Философия оптимизма

Нейтронная звезда, масса которой не превышает двух масс Солнца, переходит в число остывающих и затем остывших звезд, и это — финал ее эволюции. Но, если масса звезды после нарушения равновесия между упругостью, обязанной ядерным реакциям, и гравитационным сжатием будет больше указанной величины, упругость уплотненного и нейтронизированного вещества не может остановить гравитационное сжатие, которое в этом случае приобретает характер космической катастрофы. Катастрофически быстрое сжатие называется гравитационным коллапсом. Этот термин нам уже знаком, гравитационный коллапс упоминался в связи с гипотезой максимонов. Речь идет о сжатии звезды под влиянием гравитационных сил, растущих соответственно эйнштейновскому закону тяготения. Согласно закону Ньютона тяготение неограниченно возрастает, когда расстояние между телами стремится к нулю. На поверхности звезды гравитационные силы стремятся к бесконечности, когда звезда стягивается в точку, т. е. размеры ее приближаются к нулю. Согласно закону Эйнштейна силы тяготения стремятся к бесконечности, когда радиус звезды приближается к определенной величине, пропорциональной ее массе. Для Солнца или другой звезды с той же массой такой радиус равен трем [90] километрам. Здесь, на таком расстоянии от центра звезды, гравитационные силы становятся бесконечными, и скорость сближающихся под влиянием этих сил частиц становится равной скорости света. Из теории относительности вытекает для этого случая крайне парадоксальная картина. Казалось бы, тело, движущееся в таком гравитационном поле, пройдет громадное расстояние в течение краткого мига. Но этот «краткий миг» в теории относительности теряет абсолютный смысл. Выражение «краткий миг» имеет смысл для системы отсчета, укрепленной на самой звезде. Для других систем, например для нашей земной системы отсчета, этот миг становится все большим интервалом времени, по мере того как происходит сжатие, и, когда оно доводит звезду до упомянутого критического радиуса, миг растягивается бесконечно.

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.