Страница:
Черная дыра – странный объект. Если заглянуть в ее темное нутро, там не обнаружится даже малейших признаков вещества, а только полная пустота вплоть до самого центра, где сидит так называемая сингулярность – безразмерная точка с бесконечно большой плотностью, в которой сосредоточена вся масса черной дыры. На этот факт косвенно указывает и вышеприведенная формула: если бы черная дыра была равномерно заполнена веществом, то массе был бы пропорционален объем, а никак не радиус. Впрочем, особо чувствительные люди, чурающиеся бесконечности в любых ее ипостасях, могут считать сердцевину черной дыры неким своеобразным квантом пространства с диаметром 10-33см (так называемая планковская длина). Тогда плотность невообразимо стиснутого вещества будет выражаться чрезвычайно большим, но все-таки конечным числом – 10-93г/см3(планковская плотность), поэтому материя, проглоченная черной дырой, не стянется в точку с нулевой размерностью, но займет настолько крохотный объем (порядка 10-99см3), который и объемом-то называть как-то неловко. Обо всех этих непростых вещах подробно рассказывается в «перинатальных» главах, посвященных рождению нашей Вселенной («Всеобъемлющая инфляция», «И тьма пришла», «Мнимое время Стивена Хокинга»).
Если вокруг черной дыры на расстоянии ее гравитационного радиуса выстроить некую условную сферу, охватывающую сингулярность со всех сторон, мы получим физическую границу этого удивительного объекта, называемую горизонтом событий, или сферой Шварцшильда, по имени известного немецкого астрофизика. Все, что находится под горизонтом событий, принципиально недоступно, ибо в рамках общей теории относительности время теснейшим образом связано с пространством и напрямую зависит от силы тяжести. Важно подчеркнуть, что горизонт событий отнюдь не является реальной поверхностью скукожившегося объекта, но представляет собой условную границу, навсегда отделившую наш простой и понятный мир от потрохов черной дыры, где нарушаются все известные физические законы.
Поскольку ход времени зависит от силы тяжести (чем массивнее тело, тем медленнее течет время на его поверхности с точки зрения удаленного наблюдателя), по мере приближения к горизонту событий часы будут непрерывно замедлять свой ход, пока стрелки не застынут в полной неподвижности. На горизонте событий время останавливается вовсе, но только с точки зрения внешнего наблюдателя. Как говорят физики, любому сколь угодно малому промежутку времени на горизонте событий соответствует сколь угодно большой промежуток времени в бесконечно удаленной точке. Если черная дыра не вращается, радиус горизонта событий в точности равен ее гравитационному радиусу, а вот у вращающихся черных дыр он меньше гравитационного радиуса. Пожалуй, стоит еще раз напомнить, что горизонт событий – это своего рода полупроницаемая мембрана, которая допускает перемещение материальных тел только в одном-единственном направлении – к центру черной дыры, где царят неведомые нам законы квантовой гравитации. Если мы заберемся под горизонт, чтобы полюбопытствовать, как выглядит сингулярность, вернуться назад будет уже невозможно. Более того, рассказать о том, что именно мы там увидели, тоже не получится, ибо никакой физический сигнал не сумеет выбраться из-под невидимой, но вполне реальной крышки. Хотя информация – понятие идеальное, но она непременно предполагает наличие материального носителя, а он-то как раз и будет навсегда похоронен под горизонтом. Сингулярность со всеми ее загадками надежно укрыта от взглядов извне и упорно не дается в руки. Бог не терпит голой сингулярности, шутят физики.
Едва ли не в каждой книжке по космологии приводится пример с путешественниками, оказавшимися в окрестностях черной дыры. Мы тоже не станем оригинальничать и двинемся по проторенной дорожке. Итак, представим себе, что на орбите возле черной дыры кружит космический корабль, от которого отделяется спускаемый модуль с астронавтом на борту. Отважный исследователь задался целью проникнуть под горизонт событий, чтобы вдоль и поперек изучить потроха черной дыры. Что увидят его спутники, оставшиеся на борту корабля, и что увидит он сам? Экипаж космического корабля с удивлением обнаружит, что по мере приближения к горизонту событий скорость модуля падает почти до нуля. С каждой секундой он движется все медленнее и медленнее, еле ползет, как сонная муха, вплотную зависнув над горизонтом, но никак не может его пересечь. Экипажу космического корабля так никогда и не доведется увидеть, как модуль ныряет под горизонт, поскольку для этого нужно затратить бесконечно большое время.
Предположим, что астронавт ежеминутно отправляет сигнал своим спутникам, оставшимся на борту корабля. Сначала сигналы исправно следуют друг за другом, но с некоторого момента интервалы между ними начинают неудержимо расти. Модуль как приклеенный висит впритык к горизонту, а сигналы приходят все реже и реже. И вдруг словно ножом отрезало – полная тишина. Спутники нашего отважного первопроходца могут дожить до глубоких седин, но так и не услышат очередного сигнала. Чтобы его зарегистрировать, им пришлось бы ждать целую вечность. А между тем астронавт в спускаемом модуле продолжает исправно, каждую минуту, посылать сигнал за сигналом...
Теперь переместимся на борт модуля и посмотрим на происходящее глазами астронавта. Он безо всякого труда пересекает горизонт событий и погружается в неведомые недра черной дыры. Правда, торжествовать ему придется недолго, потому что приливные силы сначала вытянут его тело на манер спагетти, а потом искрошат в мелкую вермишель. Суть приливного эффекта заключается в том, что гравитационные силы с разной интенсивностью воздействуют на диаметрально противоположные точки протяженного объекта. На Земле мы этого не замечаем, потому что двухметровый перепад по высоте между макушкой и пятками слишком мал, чтобы относительно слабое земное тяготение могло себя проявить. Иное дело – черная дыра с ее чудовищной гравитацией. Два метра под горизонтом событий – колоссальное расстояние, поэтому человеческое тело будет неминуемо разорвано на части. Однако столь выраженный приливной эффект наблюдается только у небольших черных дыр. Если же наш астронавт нырнет под горизонт событий сверхмассивной черной дыры (порядка миллионов и миллиардов солнечных масс), с ним ровным счетом ничего не случится. Он сможет в полной мере насладиться открывшимся перед ним зрелищем и своими собственными глазами увидит наконец пресловутую сингулярность, только вот рассказать об этой феерии будет некому. Находясь под горизонтом событий, отправить сигнал наружу нет никакой возможности. Судьба нашего путешественника печальна: внутри черной дыры все дороги ведут в Рим, то бишь к ее центру, поэтому рано или поздно приливные силы вырастут настолько, что ему несдобровать.
Переварить подобные вещи непросто. Здравый смысл начинает немедленно протестовать, когда речь заходит о таких объектах, как черные дыры. Но что такое здравый смысл? Интеллект умной обезьяны, которая росла в земной биологической нише. К сожалению, подлинный мир, мир чудовищных температур и невообразимых давлений, не имеет пересечений с нашим житейским опытом. Впрочем, покойному отечественному астрофизику И. С. Шкловскому в свое время удалось придумать неплохую аналогию, позволяющую более или менее наглядно вообразить непредставимое.
А вот пассажир модуля, если выглянет в окошко, наоборот, увидит чрезвычайно много интересного. С легкостью проскользнув под горизонт событий и совершенно этого не заметив, он начнет стремительно погружаться в недра черной дыры. Кантовское звездное небо над головой будет съеживаться, пока не станет буквально в овчинку, а пассажиру покажется, что он спустился на дно исполинского колодца. Чудовищная гравитация скручивает пространство все туже, а время за пределами черной дыры мало-помалу начинает ускорять свой бег. И вот оно уже летит вскачь, и годы, века и тысячелетия мелькают как в калейдоскопе. Низвержение в Мальстрем продолжается, жуткий булавочный провал в ничто все ближе и ближе, а время превратилось в бушующий вихрь.
За считанные доли секунды по своим часам путешественник увидит далекое будущее Вселенной. Он увидит, как сгорает Земля в хромосфере распухшего Солнца, словно не было 5 миллиардов лет, как уже само Солнце сбрасывает свою газовую шубу и превращается в белый карлик, как гаснут и умирают звезды. Вся история Вселенной уложится в исчезающе малый миг, а стрела времени, еще совсем недавно уходившая в вечность, сожмется в точку. Все грядущие события до конца времен произойдут разом и вдруг.
Однако странности черных дыр на этом не кончаются. Время внутри черной дыры может выкидывать такие коленца, что только держись. Например, пространственная и временная координаты могут поменяться местами. Если бы пассажиру модуля, с точки зрения экипажа космического корабля, каким-то чудом удалось проникнуть под горизонт событий (допустим, экипаж дожидается этого события бесконечно долго), то для внешнего наблюдателя (в данном случае это экипаж корабля) пассажир модуля двигался бы уже не в пространстве, а во времени. Астронавт внутри не-вращающейся черной дыры увидит не только другую вселенную, причинно не связанную с нашей, но и свое собственное будущее.
Если же черная дыра вращается (очень трудно вообразить точечный объект с нулевой размерностью, который крутится вокруг собственной оси), она приобретает еще более необычные свойства. В этом случае радиус горизонта событий становится меньше гравитационного радиуса, и сфера Шварцшильда оказывается внутри так называемой эргосферы, которая представляет собой вихревое гравитационное поле. Все тела, ею захваченные, обречены на неустанное движение. Если астронавт нырнет под горизонт событий вращающейся черной дыры, он сможет увидеть не одну, а множество других вселенных, причинно не связанных с нашей. Более того, многие физики не без оснований полагают, что на дне этого угольно-черного водоворота распахивается коридор, ведущий в так называемую белую дыру – черную дыру, вывернутую наизнанку. Вещество, затянутое под горизонт событий ненасытной черной дырой, тут же выбрасывается в параллельную вселенную. И. Д. Новиков, руководитель Центра теоретической астрофизики при Копенгагенском университете, пишет: «Все, что попадает в черную дыру, оказывается в другой Вселенной... еще до того, как будет поглощено черной дырой».
Такие червоточины (wormholes по-английски), соединяющие между собой изолированные миры, причинно не связанные друг с другом, ученые условились называть кротовыми норами. Если сравнить черную дыру с преисподней, с последними кругами дантова ада, то выход из нее можно уподобить эдему или, по крайней мере, чистилищу. Однако потенциальный путешественник, проскользнувший по кротовой норе в другую вселенную, не сможет поделиться впечатлениями об увиденном, поскольку тоннель, ведущий в белую дыру, – дорога с односторонним движением. Вернуться назад ему не позволят законы физики.
Необходимо отметить, что все без исключения черные дыры неразличимы как близнецы-братья (или сестры). Они все на одно лицо. Каковы бы ни были начальные условия их формирования, разнообразие истаивает без следа, и на выходе всегда получается автомат Калашникова. Любая черная дыра характеризуется всего лишь тремя параметрами – массой, угловым моментом (спином) и электрическим зарядом, и все, что в нее проваливается, тоже утрачивает индивидуальные характеристики.
Если еще 20–30 лет тому назад черные дыры считались изящной теоретической спекуляцией, а в их реальном существовании было позволительно сомневаться, то сегодня 99 % астрофизиков убеждены, что черные дыры уже открыты, хотя Нобелевская премия за их обнаружение пока никому не присуждена. Проще всего наблюдать черные дыры в тесных двойных системах, состоящих из нормальной оптической звезды и невидимого компонента, на поверхность которого перетекает вещество звезды-соседки. При этом вокруг черной дыры образуется так называемый аккреционный диск, похожий на крутящийся водоворот. Вещество падает на черную дыру по суживающейся спирали, а скорость его движения во внутренних частях аккреционного диска достигает огромных значений, близких к скорости света. Газ разогревается до сотен миллионов градусов, и черная дыра начинает мощно излучать в рентгеновском диапазоне. Основное выделение энергии происходит задолго до того, как вещество скроется под горизонтом событий, поэтому рентгеновское излучение может быть зарегистрировано внешним наблюдателем. По ряду параметров оно заметно отличается от рентгеновских джетов (выбросов) нейтронных звезд, так что здесь вполне возможен дифференциальный диагноз. К настоящему времени обнаружено свыше 20 рентгеновских объектов в маломассивных двойных системах, которые считаются кандидатами в черные дыры. Если же к этому списку добавить сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, тогда их число превысит три сотни.
Все черные дыры можно разделить на три типа: 1) черные дыры с массой от 3 до 50 солнечных масс, представляющие собой продукт эволюции массивных звезд; 2) сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, достигающие 106– 109масс Солнца; 3) так называемые первичные черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях жизни Вселенной. Своим появлением на свет они обязаны локальным деформациям метрики пространства-времени в первые моменты после Большого взрыва, задолго до того, как зажглись первые звезды. Поскольку черные дыры постепенно испаряются (механизм их квантового испарения был предсказан Стивеном Хокингом), до наших дней могли дожить первичные черные дыры только с массой более 1012кг.
В заключение этой главы – небольшая цитата из книги «Астрономия: век XXI».
Кое-что о здравом смысле
Если вокруг черной дыры на расстоянии ее гравитационного радиуса выстроить некую условную сферу, охватывающую сингулярность со всех сторон, мы получим физическую границу этого удивительного объекта, называемую горизонтом событий, или сферой Шварцшильда, по имени известного немецкого астрофизика. Все, что находится под горизонтом событий, принципиально недоступно, ибо в рамках общей теории относительности время теснейшим образом связано с пространством и напрямую зависит от силы тяжести. Важно подчеркнуть, что горизонт событий отнюдь не является реальной поверхностью скукожившегося объекта, но представляет собой условную границу, навсегда отделившую наш простой и понятный мир от потрохов черной дыры, где нарушаются все известные физические законы.
Поскольку ход времени зависит от силы тяжести (чем массивнее тело, тем медленнее течет время на его поверхности с точки зрения удаленного наблюдателя), по мере приближения к горизонту событий часы будут непрерывно замедлять свой ход, пока стрелки не застынут в полной неподвижности. На горизонте событий время останавливается вовсе, но только с точки зрения внешнего наблюдателя. Как говорят физики, любому сколь угодно малому промежутку времени на горизонте событий соответствует сколь угодно большой промежуток времени в бесконечно удаленной точке. Если черная дыра не вращается, радиус горизонта событий в точности равен ее гравитационному радиусу, а вот у вращающихся черных дыр он меньше гравитационного радиуса. Пожалуй, стоит еще раз напомнить, что горизонт событий – это своего рода полупроницаемая мембрана, которая допускает перемещение материальных тел только в одном-единственном направлении – к центру черной дыры, где царят неведомые нам законы квантовой гравитации. Если мы заберемся под горизонт, чтобы полюбопытствовать, как выглядит сингулярность, вернуться назад будет уже невозможно. Более того, рассказать о том, что именно мы там увидели, тоже не получится, ибо никакой физический сигнал не сумеет выбраться из-под невидимой, но вполне реальной крышки. Хотя информация – понятие идеальное, но она непременно предполагает наличие материального носителя, а он-то как раз и будет навсегда похоронен под горизонтом. Сингулярность со всеми ее загадками надежно укрыта от взглядов извне и упорно не дается в руки. Бог не терпит голой сингулярности, шутят физики.
Едва ли не в каждой книжке по космологии приводится пример с путешественниками, оказавшимися в окрестностях черной дыры. Мы тоже не станем оригинальничать и двинемся по проторенной дорожке. Итак, представим себе, что на орбите возле черной дыры кружит космический корабль, от которого отделяется спускаемый модуль с астронавтом на борту. Отважный исследователь задался целью проникнуть под горизонт событий, чтобы вдоль и поперек изучить потроха черной дыры. Что увидят его спутники, оставшиеся на борту корабля, и что увидит он сам? Экипаж космического корабля с удивлением обнаружит, что по мере приближения к горизонту событий скорость модуля падает почти до нуля. С каждой секундой он движется все медленнее и медленнее, еле ползет, как сонная муха, вплотную зависнув над горизонтом, но никак не может его пересечь. Экипажу космического корабля так никогда и не доведется увидеть, как модуль ныряет под горизонт, поскольку для этого нужно затратить бесконечно большое время.
Предположим, что астронавт ежеминутно отправляет сигнал своим спутникам, оставшимся на борту корабля. Сначала сигналы исправно следуют друг за другом, но с некоторого момента интервалы между ними начинают неудержимо расти. Модуль как приклеенный висит впритык к горизонту, а сигналы приходят все реже и реже. И вдруг словно ножом отрезало – полная тишина. Спутники нашего отважного первопроходца могут дожить до глубоких седин, но так и не услышат очередного сигнала. Чтобы его зарегистрировать, им пришлось бы ждать целую вечность. А между тем астронавт в спускаемом модуле продолжает исправно, каждую минуту, посылать сигнал за сигналом...
Теперь переместимся на борт модуля и посмотрим на происходящее глазами астронавта. Он безо всякого труда пересекает горизонт событий и погружается в неведомые недра черной дыры. Правда, торжествовать ему придется недолго, потому что приливные силы сначала вытянут его тело на манер спагетти, а потом искрошат в мелкую вермишель. Суть приливного эффекта заключается в том, что гравитационные силы с разной интенсивностью воздействуют на диаметрально противоположные точки протяженного объекта. На Земле мы этого не замечаем, потому что двухметровый перепад по высоте между макушкой и пятками слишком мал, чтобы относительно слабое земное тяготение могло себя проявить. Иное дело – черная дыра с ее чудовищной гравитацией. Два метра под горизонтом событий – колоссальное расстояние, поэтому человеческое тело будет неминуемо разорвано на части. Однако столь выраженный приливной эффект наблюдается только у небольших черных дыр. Если же наш астронавт нырнет под горизонт событий сверхмассивной черной дыры (порядка миллионов и миллиардов солнечных масс), с ним ровным счетом ничего не случится. Он сможет в полной мере насладиться открывшимся перед ним зрелищем и своими собственными глазами увидит наконец пресловутую сингулярность, только вот рассказать об этой феерии будет некому. Находясь под горизонтом событий, отправить сигнал наружу нет никакой возможности. Судьба нашего путешественника печальна: внутри черной дыры все дороги ведут в Рим, то бишь к ее центру, поэтому рано или поздно приливные силы вырастут настолько, что ему несдобровать.
Переварить подобные вещи непросто. Здравый смысл начинает немедленно протестовать, когда речь заходит о таких объектах, как черные дыры. Но что такое здравый смысл? Интеллект умной обезьяны, которая росла в земной биологической нише. К сожалению, подлинный мир, мир чудовищных температур и невообразимых давлений, не имеет пересечений с нашим житейским опытом. Впрочем, покойному отечественному астрофизику И. С. Шкловскому в свое время удалось придумать неплохую аналогию, позволяющую более или менее наглядно вообразить непредставимое.
Интересную аналогию можно провести между переходом от жизни к смерти для каждого индивидуума и прохождением какого-либо объекта через шварцшильдовский радиус внутрь некоторой черной дыры. Подобно тому, как с точки зрения внешнего наблюдателя последнее событие никогда не произойдет, с точки зрения индивидуума, вернее сказать, его «я», собственная смерть непредставима и в этом смысле тоже никогда не произойдет. Следует отметить, что в этой аналогии понятия «внутренний» и «внешний» как бы меняются местами. Если в «астрономическом» случае мир с его пространственно-временными соотношениями определяется вне окружающих черные дыры шварцшильдовскихсфер, то в «психобиологическом» реальное сознание индивидуума находится внутри него, будучи неразрывно связанным с его «я». Автор был бы рад, если бы философы-профессионалы развили эту аналогию ‹...›
Может быть, это прояснило бы некоторые до сих пор нерешенные проблемы взаимоотношения индивидуума и окружающего мира, частью которого он является. А пока как не вспомнить стихи Сельвинского, написанные лет тридцать назад, в которых развивается близкая идея:
Вернемся к нашим космическим путешественникам. Итак, экипаж на борту корабля видит пришитый к черной дыре модуль, потому что ход времени на горизонте событий, с точки зрения далекого наблюдателя, замедляется бесконечно (можно сказать, что время остановилось). Время растянулось, как идеальный резиновый шнур из школьного учебника физики, и не в силах перетечь от одного мгновения к другому. Времени больше не существует, от него осталась только одна нескончаемо длинная секунда. Как сказал поэт: «И полусонным стрелкам лень/ Ворочаться на циферблате,/ И дольше века длится день, /И не кончается объятье». Одним словом, смотреть совершенно не на что.
Подумайте, как это хорошо...
Нам только жить! Нигде и никогда
мы не увидим собственного трупа.
Мы умираем только для других,
но для себя мы умереть не можем.
А вот пассажир модуля, если выглянет в окошко, наоборот, увидит чрезвычайно много интересного. С легкостью проскользнув под горизонт событий и совершенно этого не заметив, он начнет стремительно погружаться в недра черной дыры. Кантовское звездное небо над головой будет съеживаться, пока не станет буквально в овчинку, а пассажиру покажется, что он спустился на дно исполинского колодца. Чудовищная гравитация скручивает пространство все туже, а время за пределами черной дыры мало-помалу начинает ускорять свой бег. И вот оно уже летит вскачь, и годы, века и тысячелетия мелькают как в калейдоскопе. Низвержение в Мальстрем продолжается, жуткий булавочный провал в ничто все ближе и ближе, а время превратилось в бушующий вихрь.
За считанные доли секунды по своим часам путешественник увидит далекое будущее Вселенной. Он увидит, как сгорает Земля в хромосфере распухшего Солнца, словно не было 5 миллиардов лет, как уже само Солнце сбрасывает свою газовую шубу и превращается в белый карлик, как гаснут и умирают звезды. Вся история Вселенной уложится в исчезающе малый миг, а стрела времени, еще совсем недавно уходившая в вечность, сожмется в точку. Все грядущие события до конца времен произойдут разом и вдруг.
Однако странности черных дыр на этом не кончаются. Время внутри черной дыры может выкидывать такие коленца, что только держись. Например, пространственная и временная координаты могут поменяться местами. Если бы пассажиру модуля, с точки зрения экипажа космического корабля, каким-то чудом удалось проникнуть под горизонт событий (допустим, экипаж дожидается этого события бесконечно долго), то для внешнего наблюдателя (в данном случае это экипаж корабля) пассажир модуля двигался бы уже не в пространстве, а во времени. Астронавт внутри не-вращающейся черной дыры увидит не только другую вселенную, причинно не связанную с нашей, но и свое собственное будущее.
Если же черная дыра вращается (очень трудно вообразить точечный объект с нулевой размерностью, который крутится вокруг собственной оси), она приобретает еще более необычные свойства. В этом случае радиус горизонта событий становится меньше гравитационного радиуса, и сфера Шварцшильда оказывается внутри так называемой эргосферы, которая представляет собой вихревое гравитационное поле. Все тела, ею захваченные, обречены на неустанное движение. Если астронавт нырнет под горизонт событий вращающейся черной дыры, он сможет увидеть не одну, а множество других вселенных, причинно не связанных с нашей. Более того, многие физики не без оснований полагают, что на дне этого угольно-черного водоворота распахивается коридор, ведущий в так называемую белую дыру – черную дыру, вывернутую наизнанку. Вещество, затянутое под горизонт событий ненасытной черной дырой, тут же выбрасывается в параллельную вселенную. И. Д. Новиков, руководитель Центра теоретической астрофизики при Копенгагенском университете, пишет: «Все, что попадает в черную дыру, оказывается в другой Вселенной... еще до того, как будет поглощено черной дырой».
Такие червоточины (wormholes по-английски), соединяющие между собой изолированные миры, причинно не связанные друг с другом, ученые условились называть кротовыми норами. Если сравнить черную дыру с преисподней, с последними кругами дантова ада, то выход из нее можно уподобить эдему или, по крайней мере, чистилищу. Однако потенциальный путешественник, проскользнувший по кротовой норе в другую вселенную, не сможет поделиться впечатлениями об увиденном, поскольку тоннель, ведущий в белую дыру, – дорога с односторонним движением. Вернуться назад ему не позволят законы физики.
Необходимо отметить, что все без исключения черные дыры неразличимы как близнецы-братья (или сестры). Они все на одно лицо. Каковы бы ни были начальные условия их формирования, разнообразие истаивает без следа, и на выходе всегда получается автомат Калашникова. Любая черная дыра характеризуется всего лишь тремя параметрами – массой, угловым моментом (спином) и электрическим зарядом, и все, что в нее проваливается, тоже утрачивает индивидуальные характеристики.
Если еще 20–30 лет тому назад черные дыры считались изящной теоретической спекуляцией, а в их реальном существовании было позволительно сомневаться, то сегодня 99 % астрофизиков убеждены, что черные дыры уже открыты, хотя Нобелевская премия за их обнаружение пока никому не присуждена. Проще всего наблюдать черные дыры в тесных двойных системах, состоящих из нормальной оптической звезды и невидимого компонента, на поверхность которого перетекает вещество звезды-соседки. При этом вокруг черной дыры образуется так называемый аккреционный диск, похожий на крутящийся водоворот. Вещество падает на черную дыру по суживающейся спирали, а скорость его движения во внутренних частях аккреционного диска достигает огромных значений, близких к скорости света. Газ разогревается до сотен миллионов градусов, и черная дыра начинает мощно излучать в рентгеновском диапазоне. Основное выделение энергии происходит задолго до того, как вещество скроется под горизонтом событий, поэтому рентгеновское излучение может быть зарегистрировано внешним наблюдателем. По ряду параметров оно заметно отличается от рентгеновских джетов (выбросов) нейтронных звезд, так что здесь вполне возможен дифференциальный диагноз. К настоящему времени обнаружено свыше 20 рентгеновских объектов в маломассивных двойных системах, которые считаются кандидатами в черные дыры. Если же к этому списку добавить сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, тогда их число превысит три сотни.
Все черные дыры можно разделить на три типа: 1) черные дыры с массой от 3 до 50 солнечных масс, представляющие собой продукт эволюции массивных звезд; 2) сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, достигающие 106– 109масс Солнца; 3) так называемые первичные черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях жизни Вселенной. Своим появлением на свет они обязаны локальным деформациям метрики пространства-времени в первые моменты после Большого взрыва, задолго до того, как зажглись первые звезды. Поскольку черные дыры постепенно испаряются (механизм их квантового испарения был предсказан Стивеном Хокингом), до наших дней могли дожить первичные черные дыры только с массой более 1012кг.
В заключение этой главы – небольшая цитата из книги «Астрономия: век XXI».
Итак, благодаря космическим исследованиям и введению в строй крупных наземных телескопов нового поколения открыты сотни массивных и чрезвычайно компактных объектов, наблюдаемые свойства которых очень похожи на свойства черных дыр, предсказываемые общей теорией относительности Эйнштейна. Можно надеяться, что ‹...› в ближайшие десятилетия будет окончательно доказано существование черных дыр во Вселенной. Это приведет к прорыву в понимании природы пространства-времени и сущности гравитации.
Кое-что о здравом смысле
Исхитрись-ка мне добыть
То-Чаво-Не-Может-Быть!
Запиши себе названье,
Чтобы в спешке не забыть!
Леонид Филатов
Человек, впервые соприкоснувшийся с картиной мира, которую рисует современная физика, или с космологическими моделями эволюции нашей Вселенной, порой испытывает самый настоящий интеллектуальный шок. Ему начинает казаться, что ученые намеренно громоздят нелепость на нелепость, словно стремятся перещеголять друг друга, – настолько эта картина не вписывается в привычные представления о реальности. Невольно вспоминается известное высказывание Нильса Бора по поводу очередной заковыристой гипотезы: эта идея, безусловно, безумна, но весь вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть истинной. Между тем Бор вовсе не валял дурака, а всего лишь хотел подчеркнуть тот бесспорный факт, что современная физика выходит на такие уровни постижения реальности, которые напрочь лишены наглядности и не имеют аналогий в повседневном житейском опыте.
За фасадом обыденности прячутся неуловимые тени, ускользающие от всех и всяческих определений. Когда мы говорим, что вот этот предмет зеленого цвета, этот – красного, а вон тот – синего, каждому интуитивно понятно, о чем идет речь. Однако в действительности никакого синего цвета нет, есть только строго определенная длина волны электромагнитного излучения. Пчела или стрекоза воспринимают синий цвет совершенно иначе, поскольку их фасеточный глаз по-другому устроен и способен видеть в ультрафиолетовом диапазоне. Их синий и наш синий – это земля и небо. Стрекозиный синий цвет наверняка будет куда богаче оттенками и полутонами, хотя длина волны соответствующего участка спектра в обоих случаях останется в точности той же самой. Субъективная картина мира сплошь и рядом не имеет ничего общего с изнаночной сутью вещей, принципиально недоступных обыденному восприятию, которое руководствуется соображениями здравого смысла. Органы чувств – не золотой ключик и не волшебная отмычка, а всего-навсего удобный инструмент, помогающий биологическим видам приспособиться к среде обитания. Современная физика все дальше уходит от наглядности, оперируя категориями, которые могут быть адекватно описаны только на языке строгой математики. Еще совсем недавно атом рисовали в форме миниатюрной солнечной системы: положительно заряженное ядро в центре в роли крохотного светила и отрицательно заряженные шустрые электроны, крутящиеся наподобие планет вокруг ядра. Сегодня мы знаем, что эта идиллическая картинка не имеет с реальностью ничего общего. Во-первых, электроны не могут располагаться на произвольных орбитах вокруг ядра, а вынуждены занимать жестко фиксированные уровни, которые определяются энергией, имеющейся в распоряжении того или иного электрона. Отчасти это напоминает лестницу: скакать со ступеньки на ступеньку можно сколько угодно, а вот висеть между ними – извините-подвиньтесь! Во-вторых, электроны совсем не похожи на твердые планеты-шарики, хотя мы и говорим, что электрон вращается вокруг ядра. На самом деле ни о каком движении в привычном понимании этого слова здесь не может быть и речи: электрон не крутится как заведенный, но находится в некотором определенном состоянии, которое описывается сложной волновой функцией. Иными словами, мы имеем право говорить только лишь о вероятностипребывания электрона в той или иной точке.
И не спешите восклицать, что этого не может быть. Бывает всякое, и если так называемый здравый смысл откровенно пасует, отказываясь отделять зерна от плевел, это еще не повод, чтобы выбрасывать в мусорную корзину головоломные научные построения.
Можно вспомнить эпизод из повести братьев Стругацких «Улитка на склоне», когда Перец (один из главных героев) безуспешно пытается попасть на прием к директору некоего загадочного Управления по делам не менее загадочного Леса. Ким, начальник Переца, его утешает и говорит, что со временем все образуется, а когда Перец в сердцах кричит, что эта нелепая секретность ему уже поперек горла и он желает знать хотя бы такую малость, как директор выглядит, то получает исчерпывающий ответ.
И если популяризаторы от физики толкуют о дуализме свойств, изначально присущих всему населению микромира, нужно всегда помнить, что это не более чем фигура речи. Нельзя сказать, чтобы они сильно погрешили против истины, поскольку электрон действительно ведет себя как заправский фокусник, в мгновение ока меняющий обличье: то обернется волной, а то от души продемонстрирует свои корпускулярные свойства. На самом деле всему виной наши удушливые стереотипы, которые имеют к природе вещей самое косвенное отношение. Электрон не является ни волной, ни частицей, поскольку изнанка вещей творилась не под человека; электрон – всего-навсего электрон, двуликий Янус, ведущий себя так, как ему предначертано. В одних случаях он выступает как частица, а в других – как волна, оставаясь при этом непостижимой вещью в себе с фиксированной массой, отрицательным зарядом и полуцелым спином.
Теория относительности Альберта Эйнштейна (как специальная, так и общая) тоже противоречит нашему повседневному опыту. Если вы, читатель, способны наглядно вообразить искривленное трехмерное пространство, то честь вам и хвала, но большинство людей к таким подвигам решительно не готово. Между тем кривизна пространства вблизи массивных небесных тел – бесспорный факт, что не единожды было продемонстрировано экспериментально. А закон сложения скоростей в специальной теории относительности? Если водитель «копейки» едет со скоростью 60 километров в час, а велосипедист – со скоростью 30, причем оба они движутся в одном направлении, то даже ученик начальной школы без труда вычислит их скорость друг относительно друга.
А теперь представьте космический корабль, летящий вдогонку за световым лучом со скоростью 250 тысяч километров в секунду. Напомню на всякий случай, что скорость света в пустоте равняется 300 тысячам километров в секунду. Вопрос: с какой скоростью световой пучок убегает от корабля? Человек со средним образованием может подумать, что его держат за дурака, ибо ответ, казалось бы, напрашивается сам собой – 50 тысяч километров в секунду. Однако не тут-то было! Измерив скорость луча света, мы получим, как это ни странно, те же самые 300 тысяч километров в секунду. Более того, упомянутый космический корабль может впритык приблизиться к световому барьеру, но скорость света, измеренная на его борту, все равно не изменится ни на йоту и будет по-прежнему составлять 300 тысяч километров в секунду.
За фасадом обыденности прячутся неуловимые тени, ускользающие от всех и всяческих определений. Когда мы говорим, что вот этот предмет зеленого цвета, этот – красного, а вон тот – синего, каждому интуитивно понятно, о чем идет речь. Однако в действительности никакого синего цвета нет, есть только строго определенная длина волны электромагнитного излучения. Пчела или стрекоза воспринимают синий цвет совершенно иначе, поскольку их фасеточный глаз по-другому устроен и способен видеть в ультрафиолетовом диапазоне. Их синий и наш синий – это земля и небо. Стрекозиный синий цвет наверняка будет куда богаче оттенками и полутонами, хотя длина волны соответствующего участка спектра в обоих случаях останется в точности той же самой. Субъективная картина мира сплошь и рядом не имеет ничего общего с изнаночной сутью вещей, принципиально недоступных обыденному восприятию, которое руководствуется соображениями здравого смысла. Органы чувств – не золотой ключик и не волшебная отмычка, а всего-навсего удобный инструмент, помогающий биологическим видам приспособиться к среде обитания. Современная физика все дальше уходит от наглядности, оперируя категориями, которые могут быть адекватно описаны только на языке строгой математики. Еще совсем недавно атом рисовали в форме миниатюрной солнечной системы: положительно заряженное ядро в центре в роли крохотного светила и отрицательно заряженные шустрые электроны, крутящиеся наподобие планет вокруг ядра. Сегодня мы знаем, что эта идиллическая картинка не имеет с реальностью ничего общего. Во-первых, электроны не могут располагаться на произвольных орбитах вокруг ядра, а вынуждены занимать жестко фиксированные уровни, которые определяются энергией, имеющейся в распоряжении того или иного электрона. Отчасти это напоминает лестницу: скакать со ступеньки на ступеньку можно сколько угодно, а вот висеть между ними – извините-подвиньтесь! Во-вторых, электроны совсем не похожи на твердые планеты-шарики, хотя мы и говорим, что электрон вращается вокруг ядра. На самом деле ни о каком движении в привычном понимании этого слова здесь не может быть и речи: электрон не крутится как заведенный, но находится в некотором определенном состоянии, которое описывается сложной волновой функцией. Иными словами, мы имеем право говорить только лишь о вероятностипребывания электрона в той или иной точке.
И не спешите восклицать, что этого не может быть. Бывает всякое, и если так называемый здравый смысл откровенно пасует, отказываясь отделять зерна от плевел, это еще не повод, чтобы выбрасывать в мусорную корзину головоломные научные построения.
Можно вспомнить эпизод из повести братьев Стругацких «Улитка на склоне», когда Перец (один из главных героев) безуспешно пытается попасть на прием к директору некоего загадочного Управления по делам не менее загадочного Леса. Ким, начальник Переца, его утешает и говорит, что со временем все образуется, а когда Перец в сердцах кричит, что эта нелепая секретность ему уже поперек горла и он желает знать хотя бы такую малость, как директор выглядит, то получает исчерпывающий ответ.
– Какой? Невысокого роста, рыжеватый ‹...›Во многом знании много печали, говорили наши мудрые предки. Для чего попусту апеллировать к здравому смыслу? Если некое теоретическое утверждение целиком и полностью согласуется с опытными данными, его следует признать верным, а не заниматься пустой схоластикой. Построена крепкая и надежная модель, и покуда она работает – чего ж вам боле? Перестанет работать – ее место займет другая. Наука не религия, ее не увлекает сакраментальный вопрос «что есть истина». Наука не предлагает окончательных решений, а строит модели. Но при этом не следует забывать, что любая модель расплывчата и несовершенна; она ни в коем случае не реальность, а только ее отпечаток, и боровская модель атома ничуть не похожа подлинный атом.
– А Тузик говорит, что он сухопарый и носит длинные волосы, потому что у него нет одного уха.
– Это какой еще Тузик?
– Шофер, я же тебе рассказывал.
Ким желчно засмеялся.
– Откуда шофер Тузик может все это знать? Слушай, Перчик, нельзя же быть таким доверчивым.
– Тузик говорит, что был у него шофером и несколько раз его видел.
– Ну и что? Врет, вероятно. Я был у него секретарем, а не видел его ни разу.
– Кого?
– Директора. Я долго был у него секретарем, пока не защитил диссертации.
– И ни разу его не видел?
– Ну естественно! Ты воображаешь, что это так просто?
– Подожди, откуда же ты знаешь, что он рыжеватый и так далее?
Ким покачал головой.
– Перчик, – сказал он ласково. – Душенька. Никто никогда не видел атома водорода, но все знают, что у него есть одна электронная оболочка определенных характеристик и ядро, состоящее в простейшем случае из одного протона.
И если популяризаторы от физики толкуют о дуализме свойств, изначально присущих всему населению микромира, нужно всегда помнить, что это не более чем фигура речи. Нельзя сказать, чтобы они сильно погрешили против истины, поскольку электрон действительно ведет себя как заправский фокусник, в мгновение ока меняющий обличье: то обернется волной, а то от души продемонстрирует свои корпускулярные свойства. На самом деле всему виной наши удушливые стереотипы, которые имеют к природе вещей самое косвенное отношение. Электрон не является ни волной, ни частицей, поскольку изнанка вещей творилась не под человека; электрон – всего-навсего электрон, двуликий Янус, ведущий себя так, как ему предначертано. В одних случаях он выступает как частица, а в других – как волна, оставаясь при этом непостижимой вещью в себе с фиксированной массой, отрицательным зарядом и полуцелым спином.
Теория относительности Альберта Эйнштейна (как специальная, так и общая) тоже противоречит нашему повседневному опыту. Если вы, читатель, способны наглядно вообразить искривленное трехмерное пространство, то честь вам и хвала, но большинство людей к таким подвигам решительно не готово. Между тем кривизна пространства вблизи массивных небесных тел – бесспорный факт, что не единожды было продемонстрировано экспериментально. А закон сложения скоростей в специальной теории относительности? Если водитель «копейки» едет со скоростью 60 километров в час, а велосипедист – со скоростью 30, причем оба они движутся в одном направлении, то даже ученик начальной школы без труда вычислит их скорость друг относительно друга.
А теперь представьте космический корабль, летящий вдогонку за световым лучом со скоростью 250 тысяч километров в секунду. Напомню на всякий случай, что скорость света в пустоте равняется 300 тысячам километров в секунду. Вопрос: с какой скоростью световой пучок убегает от корабля? Человек со средним образованием может подумать, что его держат за дурака, ибо ответ, казалось бы, напрашивается сам собой – 50 тысяч километров в секунду. Однако не тут-то было! Измерив скорость луча света, мы получим, как это ни странно, те же самые 300 тысяч километров в секунду. Более того, упомянутый космический корабль может впритык приблизиться к световому барьеру, но скорость света, измеренная на его борту, все равно не изменится ни на йоту и будет по-прежнему составлять 300 тысяч километров в секунду.