Олег Фейгин - Взрыв мироздания

И Мичелл, и Лаплас, и Шварцшильд, и даже сам Эйнштейн считали, что гравитационные коллапсары являются лишь своеобразным математическим парадоксом, не существующим в природе. Однако в тридцатые годы прошлого века молодой индийский астрофизик Чандрасекар доказал, что истратившая свое ядерное топливо звезда сбрасывает газовую оболочку и превращается, если ее масса меньше где-то около полутора солнечных (в историю науки эта величина вошла как предел Чандрасекара ), в медленно остывающий звездный объект, получивший название белый карлик . Белые карлики представляют собой компактные звезды с околосолнечными массами, но с радиусами в сотни раз меньшими, соответственно, их светимость меньше солнечной в тысячи раз. Плотность вещества белых карликов составляет тысячи тонн в кубическом сантиметре, что в миллион раз выше плотности обычных звезд. Белые карлики, несмотря на свои экзотические свойства, являются не столь уж редкими объектами во Вселенной, так, в нашей Галактике они составляют около десяти процентов звездного населения.

Следующий этап развития представлений о поведении вещества и света вблизи гигантских масс связан с именем знаменитого физика Роберта Оппенгеймера. Будущий отец американской атомной бомбы в конце тридцатых годов прошлого века занимался в Калифорнийском университете теоретическими исследованиями сжатия сверхбольших масс вещества под действием собственных сил гравитации. Применив общую теорию относительности, Оппенгеймер получил удивительный результат: когда «сверхкритическая» масса начинает сжиматься, процесс не может быть остановлен и она устремляется в точку. Именно это явление и получило название « гравитационный коллапс », приводящий к возникновению « коллапсаров » (они же застывшие или замерзшие звезды и черные дыры) .

Итак, мы видим, что разрывы ткани пространства–времени с застывшими в гравитационном коллапсе застывшими звездами давно уже не дают покоя физикам-теоретикам, астрофизикам и астрономам. И тут надо подчеркнуть, что все же черные дыры застывших звезд гравитационных коллапсаров, несмотря на множество самых разнообразных косвенных наблюдений, остаются пока еще гипотетическими небесными объектами. Строго говоря, мы не имеем даже права употреблять термин «черная дыра» без обязательной приставки «кандидат в». Да и в теории коллапсирующих объектов тоже далеко не все гладко, ведь внутри условной оболочки застывшей звезды – экзосферы свойства пространства – времени претерпевают странные изменения, стремительно становясь экстремально-сингулярными. Здесь даже известные своими «математическими фантазиями» теоретики не могут прийти к единому мнению и хотя бы качественно описать происходящие там явления, ведь проблема сингулярности в условном центре коллапсара – это вечная задача о материи и энергии, стремящейся к бесконечной плотности.

Неутихающие споры вызывают и возможные космические сценарии происхождения коллапсаров. Так, большинство ученых считает, что застывшие звезды – это сингулярные остатки гравитационного коллапса достаточно больших масс, возникших при объединении нескольких мелких небесных тел и последующего гравитационного налипании вещества. Этот процесс очень напоминает рост снежного кома, первоначально слепленного из нескольких снежков и катящегося по снежному насту. Однако у определенной части космологов есть мнение, что черные дыры возникли изначально в процессе катаклизма Большого взрыва, приведшего к рождению нашей Вселенной. За последующие миллиарды лет часть из них слилась друг с другом, при этом многие коллапсары достигли гигантских размеров, образовав ядра квазаров и галактик.

Явление гравитационного коллапса дает столь обильную пищу для самых необычных теоретических построений, что среди них возникают даже представления о коллапсарах как протяженных телах, состоящих из вещества в необычном состоянии, застывшего в процессе коллапса подобно воде, превратившейся в лед. Международный коллектив физиков, сделавших такое смелое предположение, считает, что их модель сможет объединить общую теорию относительности и квантовую механику. Подобные инновационные модели застывших звезд позволяют избежать трудностей «стандартных» сингулярных схем, содержащих сингулярности с бесконечными плотностями материи – энергии, окруженные воображаемой поверхностью горизонта событий.

Эта воображаемая силовая оболочка является своеобразным Рубиконом для путешественников в глубины черной дыры, ведь перейдя этот незримый гравитационный барьер материальное тело в принципе не сможет возвратиться назад. Именно за горизонтом событий, или эргосферой, начинаются очень странные эффекты, о которых мы уже упоминали: пространство меняется по смыслу со временем, пространство – время меняет размерность и закручивается в кокон….

Как показали исследования Стивена Хокинга, гравитационная сингулярность глубоко парадоксальна и с точки зрения квантовой механики, поскольку допускает потерю информации из нашего мира. Впрочем, сам Хокинг в ходе умозрительных дальнейших построений уже неоднократно менял точку зрения.

В альтернативных концепциях черных дыр понятие горизонта событий отсутствует. Общая идея состоит в том, что существует сила, способная на определенном этапе остановить коллапс звезды. При этом материя меняет свои фундаментальные свойства, вещество становится антигравитирующим и в нем начинают преобладать силы отталкивания. Предполагается, что подобными свойствами обладает основная «начинка» нашей Вселенной – темная энергия, которая и вызывает наблюдаемое ускоренное расширение Метагалактики.

В окружающей нас природе вещество постоянно переходит в различные агрегатные состояния: газ – жидкость – твердое тело, нечто подобное предполагается и в ходе гравитационного коллапса. При сверхвысоких плотностях энергии вещество переходит в новое агрегатное состояние, как бы затвердевая в состоянии особой сверхкритичной кристаллизации. В результате образуется совершенно уникальный физический объект, который ученые назвали гравастаром . Физики-теоретики придумали для него образ эскимо: твердая корка из очень плотного, привычного нам «материального» вещества на уровне горизонта событий, и необычное содержимое внутри.

Поверхность сферы Шварцшильда действительно может служить своеобразным порталом в иную физику, где рядом с уравнениями общей теории относительности стоят законы фазового перехода обычного пространства – времени в иную сущность. Все это очень напоминает агрегатные превращения жидкостей. Например, когда вода замерзает, молекулы остаются прежними, а их коллективное поведение резко изменяется вместе с физическими законами, поскольку законы, применимые к жидкости, перестают действовать. А вот переход жидкости в поразительное состояние сверхтекучести, когда она способна вытекать из сосуда «вверх», будут определяться уже законами квантовой механики, действующей в мире элементарных частиц. Именно подобный квантовый фазовый переход и может иметь место при пересечении горизонта событий.