Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров - Амнуэль Павел (Песах) Рафаэлович - Страница 16

За этими словами стояло предсказание черных дыр.

О звездах, с поверхности которых не может улететь свет, писали в свое время Мичелл и Лаплас. Но физика черных дыр гораздо богаче! И прежде всего, черная дыра — объект не только невидимый, но принципиально нестационарный. Вот это впервые сказали Оппенгеймер и Волков. А несколько месяцев спустя Оппенгеймер и Снайдер впервые описали, как должна выглядеть черная дыра для нас, наблюдающих с Земли, и для гипотетического космонавта, падающего вместе с веществом звезды к ее центру.

Оказывается, далеко не все равно — откуда смотреть!

Одно и то же явление может протекать по-разному, если наблюдать его из различных физических систем отсчета, — так утверждает теория относительности. Время, как вы знаете, сокращается, если двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Но если и вы, и космонавт в ракете движетесь равномерно и прямолинейно, то как узнать, кто из вас имеет субсветовую скорость, а кто — черепашью? С вашей точки зрения, летит он, а с его точки зрения, летите вы. С вашей точки зрения, быстрее состариться должны вы, а с его точки зрения — он. Как это проверить? Вам нужно опять встретиться и сравнить показания часов. Но встретиться-то вы не можете — ведь и вы, и он летите равномерно и прямолинейно в разных направлениях. Чтобы иметь возможность встретиться, кто-то из вас должен развернуться и полететь в обратном направлении. Но тот, кто начнет разворачивать свой корабль, сразу испытает действие ускорения. Тот же, кто летит по-прежнему, никаких ускорений не испытает. А ускорение, согласно принципу эквивалентности, то же самое, что и поле тяжести. Значит, можно считать, что тот, второй космонавт, вовсе не разворачивал звездолет, включая двигатели, а просто оказался на время в поле тяжести какого-то тела. В поле тяжести — мы уже говорили об этом — часы идут медленнее, даже световые колебания совершаются с меньшей частотой. И чем больше ускорение при развороте (то есть чем больше поле тяжести), тем больше замедление времени. Когда вы снова встретитесь с космонавтом, который улетел и вернулся, окажется, что именно он остался молодым — ведь именно его, а не ваши часы шли медленнее…

А теперь вернемся к черной дыре. Представьте, что звезда начала неудержимо сжиматься. Произошел, как говорят астрофизики, катастрофический коллапс, и вы начали падать к центру звезды вместе с ее веществом. Все кругом падает вместе с вами. Вам просто не за что зацепиться взглядом, падает ведь все вещество звезды! И получается, что вы совершенно неподвижны относительно тех частиц вещества, которые летят поблизости от вас и с которыми вы можете сравнивать показания своих часов и длины своих линеек. Вы неподвижны друг относительно друга даже в момент пересечения сферы Шварцшильда. Для вас при пересечении этой страшной поверхности ничего страшного не произойдет! Вы будете все ускорять свое падение и за доли секунды — по вашим часам — окажетесь в центре звезды вместе со всем ее веществом, которое свалится вам на голову (хотя о какой голове можно говорить, если плотность вещества в центре звезды окажется бесконечно большой).

А теперь взглянем на ваше падение с точки зрения астронома, следящего за коллапсом звезды в телескоп.

Вот он видит, как в момент, когда газовое давление перестает уравновешивать тяжесть, звезда вдруг начинает быстро уменьшаться в размерах. За полчаса она сжимается (падает…) от размеров Солнца до радиуса нейтронной звезды. Сжатие продолжается, и вы начинаете замечать странности. Вместо того чтобы ускоряться — ведь сила тяжести растет, — падение замедлилось! Да, с приближением к сфере Шварцшильда сила тяжести устремляется к бесконечности.

Но ведь и время начинает течь бесконечно медленно! Если падающая частица сигнализирует о своем движении, ежесекундно испуская по фотону (по часам, установленным на частице), то вы улавливаете эти фотоны один раз в секунду, один раз в две секунды, один раз в три секунды, в четыре… И при этом энергия фотонов, преодолевших возрастающее поле тяжести, становится все меньше и меньше, пойманные вами фотоны оказываются все «краснее». Те фотоны, которые частица излучит вблизи самой сферы Шварц-шильда, будут отделены для вас друг от друга интервалами в тысячи, десятки тысяч, миллионы лет. А последний фотон, который частица испустит, пересекая сферу Шварцшильда, дойдет до вас за бесконечное время и будет иметь бесконечно малую энергию. Иными словами, вы этот фотон никогда не увидите.

Что же получилось? Звезда для вас как бы застыла. Процессы, которые вы наблюдаете, протекают все медленнее, пока не застывают окончательно. Впрочем, вряд ли вы вообще сможете что-нибудь наблюдать. Ведь красное смещение света будет так велико, что обычные видимые световые волны станут длинными радиоволнами и будут смещаться все дальше и дальше. Вы увидите, как звезда, начав сжиматься, попросту погасла…

Вот какие странные метаморфозы произойдут со звездой, если в ней нечем будет поддерживать равновесие и если начнется катастрофический коллапс. Так утверждает общая теория относительности. А сами эти звезды получили название коллапсирующих. Впоследствии появилось еще одно название — застывшие звезды. Но укоренилось и стало общепринятым более звучное и экстравагантное название — черные дыры. Черные дыры, откуда ни один луч света не может выйти к наблюдателю. Черные дыры, которые все заглатывают своим тяготением. Черные дыры, которые, в сущности, не звезды, а растянутый до бесконечности процесс сжатия звезды. Черные дыры, которые и сейчас представляют для теоретиков, для всех знатоков теории относительности увлекательную и не разрешенную пока загадку. И эти странные особенности коллапсирующего тела были впервые описаны в 1939 году Оппенгеймером и Снайдером…

Итак, следующая проблема в нашем «расследовании»: найти доказательства того, что гибель звезд в 1054, 1572, 1604 годах, как и другие вспышки сверхновых, действительно приводила к появлению таких странных небесных тел, как нейтронные звезды и черные дыры.

К этому мы вернемся в следующей главе, а пока опять немного поговорим о методах. Эйнштейн не пользовался морфологическим анализом и, прежде чем сформулировать свой принцип эквивалентности, не опубликовал на эту тему ни одной ошибочной работы. Дело в том, что в конце прошлого и начале нашего века предлагалось много гипотез для спасения ньютоновской теории тяготения. Проб было достаточно. А Эйнштейн пришел и нашел зерно. Сразу? Нет, этому предшествовали годы размышлений над проблемой тяготения. Годы мысленных проб. И ошибок, конечно. Мышление подобно айсбергу, и чем мудрее ученый, тем глубже погружен этот айсберг. То, что находится над водой, то, что сам ученый называет работой мысли, — это работа сознания. А под водой, скрыто от всех и даже от самого ученого, идет бессознательная работа, идет неосознаваемое решение задачи, подсознательный перебор вариантов.

Психологическая инерция, преодолевать которую мы пока не научились, не позволяет сознанию безумствовать всегда, вводит его в рамки здравого смысла. Из-за этого сознанию бывает очень трудно нащупать решение — оно часто выглядит безумным. Похоже, что у подсознания такого тормоза нет. Далекие ассоциации, невероятные аллегории и аналогии — в эту невидимую игру подсознания и вклинивается вдруг ассоциация, аналогия, несущая решение. Потому часты озарения «во сне» или «на прогулке». Алогичность снов не имеет ничего общего с логикой науки. Этим же отличается гениальная идея от обычной. Уже потом, найдя правильное решение, выплывшее будто бы из «ниоткуда», можно навести мосты логики, построить дорогу от старой идеи к новой. Подсознание проводит пробы, а интуиция выбирает из них верную. Роль интуиции — в выборе, но для того чтобы выбрать, нужно иметь из чего выбирать!.. Поэтому, говоря об Эйнштейне, мы вовсе не опровергаем метод проб и ошибок. Дело в неисследованной пока роли подсознания.

Неизвестно, как работает наше подсознание, но то, что оно перебирает различные идеи — это гипотеза, которая выглядит вполне правдоподобно. То, что решение как бы «всплывает» из подсознания, доказано психологами, да и сами ученые подтверждают. Сократ говорил, что у него есть личный демон, который подсказывает ему мысли. Многие ученые говорят о «внутреннем голосе». Г. Селье писал: «Построение гипотез гораздо меньше зависит от логического мышления, чем думает большинство людей. Ни одна гипотеза не может быть создана, путем только логического рассуждения, потому что она… основывается на недостаточном количестве данных…»