Журнал «Если», 1999 № 01-02

*********************************************************************************************

Если наши читатели сумели одолеть физико-литературные модели одного из самых ярких представителей американской «твердой» НФ, то им, без сомнения, будут интересны научные гипотезы, связанные с этой проблемой.

Черные дыры — одни из немногих космических объектов, которые вначале были «придуманы» астрофизиками, а уж затем использованы фантастами. Известный ученый рассказывает о «положении дел» в изучении этих таинственных объектов.

*********************************************************************************************

ДВЕСТИ ЛЕТ ЗАБВЕНИЯ

В 1783 г. профессор Кембриджского университета Джон Митчелл представил Лондонскому Королевскому обществу — английской Академии наук — работу, в которой доказывал, что если существуют достаточно массивные и компактные звезды, то испускаемые ими лучи света не смогут преодолеть их гравитационного поля и будут втянуты обратно к звездной поверхности. Митчелл исходил из теории Ньютона, который считал, что свет состоит из корпускул (по современной терминологии — фотонов) и, следовательно, должен испытывать отклонение от прямолинейного направления в поле силы тяжести.

Для своих расчетов Митчелл использовал те же самые формулы классической механики Ньютона, с помощью которых сегодня рассчитывают первую и вторую скорости космических кораблей. Корабль, которому сообщена первая из этих скоростей (8 километров в секунду), превращается в искусственный спутник Земли, а получивший вторую космическую скорость (11 километров в секунду), навсегда покинет сферу притяжения нашей планеты.

Очевидно, такую звезду, которая оказывается не в состоянии испускать свет, не сможет увидеть ни один внешний наблюдатель. Очень удачное название для такого невидимого объекта — черная дыра — предложил в 1969 г. американский астрофизик Джон Уилер.

Через несколько лет после Митчелла аналогичные расчеты выполнил французский ученый Пьер Лаплас, включивший их в свою знаменитую книгу «Система мира». Однако из последующих изданий своей книги упоминание об этой идее он исключил. Понять Лапласа можно: к тому времени принадлежащая Ньютону корпускулярная теория света утратила популярность. Верх одержала теория Гюйгенса, согласно которой световые лучи имеют волновую природу. А то, что гравитационные силы должны действовать на волны, из теории Гюйгенса не следовало. В результате идея Митчелла была позабыта почти на двести лет.

Положение мало изменилось, даже когда была создана теория относительности Эйнштейна. Согласно этой теории, скорость света при любых условиях остается постоянной — 300 тысяч километров в секунду. Ракета, взлетевшая с поверхности Земли и не набравшая первой космической скорости, будет замедляться до тех пор, пока снова не упадет обратно. Иное дело кванты света — фотоны, их скорость измениться не может. Как же тогда гравитация способна воздействовать на свет?

ЖИЗНЬ ЗВЕЗД

Чтобы понять механизм возникновения черных дыр, надо вспомнить, как рождаются и живут звезды. Образуются они внутри космических газовых облаков. Если масса вещества в этом облаке превышает критическую величину, которая определяется теорией гравитации Ньютона, то все атомы в этом облаке начинают падать к его центру. Так возникает протозвезда.

При сжатии облака потенциальная энергия его атомов в поле сил гравитации переходит в кинетическую, и температура газа быстро возрастает. Начиная с некоторого порога, величина температуры и плотности газа возрастают настолько, что в нем вспыхивает термоядерная реакция — происходит синтез гелия из ядер водорода. Но согласно формуле Эйнштейна Е = mс ², часть вещества при этой реакции превращается в энергию. В недрах нашего Солнца, например, за одну секунду в энергию превращается около 4 миллионов тонн водорода. Солнцу этой энергии хватит еще на миллиарды лет спокойного существования.

У других звезд иная судьба. Если масса звезды в десять раз превышает солнечную, то ее светимость будет в тысячи раз больше, и, следовательно, она намного быстрее израсходует свой запас водорода. Что ждет ее дальше?