Занимательная астрофизика - Виктор Комаров

Интересно отметить, что несколько лет назад был обнаружен еще один любопытный эффект, возможно, также указывающий на существование в окрестностях Солнечной системы какого-то массивного тела. Этот эффект связан с наблюдением пульсаров. Пульсары — это быстровращающиеся нейтронные звезды. Вследствие вращения регистрируемое радиотелескопами остронаправленное радиоизлучение таких звезд представляет собой серии радиоимпульсов, следующих один за другим (рис. 10). Но так как со временем скорость вращения пульсаров изменяется, то изменяется и частота принимаемых на Земле радиоимпульсов.

Было замечено, что у пульсаров, расположенных в одной половине небесной сферы, эта частота изменяется медленнее, чем у пульсаров, расположенных в другой ее половине. Совершенно очевидно, что подобный эффект не может быть присущ самим пульсарам, а как-то связан с условиями их наблюдения. Одной из возможных причин и является присутствие в окрестностях Солнечной системы достаточно массивного тела. Если такое тело действительно существует, то Солнечная система должна определенным образом смещаться относительно центра масс системы «Солнце — массивное тело». Именно это ускоренное движение и может вызывать тот эффект в наблюдаемом радиоизлучении пульсаров, о котором идет речь.

Естественно возникает вопрос: что представляет собой неизвестное тело, какова его физическая природа? Пока на этот счет можно только строить предположения. В частности, не исключено, что загадочный объект является черной дырой.

Согласно расчетам И. Д. Новикова и Н. С. Кардашева, одна из черных дыр, возможно, образовавшихся на ранней стадии эволюции Вселенной и обладающих сравнительно небольшими массами, может находиться как раз на таком расстоянии от Солнца, на каком предположительно расположено то неизвестное тело, о котором мы только что говорили. Но черные дыры можно наблюдать только по некоторым побочным эффектам, например по эффектам, возникающим вследствие падения на них окружающего вещества. Однако в той области пространства, где находится неизвестное тело, межзвездная среда настолько сильно разрежена, что обнаружить подобный эффект практически невозможно.

Прежде всего, астрономам предстоит по имеющимся данным определить, в каком направлении относительно Солнца находится неизвестный объект, и постараться его непосредственно обнаружить. Если это не черная дыра, а обычное космическое тело — такая задача в принципе вполне разрешима.

Если предварительные выводы ученых подтвердятся, изменит ли это что-либо в окружающем нас мире? Внешне как будто ничего. Но это позволит лучше понять прошлое нашей Солнечной системы, историю ее образования. В частности, академик О. Ю. Шмидт — автор широко известной теории происхождения Земли и планет из холодного газово-пылевого облака — первоначально считал, что это облако было захвачено Солнцем во время его «путешествия» по Галактике. Однако в дальнейшем Шмидт отказался от этой идеи, поскольку, согласно законам механики, захват в системе двух тел невозможен, а в те годы, когда Шмидт создавал свою теорию, реального кандидата на роль «третьего» тела, которое обладало бы необходимой массой и находилось на достаточно близком расстоянии от Солнца и облака, в науке не существовало.

Но если подтвердится, что Солнце в самом деле является одним из компонентов двойной системы и неизвестное тело сравнимо с ним по массе, то положение кардинальным образом изменится и захват облака в принципе может оказаться возможным…

Присутствие массивного тела в Солнечной системе должно оказать определенное влияние на ее дальнейшую эволюцию, и хотя это влияние, скорее всего, может сказаться лишь в очень отдаленном будущем, а может и вообще оказаться несущественным, астрономам в своих расчетах придется принимать его во внимание. Это сделает прогнозирование будущих состояний Солнечной системы более точным и надежным.

Черные дыры

«Первый свой опыт я проделал над куском белой шерстяной материи. До чего же странно было видеть, как эта белая материя постепенно таяла, как струя пара, и затем совершенно исчезла! Мне не верилось, что я это сделал. Я сунул руку в пустоту и нащупал материю, столь же плотную, как и раньше. Я нечаянно дернул ее и она упала на пол. Я не сразу ее нашел»[12]).

Так герой научно-фантастического романа знаменитого английского писателя Герберта Уэллса осуществляет свой первый опыт. Он изобрел способ делать невидимыми различные тела, а затем превратил в невидимку и самого себя.

Любой предмет мы видим потому, что он отражает некоторую часть падающего на него света. Предмет, который бы никаких лучей не отражал, а был для них абсолютно прозрачен, оказался бы невидимым. Однако материальных объектов, удовлетворяющих подобным условиям и существующих в нашем обыденном мире, мы не знаем.

Тем не менее объекты-невидимки, полностью поглощающие любые излучения, а сами абсолютно ничего не излучающие, в принципе могут существовать!..

Двадцатый век принес с собой целый ряд удивительных открытий в области физики и астрономии. Многие из них с трудом укладываются в наши обыденные представления об устройстве окружающего мира, а иногда и вступают с этими представлениями в прямое противоречие.

Но таков закономерный путь развития естествознания. Идет своеобразная цепная реакция: обнаруживаются диковинные явления, а их дальнейшее изучение и осмысление приводит к открытию явлений еще более поразительных…

К числу таких явлений, оказавшихся в последние годы в центре внимания современной астрофизики, относятся и черные дыры. Одно название чего стоит: дыры во Вселенной, да еще черные!..

В начале века А. Эйнштейн разработал одну из наиболее фундаментальных физических теорий — теорию относительности. Собственно говоря, существуют две теории относительности: специальная и общая. Специальная теория (СТО) занимается изучением явлений, происходящих при больших скоростях, близких к скорости света. Общая теория относительности (ОТО) — ее иногда называют эйнштейновской гравитационной теорией — это теория тяготения, пространства и времени, представляющая собой обобщение ньютоновской теории тяготения.

Одним из главных выводов этой теории является вывод о тесной связи между геометрическими свойствами пространства, темпом течения времени и распределением массы. В частности, любые массы искривляют пространство и тем сильнее, чем эти массы больше.

Как известно, классическая физика Ньютона рассматривала пространство Вселенной как пустое «вместилище», в котором расположены небесные тела, взаимодействующие по закону всемирного тяготения.

Если бы из мира исчезла вся материя, говорил Эйнштейн, формулируя для широкой публики различие между классической физикой и общей теорией относительности, то с точки зрения физики Ньютона пространство и время сохранились бы. С точки зрения общей теории относительности с исчезновением материи исчезли-бы пространство и время.

Нет абсолютного пространства и абсолютного времени, единых для всей Вселенной. И пространство, и время — формы существования материи.

Еще в довоенные годы физики рассмотрели любопытную теоретическую возможность: если очень большая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, то под действием собственного тяготения это вещество начинает неудержимо сжиматься. Наступает катастрофа — гравитационный коллапс — падение вещества в точку, где плотность в принципе может достигнуть чуть ли не бес конечной величины…

В процессе коллапса растет концентрация массы, растет в соответствии с общей теорией относительности и кривизна. Дело в том, что сильные поля тяготения существенным образом искривляют пространство в сфере своего действия. Это может проявляться, например, в отклонении от прямолинейного распространения световых лучей вблизи каких-либо масс, в частности, в отклонении света далеких звезд при его прохождении вблизи Солнца.

В конце концов, в результате сжатия наступает момент, начиная с которого ни один физический сигнал не может «вырваться» изнутри коллапсирующего образования наружу, и для внешнего наблюдателя оно как бы перестает существовать. Вот такой объект и называется черной дырой. От него к нам не поступает никакая информация. Ведь любая информация должна иметь «материального носителя» — она не может распространяться сама собой.

Правда, тут следует сделать оговорку. Хотя непосредственно обнаружить черную дыру невозможно, она, строго говоря, невидимкой в том смысле, который вкладывал в это понятие Уэллс, все же не является: мы не можем видеть сквозь нее. Отсюда и название — черная дыра.

Возможно, именно по этой причине теоретическое исследование, о котором шла речь выше, было выполнено по принципу: «рассмотрим некоторую воображаемую ситуацию и попытаемся выяснить, что из нее получается….». О существовании во Вселенной реальных черных дыр в то время не было никаких фактических данных.