Тайны пространства и времени

А сфера, радиус которой равен гравитационному, получила название «сферы Шварцшильда». Любое тело, оказавшееся на поверхности этой сферы, не может оставаться неподвижным – оно должно падать внутрь. Иногда эту сферу называют еще «горизонтом черной дыры».

На поверхности, радиус которой для данной массы равен гравитационному, сила тяготения практически становится бесконечно большой. И для того чтобы ее преодолеть и оторваться от черной дыры, надо было бы развить вторую космическую скорость, превосходящую скорость света. Вот почему черная дыра ничего не выпускает наружу.

В то же время она может втягивать в себя окружающее вещество, увеличивая при этом свои размеры.

Таким образом, возможность образования черных дыр в принципе можно объяснить и с точки зрения классической механики Ньютона. На это еще в конце XVIII века обратил внимание П. Лаплас. Однако полная теория физических процессов, происходящих в черных дырах и описывающая весь комплекс связанных с ними явлений, может быть построена только с позиций общей теории относительности.

Для внешнего наблюдателя процесс сжатия коллапсирующего вещества будет протекать бесконечно длительное время. И, как показывают расчеты, момента вхождения массы «под» гравитационный радиус он вообще никогда не дождется, так как вблизи границы черной дыры время практически останавливается.

Иную картину увидел бы воображаемый наблюдатель, падающий вместе с веществом в черную дыру. Он за конечный промежуток времени достиг бы гравитационного радиуса и продолжал падение к центру черной дыры.

Таким образом, ход времени вне черной дыры и внутри нее оказывается качественно различимым. С точки зрения обычной «земной» логики и здравого смысла, опирающегося на круг явлений, привычных для человека и протекающих в привычной для него среде обитания, эти рассуждения о неодинаковом ходе времени могут показаться по меньшей мере странными и противоречивыми. Но они, тем не менее, соответствуют реальности.

Вещество, оказавшееся внутри черной дыры, продолжает падать к ее центру, где в результате образуется так называемая сингулярность, то есть точечный объект, в котором плотность вещества достигает бесконечной величины!

Кстати, заметим, что на протяжении длительного времени в теории горячей расширяющейся Вселенной также считалось, что наша Метагалактика образовалась из точечной так называемой космологической сингулярности, которую еще образно иногда именовали «первоатомом». Это событие – Большой Взрыв – и предопределило дальнейшее расширение Вселенной.

В теории горячей расширяющейся Вселенной закономерно возникает и такой вопрос: а что было до начала расширения, то есть до момента времени t = 0? И если не было ничего, то откуда вообще могла возникнуть наша Вселенная? По мнению А.Д. Линде, это «один из наиболее мучительных вопросов, стоящих перед космологами».

В связи с этим некоторые теоретики, в частности, Я.Б. Зельдович, попытались разрубить этот «гордиев узел» с помощью идеи возникновения Вселенной «из ничего», в результате так называемой квантовой флюктуации. Подобная идея и была по сути дела реализована в «инфляционной теории».

Именно от момента «космологической сингулярности» обычно отсчитывался возраст нашей Вселенной. При этом начальный «момент времени» на оси времени предшествовал на 10^-43 с (так называемый планковский интервал) тому моменту, когда Вселенная вышла из сингулярного «планковского» состояния и в ней начали проявлять себя те фундаментальные законы физики, которые пришли на смену законам «квантовой гравитации», управлявшим всеми процессами в эпоху от 0 до 10^-43 с.

Что же касается сингулярности внутри черной дыры, то скорее всего это не математический точечный объект, а так называемая планковская сингулярность, обладающая размером 10^-33 сантиметра.

Следует особо подчеркнуть, что в «планковской фазе» фундаментальные законы современной физики не действуют, не работают. Таким образом, и вся современная фундаментальная физика в целом, как и отдельные физические теории, тоже имеет определенные границы применимости. Поэтому мы не располагаем теоретическими средствами, с помощью которых можно было бы описать, что именно происходило на «сингулярной стадии» раздувания. Чтобы решить эту проблему, потребуется создание единой «квантово-гравитационной теории», которая была бы применима к описанию структуры, свойств и эволюции физического вакуума. Но создание подобной теории – дело будущего.

И это справедливо не только по отношению к сингулярностям, заключенным внутри черных дыр, но и по отношению к той «космологической сингулярности», которая возможно существовала в момент начала нашей Вселенной. По словам советского физика-теоретика А. Старобинского, «внутри планковской области… может быть что угодно. Точно так же, как и внутри черных дыр».

Возникает вопрос: каково будущее вещества, которое оказалось втянутым в черную дыру? Окажется ли оно «захороненным» в ней на вечные времена или все же может при определенных обстоятельствах «возвращаться» во Вселенную?