Сколько бы раз мы не писали об устройстве нашего мира, всегда останутся невыясненные вопросы. И неудивительно! Всматриваясь в звездное небо, мы испытываем ни с чем не сравнимое ощущение блаженства, божественной красоты и вечной загадки. Глубоко прав был мудрец, вопрошавший себя: «Для чего лучше родиться, чем не родиться?». И сам себе отвечал: «Лучше родиться, чтобы созерцать ночное небо!».

Свет - это поток частиц!

В 1783 году английский физик Джон Мичелл, понимавший, что свет - это поток частиц, высказал предположение, что если это так, то на этот поток, так же, как и на другие материальные тела, должны действовать силы тяготения! Значит, свет, идущий от тяжелого тела, будет замедлять свое движение. А может ли он вообще остановиться? «Почему бы и нет? - подумал Мичелл. - Только тело в этом случае должно быть очень тяжелым».

Взяв перо и бумагу, ученый легко получил ответ: если, к примеру, Солнце увеличить в 500 раз по радиусу, то свет уже не сможет от него оторваться! Дело в том, что так называемая скорость ухода световых частиц (вторая космическая скорость, обеспечивающая этот отрыв) превысит скорость света! А этот предел превзойти невозможно!

Возможны ли такие большие тела?

Примерно через полтора десятка лет великий французский математик Пьер Симон Лаплас показал в своей книге «Изложение системы мира», что если бы Земля увеличилась до размеров, превышающих 250 радиусов Солнца, то свет не смог бы от нее уйти, и она стала бы невидимой! О возможности существования таких тел в физическом мире, разумеется, никто тогда и мысли не допускал. Их воспринимали как чистую абстракцию! Но о таких «невидимых» телах вспомнили, когда в научный обиход стал входить термин «сингулярность», которым обозначают своеобразную точку отсчета, с которой началась история нашей Вселенной.

Сингулярность впервые появилась в 20-х годах прошлого века в расчетах ленинградского математика А. А. Фридмана как «точка с радиусом кривизны, равным нулю». В этой точке якобы некогда была сосредоточена вся масса нынешней Вселенной! Эта догадка Фридмана долго считалась математическим фокусом, а сам ученый называл ее курьезом.

Радиус Шварцшильда

Всего через несколько месяцев после выдвижения Эйнштейном своей революционной теории относительности немецкий физик-теоретик Карл Шварцшильд предложил математическое описание поля тяготения, возникающего вокруг шарообразного материального тела. В этом описании выявилась некая величина, получившая геометрическую интерпретацию «радиуса Шварцшильда» или «гравитационного радиуса». Как оказалось, если какое-то материальное тело сжать в сферу этого радиуса, то «пространство-время» около него исказится настолько сильно, что свет не сможет выйти из этой сферы! А поскольку движение быстрее скорости света невозможно, сферу с радиусом Шварцшильда вообще не сможет покинуть никакой электромагнитный сигнал. Возникает черная дыра — один из объектов, обладающих невероятными свойствами!

Химеры, превосходящие всякую фантазию!

Большой знаток черных дыр американский физик К. Торн назвал их химерами, превосходящими всякую фантазию! «Из всех измышлений человеческого ума, — писал К. Торн, — наверное, самое фантастическое — это образ черной дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь! Черная дыра кажется более уместной в фантастических романах или мифах древности, чем в реальной Вселенной. И тем не менее, законы современной физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали!

Понятно психологическое неприятие черных дыр современниками Эйнштейна, поскольку им казалось немыслимым сжатие реального тела, например, планеты Земля, в шарик размером в один сантиметр! Для Солнца диаметр сферы Шварцшильда составил бы три километра. Дело круто изменилось в 60-х годах прошлого столетия после открытия пульсаров и отождествления их с нейтронными звездами. Ученые решили, что если пульсары реальны, почему бы не быть таковыми черным дырам?

Современная наука видит в этих объектах последнюю стадию жизни звезд определенной массы. После израсходования энергетических ресурсов они начинают катастрофически сжиматься. Происходит взрыв! Если масса оставшегося вещества меньше двух солнечных масс, то сжатие останавливается и образуется нейтронная звезда - пульсар. Если же сжимающаяся масса в три раза превосходит массу Солнца, то начавшееся сжатие невозможно остановить никакими силами, и сжимающийся объект неотвратимо стягивается в точечный объект микроскопического размера (сингулярность)!

Парадоксы черных дыр

Эти парадоксы поистине головокружительны! Согласно теории, под сферой Шварцшильда пространство и время меняются местами! Значит, пространство обретает одномерность времени, а время - трехмерность пространства! Одномерность пространства проявляется в единственности пути от сферы к центру. Проскочить же сингулярность физически невозможно. Труднее рассуждать о трехмерности времени, которое, к тому же, становится обратимым! Следовательно, можно путешествовать во времени? В прошлое - невероятно, поскольку тогда нарушится причинно-следственная связь. А в будущее - наверное, по крайней мере, теоретически.

Надо подчеркнуть, что черные дыры могут возникать из вещества сравнительно малой плотности - лишь бы оно составляло значительную массу. Например, черная дыра в несколько миллиардов масс Солнца в момент своего формирования будет иметь плотность... воздуха у поверхности Земли! Так что гипотетический космонавт мог бы залететь в такую дыру, даже не заметив этого, хотя, конечно, ему не избежать кошмарной погибели в сингулярности! В такой вероятности сложилась бы совершенно невероятная ситуация: по мере приближения космонавта к сфере Шварцшильда время на космическом корабле будет (по часам земного наблюдателя) катастрофически замедляться и в момент пересечения сферы остановится совсем! Иначе говоря, для пересечения сферы Шварцшильда, с земной точки зрения, потребуется бесконечное время. А космонавт в совершенно определенный отрезок времени пересечет сферу Шварцшильда и устремится навстречу своей погибели в сингулярности. И этот факт для него, увы, вполне реальное, ощущаемое и последнее событие. Так кто же прав? Наука отвечает: правы оба и в то же время никто! Тут уж ничего не поделаешь - таковы сюрпризы общей теории относительности Эйнштейна.

Феномен Стивена Хокинга

Огромные заслуги в разработке теории черных дыр принадлежат удивительному человеку, нашему современнику, профессору Кембриджского университета Стивену Хокингу. Он являет собой редчайший пример мужества и непоколебимой воли. Этот человек уже три десятка лет болен амиотрофическим склерозом, превратившим его в инвалида. Хокинг даже не может писать, а его невнятную речь разбирают только близкие ему люди.

Каждое утро ученый в одиночестве пересекает сады Кембриджа, сидя в кресле-каталке с электрическим мотором. И что самое замечательное: он проникнут оптимизмом, которым заряжает других. Хокингу принадлежит совершенно выдающееся открытие испарения этих образований, считавшихся ранее вечными. Труды подвижника превратили черную дыру из застывшей «гравитационной могилы» в обычный для нашего физического мира эволюционирующий объект.