Темная сторона Вселенной

Между прочим, это все математика. Казалось бы, пойди проверь. Проверили. Проверили очень тонким экспериментом на орбите Земли.

Был запущен специальный спутник для проверки эффекта общей теории относительности. Таких гигантских сил вокруг Земли не возникает, Земля все-таки недостаточно компактная, не столь массивная, но приборы на вращающемся по орбите вокруг Земли спутнике показали, что эффект общей относительности действительно работает.

Я недавно был на одной выставке и убедился, что идея о таких черных дырах, которые притягивают к себе все и ничего не отпускают, очень популярна не только у ученых, но даже у художников. Одна картина называлась «New York now». Эдакое 3d изображение двойной черной дыры. Можно понять, что сегодня Нью-Йорк похож на черную дыру, уж если попал туда, обратно не вернешься. Но почему это двойная черная дыра — я не знаю. Однако идея, термин, понятие о черных дырах стало очень популярным.

Школьники, даже воспитанники детского сада, знают про черные дыры, а изучать их сложно — это высшая математика, и даже далеко не все физики обладают возможностью на таком уровне работать.

Я хочу познакомить вас с одним из наиболее сильных физиков нашей страны, его уже нет, это Яков Борисович Зельдович.

Вот он, один из крупнейших физиков в мире, и, наверное, даже самый плодовитый физик в нашей стране. Он трижды герой социалистического труда за разработку ядерного котла, атомной бомбы и водородной бомбы.

Была эпоха, когда все сильные физики работали над ядерным щитом нашей страны. Он занимался как раз изучением черных дыр и много красивых идей родил и отпустил, так сказать в люди, раздал своим ученикам для дальнейшей работы.

Один из самых близких к нему его учеников и сотрудников был Игорь Дмитриевич Новиков.

Он жив и здоров, работает, но я хочу посоветовать вам его довольно старые книги. Если проблемы черных дыр вам интересны, но достаточно глубоким математическим аппаратом вы не обладаете, найдите эти книги: «Черные дыры во Вселенной» (1977 год), «Черные дыры и Вселенная» (1985 год), «Энергетика черных дыр» — замечательные книжки.

Игорь Дмитриевич — не просто сильный физик-теоретик, он замечательный писатель-популяризатор, и три этих его книги о черных дырах — без всякой математики, но очень глубоко, очень физично объясняют процессы, происходящие в черных дырах и рядом с ними, очень советую прочитать.

Ну а если вы действительно обладаете хорошей практической подготовкой, то для вас есть и его вполне глубокие математические работы.

 

1 из 3

- +

1.

2.

3.

Еще один не формальный, а как бы духовный ученик Якова Борисовича Зельдовича — это знаменитый английский физик-теоретик Стивен Хокинг, в позапрошлом году он закончил свою жизнь.

Она была крайне нелегкая, он был инвалид, в конце жизни вообще ни одна мышца в его теле не работала подобающим образом. Тем не менее, мозг его работал хорошо.

Он осуществил очень много интересных, сложных и важных для науки, для космологии и физики исследований черных дыр.

Кстати, он был профессором той самой кафедры, где когда-то работал Ньютон, то есть это физик высшего класса. Он общался, когда начинал свою работу, с группой Зельдовича, и там был обогащен идеями наших физиков-теоретиков. Одну из этих идей он развил, и с тех пор она носит его имя.

Идея вот в чем.

Обычно мы говорим, что черные дыры все притягивают, проглатывают, ничего от себя не отпускают, это, наверное, не совсем так.

Дело в том, что на границе черной дыры могут рождаться пары частиц. Вакуум — это не полная пустота, это некое состояние наинизшей энергии природы, но там могут рождаться и моментально уничтожаться так называемые виртуальные частицы. Они рождаются парами, но поскольку нет источника энергии — они тут же пропадают, но вблизи черной дыры они могут не пропасть.

Гравитация черной дыры может захватить одну из них и проглотить, падая вниз она выделяет энергию, как и любое тело, падающее сверху вниз — как кирпич, падающий с крыши.

За счет этой энергии вторая виртуальная частица становится реальной, настоящей, и покидает эту область. Нам, живущим вдали от черной дыры, это будет казаться так, как будто бы черная дыра излучает частицы света, а может быть не только частицы света, может и реальные частицы — электроны и протоны.

Это называют «хокинговским излучением» черных дыр.

Похоронен Стивен Хокинг там же, где Ньютон и все великие люди Англии. В Вестминстерском Аббатстве. На его надгробии формула, которая сделала его имя бессмертным.

Эта формула отображает температуру черной дыры. То есть черная дыра имеет температуру, значит что-то излучает, а не только поглощает.

А вот человек, благодаря которому мы получили сам термин «черная дыра».

Это американский физик Джон Арчибальд Уилер — именно с его легкого языка слетело и пошло в народ выражение black hole — черная дыра.

Кажется, выражение это придумал не сам Уилер. Во время лекции кто-то из студентов выкрикнул этот термин, но профессор его подхватил и опубликовал.

Благодаря этому, мы термином пользуемся, и он уже навсегда закрепился.

Могут ли черные дыры реально существовать в природе? На бумаге у математиков — да, а в природе? Какая сила может сжать звезду до размеров несколько километров?

Давайте посмотрим, как живет звезда.

Вот эта картинка показывает всю эволюцию нашего Солнца, и подобных ему звезд, родившихся из большого газового облака, сжавшись, разогревшись. Звезда начинает за счет термоядерных реакций поддерживать свою температуру, свое излучение. В нашу эпоху Солнце прожило примерно половину своей биографии, вторую половину оно проживет примерно таким же, не сильно изменяясь, затем начнет быстро менять свою внешность, и, грубо говоря, умирать.

Верхняя часть — оболочка звезды — расширится, в какой-то момент станет немного прохладнее. Ядро звезды сожмется, в этот момент мы называем такие объекты — планетарными туманностями. Очень красиво.

Ядро сожмется и будет все меньше и меньше, потому что там нет уже источника тепла.

На этом этапе мы наблюдаем многие звезды и понимаем, что наша теория вполне работоспособна. Вот звезда, которая была похожа на Солнце, она расширяется, сбрасывает верхнюю часть, свою оболочку. Что с ядром? Какова его судьба? Это зависит от того, какой была сама звезда в начале своей жизни. Образовавшаяся из облака звезда небольшой массы, сбросив оболочку, оставляет после себя компактный, но все-таки достаточно крупный объект — белый карлик.

Он размером примерно с планету, такую планету как наша Земля. Конечно, сжав звезду или половину ее массы до размера Земли мы получаем очень плотный объект, но все-таки это еще не черная дыра.

Если начальная масса звезды была большой, то в конце жизни она не медленно сбрасывает верхние слои, а взрывом. Моментально, в виде гигантского взрыва, который демонстрирует нам на небе вспышку, яркую вспышку звезды. Астрономы называют это сверхновая вспышка. Но термин старый, когда-то астрономы, наблюдая такую вспышку, думали, что новая звезда на небе загорелась. Оказывается нет, это старая —  умерла.

Так вот, ее ядро может стать намного компактнее, плотнее, чем белый карлик, и превратиться в так называемую нейтронную звезду, намного более плотную. Либо еще сильнее сжаться и тогда превратиться в черную дыру. Вот об этом и поговорим…