Коллапсары в центрах галактик

Первым кандидатом в черные дыры стало невидимый источник рентгеновского излучения Лебедь-XI, находящейся на расстоянии 8000 световых лет от Земли. Известный компонент этой двойной звездной системы - нормальная звезда массой около 30 масс Солнца, а невидимый - массой более 6 солнечных масс. А поскольку никакая нейтронная звезда не может содержать более 3 масс Солнца, то отождествление Лебедя-Х1 с черной дырой представляется вполне вероятным. Но, чтобы доказать, что это действительно черная дыра, согласно теории Эйнштейна, необходимы более детальные исследования в непосредственной близости от застывшей звезды.

 

По мере сжатия напряженность гравитационного поля вокруг звезды непрерывно увеличивается, и с определенного момента теория Ньютона уже не может правильно описывать явления происходят. Здесь на помощь нам приходит теория относительности Эйнштейна, описывающее искривление пространства-времени в ходе нарастания сжатия. Наконец, когда заря сожмется до радиуса в несколько километров, пространство-время свернется в «клубок» и звезда исчезнет с видимой Вселенной, от нее останется только гравитационный потенциал, который указывает на местонахождение коллапсара. Процесс сжатия, при котором силы притяжения стремительно увеличиваются, называется гравитационным коллапсом. Наше Солнце - шар, и, если бы его внутренний газовый давление не оказывал сопротивление действию тяжести, оно сжалось бы в точку всего за полчаса! Вот насколько быстро гравитация расправляется со своими «жертвами», накладывая при этом запрет на любые сигналы о состоянии объекта в коллапсе, идущие наружу и несут информацию.

 

Задача поиска и открытия черных дыр в космосе достаточно сложной проблемой, поскольку никакая информация, включая электромагнитное излучение фотонов видимого света, не может вырваться с поверхности подобных объектов. Правда, на месте коллапса остается гравитационное поле черной дыры. Черная дыра поглощает световые лучи, проходящие вблизи нее, и отклоняет лучи на расстоянии, подобно гравитационной линзы. Она может вступать в гравитационное взаимодействие с другими телами: удерживать около себя планеты или образовывать двойные системы с другими звездами. Вещество падает на застывшую звезду, разогревается до очень высоких температур и, прежде чем окончательно исчезнуть в черной дыре, выбрасывает во Вселенную интенсивное рентгеновское излучение.

 

Факт существования звездных коллапсаров очень важен для космологии, ведь он непосредственно свидетельствует о том, как Вселенная может скрывать большую часть своей материи. Будущие космические миссии планируют сосредоточить внимание на исследовании энергетики надует-сивно черных дыр в центрах галактик. А вот общая теория относительности Эйнштейна, одна из краеугольных плит в здании современной физики, показывает, что в поля тяготения нет никакой энергии. Как совместить это теоретическое положение с титаническими энергиями излучения застывших зрение? Или, возможно, на примере гравитации мы сталкиваемся с принципиально новой полевой сущностью материи со своими особыми законами преобразования и хранения энергии?

 

Если же теория гравитации Эйнштейна в чем-то не совсем точная, что было бы вполне естественно для любой теоретической концепции, то как ее развить и усовершенствовать? Впрочем, вполне возможно, что в отдаленной перспективе это будет предметом уже новой теории квантовой гравитации.

 

Вопрос о зрелости проблемы для научного и популярного обсуждения само по себе довольно интересно, тем более, что нам предстоит говорить о дискуссионные вопросы, вызывающие горячие споры. В подобной полемике полнота и последовательность аргументации нередко заменяется авторитетом интуиции и ... интуицией авторитетов. Случается, что и в дискуссиях вместо рассуждений звучат осуждения, резкость которых обратно пропорциональна убедительности. История науки свидетельствует, что вмешательство ненаучных факторов в научную дискуссию - дело обычное и вполне естественна, пока дискуссию ведут не компьютеры, а люди, которым, как известно, ничто человеческое не чуждо. Естественно также, что на манеру, в которой ведут дискуссии, влияет общая социально-культурная атмосфера конкретного общества.

 

Сейчас интенсивно закладывают фундамент обновленной квантовой теории гравитации. Недостаток экспериментальных фактов вызывает бурную полемику, иногда даже переходит академические рамки и превращается в ожесточенные споры. И здесь необходимо отметить, опираясь на историю науки, путь, который ведет к рождению истины в научном споре, ученые выбирают сами, создатели же новой теории на начальном этапе, естественно, находятся в меньшинстве. Какими бы благоприятными ни были демократические процедуры принятия решений в общественной жизни, в науке их возможности ограничены. Знание, догадка, интуиция друга могут разрушить единодушны представления многих. Голосованием же истинность теории не решить, даже если ее поддерживает подавляющее большинство специалистов.

 

В предлагаемой книге на общедоступном уровне рассмотрена история и современное состояние теории гравитации, при этом автор пытался сосредоточить внимание на ее ключевых пунктах, обходя, впрочем, и дискуссионных моментов, поскольку именно они являются главным отличием живой теории на стадии развития. В первом разделе изложены некоторые исторические аспекты возникновения классической теории всемирного тяготения.

 

Во втором разделе популяризовано физические основы релятивистской теории гравитации, заложенные Эйнштейном, и обсуждены некоторые новые гравитационные эксперименты для ее проверки.

 

Третий раздел посвящен современной проблематике и некоторым новым подходам в теории антигравитации, направленным на преодоление ее главных трудностей, но в целом не выходит за рамки общей теории относительности.

 

В четвертом разделе рассмотрены волны тяготения и историю экспериментов по их записям.

 

В пятом разделе описаны гравитационные коллапсара, в том числе микроскопические черные дыры и сверхмассивные застывшие звезды.

 

Шестой раздел содержит общедоступный обзор различных вариантов обобщения теории гравитации, ее квантования и сближение с теорией элементарных частиц, а также изложение основ теории калибровочных полей.

 

Завершает книгу обширный список литературы, призванный не только расширить кругозор любознательных читателей, но и дать возможность начать изучение практически любой проблемы на более глубоком уровне.