Данте так передает свои ощущения от этого полета:
Я видел -- солнцем загорелись дали
Так мощно, что ни ливень, ни поток
Таких озер вовек не расстилали.
Звук был так нов, и свет был так широк,
Что я горел постигнуть их начало;
Столь острый пыл вовек меня не жег...
А спустя пятьсот лет в путешествие навстречу несметным мирам с быстротой солнечных лучей Байрон отправил героев своей мистерии -- Каина и Люцифера. "Лети со мной, как равный, -говорит дьявол Люцифер, двойник гетевского Мефистофеля, воплощение сомнений и дерзаний, -- над бездною пространства -я открою тебе живую летопись миров прошедших, настоящих и грядущих". И Каин отвечает ему:
...О дивный,
Невыразимо дивный мир! И вы,
Несметные, растущие без меры
Громады звезд! Скажите, что такое
И сами вы, и эта голубая
Безбрежная воздушная пустыня,
Где кружитесь вы в бешеном веселье...
Но если бы мы вдруг оказались на чудо-корабле, оснащенном современной техникой и способном, преодолев световой барьер, легко превысить скорость света, -- какие бы картины мироздания открылись бы перед нами?
Профессор. Попробуем представить, исходя из моей концепции световой теории и тороидальной модели фотона (см. выше). Сейчас усиленно разрабатываются и иные теории (в торсионной, в частности, допускаются любые сверхсветовые скорости). Но каким представится мир авторам новейших подходов, пусть они лучше расскажут сами. Итак, познакомимся с устройством разработанного мною (пусть пока воображаемого!) космического корабля. Его помещения оборудованы всеми средствами жизнеобеспечения, необходимыми для длительного космического перелета. Каждый агрегат, устройство, приспособление доведены здесь до совершенства. Запасы питания, которых хватит на многие годы, хранятся в герметичных холодильниках.
Автор. Прекрасно, но ведь не хлебом единым живет космонавт. Что ему придется делать в условиях длительного межзвездного полета?
Профессор. О, чего-чего, а работы и забот ему хватит. Один перечень так называемых штатных операций, которые придется выполнять ежедневно (если время измерять дневными сутками), занял бы объем целой поэмы. Правда, большинство этих операций будет выполняться с помощью автоматов и роботов, что существенно облегчит работу и исключит неритмичность ее выполнения. Не следует забывать, что у автоматических помощников электронная память и они не забывают о своих обязанностях.
Автор. Какие же обязанности будут важнейшими и наиболее сложными?
Профессор. Кроме жизнеобеспечения, к числу важнейших можно отнести работы по навигации космического корабля и управлению его полетом. Задачи навигации чрезвычайно ответственны. От их решения зависит не только точное и своевременное достижение намеченной цели, но и обеспечение безопасности полета: в космическом пространстве движутся многочисленные метеориты и другие тела, а также облака пыли, встреча с которыми может закончиться аварией или даже катастрофой. При околосветовых и сверхсветовых скоростях полета навигация будет осуществляться в основном в автоматическом режиме. Многочисленные органы чувств корабля -- датчики навигационной информации -- способны воспринимать излучения от небесных тел в широком диапазоне частот. Обработка сигналов этих датчиков, выполняемая бортовыми вычислительными машинами, позволяет определить координаты местонахождения корабля и скорость движения относительно звездных ориентиров. Основным ядром навигационного комплекса космического корабля явится автоматическая система для счисления пути относительно инерциального межзвездного пространства.
Автор. Управление движением звездолета, летящего быстрее скорости света, по-видимому, потребует решения новых технических проблем.
Профессор. Конечно, основная научно-техническая проблема связана с созданием ракетного фотонного двигателя, у которого реактивная сила тяги возникает при выбросе летящего потока вещества -- светового потока. Мощные излучатели света, которыми располагает двигатель, создают давление света. Это давление, действуя на корабль, вызывает согласно закону Ньютона ускоренное его движение. В частности, если двигатель будет создавать ускорение, например, равное ускорению силы тяжести на Земле (9,8 м/сек2) в течение 9 месяцев, то корабль будет увеличивать скорость полета и достигнет скорости света. Работа фотонного двигателя обеспечивается мощным источником энергии, в качестве которого могут быть использованы ядерные установки. Управление фотонным двигателем и его ядерной установкой осуществляется системой автоматики, которая регулирует силу тяги двигателя, режимы работы ядерной установки, а также обеспечивает безопасность и надежность функционирования всего энергетического комплекса.
Автор. Но что же увидят космонавты? Ведь самое главное -это выполнение целевой задачи: изучение окружающего звездного мира и раскрытие тайны Вселенной. Конечно, на звездолете имеется много разнообразной научной аппаратуры, которая изучает физические характеристики космической среды, звезд и галактик. Однако самый лучший способ познания Природы, свойственный человеку, все увидеть своими глазами. Итак, к окнам звездолета!
Профессор. При разгоне корабля с перегрузкой в одну единицу они будут чувствовать себя как на земной поверхности. Но вот скорость полета приближается к скорости света. Посмотрим, что произойдет со звездным миром. Удивительная картина! Звезды в передней полусфере, наблюдаемые в переднее окно кабины управления корабля, станут намного ярче, а цвет их -- более синим и даже фиолетовым. Кроме того, они сгрудятся по направлению полета, образуя узорчатый звездный ковер. Мир видится как будто через линзу, которая фокусирует его в сжатое изображение (рис. 124). Другими словами, воочию видятся все те эффекты, которые происходят с потоками света в относительном движении. Наш корабль движется навстречу звездам, которые мы видим в передней полусфере, и скорость V его полета складывается со скоростью С1, излучаемого звездами. Вследствие этого за счет доплеровского эффекта происходит "голубое смещение" спектров излучения звезд: красный спектр переходит в оранжевый и желтый, голубой -- в синий и фиолетовый и т.д. Смещение звезд по направлению полета -- не оптическое искажение окна нашего корабля, а проявления эффекта аберрации света. Наши глаза воспринимают изображения звезд в том направлении, по которому распространяется свет, то есть по направлению вектора результирующей скорости C1, составленного из суммы векторов скорости света относительно излучателя (звезды) и скорости полета корабля (на рис. 124 обозначены: 1, 2, 3 -- видимые звезды; 11, 21, 31 -- истинные положения звезд).
Автор. Обратим внимание на боковые области звездного неба относительно корабля: звезды стали реже в этом пространстве, а их спектры почти не изменились. Но особенно впечатляющая картина сзади корабля: звезды не только разошлись относительно друг друга, но значительно покраснели и стали менее яркими. Многие из них, которые привычно наблюдались в небе, вообще исчезли и стали невидимыми.
Профессор. Здесь наблюдаются те же световые эффекты -доплеровский эффект и аберрация света, но они проявляются как бы с обратными знаками. Действительно, раз корабль удаляется от звезд, расположенных сзади, то доплеровский эффект вызывает красное смещение спектров излучений. Те звезды, у которых спектр излучений был близок к красному или оранжевому, за счет доплеровского эффекта становятся просто невидимыми для человеческого глаза. Если же посмотреть в окно через прибор, обеспечивающий инфракрасное зрение, то многие из этих звезд-невидимок можно вновь обнаружить.
Автор. Но вот наступает знаменательное, можно даже сказать, критическое событие полета: звездолет достигает скорости света и переходит на режим сверхсветового полета. Интересно, что же увидят космонавты, наблюдая картины звездного мира при сверхсветовом полете?
Профессор. Посмотрите вначале (рис. 125) вперед по курсу, а затем в боковой и задней полусферах. В звездном мире случилось что-то невероятное: звезды сгрудились в одно ослепительное облако, по бокам относительно корабля они очень редки, а сзади -- абсолютная темнота.
Автор. Подобные чудеса, пожалуй, нетрудно объяснить. Полет происходит быстрее света, поэтому сам свет, излучаемый звездами сзади, просто не догонит космический корабль. Вследствие этого в задней полусфере и образуется абсолютная чернота космического пространства.
Профессор. Продолжу мысль: свет, излученный ранее, еще до начала полета, находится впереди звездолета, и следовательно, он просто догоняет фотоны и натыкается на них. Вследствие этого чувствительные элементы (или глаза) позволяют увидеть эти звезды не сзади, а впереди корабля. Вот почему в переднем звездном облаке такая неразбериха: ведь мы видим одновременно всю массу звезд, находящихся как в передней (более яркие), так и в задней полусфере (значительно слабее по яркости). Такая накладка изображений значительно усложняет звездную навигацию корабля.
Автор. Но, кроме звезд, впереди корабля обнаруживается еще какое-то странное свечение неба. Что это такое?
Профессор. Космическое пространство заполнено весьма разреженной материей -- атомами, ионами, электронами, фотонами и другими частицами. При полете со скоростью менее скорости света такие частицы сталкиваются с кораблем, вызывая при этом постепенное разрушение его поверхностной оболочки, наружного оборудования и смотровых стекол кабин корабля. Подобные столкновения регистрируются приборами в виде отдельных вспышек. Но при скорости полета быстрее света частота встреч становится столь значительной, что для наблюдателя они сливаются в некоторый фон звездного неба.
Автор. Путешествуя вместе с нами в мире звезд, читатель, может быть, задает вопрос: почему же он не видит картин прошлого.
Профессор. Картины земной жизни, проходившей в прошедшие времена, в виде потоков света, излученных материальными объектами, давно уже рассеялись и поглотились окружающей средой. Земная атмосфера поглощает значительную долю световой энергии, особенно в голубом и ультрафиолетовом спектрах. Кроме того, излучения предметов распространяются во все стороны веерообразно, и по мере удаления их видимый облик расплывается и слабеет. Таким образом, в межзвездном полете хотя и может встретиться какой-либо фотон -- участник древних событий, но составить картину по нему не представляется возможным.
Автор. В такой странной и искаженной картине звездного мира путешественников подстерегают опасности: корабль летит с огромной скоростью, а небесные тела на самом деле никуда не исчезают и остаются на своих местах. Ведь, кроме видимых объектов, могут быть встречи и с "черными дырами", которые своим мощным гравитационным полем только "сосут Вселенную", притягивая к себе все материальное и не отдавая назад ничего, даже свет.
Профессор. Конечно, опасность сверхсветового полета чрезвычайно велика. Правда, известные еще до полета места нахождения небесных тел могут быть заложены в память бортовых ЭВМ. Однако встреча с таким "хищником", как черная дыра, вполне возможна. Обнаружить приближение такого объекта можно с помощью системы гравиметров (рис. 126), размещенных на корабле, и специальных зондов-разведчиков, выпускаемых во время полета для изучения окружающего пространства. Поскольку "черная дыра" обладает мощным гравитационным полем, то силу его притяжения можно обнаружить, измеряя градиент этого поля с помощью системы гравиметров. Конечно, даже минуя такого "хищника", следует учитывать, что его гравитационное поле может изменить траекторию и скорость полета.
В ОБЪЯТИЯХ "ЧЕРНОЙ ДЫРЫ"
Да, действительно, "черным дырам" в последнее время часто посвящаются статьи в научных, научно-популярных и научно-фантастических изданиях. Что же они такое? Как известно, под "черными дырами" понимаются такие области пространства-времени, из которых ничто, даже свет, не может вырваться наружу, так как в них чрезвычайно сильно действует гравитация. Мысль о существовании столь экстравагантных звезд, поле тяготения которых сможет удерживать свет и делать саму звезду невидимой, высказывал еще Лаплас. Тогда эта гипотеза оказалась невостребованной. Настоящая мода на "черные дыры" возникла в 60-е годы нынешнего века на волне релятивистского бума. Появились различные конкурирующие теории "черных дыр". В них видели ключ к разгадке многих тайн Вселенной.
Особенно популярной стала тема воображаемых путешествий в окрестности "черных дыр" и даже в самое их нутро. Разработано несколько математических моделей подобных в принципе невозможных путешествий (с чем согласны и сами разработчики "виртуальных" проектов), опубликовано множество статей и книг. Одно из типичных описаний, заимствованное из книги У. Кауфмана "Космические рубежи теории относительности" (М., 1981), позволяет проникнуть не только в умопомрачительный мир "черных дыр", но и в мир парадоксального мышления современных космологов-релятивистов.
Представим человека, падающего в "черную дыру", -- так обычно начинаются описания невероятных мыслепутешествий. Предположим, что он падает вниз ногами. Падение все время свободное, так что человек находится в состоянии невесомости. Однако при сближении с "черной дырой" он начинает ощущать нечто необычное, поскольку его ноги оказываются ближе к "черной дыре", чем голова. Дело в том, что ноги будут падать быстрее головы. В результате "экспериментатор" станет вытягиваться в длинную тонкую нить. К моменту пересечения горизонта событий его длина может достичь сотни километров. Популяризатор осознает, что падение в "черную дыру" -- занятие не из приятных, ибо еще задолго до того, как испытуемый приблизится к фотонной сфере, его тело будет разорвано приливными силами невероятной мощи.
Могут ли вообще возникать сами "черные дыры"? Не потребуется ли бесконечно длительный срок (с нашей точки зрения) для того, чтобы поверхность умирающей звезды достигла горизонта событий? И да, и нет! -- считают теоретики. Безусловно верно, что последние несколько атомов на поверхности коллапсирующей звезды никогда не уйдут за горизонт событий. Но дело не в этом. Ведь, согласно математическим расчетам, вся звезда становится практически "черной" уже спустя несколько тысячных секунды после начала коллапса. И при формировании горизонта событий можно считать, что почти вся звезда уже очутилась за горизонтом. Вещество под горизонтом событий очень быстро падает на сингулярность. На трехмерной диаграмме пространства-времени эта картина выглядит следующим образом (рис. 127).
Радиус горизонта событий часто называют шварцшильдовским радиусом (автор решения Шварцшильд). Как только необходимое количество вещества уйдет под шварцшильдовский радиус, образуется горизонт событий, и это вещество оказывается в ловушке, где оно коллапсирует до самой сингулярности. А несколько замешкавшихся атомов из внешних слоев умирающей звезды так и не смогут никогда перебраться под горизонт событий и обречены вечно парить над поверхностью со шварцшильдовским радиусом.
Чтобы лучше разобраться в структуре "черных дыр", представьте себе воображаемое путешествие на космическом корабле, оборудованном большими смотровыми иллюминаторами. Используя такую "технику", можно узнать, что увидели бы бесстрашные астронавты, если бы они действительно отправились в путешествие к различным типам "черных дыр", в сами эти дыры и даже сквозь них.
Шварцшильдовские радиусы черных дыр,
обладающих разными массами
________________________________________________________________
Масса черной дыры Шварцшильдовский радиус
(радиус горизонта событий) ________________________________________________________________
1 т 13.10- 15 ангстрем
106 т 13.10- 9 ангстрем
1012 т 13.10- 3 ангстрем
1015 т 13 ангстрем
1 масса Земли 0,8 см
1 масса Юпитера 2,8 м
1 масса Солнца 3 км
2 массы Солнца 6 км
3 массы Солнца 9 км
5 масс Солнца 15 км
10 масс Солнца 30 км
50 масс Солнца 150 км
100 масс Солнца 300 км
103 масс Солнца 3.103 км
106 масс Солнца 10 световых секунд
109 масс Солнца 2,8 свет. часов
1012 масс Солнца 117 свет. дней
1015 масс Солнца 320 свет. лет
_______________________________________________________________________
Вообразим космический корабль, показанный на рисунке 128. Он снабжен двумя большими иллюминаторами. Носовой иллюминатор смотрит прямо в центр "черной дыры", а кормовой -- в противоположном направлении. Из каждого иллюминатора видна половина всего неба. Космический корабль обладает очень мощными ракетными двигателями, позволяющими ему удерживаться на разных высотах над горизонтом событий. На борту корабля находятся два астронома, которые фотографируют с различных расстояний от черной дыры все, что им видно из иллюминаторов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Я видел -- солнцем загорелись дали
Так мощно, что ни ливень, ни поток
Таких озер вовек не расстилали.
Звук был так нов, и свет был так широк,
Что я горел постигнуть их начало;
Столь острый пыл вовек меня не жег...
А спустя пятьсот лет в путешествие навстречу несметным мирам с быстротой солнечных лучей Байрон отправил героев своей мистерии -- Каина и Люцифера. "Лети со мной, как равный, -говорит дьявол Люцифер, двойник гетевского Мефистофеля, воплощение сомнений и дерзаний, -- над бездною пространства -я открою тебе живую летопись миров прошедших, настоящих и грядущих". И Каин отвечает ему:
...О дивный,
Невыразимо дивный мир! И вы,
Несметные, растущие без меры
Громады звезд! Скажите, что такое
И сами вы, и эта голубая
Безбрежная воздушная пустыня,
Где кружитесь вы в бешеном веселье...
Но если бы мы вдруг оказались на чудо-корабле, оснащенном современной техникой и способном, преодолев световой барьер, легко превысить скорость света, -- какие бы картины мироздания открылись бы перед нами?
Профессор. Попробуем представить, исходя из моей концепции световой теории и тороидальной модели фотона (см. выше). Сейчас усиленно разрабатываются и иные теории (в торсионной, в частности, допускаются любые сверхсветовые скорости). Но каким представится мир авторам новейших подходов, пусть они лучше расскажут сами. Итак, познакомимся с устройством разработанного мною (пусть пока воображаемого!) космического корабля. Его помещения оборудованы всеми средствами жизнеобеспечения, необходимыми для длительного космического перелета. Каждый агрегат, устройство, приспособление доведены здесь до совершенства. Запасы питания, которых хватит на многие годы, хранятся в герметичных холодильниках.
Автор. Прекрасно, но ведь не хлебом единым живет космонавт. Что ему придется делать в условиях длительного межзвездного полета?
Профессор. О, чего-чего, а работы и забот ему хватит. Один перечень так называемых штатных операций, которые придется выполнять ежедневно (если время измерять дневными сутками), занял бы объем целой поэмы. Правда, большинство этих операций будет выполняться с помощью автоматов и роботов, что существенно облегчит работу и исключит неритмичность ее выполнения. Не следует забывать, что у автоматических помощников электронная память и они не забывают о своих обязанностях.
Автор. Какие же обязанности будут важнейшими и наиболее сложными?
Профессор. Кроме жизнеобеспечения, к числу важнейших можно отнести работы по навигации космического корабля и управлению его полетом. Задачи навигации чрезвычайно ответственны. От их решения зависит не только точное и своевременное достижение намеченной цели, но и обеспечение безопасности полета: в космическом пространстве движутся многочисленные метеориты и другие тела, а также облака пыли, встреча с которыми может закончиться аварией или даже катастрофой. При околосветовых и сверхсветовых скоростях полета навигация будет осуществляться в основном в автоматическом режиме. Многочисленные органы чувств корабля -- датчики навигационной информации -- способны воспринимать излучения от небесных тел в широком диапазоне частот. Обработка сигналов этих датчиков, выполняемая бортовыми вычислительными машинами, позволяет определить координаты местонахождения корабля и скорость движения относительно звездных ориентиров. Основным ядром навигационного комплекса космического корабля явится автоматическая система для счисления пути относительно инерциального межзвездного пространства.
Автор. Управление движением звездолета, летящего быстрее скорости света, по-видимому, потребует решения новых технических проблем.
Профессор. Конечно, основная научно-техническая проблема связана с созданием ракетного фотонного двигателя, у которого реактивная сила тяги возникает при выбросе летящего потока вещества -- светового потока. Мощные излучатели света, которыми располагает двигатель, создают давление света. Это давление, действуя на корабль, вызывает согласно закону Ньютона ускоренное его движение. В частности, если двигатель будет создавать ускорение, например, равное ускорению силы тяжести на Земле (9,8 м/сек2) в течение 9 месяцев, то корабль будет увеличивать скорость полета и достигнет скорости света. Работа фотонного двигателя обеспечивается мощным источником энергии, в качестве которого могут быть использованы ядерные установки. Управление фотонным двигателем и его ядерной установкой осуществляется системой автоматики, которая регулирует силу тяги двигателя, режимы работы ядерной установки, а также обеспечивает безопасность и надежность функционирования всего энергетического комплекса.
Автор. Но что же увидят космонавты? Ведь самое главное -это выполнение целевой задачи: изучение окружающего звездного мира и раскрытие тайны Вселенной. Конечно, на звездолете имеется много разнообразной научной аппаратуры, которая изучает физические характеристики космической среды, звезд и галактик. Однако самый лучший способ познания Природы, свойственный человеку, все увидеть своими глазами. Итак, к окнам звездолета!
Профессор. При разгоне корабля с перегрузкой в одну единицу они будут чувствовать себя как на земной поверхности. Но вот скорость полета приближается к скорости света. Посмотрим, что произойдет со звездным миром. Удивительная картина! Звезды в передней полусфере, наблюдаемые в переднее окно кабины управления корабля, станут намного ярче, а цвет их -- более синим и даже фиолетовым. Кроме того, они сгрудятся по направлению полета, образуя узорчатый звездный ковер. Мир видится как будто через линзу, которая фокусирует его в сжатое изображение (рис. 124). Другими словами, воочию видятся все те эффекты, которые происходят с потоками света в относительном движении. Наш корабль движется навстречу звездам, которые мы видим в передней полусфере, и скорость V его полета складывается со скоростью С1, излучаемого звездами. Вследствие этого за счет доплеровского эффекта происходит "голубое смещение" спектров излучения звезд: красный спектр переходит в оранжевый и желтый, голубой -- в синий и фиолетовый и т.д. Смещение звезд по направлению полета -- не оптическое искажение окна нашего корабля, а проявления эффекта аберрации света. Наши глаза воспринимают изображения звезд в том направлении, по которому распространяется свет, то есть по направлению вектора результирующей скорости C1, составленного из суммы векторов скорости света относительно излучателя (звезды) и скорости полета корабля (на рис. 124 обозначены: 1, 2, 3 -- видимые звезды; 11, 21, 31 -- истинные положения звезд).
Автор. Обратим внимание на боковые области звездного неба относительно корабля: звезды стали реже в этом пространстве, а их спектры почти не изменились. Но особенно впечатляющая картина сзади корабля: звезды не только разошлись относительно друг друга, но значительно покраснели и стали менее яркими. Многие из них, которые привычно наблюдались в небе, вообще исчезли и стали невидимыми.
Профессор. Здесь наблюдаются те же световые эффекты -доплеровский эффект и аберрация света, но они проявляются как бы с обратными знаками. Действительно, раз корабль удаляется от звезд, расположенных сзади, то доплеровский эффект вызывает красное смещение спектров излучений. Те звезды, у которых спектр излучений был близок к красному или оранжевому, за счет доплеровского эффекта становятся просто невидимыми для человеческого глаза. Если же посмотреть в окно через прибор, обеспечивающий инфракрасное зрение, то многие из этих звезд-невидимок можно вновь обнаружить.
Автор. Но вот наступает знаменательное, можно даже сказать, критическое событие полета: звездолет достигает скорости света и переходит на режим сверхсветового полета. Интересно, что же увидят космонавты, наблюдая картины звездного мира при сверхсветовом полете?
Профессор. Посмотрите вначале (рис. 125) вперед по курсу, а затем в боковой и задней полусферах. В звездном мире случилось что-то невероятное: звезды сгрудились в одно ослепительное облако, по бокам относительно корабля они очень редки, а сзади -- абсолютная темнота.
Автор. Подобные чудеса, пожалуй, нетрудно объяснить. Полет происходит быстрее света, поэтому сам свет, излучаемый звездами сзади, просто не догонит космический корабль. Вследствие этого в задней полусфере и образуется абсолютная чернота космического пространства.
Профессор. Продолжу мысль: свет, излученный ранее, еще до начала полета, находится впереди звездолета, и следовательно, он просто догоняет фотоны и натыкается на них. Вследствие этого чувствительные элементы (или глаза) позволяют увидеть эти звезды не сзади, а впереди корабля. Вот почему в переднем звездном облаке такая неразбериха: ведь мы видим одновременно всю массу звезд, находящихся как в передней (более яркие), так и в задней полусфере (значительно слабее по яркости). Такая накладка изображений значительно усложняет звездную навигацию корабля.
Автор. Но, кроме звезд, впереди корабля обнаруживается еще какое-то странное свечение неба. Что это такое?
Профессор. Космическое пространство заполнено весьма разреженной материей -- атомами, ионами, электронами, фотонами и другими частицами. При полете со скоростью менее скорости света такие частицы сталкиваются с кораблем, вызывая при этом постепенное разрушение его поверхностной оболочки, наружного оборудования и смотровых стекол кабин корабля. Подобные столкновения регистрируются приборами в виде отдельных вспышек. Но при скорости полета быстрее света частота встреч становится столь значительной, что для наблюдателя они сливаются в некоторый фон звездного неба.
Автор. Путешествуя вместе с нами в мире звезд, читатель, может быть, задает вопрос: почему же он не видит картин прошлого.
Профессор. Картины земной жизни, проходившей в прошедшие времена, в виде потоков света, излученных материальными объектами, давно уже рассеялись и поглотились окружающей средой. Земная атмосфера поглощает значительную долю световой энергии, особенно в голубом и ультрафиолетовом спектрах. Кроме того, излучения предметов распространяются во все стороны веерообразно, и по мере удаления их видимый облик расплывается и слабеет. Таким образом, в межзвездном полете хотя и может встретиться какой-либо фотон -- участник древних событий, но составить картину по нему не представляется возможным.
Автор. В такой странной и искаженной картине звездного мира путешественников подстерегают опасности: корабль летит с огромной скоростью, а небесные тела на самом деле никуда не исчезают и остаются на своих местах. Ведь, кроме видимых объектов, могут быть встречи и с "черными дырами", которые своим мощным гравитационным полем только "сосут Вселенную", притягивая к себе все материальное и не отдавая назад ничего, даже свет.
Профессор. Конечно, опасность сверхсветового полета чрезвычайно велика. Правда, известные еще до полета места нахождения небесных тел могут быть заложены в память бортовых ЭВМ. Однако встреча с таким "хищником", как черная дыра, вполне возможна. Обнаружить приближение такого объекта можно с помощью системы гравиметров (рис. 126), размещенных на корабле, и специальных зондов-разведчиков, выпускаемых во время полета для изучения окружающего пространства. Поскольку "черная дыра" обладает мощным гравитационным полем, то силу его притяжения можно обнаружить, измеряя градиент этого поля с помощью системы гравиметров. Конечно, даже минуя такого "хищника", следует учитывать, что его гравитационное поле может изменить траекторию и скорость полета.
В ОБЪЯТИЯХ "ЧЕРНОЙ ДЫРЫ"
Да, действительно, "черным дырам" в последнее время часто посвящаются статьи в научных, научно-популярных и научно-фантастических изданиях. Что же они такое? Как известно, под "черными дырами" понимаются такие области пространства-времени, из которых ничто, даже свет, не может вырваться наружу, так как в них чрезвычайно сильно действует гравитация. Мысль о существовании столь экстравагантных звезд, поле тяготения которых сможет удерживать свет и делать саму звезду невидимой, высказывал еще Лаплас. Тогда эта гипотеза оказалась невостребованной. Настоящая мода на "черные дыры" возникла в 60-е годы нынешнего века на волне релятивистского бума. Появились различные конкурирующие теории "черных дыр". В них видели ключ к разгадке многих тайн Вселенной.
Особенно популярной стала тема воображаемых путешествий в окрестности "черных дыр" и даже в самое их нутро. Разработано несколько математических моделей подобных в принципе невозможных путешествий (с чем согласны и сами разработчики "виртуальных" проектов), опубликовано множество статей и книг. Одно из типичных описаний, заимствованное из книги У. Кауфмана "Космические рубежи теории относительности" (М., 1981), позволяет проникнуть не только в умопомрачительный мир "черных дыр", но и в мир парадоксального мышления современных космологов-релятивистов.
Представим человека, падающего в "черную дыру", -- так обычно начинаются описания невероятных мыслепутешествий. Предположим, что он падает вниз ногами. Падение все время свободное, так что человек находится в состоянии невесомости. Однако при сближении с "черной дырой" он начинает ощущать нечто необычное, поскольку его ноги оказываются ближе к "черной дыре", чем голова. Дело в том, что ноги будут падать быстрее головы. В результате "экспериментатор" станет вытягиваться в длинную тонкую нить. К моменту пересечения горизонта событий его длина может достичь сотни километров. Популяризатор осознает, что падение в "черную дыру" -- занятие не из приятных, ибо еще задолго до того, как испытуемый приблизится к фотонной сфере, его тело будет разорвано приливными силами невероятной мощи.
Могут ли вообще возникать сами "черные дыры"? Не потребуется ли бесконечно длительный срок (с нашей точки зрения) для того, чтобы поверхность умирающей звезды достигла горизонта событий? И да, и нет! -- считают теоретики. Безусловно верно, что последние несколько атомов на поверхности коллапсирующей звезды никогда не уйдут за горизонт событий. Но дело не в этом. Ведь, согласно математическим расчетам, вся звезда становится практически "черной" уже спустя несколько тысячных секунды после начала коллапса. И при формировании горизонта событий можно считать, что почти вся звезда уже очутилась за горизонтом. Вещество под горизонтом событий очень быстро падает на сингулярность. На трехмерной диаграмме пространства-времени эта картина выглядит следующим образом (рис. 127).
Радиус горизонта событий часто называют шварцшильдовским радиусом (автор решения Шварцшильд). Как только необходимое количество вещества уйдет под шварцшильдовский радиус, образуется горизонт событий, и это вещество оказывается в ловушке, где оно коллапсирует до самой сингулярности. А несколько замешкавшихся атомов из внешних слоев умирающей звезды так и не смогут никогда перебраться под горизонт событий и обречены вечно парить над поверхностью со шварцшильдовским радиусом.
Чтобы лучше разобраться в структуре "черных дыр", представьте себе воображаемое путешествие на космическом корабле, оборудованном большими смотровыми иллюминаторами. Используя такую "технику", можно узнать, что увидели бы бесстрашные астронавты, если бы они действительно отправились в путешествие к различным типам "черных дыр", в сами эти дыры и даже сквозь них.
Шварцшильдовские радиусы черных дыр,
обладающих разными массами
________________________________________________________________
Масса черной дыры Шварцшильдовский радиус
(радиус горизонта событий) ________________________________________________________________
1 т 13.10- 15 ангстрем
106 т 13.10- 9 ангстрем
1012 т 13.10- 3 ангстрем
1015 т 13 ангстрем
1 масса Земли 0,8 см
1 масса Юпитера 2,8 м
1 масса Солнца 3 км
2 массы Солнца 6 км
3 массы Солнца 9 км
5 масс Солнца 15 км
10 масс Солнца 30 км
50 масс Солнца 150 км
100 масс Солнца 300 км
103 масс Солнца 3.103 км
106 масс Солнца 10 световых секунд
109 масс Солнца 2,8 свет. часов
1012 масс Солнца 117 свет. дней
1015 масс Солнца 320 свет. лет
_______________________________________________________________________
Вообразим космический корабль, показанный на рисунке 128. Он снабжен двумя большими иллюминаторами. Носовой иллюминатор смотрит прямо в центр "черной дыры", а кормовой -- в противоположном направлении. Из каждого иллюминатора видна половина всего неба. Космический корабль обладает очень мощными ракетными двигателями, позволяющими ему удерживаться на разных высотах над горизонтом событий. На борту корабля находятся два астронома, которые фотографируют с различных расстояний от черной дыры все, что им видно из иллюминаторов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55