Астрофизики считают, что черные дыры чаще всего образуются в результате коллапса нейтронных звезд, когда при сжатии их гравитационное поле все больше и больше уплотняется, и наконец звезда сжимается до такой степени, что свет уже не может преодолеть ее притяжения. Радиус, до которого должна сжаться звезда, чтобы превратиться в черную дыру, называется гравитационным радиусом. Для массивных звезд он составляет несколько десятков километров. Есть ли реальные подтверждения существования черных дыр? Пока астрономы осторожно говорят о «кандидатах в застывшие звезды». Под черными дырами понимаются массивные и компактные сгустки вещества, для преодоления притяжения которых уже не хватает скорости света, поэтому коллапсары не могут светить ни своим, ни отраженным светом.
Теперь понятно, что логика экстремальных построений великого физика могла привести только к одной модели дальнейшего развития части или даже всего окружающего мира. Это была проективная схема роста силы тяготения по мере стягивания всех окружающих тел в одну точку. Эта космическая потенциальная яма в виде гравитационного провала и должна была, по мысли Ньютона, через несколько столетий поглотить человеческую цивилизацию. Однако «гравитационный провал пространства» – это что-то знакомое… Действительно, это, пожалуй, одно из самых популярных сегодня небесных тел – гравитационный коллапсар, или черная дыра!
В 1783 году английский математик Дж. Мичелл, а спустя 13 лет французский астроном и математик П. С. Лаплас рассмотрели условия, при которых свет не сможет покинуть звезду. Логика ученых была проста. Для любой планеты или звезды можно вычислить вторую космическую скорость убегания, позволяющую любому телу навсегда ее покинуть. В физике того времени господствовала ньютоновская теория света как потока частиц. Скорость убегания частиц можно рассчитать, исходя из равенства потенциальной энергии на поверхности планеты и кинетической энергии тела, улетевшего на бесконечно большое расстояние. Отсюда легко получить радиус тела заданной массы (позднее названный гравитационным радиусом), при котором скорость убегания равна скорости света. Это означает, что звезда, сжатая в сферу с гравитационным радиусом, перестанет излучать – свет не сможет покинуть ее. Во Вселенной возникнет черная дыра.
Сегодня трудно найти образованного человека, который бы не слышал о черных дырах. При этом не проще отыскать того, кто мог бы внятно рассказать об этих таинственных провалах Вселенной. Разумеется, для астрофизиков черные дыры давно являются привычными объектами исследования и астрономы могут предложить большой выбор небесных кандидатов на это звание. Среди них можно встретить и карликовые экземпляры массой порядка солнечной, которые образовались в результате гравитационного сжатия звезд, и сверхмассивные объекты в сотни солнечных масс, которые родились при сжатии целых звездных скоплений в центрах галактик. Кроме этого, физики-теоретики настойчиво предсказывают существование микроскопических черных дыр, которые физики-экспериментаторы не менее настойчиво ищут в потоках космических лучей сверхвысоких энергий.
Физики-теоретики описывают коллапсары как самоподдержи-вающиеся гравитационные поля, сконцентрированные в сильно искривленных областях пространства-времени. Несложно рассчитать, что Солнце превратится в черную дыру, если сожмется до объекта с радиусом примерно три километра. Плотность его вещества при этом достигнет невообразимой величины. Радиус Земли, сжатой до состояния черной дыры, уменьшился бы примерно до одного сантиметра.
Сам по себе термин «черная дыра» появился в конце 60-х годов прошлого века. Его появление связывают с научно-популярными статьями знаменитого американского физика Дж. Уилера. Термин мгновенно прижился, вытеснив ранее использовавшиеся выражения «темные звезды», «замерзшие звезды», «коллапсары» и «застывшие звезды».
История открытия коллапсаров включает несколько основных этапов. Впервые их чисто формально, как объекты, для которых вторая космическая скорость больше скорости света, предсказали в конце XVIII века Дж. Мичелл и П. С. Лаплас. Их расчеты основывались на теории тяготения Ньютона и его корпускулярной природе света. В 1783 году профессор Кембриджского университета Дж. Мичелл, физик, астроном и геолог, попытался объединить два великих творения Ньютона – механику и оптику. Ньютон считал свет потоком мельчайших частиц. Мичелл предположил, что световые корпускулы, как и обычная материя, подчиняются законам механики. Эта гипотеза привела к парадоксальному выводу: оказалось, что небесные тела могут превратиться в ловушки для света.
Мичелл считал, что частица света, как и пушечное ядро, выстреленное с поверхности планеты, полностью преодолеет ее притяжение, только если его начальная скорость превысит значение, называемое теперь второй космической скоростью и скоростью убегания. Используя законы Ньютона, Мичелл рассчитал, что если бы звезда с массой Солнца имела радиус не более трех километров, то даже частицы света не могли бы улететь далеко от такой звезды. Если гравитация звезды столь сильна, что скорость убегания превышает скорость света, выпущенные в зенит световые корпускулы не смогут уйти в бесконечность. Это же произойдет и с отраженным светом.
Эту идею Мичелл представил на заседании Лондонского королевского общества 27 ноября 1783 года. Идеи ученого на какое-то время привлекли внимание научных кругов, но последователей он не обрел. Прошло 13 лет, и французский натурфилософ П. С. Лаплас, по всей видимости, незнакомый с работами Мичелла, пришел к аналогичному выводу. Однако вскоре было доказано, что свет – это волновое явление. Так родилась концепция ньютоновской черной дыры. Масса такой звезды должна была бы в десятки миллионов раз превосходить солнечную, кроме того, в физике победила концепция волновой природы света, противоречащая модели темных звезд. Так замечательные первые модели коллапсаров Мичелла – Лапласа были забыты на долгие годы. Все, что касалось соображений о взаимодействии света и гравитации, Лаплас вычеркнул в последующих изданиях своих работ. Казалось невероятным, что в природе могут найтись силы, способные сжать звезду до столь ничтожных размеров, поэтому выводы из работ Мичелла и Лапласа более 100 лет считались чем-то вроде математического парадокса, не имеющего физического смысла.
Однако из пыльных глубин архивов появились оригинальные рукописи Ньютона с «физическим» прогнозом гравитационного конца света, и после очищения от религиозно-мистического камуфляжа они встали в стройный логический ряд с работами Мичелла и Лапласа, посвященными ньютоновским черным дырам.
Осталась еще одна тайна, которую пытаются выяснить историки науки: что скрывается за расчетами, планами и чертежами некой странной установки, зашифрованной великим физиком как «Иерусалимский храм»?
Ведь существует совершенно фантастический проект массовой генерации гравитационных коллапсаров при взаимодействии очень энергичных встречных пучков элементарных частиц на мощных ускорителях – коллайдерах. Значение факта существования черных дыр для науки трудно переоценить, их «космологический» смысл выходит далеко за рамки астрономии и физики элементарных частиц. При изучении этих таинственнейших небесных тел исследователи надеются глубоко продвинуться в понимании фундаментальных вопросов сущности пространства и времени, структуры окружающей физической реальности и множественности нашего мира в иных измерениях.
