Американский астрофизик Мартин Шварцшильд[97] теоретически исследовал возможный процесс гравитационного коллапса — катастрофически быстрого сжатия массивных тел под действием ньютоновских сил притяжения.
О чём говорит его теория? Она доказывает, что при гравитационном коллапсе наступает катастрофическое захлопывание — то есть сжатие звезды за каких-нибудь несколько минут в сверхплотную «точку». Была рассчитана предельная масса этой «предельной точки». Она оказалась не более двух масс Солнца.
Итак, в рамках этой теории завершающий этап эволюции звезды очень прост: по мере того как звёзды расходуют ядерное горючее, они теряют свою механическую устойчивость, начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру, и внутренняя, центральная область звезды становится телом с почти бесконечной плотностью, то есть происходит коллапс.
Шварцшильд вывел формулу для гравитационного радиуса сферы (Rgr), на которой сила тяготения, создаваемая массой (M), лежащей внутри этой сферы, стремится к своему максимальному значению:
Здесь G — гравитационная постоянная, с — скорость света в вакууме.
Гравитационный радиус обычных небесных тел, по Шварцшильду, ничтожно мал: Например, для Солнца Rgr≈3 км, а для Земли Rgr≈0,9 см. Это означает, что если тело коллапсирует, то есть сожмётся до размеров гравитационного радиуса, то никакое излучение или частицы не смогут преодолеть поле тяготения и выйти из сферы к удалённому наблюдателю. Гравитационный радиус носит имя своего изобретателя — радиус Шварцшильда.
Чтобы проще понять это явление, представим себе астронавта, который, улетая от нас в дальний космос, обязался посылать нам на Землю радиосигналы через каждую секунду. Сначала посланные сигналы доходят до Земли с секундными интервалами, пока астронавт не оказывается в зоне действия коллапсировавшей звезды, радиус которой равен критическому радиусу Шварцшильда. И чем ближе он подлетает к этой звезде со скоростью, увеличивающейся под действием притяжения, тем чаще земные наблюдатели с удивлением и страхом замечают, что радиосигналы следуют один за другим всё реже и реже и, наконец, перестают поступать и вовсе… А между тем астронавт по своим часам посылает строго секундные сигналы до своего поглощения коллапсировавшей звездой. Это известное явление замедления времени в теории относительности.
Отношение Амбарцумяна к теории гравитационного сжатия
Это красивое и увлекательное явление побудило многих выдающихся астрофизиков углубиться в теорию гравитационного сжатия и попытаться создать «завершённую» теорию внутреннего строения звёзд.
Американский астрофизик Чандрасекар расширил рамки теории гравитационного сжатия, разработав концепцию звёздной эволюции (теория внутреннего строения звёзд). За эту работу он получил Нобелевскую премию.
Крупнейший английский астрофизик Фред Хойл[98], много сделавший в теории гравитационного коллапса, так был увлечён этой проблемой, что даже стал писать научнофантастические произведения. Термин «чёрная дыра» ввёл в обиход астроном Джон Арчибальд Уилер[99] в конце 1967 года, мосле чего не только научная фантастика, но и научная теория внутреннего строения звёзд начала использовать это понятие в различных мыслимых и немыслимых вариантах. Хойлу же принадлежит оригинальная концепция не эволюционирующей, стационарной Вселенной, всегда в среднем остающейся равной самой себе. Стационарности Вселенной Хойл «достигал» с помощью гипотезы о непрерывном рождении вещества (из пустоты!) во Вселенной.
Чтобы завершить историю создания теории гравитационного сжатия, нужно сказать, что до начала XX века астрофизика была ещё в зачаточном состоянии. Фактически отсутствовал основной инструмент астрофизики — спектральный анализ звёзд и галактик, и не было ещё исследований в широком диапазоне длин волн (от рентгена до радиоволн). Теория гравитационного сжатия возникла и развивалась чисто умозрительно, без глубокого анализа результатов астрономических наблюдений. Однако она упорно продолжает развиваться и сейчас.
И всё-таки у Амбарцумяна хватило смелости выступить против мнений таких гигантов мысли, как Ньютон, Кант, Лаплас и некоторых современных ведущих астрономов.
Виктор Амазаспович считал, что «эра умозрительных космогонических теорий прошла и что создание современной концепции происхождения небесных тел должно основываться на достоверном наблюдательном материале, на его анализе и обобщении». Умозрительные, то есть просто-напросто придуманные, пусть даже логически строгие и чрезвычайно остроумные построения опасны тем, что за ними может не быть никакой реальности.
97
98
99