«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 09 (16)

Все здание четко делится на офисную и жилую части. Последняя имеет форму вертикально поставленного крыла, словно парящего над нижними этажами. Эффект этот усиливается сочетанием светлой плитки жилой башни и темной облицовки офисов. На схеме показано место размещения турбин. Один из таких генераторов — на рисунке справа

Фрагмент плана здания

• АСТРОНОМИЯ, АСТРОФИЗИКА И КОСМОНАВТИКА

Черные дыры и структура пространства-времени

Хуан Малдасена (Juan Maldacena), Институт высших исследований, Школа естественных наук, Принстон, США

Черные дыры — самые загадочные космические объекты из числа предсказываемых общей теорией относительности. В этой обзорной статье мы остановимся на некоторых интересных свойствах классических черных дыр. Если дополнить общую теорию относительности квантово-механическими представлениями, черные дыры перестают быть абсолютно черными. На самом деле, они испускают тепловое излучение. Существование этого теплового излучения приводит кряду парадоксов. Если же использовать дополнительно еще и теорию струн в качестве квантовой теории гравитации, часть парадоксов разрешается. Это приводит к некоторым интересным изменениям в нашем концептуальном понимании пространства-времени.

1. Черные дыры

Давайте начнем с теории всемирного тяготения Ньютона. Силу гравитационного притяжения мы испытываем прямо здесь, на поверхности земли. Если подбросить камень, он упадет под действием земного притяжения. А можно ли подбросить камень с такой скоростью, чтобы он на Землю не вернулся? Можно. Если запустить камень со скоростью выше второй космической скорости (около 11 км/с), он покинет гравитационное поле Земли. Эта «скорость выхода» зависит от массы и радиуса земного шара. Если бы Земля при ее нынешнем радиусе была массивнее или имела бы меньший радиус при ее нынешней массе, скорость выхода была бы выше. Возникает вопрос: что будет, если плотность и масса космического тела настолько велики, что скорость выхода из его гравитационного поля выше скорости света? Ответ: такое тело будет представляться внешнему наблюдателю абсолютно черным, поскольку свет его покинуть не может.

Приведу несколько примеров. Чтобы тело, масса которого равна массе Земли, превратилось в черную дыру, оно должно иметь радиус меньше сантиметра. Тело с массой Солнца должно сжаться до диаметра меньше километра. На это еще в конце XVIII века указал Пьер-Симон Лаплас, но тогда никто не придал этому особого значения

С появлением в 1905 году специальной теории относительности у нас появилось понимание того факта, что скорость света в вакууме — не рядовая скорость. Это космический предел: ничто не может двигаться быстрее света. Теория относительности Эйнштейна также учит нас, что пространство и время тесно взаимосвязаны. Для наблюдателей, движущихся друг относительно друга, время течет с разной скоростью. Предположим, вы стоите на улице и смотрите на проезжающие машины. Для водителей машин время течет чуть медленнее, чем для вас, и несколько иначе. Предположим, вы видите, как два светофора в разных концах улицы одновременно переключаются на красный. Для водителей же они переключатся не одновременно. Это получается после того, как мы учтем время, которое требуется свету, чтобы пройти расстояние от светофора до наблюдателей. И для вас, и для водителей свет движется с одинаковой скоростью, но время для них течет медленнее. То есть, время относительно, а скорость света абсолютна. Это противоречит нашим интуитивным представлениям о мире, так как эффект этот на нас практически не сказывается, поскольку мы обычно путешествуем на скоростях, которые очень далеки от скорости света, а время измеряем не с абсолютной точностью. Однако в ускорителях элементарных частиц этот эффект наблюдается постоянно. При скоростях, близких к скорости света, частицы живут значительно дольше.