Космические рубежи теории относительности

РИС. 16.11. Шаровое звёздное скопление. Шаровые скопления можно обнаружить почти во всякой галактике. Обычно в них содержится порядка 100 000 звёзд, и они движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам вокруг ядра своей галактики. (Ликская обсерватория.)

Другой канал возможного высвобождения энергии массивными чёрными дырами - это механизм Пенроуза, обсуждавшийся в гл. 11. Вспомним, что если при падении в эргосфере на керровскую чёрную дыру тело распадается на части, то часть этого тела может быть выброшена обратно с огромной энергией. Астрономам хорошо известно, что в большинстве галактик имеются шаровые звёздные скопления. Такие скопления (снимок одного из них приведен на рис. 16.11) обычно содержат около 100 000 звёзд и движутся вокруг центра галактики, к которой они принадлежат, по очень вытянутым эллиптическим орбитам. Если в центре этой галактики имеется массивная чёрная дыра, то может случиться, что шаровое скопление случайно попадет в её эргосферу. В результате скопление разорвется на части, как показано на рис. 16.12. Если часть входящих в него звёзд упадет в дыру, то остальные могут быть с большой силой выброшены наружу. Возможно, что такой процесс, именуемый просачиванием сквозь эргосферу, и порождает «струю», наблюдаемую в таких галактиках, как М 87 (см. рис. 16.7) или в квазаре ЗС 273 (см. рис. 5.8).

РИС. 16.12. Просачивание через эргосферу. Если звёздное скопление попадает в эргосферу массивной чёрной дыры, оно разрывается на части. Под влиянием механизма Пенроуза часть звёзд может быть выброшена обратно, приобретя огромные скорости.

Хотя предположение, что в центре галактик находятся массивные чёрные дыры, привлекательно, следует подчеркнуть, что в поддержку этой гипотезы нельзя привести ни одного прямого факта наблюдений. Однако это не мешает ряду астрофизиков увлекаться довольно фантастическими спекуляциями. Например, была выдвинута ещё более фантастическая идея, что многие процессы, наблюдающиеся в галактиках и квазарах, связаны с белыми дырами. В гл. 14 были приведены весьма общие соображения, которые как будто полностью исключают возможность существования белых дыр. Здесь в первую очередь речь вдет о том, что существование белых дыр противоречит некоторым фундаментальным законам, в частности принципу причинности.

В 1975 г. Стивен Хоукинг в Калифорнийском технологическом институте отметил, что все физические законы формулируются на языке пространства и времени. Но именно эти последние понятия теряют смысл на сингулярности, где кривизна становится бесконечно большой. Поэтому в сингулярности теряют смысл и законы физики. Сингулярность пространства-времени не обязана подчиняться известным законам природы, и из «голой» сингулярности вещество и энергия могут истекать совершенно беспорядочно. Из этого удивительного открытия Хоукинга - принципа беспорядка -вытекает, что сингулярность должна выглядеть как белая дыра. Наличие в центре галактики «голой» сингулярности могло бы объяснить те таинственные явления, которые были открыты астрономами в последние годы.

В самом начале нашего века астрономы пришли к выводу, что не могут объяснить в рамках известных тогда физических законов, почему светит Солнце. Всё говорило о том, что Солнце должно было погаснуть много миллионов лет назад. Лишь после того, как получили развитие частная теория относительности, квантовая механика и ядерная физика, удалось свести концы с концами. Решение загадки источника солнечной энергии пришло только после открытия новых законов физики.

Сейчас перед наукой снова встала трудная проблема. Почти каждый день астрономы открывают в небе объекты, которые излучают энергию в таких количествах, которые как будто невозможно объяснить. Некоторые астрофизики обратились к самым экзотическим объектам, которые только знает сегодняшняя наука, - к массивным чёрным дырам, белым дырам и «голым» сингулярностям. Может быть, они идут по верному пути, но не исключено, что это лишь напрасная трата сил. История астрономии учит нас, что не следует отмахиваться от возможности открытия новых законов физики. Возможно, что лишь новое и более глубокое понимание физической действительности позволит астрономам понять природу квазаров и взрывающихся галактик.

17

ПЕРВИЧНЫЕ ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ

В первые же годы космических исследований стало ясно, что одним из практических приложений этих исследований может стать космическая система связи. Всё, начиная от телефонных разговоров и до телевизионных программ, может быть ретранслировано в любую точку нашей планеты с помощью искусственных спутников, выведенных на околоземные орбиты. Поэтому учёные и инженеры, работающие в государственных и частных лабораториях, принялись за разработку устройств, необходимых для практической реализации этой идеи.