Олег Фейгин - Взрыв мироздания

Мы затронули обжигающие своей новизной физические модели застывших звезд гравитационных коллапсаров, и конечно же, у их критиков находится масса возражений и вопросов. Например, каким именно образом изменяется состояние вещества или пространства – времени в процессе коллапса звезды? Действительно, превращение массивной звезды, состоящей из обычного газа, подчиняющегося школьным законам физики в объект со столь странной структурой, как гравастар, довольно сложно обосновать. Правда, здесь на помощь могут прийти различные варианты теории квантовой гравитации, например, теория струн объясняет парадоксы черных дыр без отказа от горизонта событий и теории относительности. Вот что писал о теории струн (она же теория стрингов, суперструн, мембран и многомерных бран) известный американский физик-популяризатор Джеймс Трефил:

«Различные версии теории струн сегодня рассматриваются в качестве главных претендентов на звание всеобъемлющей универсальной теории, объясняющей природу всего сущего. А это – своего рода священный грааль физиков-теоретиков, занимающихся теорией элементарных частиц и космологии. Теория всего сущего содержит всего несколько уравнений, которые объединяют всю совокупность человеческих знаний о характере взаимодействий и свойствах фундаментальных элементов материи, из которых построена Вселенная. Сегодня теорию струн удалось объединить с концепцией суперсимметрии, в результате чего родилась теория суперструн, и на сегодняшний день это максимум того, что удалось добиться в плане объединения теории всех четырех основных взаимодействий (действующих в природе сил).

Сама по себе теория суперсимметрии уже построена на основе априорной современной концепции, согласно которой любое дистанционное взаимодействие обусловлено обменом частицами-носителями взаимодействия соответствующего рода между взаимодействующими частицами. Для наглядности взаимодействующие частицы можно считать «кирпичиками» мироздания, а частицы-носители – цементом».

Что же находится в сердцевине застывших звезд, и какая концепция, новая или классическая, больше подходит для их описания? Здесь на помощь нам могут прийти еще одни таинственные объекты Вселенной – гравитационные волны . Согласно теории относительности массивные тела при ускоренном движении должны так искажать пространство – время, что по нему побегут колебания, воздействующие на другие массы. Такая своеобразная «рябь» пространства – времени и получила название гравитационных волн. Заметим сразу, что, несмотря на массу экспериментальных ухищрений, астрофизикам еще не удалось надежно зафиксировать сам факт наличия гравитационных волн, хотя теоретики и не сомневаются в их существовании.

Естественно, что массивные коллапсары должны в определенных условиях испускать гравитационные волны. Следовательно, если в будущем экспериментаторы откроют надежный способ детектирования гравитационных колебаний, то теория предсказывает, что по их спектру можно будет определить форму пространства – времени в окрестностях предполагаемых черных дыр.

А теперь давайте представим себе, что же увидит экспедиция, рискнувшая исследовать коллапсар. Поскольку почти все модели – и классические, и инновационные – предсказывают невозвратность погружения в пучины застывшей звезды, то в центр коллапсара мы отправим автоматический исследовательский зонд. До границы сферы Шварцшильда ничего необычного не происходит, вот только датчики радиации начинают показывать возрастание потоков различных элементарных частиц и электромагнитного излучения. Природа источников излучения раскрывается в непосредственной близости к поверхности Шварцшильда.

Оказывается, что здесь происходит своеобразное «расщепление» физического вакуума. Дело в том, что вакуум в действительности не является школьной «торричеллиевой пустотой», а представляет собой кипящее море виртуальных частиц. Виртуальные (кажущиеся или мнимые) частицы живут настолько краткие мгновения, что их не может зафиксировать никакая сверхчувствительная аппаратура. Однако за невообразимо малое время своего существования виртуальные частицы успевают повлиять на поведение обыкновенных элементарных частиц. Заряженные частицы они окутывают своеобразной «шубой», как говорят физики, «поляризуя вакуум».

Виртуальные частицы рождаются парами частица-античастица, например, электрон-позитрон, это и позволяет обмануть физику с ее законами сохранения, поскольку от момента рождения до акта аннигиляции природа просто не успевает почувствовать столь вопиющего нарушения ее принципов построения. В особых условиях гравитационной сферы коллапсара виртуальные пары разделяются на компоненты, при этом тут же включаются законы сохранения – и виртуальные частицы превращаются в обычные. Это, конечно, касается только тех пар, которые попадают строго под разделяющее «лезвие» поверхности Шварцшильда, так что одна частица безвозвратно поглощается черной дырой, а вторая обретает свободу и покидает окрестности застывшей звезды.

Все, что касается микромира виртуальных частиц, относится к квантовой физике, но не менее интересные эффекты предсказывает и общая теория относительности. Так, при пересечении горизонта событий все приборы будут пребывать в невесомости, фиксируя только необычные радиационные эффекты, поскольку все вокруг окажется в свободном падении вместе с ними. Правда, впереди электронного разведчика ждут ужасные приливные силы, вызванные перепадом сил притяжения между носом зонда и его кормой. Их возрастающая величина настолько велика, что скрутит и разорвет любые конструкции из самых сверхпрочных материалов. Вот так может закончить свое существование исследовательский зонд, положив свою электронную жизнь на алтарь науки. Однако осознать происходящее сможет только сторонний наблюдатель, и для него процесс падения зонда растянется на столетия, а в конце концов фактически остановится. Это связано с эффектом относительного замедления времени в рамках общей теории относительности, где ход часов напрямую зависит от силы гравитации.

Потери энергии в системе двойной звезды приводят к постепенному сближению звезд и уменьшению периода их обращения вокруг общего центра масс. Именно такое уменьшение периода и удалось зафиксировать астрономам в точном согласии с предсказаниями теории Эйнштейна.

Очень интересны в этом отношении пока еще гипотетические системы, состоящие из обычной и сколлапсировавшей звезд. Ведь при движении вокруг черной дыры будет происходить излучение гравитационных волн и постепенное уменьшение радиуса орбиты. Так будет продолжаться, пока дистанция между замерзшей звездой и ее спутником не сократится до радиуса критической орбиты, на которой движение звезды станет неустойчивым, и после нескольких оборотов вокруг коллапсара она исчезнет за его горизонтом.