7. Черные дыры.

Еще в 1783 г. английский астроном Джон Митчелл предположил, что должны существовать тела, для которых скорость, необходимая для преодоления сил гравитационного притяжения (как мы говорим сейчас, вторая космическая скорость), равна с – скорости света в вакууме. Митчелл и чуть позднее Лаплас рассчитали радиус такого тела:

,

и если , то .

Теперь мы знаем, что следует использовать релятивистские формулы. Однако выражение для получается то же самое!

называется гравитационным радиусом. Тело массы М и радиуса менее будет невидимым, никакой сигнал не сможет покинуть его. Такой объект получил название «черная дыра».

Ход времени в сильном гравитационном поле замедляется, для внешнего наблюдателя все процессы вблизи черной дыры бесконечно замедляются, застывают. Космический корабль, подлетевший к черной дыре, с точки зрения внешнего наблюдателя зависает над ней. Для космонавта же, напротив, процессы во внешней Вселенной бесконечно убыстряются, и он сможет увидеть будущее нашей Вселенной! Корабль беспрепятственно проникает внутрь черной дыры и может достигнуть центральной сингулярности – области бесконечной плотности. Правда, ни повернуть назад, ни передать информацию об увиденном невозможно. Величина поэтому называется также горизонтом событий. Для вращающихся черных дыр горизонт событий .

Оказывается, при переходе осей координат под горизонт событий пространственная и временная координаты меняются местами, космонавт путешествует уже во времени. А если черная дыра вращается, то под горизонтом событий он может увидеть не одну, а множество Вселенных.

Теоретически гравитационный коллапс может привести к образованию сингулярности, т.е. черной дыры нулевого размера и бесконечной массы, а это – начало рождения новой Вселенной. Поэтому иногда говорят о том, что черная дыра – дверь в иные миры.

Замечательное открытие сделал С.Хокинг. Он установил, что из окрестности горизонта событий должны испускаться реальные частицы, в основном фотоны. Толщина области определяется длиной волны де Бройля частиц (т.е. принципом неопределенности координат и импульсов). Черная дыра излучает энергию, как абсолютно черное тело. Процесс, называемый квантовым испарением, уносит энергию черной дыры. Поэтому все они рано или поздно должны исчезнуть, потеряв всю свою энергию на излучение. Вычисления показывают, что черные дыры – ровесницы Вселенной массой менее 10¹² кг уже испарились.

Черная дыра – это не тело и не излучение, она представляет из себя сгусток гравитации. Граница черной дыры, ее горизонт событий, не содержит вещества и не является твердой поверхностью, это – координатная особенность в пространстве – времени.

Как обнаружить черную дыру? Наиболее надежный способ – исследовать двойные системы, состоящие из нормальной оптической звезды и «кандидата в черные дыры». Последний увлекает на себя вещество звезды, что приводит к испусканию характерного излучения в рентгеновском диапазоне. В настоящее время известно более 100 кандидатов в черные дыры, первый и самый известный из которых – Лебедь Х1. Астрономы практически не сомневаются в существовании черных дыр. Физики же предлагают новые релятивистские теории гравитации, отличные от эйнштейновской ОТО, которые отвергают их существование (академик А.А.Логунов). Вопрос остается до сих пор открытым.