5 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Итак, согласно теории Эйнштейна, как только ра­диус небесного тела становится равным его гравитаци­онному радиусу, свет не сможет уйти с поверхности те­ла к далекому наблюдателю, т. е. тело станет невиди­мым. Но читатель наверняка уже обратил внимание, что это чрезвычайно необычное свойство — далеко не единственное из тех «чудес», которые должны произой­ти с телом, размеры которого сравнялись с гравитаци­онным радиусом. Согласно сказанному в предыдущем разделе сила тяготения на поверхности звезды с R = rgдолжна стать бесконечно большой, так же как и уско­рение свободного падения (1). К чему это может при­вести?

Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним сначала, почему обычные звезды и планеты не сжимаются к центру под действием тяготения, а представляют собой рав­новесные тела.

Сжатию к центру препятствуют силы внутреннего давления вещества. В звездах это давление газа с очень высокой температурой, стремящееся расширить звезду. В планетах типа Земли это силы натяжения, упругости, давления, также препятствующие сжатию. Равенство сил тяготения и противоборствующих сил как раз и обеспечивает равновесие небесного тела.

Противоборствующие тяготению силы зависят от со­стояния вещества, от его давления и температуры. При сжатии вещества они увеличиваются. Однако если сжать вещество до конечной (не бесконечно большой) плотности, то они останутся также конечными. Иначе обстоит дело с силами тяготения. С приближением раз­мера небесного тела к гравитационному радиусу сила тяготения стремится, как мы знаем, к бесконечности. Плотность вещества тела при этом является вполне оп­ределенной конечной величиной, хотя и достаточно большой. Следовательно, и сила давления также конеч­на. Ясно, что теперь бесконечно большая сила тяготе­ния не может быть уравновешена конечной силой дав­ления и небесное тело должно неудержимо сжиматься к центру под действием тяготения.

Итак, важнейший вывод теории Эйнштейна гласит: сферическое тело размером с гравитационный радиус и меньше не может находиться в покое, а должно сжи­маться к центру. «Но позвольте, — спросит читатель,— на гравитационном радиусе сила тяготения бесконечна, а как только тело уменьшится до размеров меньше гра­витационного радиуса, какова же будет гравитационная сила?»

Ответ довольно очевиден. До сих пор мы говорили о силе тяготения на поверхности несжимающегося тела. Но сила тяготения зависит от состояния движения. Всем хорошо известно, что при свободном падении наступает состояние невесомости — на свободно падающем теле вообще нет гравитационной силы. Поэтому на поверх­ности свободно сжимающегося тела не ощущается ни­какой силы тяготения (и вне сферы Шварцшильда и внутри ее). Увлекаемое тяготением тело уже ни при ка­ких условиях не может остановиться на сфере Шварц­шильда (оно испытало бы тогда бесконечную силу тя­готения). Тем более не может остановиться тело внутри сферы Шварцшильда. Любая частица или, например, ракета со сколь угодно сильным двигателем, оказав­шись от тяготеющего центра на расстоянии меньше гра­витационного радиуса, должна неудержимо падать к этому центру.

Итак, мы получили ответ на вопрос о том, к чему ве­дет бесконечное нарастание гравитационной силы с при­ближением к сфере Шварцшильда: к катастрофическо­му, неудержимому сжатию тела. Физики называют это явление релятивистским коллапсом.

Таким образом, достаточно сжать тело до размеров гравитационного радиуса, а дальше тело само будет не­удержимо сжиматься. Так возникает объект, который получил название черной дыры. Из нее не могут выле­теть ни свет, ни частицы (для этого потребовалась бы скорость больше световой), но под действием тяготения и свет и вещество падают в черную дыру.

Правда, на пути создания черной дыры искусствен­ным путем лежат огромные технические трудности. Чем меньшую массу мы хотим превратить в черную дыру, тем до меньших размеров ее необходимо сжать, по­скольку гравитационный радиус прямо пропорционален массе. Так, мы знаем, что гравитационный радиус Зем­ли равен около 1 см. Для того чтобы, например, пре­вратить в черную дыру гору размером в миллиард тонн, пришлось бы ее сжать до размера атомного ядра!

В последующих разделах мы увидим, что во Вселен­ной большие массы могут самопроизвольно превращать­ся в черные дыры в ходе естественной эволюции. Одна­ко прежде чем говорить об этом, продолжим знаком­ство с удивительными особенностями черных дыр.