Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

Здесь имеются в виду теоретические исследования английского физика-теоретика Стивена Хокинга, которому удалось показать, что черные дыры, по сути дела, не такие уж черные, как считалось раньше, а должны излучать так называемое абсолютно черное тело с температурой выше абсолютного нуля. В частности, согласно расчетам Хокинга, если в процессе «испарения» масса черной дыры достигнет 10 15г, то последний миллион тонн ее массы будет излучен в окружающее пространство в темпе ядерного взрыва.

По словам одного из крупнейших современных физиков-теоретиков Стивена Вейнберга, в науке «главная трудность состоит в том, что люди не воспринимают всерьез результаты, уже полученные теорией». Хотя в свое время Поль Дирак, а во второй половине XIX столетия А. Зельманов неоднократно говорили о том, что все непротиворечивые научные теоретические результаты рано или поздно обязательно обнаружат себя в реальных явлениях окружающего мира.

Следует заметить, что открытие Хокинга в какой-то мере сняло с представления о черных дырах некоторый налет фантастичности и даже «полумистицизма», сопутствовавший им с самого начала, и, таким образом, способствовало укреплению у физиков и астрономов веры в реальность их существования как важного элемента научной картины мира. И это привело к тому, что в настоящее время черные дыры представляют собой один из самих популярных, хотя пока еще чисто теоретических и не обнаруженных наблюдениями, объектов современной астрономии и астрофизики.

Не менее важным результатом исследований Хокинга является и вывод о том, что эти объекты завершают свое существование взрывным излучением и разбросом остатков своей массы. А это означает, что хотя с точки зрения классической общей теории относительности «коллапсарное» и «антиколлапсарное» решения ее уравнений не сшиваются, природа тем не менее, видимо, все же превращает коллапс в антиколлапс, хотя он и не укладывается в строгие рамки современной общей теории относительности!

Исследования советского теоретика Шварцмана наряду с выводом С. Хокинга внесли заметные изменения в существовавшие до этого представления о природе черных дыр и возможности их наблюдения. Из этого результата следовало, что материи, коллапсирующей на черную дыру для достижения «гравитационного радиуса» и сферы Шварцшильда, достаточно конечного интервала времени. Как удалось показать Шварцману, вещество, собирающееся у поверхности черной дыры, или излучение, еще не проникшие внутрь черной дыры, тем не менее увеличивают ее массу. А благодаря этому «растягивается» гравитационный радиус черной дыры. Иными словами поверхность Шварцшильда расширяется с конечной скоростью навстречу падающему на нее веществу, движение которого из-за воздействия гравитационного поля черной дыры постоянно замедляется. И захватывает его. И все это происходит с точки зрения внешнего наблюдателя, в частности земного наблюдателя, за конечный интервал времени.

Эффект, о котором идет речь, – весьма существенен. Согласно подсчетам Шварцмана, в сверхмассивных черных дырах с массой, равной 10 9масс Солнца, вещество, падающее на нее с расстояния двух гравитационных радиусов, проникает внутрь всего за две недели. А в черную дыру, обладающую звездной массой, с такого же расстояния – примерно за 10 -3с.

В дальнейшем этот вывод получил подтверждение в работе И. Новикова и В. Фролова «Физика черных дыр», хотя и был получен из несколько иных соображений.

И уже одно это говорит в пользу справедливости результата, о котором идет речь. Но почему-то этот результат до сих пор внимания теоретиков в должной степени не привлек. Но, тем не менее он, вне всякого сомнения, самым существенным образом изменяет наши представления о месте и роли черных дыр в современной научной картине мира.

Теперь мы знаем, что проваливающиеся в черную дыру внешние массы, с точки зрения стороннего наблюдателя, не только достаточно быстро достигают ее внешней поверхности, но еще значительно быстрее должны «добираться» до ее центральной «планковской сингулярности».

В кибернетике рассматривается такая задача. Есть некоторый объект, внутреннее устройство которого нам неизвестно. Его называют «черным ящиком». Но у него имеются «входы» и «выходы». На «входы» поступают внешние сигналы, а на «выходе» можно наблюдать информацию о том, как черный ящик «ответил» на входные сигналы. Задача состоит в том, чтобы, не вскрывая черного ящика – только по соотношению входных и выходных сигналов, составить представление о его внутреннем устройстве.

Представьте себе, что вы не знаете ни устройства, ни принципов действия вашего телевизора. Известно лишь, что на его вход поступают электрические сигналы с антенны, а на выходе – на экране – мы видим изображение, а в динамиках слышим звук – голос, музыку. И по этим входным и выходным сигналам необходимо составить представление о конструкции черного ящика – телевизора.

В принципе существуют два способа решения этой задачи. Можно регистрировать поступающие с антенны сигналы и сравнивать с тем, что происходит на выходе. Это – путь наблюдений. Но есть и другая возможность – более активная. Самим подавать на вход различные сигналы и наблюдать, что произойдет на выходе.

Астрофизикам приходится решать аналогичные задачи. Большинство космических объектов – это типичные черные ящики, о внутреннем строении которых и происходящих там физических процессах можно судить только по внешним проявлениям.

Однако положение астрономов осложняется по меньшей мере двумя обстоятельствами. Во-первых, они, как правило, лишены возможности экспериментировать, а могут лишь наблюдать. А во-вторых, подавляющее большинство космических черных ящиков – это черные ящики без входа. Иными словами, нам неизвестны те внешние воздействия, которые способны повлиять на внутреннее состояние интересующих нас объектов.

Например, мы не знаем таких внешних воздействий, которые могли бы изменить течение физических процессов на Солнце. Есть, правда, экстравагантная гипотеза Э. Броуна, согласно которой периодические колебания солнечной активности связаны с гравитационными приливными возмущениями со стороны обращающихся вокруг светила планет. Однако пока это всего лишь предположение.

Впрочем, среди космических объектов имеются и такие, для которых внешние воздействия играют существенную роль, и мы об этом знаем. В частности, любопытные явления были обнаружены в так называемых двойных системах, состоящих из двух звезд, обращающихся вокруг общего центра масс. Если одна из этих звезд намного массивнее другой, то на нее должно «перетекать» вещество второй – обычной звезды. И подобный процесс может играть роль «входного» сигнала, воздействующего на состояние массивной звезды. Есть определенные «входы» и у таких небесных тел, как планеты и кометы. Для планет это, к примеру, влияние солнечной активности а для комет – воздействие теплового светового излучения Солнца, солнечного ветра, а также притяжения планет-гигантов.