Борис Кузнецов - Философия оптимзма

Общая теория относительности рассматривает тяготение как изменение пространственно-временной метрики. Чем больше в данной точке напряженность гравитационного поля, тем больше изменяется метрика, тем больше становится измеренная в этой точке секунда, если перейти к другой системе координат и измерить эту секунду там. То, что в системе звезды длится секунду, в другой системе координат оказывается часом, веком, тысячелетием, миллиардом лет. А при сжатии звезды до указанного выше критического радиуса любой временной интервал становится в иной, свободной от такого сильного гравитационного поля, системе отсчета бесконечным. Возрастание временных интервалов в гравитационном поле выражается, в частности, в возрастании периода электромагнитных колебаний и соответственно в увеличении длины электромагнитных волн, в красном смещении спектральных линий. Гравитационное поле, соответствующее сжатию звезды до критического радиуса (пропорционального, как уже говорилось, массе звезды и для массы Солнца составляющего 3 км), превращает периоды электромагнитных колебаний в бесконечные. Это значит, что электромагнитное излучение прекращается. Прекращается всякое излучение. Коллапсирующая звезда связана с другими телами только тяготением. Звезда падает, по выражению Я. Б. Зельдовича, в гравитационную могилу.

Гравитационный коллапс принадлежит к числу процессов, принципиально отличающихся от обычных релятивистских процессов (здесь слово «обычные» означает «сравнительно известные науке, служащие основным объектом исследования и практически применяемые»). Эти обычные релятивистские процессы требуют для своего описания учета соотношений теории относительности потому, что выделяющиеся и поглощаемые энергии сопоставимы с массами покоя частиц, умноженными на квадрат скорости света. Ультрарелятивистские процессы начиная с открытых в начале 30-х годов аннигиляций и порождений электронно-позитронных пар связаны с поглощением и выделением энергии порядка массы покоя, умноженной на квадрат скорости света. Изучение подобных процессов приближает науку к решению наиболее фундаментальных для нашего времени проблем de rerum natura, приближает практическое применение этих процессов и переход к ультрарелятивистской цивилизации — воплощению субъядерной физики.

В отличие от обычной (в указанном выше смысле) эволюции звезд на главной последовательности, где гравитационное сжатие уравновешивается термоядерными и вообще ядерными реакциями, дебюты и финалы жизни звезд приближаются к полной реализации уравнения Е = mс 2, т. е. к полному превращению энергии покоя в энергию излучения. В условиях сверхвысоких давлений, при плотности, большей, чем плотность атомного ядра, при концентрации всей массы звезды в сфере радиусом несколько километров, при бесконечной (для внешнего наблюдателя) длине излучаемых волн, в этом мире коллапсирующей звезды происходят какие-то пока неясные процессы в субъядерных масштабах. Картина этих процессов не может быть нарисована, если ограничиваться специальной теорией относительности. Здесь тяготение вторгается в микромир. При колоссальной плотности вещества, при встречающихся только здесь, в коллапсирующих звездах, малых расстояниях между частицами гравитационные, т. е. ультраслабые в обычных масштабах атомной физики, взаимодействия становятся весьма интенсивными. Поэтому для понимания таких процессов необходим некоторый синтез квантовой физики микромира и общей теории относительности, т. е. современной теории тяготения.

Таким образом, конечная судьба звезд в основном зависит от их массы: звезды с массой, меньшей, чем 1,2 массы Солнца, становятся белыми карликами; звезды с массой, равной от 1,2 до 2 масс Солнца, превращаются в нейтронные звезды; звезды с массой, больше чем в два раза превышающей массу Солнца, коллапсируют и попадают в «гравитационную могилу». В процессе эволюции возможны потери оболочки, уменьшение массы и соответственное изменение конечной судьбы. Характерная особенность современной астрономии и астрофизики — тесная связь проблем звездной эволюции с проблемами эволюции галактик. Звезды образуются из межзвездного вещества, и оно же является источником пополнения звездного вещества во время катаклизмов, срывающих звездные оболочки. Но эта схема приводит к заключению об убывающем количестве межзвездного вещества в Галактике. Часть его остается в устойчивых карликах, завершающих главную последовательность, другая часть — в медленно эволюционирующих звездах, не превышающих своей массой 1,2 массы Солнца и не успевших за время существования Галактики завершить свою эволюцию. Это — перый вывод о балансе Галактики из схемы звездной эволюции. Он относится к распределению вещества между звездами и межзвездным, газом. Далее, из схемы эволюции звезд вытекает проблема генезиса тяжелых ядер. Первоначальный запас водорода постепенно расходуется на образование гелия. Из гелия образуются кислород и углерод. Но на некотором этапе дальнейшее нарастание нуклонов в ядрах приостанавливается, так как новые ядра оказываются нестабильными и распадаются раньше, чем к ним присоединяются новые нуклоны. Можно предположить, что при взрывах, которые мы называем вспышками сверхновых, положение иное. При происходящих здесь цепных реакциях появляются многочисленные нейтроны, которые захватываются ядрами до их распада. Эти ядра после захвата нейтронов становятся устойчивыми, и рост числа нуклонов, т. е. переход к более тяжелым элементам, происходит беспрепятственно вплоть до элементов, находящихся в самом конце таблицы Менделеева. При вспышках сверхновых тяжелые ядра проникают в межзвездный газ и далее, в образующиеся из него звезды второго поколения.

Вырисовывается следующая картина происхождения Галактики — событий, происходивших 10–15 млрд, лет назад. Первоначальное плазменное облако, состоявшее в основном (может быть, и полностью) из протонов и электронов, сжималось под влиянием тяготения. Конденсация первичного облака происходила неравномерно, образовывались локальные сгущения, из которых потом образовались звездные скопления, и еще меньшие сгущения в пределах этих первых сгущений — будущие звезды первого поколения. Облако стало протогалактикой. Она вращалась, это препятствовало гравитационной концентрации всей плазмы в центре, она сосредоточивалась в плоскости, перпендикулярной к оси вращения.

Современной астрономии известны явления, которые требуют для своего объяснения дальнейшего анализа эволюции Галактики. Есть основания думать, что постепенный переход от первичного протонно-электронного облака к протогалактике и затем к звездной Галактике прерывается, а может быть, начинается мощными, несравненно более мощными, чем вспышки сверхновых, взрывами в ядрах галактик. Помимо туманностей в составе нашей Галактики, обязанных вспышкам сверхновых и обладающих очень сильным радиоизлучением, существуют очень далекие от нас галактики с сильным радиоизлучением. Можно думать, что эти радиогалактики возникли из астрономических объектов, подобных тем, которые недавно открыты на границах известной нам части Вселенной. Они называются сверхзвездами, квазизвездными объектами, квазизвездами или квазарами . По красному смещению и, следовательно, по скорости удаления от нас можно определить расстояние до квазаров и, сопоставив это расстояние с видимой яркостью, оценить их светимость. Красное смещение здесь очень велико, длина волны увеличена в несколько раз. Отсюда можно заключить, что свет от квазаров, который доходит к нам сейчас, был излучен несколько миллиардов лет назад. Нынешний квазар, если он сейчас существует, можно будет увидеть па Земле через миллиарды лет, если к тому времени еще будут существовать Земля, Солнечная система в целом и наша Галактика.