Введение Что это такое Вокруг черной дыры Энергия из гравитационной бездны Поиски черных дыр Литература
Что это такое?
Черная дыра является порождением тяготения. Поэтому предысторию открытия черных дыр можно начать со времен И. Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения – закон, управляющий силой, действию которой подвержено абсолютно все. То, что свет притягивается массивными телами, предполагал еще И. Ньютон. С того факта, с понимания того, что свет так же подчинен силам тяготения, и начинается предыстория черных дыр, история предсказания их поразительных свойств.
Одним из первых это сделал знаменитый французский математик и астроном П. Лаплас. Рассуждения Лапласа нельзя считать строгими, так как он рассматривал гравитационные поля огромной силы, в которых падающие тела разгоняются до скорости света, а сам выходящий свет может быть задержан, и применял при этом закон тяготения И. Ньютона.
А. Эйнштейн показал, что для таких полей теория тяготения Ньютона не применима, и создал новую теорию, справедливую для сверхсильных, а также для быстроменяющихся (для которых ньютоновская теория также неприменима!), и назвал ее общей теорией относительности. Именно выводами этой теории надо пользоваться для доказательства возможности существования черных дыр и для изучения их свойств.
Если мы сожмем планету настолько, что поле тяготения станет сверхсильным, то различие между величиной силы, рассчитываемой по теории Ньютона, и истинным ее значениям, даваемым теорией Эйнштейна, нарастает чрезвычайно. По Ньютону, сила тяготения стремиться к бесконечности, когда радиус тела становиться равным так называемому гравитационному радиусу. Этот гравитационный радиус определяется массой небесного тела. Он тем меньше, чем меньше масса. Но даже для гигантских масс он очень мал. Так, для Земли он равен всего одному сантиметру! Даже для Солнца гравитационный радиус равен только 3 километрам. Размеры небесных тел обычно много больше их гравитационных радиусов. При радиусе тела, равном гравитационному, истинное значение силы поля тяготения становиться бесконечным.
Суть теории Эйнштейна заключается в том, что она неразрывно связала геометрические свойства пространства и течение времени с силами гравитации. Эти связи сложны и многообразны. Отметим пока лишь только два важных обстоятельства.
Согласно теории Эйнштейна время в сильном поле тяготения течет медленней, чем время, измеряемое вдали от тяготеющих масс (где гравитация слаба). Второй важный вывод теории Эйнштейна состоит в том, что в сильном поле тяготения меняются геометрические свойства пространства.
Важнейший вывод теории Эйнштейна гласит: сферическое тело, радиус которого равен гравитационному радиусу и меньше, не может находиться в покое, должно сжиматься к центру. Таким образом, достаточно сжать тело до размеров гравитационного радиуса, а дальше оно само будет неудержимо сжиматься. Так возникает объект, который впоследствии получил название черной дыры.
Черную дыру можно в принципе сделать искусственно. Для этого надо сжать любую массу до размеров гравитационного радиуса, дальше она будет сжиматься сама, испытывая гравитационный коллапс.