Если поймать на улице любого конопатого мальчишку и задать ему всего лишь один простой вопрос, то сразу становится ясно – дело плохо. Потому что на вопрос о том, кто открыл чёрные дыры, наш собеседник, поправив пионерский галстук, не моргнув глазом ответит – чёрные дыры открыл этот, как его… Вайнштейн! У него потом ещё проблемы были из-за этого с женщинами там какими-то. Вот.
Отпустим нашего юного друга, любителя светской хроники, домой к маме. Но перед этим объясним, что Вайнштейн и Эйнштейн – это разные дядьки. Их объединяет лишь одно – никто из них не открывал космические чёрные дыры. И если первый, вероятно, и знать не знает о них, то второй изначально считал, что чёрных дыр и вовсе не существует.
Да, друзья мои. Несмотря на укоренившееся в народе мнение, это действительно так. Альберт Эйнштейн считал, что такой нелепый объект как чёрная дыра абсурден и невозможен.
Однако современная наука знает, что чёрные дыры встречаются в космосе повсеместно. И они оказывают огромное влияние на его эволюцию.
О чёрных дырах можно разговаривать долго. Поскольку существует множество мифов о чёрных дырах, не имеющих никакого отношения к реальности. И сегодня мы поговорим об озвученном выше заблуждении.
Итак, поехали.
Революция Эйнштейна
В начале 20-го века произошла научная революция. Один из её авторов – Альберт Эйнштейн. Именно его идеи заложили основу для нашего сегодняшнего понимания чёрных дыр. Объединение двух физических теорий Эйнштейна позволило учёным по-новому взглянуть на структуру пространства и времени. И из этого нового взгляда напрямую вытекала странная вещь: возможность появления чёрных дыр. По крайней мере, теоретически. Поскольку в реальности эти странные небесные тела в те времена никак не могли быть обнаружены.
Многие учёные беспорядочно махали руками в сторону надоедливых журналистов, пытаясь прогнать из своих кабинетов, как надоедливых голубей, когда слышали вопросы про чёрные дыры. Они крайне критически относились к существованию подобных объектов. Даже после того, как всё новые и новые расчёты показывали, что чёрные дыры действительно могут образовываться в процессе звёздной эволюции.
По иронии судьбы, одним из величайших противников чёрных дыр был и знаменитый Альберт Эйнштейн. Его работу по этой теме сегодня иногда называют худшим научным эссе учёного…
За годы, прошедшие после публикации теории относительности Эйнштейна, астрономы постепенно приближались все ближе и ближе к получению реальных доказательств существования чёрных дыр.
Есть три пути
Изначально считалось, что материя ни при каких условиях не может быть настолько сильно уплотнена, чтобы образовалась чёрная дыра. Но затем были обнаружены белые карлики. И Субраманьян Чандрасекар объединил квантовую механику и специальную теорию относительности чтобы объяснить, почему подобные объекты могут быть стабильными. Хотя при этом звезда сжимается до размеров планеты. Кроме того, учёный обнаружил, что для этой стабильности существует предел массы. Однако не смог установить, что же произойдёт, если масса белого карлика превысит его.
Это стало понято лишь несколько лет спустя, когда американский астрофизик Фриц Цвикки в присутствии трёх свидетелей заявил, что во Вселенной вполне могут существовать такие объекты, как «нейтронные звезды». Внутри этих звёзд атомы сжимаются настолько сильно, что в итоге электроны и протоны сливаются в нейтроны. И внутри такого объекта остаётся только большая масса нейтронов. Которые могут быть «упакованы» гораздо плотнее, чем обычные атомы, состоящие из протонов и электронов. Нейтронные звезды имеют диаметр всего несколько километров. Но все ещё недостаточно плотны для появления черной дыры.
И тогда возник вопрос: как долго нейтронная звезда может оставаться стабильной? Как долго нейтроны, плотно прижатые друг к другу, могут выдерживать действие гравитации?
Этот предел был найден американским физиком Робертом Оппенгеймером. Который на самом деле всем нам известен своими работами в области ядерной физики. И, конечно же, созданием первой атомной бомбы. Вместе со своими коллегами Ричардом Толманом и Джорджем Волковым он использовал квантовую механику в сочетании с общей теорией относительности для вычисления предела Толмана-Оппенгеймера-Волкова. Исследователи обнаружили, что даже нейтронная звезда не всегда стабильна. И неизбежно подвергается дальнейшему сжатию при достижении определённой предельной массы.
Итак, теперь путь к черным дырам был практически свободен. Примерно в то же время другие астрономы (в первую очередь Ханс Бете) выяснили, как именно звезды генерируют энергию – посредством термоядерного синтеза. И всем стало ясно, что подобный процесс имеет начало и конец. После которого должен последовать коллапс, который может пойти разными путями. В зависимости от массы конечного объекта. И таких пути три. Первый описан Чандрасекаром. Второй – Цвикки. Третий – Оппенгеймером и его коллегами. Стало ясно, что если звезда достаточно тяжёлая, то она может пойти по третьему пути. И стать не чем иным, как черной дырой.
Нет никаких чёрных дыр. Отстаньте!
Однако чёрные дыры (и нейтронные звезды) ещё не наблюдалась в конце 1930-х годов. И поэтому многие астрономы по-прежнему были убеждены, что природа не допустит появления настолько абсурдных объектов.
Эйнштейн вообще не хотел ничего знать о черных дырах. И слышать тоже. Он всегда переходил на другую сторону улицы, если встречал на своём пути сторонников существования чёрных дыр.
В 1939 году учёный опубликовал статью, в которой прямо выступил против выводов Оппенгеймера. В книге «О стационарной системе со сферической симметрией, состоящей из множества гравитирующих масс» Эйнштейн утверждал, что частицы коллапсирующей звезды должны вращаться вокруг оси вращения объекта все быстрее и быстрее, чтобы центробежная сила препятствовала полному коллапсу.
Но это была лишь гипотеза. Которая возникла, по сути, из чистой вредности. Из неожиданного для всех принятия Эйнштейном желаемого за действительное. Для такой гипотезы не было никаких оснований.
Оказалось, что Эйнштейн, при всей его несомненной гениальности, был всего лишь обыкновенным человеком. Со своими тараканами в голове. И его предвзятое отношение к чёрным дырам в данном случае, возможно, оказалось сильнее, чем ясный взгляд на научную проблему.
В квантовой механике ситуация была аналогичной: Эйнштейн также заложил важные основы для создания этой новой научной дисциплины (и получил Нобелевскую премию по физике за свою работу по ней). Но лишь для того, чтобы позже с большой страстью критиковать представителей квантовой механики. И их нелепые, по его мнению, теории.
Великие гении тоже могут ошибаться. А Эйнштейн, несомненно, был одним из величайших гениев всех времён и народов.
Но и работы гениев не выдерживают критики, если они ошибочны. И в этом случае признанная всеми гениальность их авторов их не спасает.
История чёрных дыр прекрасно демонстрирует это.