывая сущность явления, она занимает всего несколько страничек.
Имя Р. Оппенгеймера отлично понятно не только лишь физикам, да и широкой общественности. Он участвовал в разработке американской атомной бомбы, в 1943—1945 годах возглавлял известную Лос-Аламосскую научную лабораторию. Но потом сообразил, какую опасность населению земли несет создание водородной бомбы и гонка вооружений, выступил за внедрение атомной -энергии исключительно в мирных целях и в 1953 году был снят со всех постов как неблагонадежный янки.
Работу Р. Оппенгеймера и Г. Волкова следует считать серьезным пророчеством способности появления темных дыр. Само заглавие “темная дыра” появилось еще позднее — в конце 60-х годов. Выдумал его южноамериканский физик Д. Уилер. Ранее они известны были под различными именами. К примеру, у нас их называли “коллапсара-ми”, но выяснилось, что это слово звучит не очень благозвучно по-английски. Вобщем, с заглавием “темная дыра”, невзирая на его точность и образность, тоже бывали казусы.
Закончим этот раздел последующим замечанием. Черную дыру можно в принципе сделать искусственно. Для этого нужно сжать всякую массу до размеров гравитационного радиуса, далее она сама будет сжиматься, испытывая гравитационный коллапс.
Правда, на этом пути лежат большие технические трудности. Чем наименьшую массу мы желаем перевоплотить в черную дыру, тем до наименьших размеров ее нужно сжать, так как гравитационный радиус прямо пропорционален массе. Так, мы знаем, что гравитационный радиус Земли равен приблизительно одному сантиметру. А чтоб перевоплотить в черную дыру, скажем, гору размером в млрд тонн, пришлось бы ее сжать до размера атомного ядра!
В следующих разделах мы увидим, что во Вселенной огромные массы могут самопроизвольно преобразовываться в темные дыры в процессе естественной эволюции. Но, до того как гласить об этом, продолжим знакомство с необычными особенностями темных дыр.
Новиков И.Д.