Только теперь, с открытием Сверхзвезд, ученые получили в свое распоряжение объекты исследований, которым оказались «по плечу» «мерки» общей теории относительности!
Когда Сверхзвезда сжимается до критических размеров сферы Шварцшильда, начинаются необычные, просто парадоксальные явления.
Сжимающееся почти со скоростью света вещество в сильнейшем поле тяготения изменяет течение времени в Сверхзвезде, замедляет ею. Время становится «растянутым», словно при замедленном показе кинофильма. Поэтому мы никогда не сможем увидеть, как завершится коллапс и Сверхзвезда «сожмется в точку». Течение времени как бы останавливается!
Немыслимо? Невообразимо? Но когда вступаешь в причудливый мир общей теории относительности, воображение, как уже мы убедились, отстает от трезвой логики. С этим приходится примириться.
И все-таки попробуем если не представить себе наглядно необычные процессы, то хотя бы понять их закономерность.
Вот как объясняет это явление академик Яков Борисович Зельдович:
«Представим себе космонавта на ракете, приближающейся к Сверхзвезде. Допустим, что у него есть хронометр, который отсчитывает секунды. Каждую секунду космонавт посылает сигнал по радио, и эти сигналы принимаются где-то у нас на приемной станции. Забудем на время, что звезду отделяют от нас гигантские расстояния и сигнал идет долго.
Пока космонавт находится далеко от Сверхзвезды, сигналы приходят к нам равномерно, через секунду. Но вот он попал в сферу притяжения огромного сгустка вещества, оно захватывает корабль и разгоняет до околосветовой скорости. В это время на приемной станции промежутки между сигналами все время увеличиваются.
Здесь складываются два эффекта: увеличение скорости (направленной к звезде) и замедление времени в окрестностях большой массы. В конце концов последний сигнал, которым космонавт хотел сообщить, что он подлетел к определенному радиусу Сверхзвезды (имеется в виду сфера Шварцшильда. — Н. П.), вообще никогда не будет принят.
Примерно такая ситуация наблюдается и для вещества наших объектов. Звезда неудержимо сжимается. Сначала сжатие идет медленно, потом ускоряется: но когда вещество подходит к критической точке, где его скорость приближается к скорости света, сжатие звезды для нас, далеких наблюдателей, замедляется.
С нашей точки зрения, радиус звезды приближается к определенной конечной величине, никогда она не сожмется больше».
Итак, сам момент коллапса наблюдать невозможно. Мы никогда не увидим, как Сверхзвезда сжимается до размеров меньших, чем сфера Шварцшильда.
Но тут должна произойти другая поразительная вещь. Эта сфера служит непреодолимым барьером и для световых лучей. Достигнув критического радиуса, Сверхзвезда станет невидимкой, исчезнет из наших глаз!
Она не погаснет, нет. Внутри звезды по-прежнему бушуют раскаленные массы. Все так же излучается громадная энергия. Но мы уже не видим звезды. Она как бы спряталась от нас под «шапку-невидимку» сферы Шварцшильда, где кривизна пространства достигла предела. Пространство становится замкнутым для световых лучей.
Как предполагают ученые, превратиться в невидимку — участь каждой звезды, которая в несколько раз тяжелее Солнца. И, возможно, таких удивительных звезд-невидимок немало в окружающем нас пространстве. Некоторые астрофизики утверждают, будто их даже больше, чем обычных видимых звезд.
Как же обнаружить эти звезды, если они ярко светят, пылают, в них происходят громадные выделения энергии, но невидимо для нас, потому что сила гравитации не дает вырваться наружу ни одному световому или радиосигналу, который мы могли бы уловить? Выход, видимо, один: искать звезды-невидимки именно по громадному возрастанию силы тяготения.
Ну, а как обстоит дело с только что открытыми Сверхзвездами?
Обладая чудовищной массой в сотни миллионов раз больше солнечной, они-то уж наверняка должны стать невидимками?! Но ведь мы их видим — и по крайней мере все такими же — добрую сотню лет, это доказывают фотографии Небесного Патруля.
Что же получается? Удивительные Сверхзвезды могут быть и видимыми и невидимыми в одно и то же время? Полная нелепость!
Да, парадоксальную гипотезу выдвинули Хойл и Фоулер, но ведь они при этом специально оговорились, что «сама природа рассматриваемого вопроса требует необычной физической ситуации».
Не удивительно, что их гипотеза вызвала много споров. Как примирить ее противоречия?
Большинство астрофизиков отрицает практическую возможность гравитационного коллапса. Сам Хойл и его ближайший сотрудник индиец Дж. Нарликар высказали недавно еще одно предположение: возможно, есть у Сверхзвезд особая сила, способная противостоять чудовищной гравитации и предотвратить коллапс.
Что же это за сила? Что может потягаться с притяжением таких размеров?
Только… сама гравитация, утверждают Хойл и Нарликар.
Следует допустить, что внутри Сверхзвезд существует «отрицательная гравитация», уравновешивающая в какой-то момент обычную силу притяжения.
Целые поля отрицательного тяготения? Звучит уже совсем фантастично.
Может быть, эта гипотеза просто игра ума? Ведь с помощью математики можно доказать что угодно. Вот как один физик в шутливых тонах рассказывает о работе своих коллег:
— Вообще теоретики очень любят рассматривать принципиально не наблюдаемые эффекты. Например, Дирак предположил, что существует сплошное море электронов с отрицательной энергией, которое нельзя заметить. Но если выудить из этого моря один электрон, то на его месте окажется дырка, которую мы принимаем за положительно заряженный электрон — позитрон.
Салам рассказывает, что подобные идеи не удивительны для Дирака. Он передает историю, которую до сих пор рассказывают в Кембридже.
Дирак, будучи еще студентом, участвовал в математическом конкурсе, где в числе других была и такая задача. Подлинного ее текста у меня нет под рукой, поэтому я излагаю ее своими словами.
Три рыбака ловили рыбу на уединенном острове. Рыбка бодро глотала наживку, рыбаки увлеклись и не заметили, как пришла ночь и спрятала под своим покровом гору наловленной рыбы. Пришлось заночевать на острове. Двое рыбаков быстро заснули, каждый прикорнув под своей лодкой, а третий, немного подумав, понял, что у него бессонница, и решил уехать домой. Своих товарищей он не стал будить, а разделил всю рыбу на три части. Но при этом одна рыба оказалась лишней. Недолго думая, он швырнул ее в воду, забрал себе свою треть рыбы и уехал домой.
Среди ночи проснулся второй рыбак. Он торопился в другую арифметическую задачу. Так как он не знал, что первый рыбак уже уехал, то он тоже поделил рыбу на три части и, конечно, одна рыба оказалась лишней. Оригинальностью и этот рыбак не отличался — он кинул ее подальше от берега и со своей долей поплелся к лодке. Третий рыбак проснулся под утро. Не умывшись и не заметив, что его товарищей уже нет, он побежал делить рыбу. Разделил ее на три части, выбросил одну лишнюю рыбу, забрал свою долю — и был таков.
В задаче спрашивалось, какое наименьшее количество рыб могло быть у рыбаков.
Дирак предложил такое решение: рыб было (-2). После того как первый рыбак совершил антиобщественный поступок, швырнув одну рыбу в воду, их стало (-2) — 1 = -3. Он ушел, тяжело отдуваясь и унося под мышкой (-1) рыбу. Рыб снова стало (-3) — (-1) = -2. Второй и третий рыбаки просто повторили нехороший поступок их товарища…
Шутки шутками, но пока «отрицательная гравитация» подозрительно напоминает этот забавный «отрицательный улов» рыбы. И во всяком случае, существование ее в природе остается таким же недоказанным, как и реальность замечательного «моря отрицательных электронов» Дирака, хотя на правах оригинальной гипотезы оно хранится в арсенале науки. Кто знает, может быть, она еще окажется достаточно безумной…