 |
Что внутри у черной дыры?
Черной дырой называется область пространства-времени, ограниченная горизонтом,
то есть поверхностью, которую даже свет не может покинуть вследствие действия гравитационных
сил. Точка зрения теории относительности (ОТО) на черные дыры (и их внутреннюю структуру)
состоит в следующем. Мы (по определению) не можем получить никакой информации из
черной дыры, поэтому она для нас именно ЧЕРНАЯ, то есть в рамках этого подхода вопрос
о внутренней структуре черной дыры не является полностью корректным, т.к. мы не
можем произвести соответствующие измерения, а можем лишь предполагать что-то, не
получая непосредственной информацию оттуда.
Черная дыра (как идея) первоначально появилась в 18 веке благодаря работам Митчела
и Лапласа как предсказание в ньютоновской теории. Затем уже - как математическое
решение ОТО. Для наиболее простой оценки радиуса горизонта черной дыры (как у Митчела
и Лапласа) достаточно лишь положить вторую космическую скорость равной скорости
света. Для случае вращающихся и заряженных черных дыр решения получаются уже только
в рамках ОТО.
Существуют или нет черные дыры во Вселенной, или, все-таки, это лишь наша игра
ума и математики - вопрос пока остается открытым. Сейчас есть более 10 кандидатов
в черные дыры в тесных двойных системах и несколько десятков кандидатов в сверхмассивные
черные дыры в ядрах галактик (в том числе и нашей). Однако, это лишь кандидаты,
хотя и очень хорошие, и Нобелевская премия за открытие черных дыр пока никому не
вручена. Но, оставив вопрос о физическом обосновании, никто не запрещает продлить
решение внутрь черной дыры. Оказывается, что решение гладко продолжается под горизонт
и заканчивается в точке, в которой одна из важнейших характеристик пространства
- кривизна - становится равной бесконечности (как говорят "расходится"). Такое поведение
и называется сингулярностью, то есть областью, в которой не работает не только физика,
но и математика.
В какой-то мере исследование сингулярностей можно считать физичным и в рамках
ОТО, особенно в свете недавних результатов о конечной стадии гравитационного коллапса.
Дело в том, что несколько десятилетий назад была сформулирована "гипотеза космической
цензуры", которая утверждает, что в обыкновенной Вселенной сингулярность может существовать,
лишь закрытая от нас горизонтом, то есть в виде черной дыры. Так вот, недавно в
ходе численного анализа разных сценариев гравитационного коллапса было установлено,
что при определенных начальных условиях (вполне физических, надо отметить) процесс
гравитационного коллапса может закончится возникновением "голой" сингулярности.
В рамках ОТО аналитического ответа на этот вопрос пока нет.
У ОТО есть один очень большой недостаток - она не поддается процедуре квантования,
в отличии от теорий остальных физических взаимодействий (электромагнитного, слабого
и сильного). Поэтому создаются так называемые теории суперобъединения, в которые
входит не сама ОТО, а какой-либо (еще до конца не ясно, какой) вариант эффективной
теории гравитации, включающий ОТО. С точки зрения идей квантовой механики, лежащей
в основе объединения взаимодействий, вопрос о внутренней структуре вполне правомерен,
потому что все пространство должно описываться одной характеристикой - волновой
функцией. В рамках этого нового подхода были открыты (в математическом плане, конечно)
новые типы сингулярностей, которых нет в ОТО. Можно выделить характеристики сингулярности,
например, по скорости, с которой кривизна расходится. В какой-то мере и горизонт
событий черной дыры можно считать сингулярностью, но не истинной, потому что кривизна
в этом случае конечна (расходится лишь один коэффициент), более того, эту сингулярность
можно убрать после соответствующего преобразования координат.
В заключение надо заметить, что в науке о сингулярностях на данный момент вопросов
гораздо больше, чем ответов. Издавна в физике существует мнение, что появление сингулярности
говорит о недостаточности наших знаний и неприменимости избранного подхода. Проблема
сингулярностей в математике (при решении дифференциальных уравнений) еще только
развивается, в физике белых пятен еще больше. Самой главной проблемой для физики
здесь является принципиальная прямая экспериментальная непроверяемость наличия сингулярностей.
Можно лишь искать какие-то следствия наличия сингулярностей в "большой" физике и
думать о возможностях их экспериментальной проверки. Это направление сейчас активно
развивается, вопросов - море, ответов почти нет. Название: Что внутри у черной дыры?
Дата публикации: 2004-10-02 (3142 Прочтено) |
|
