Черные дыры имеют много весьма экстравагантных свойств, которыми не обладают другие звезды, даже очень экзотические, вроде нейтронных. Прежде всего, они являются звездами-невидимками. Для того чтобы можно было увидеть предмет, надо, чтобы от него к нам поступил видимый свет. Если предмет невидим в видимом свете, то надо иметь возможность зарегистрировать другое излучение, которое исходит от него: инфракрасное, рентгеновское, радио и т.д. Так вот, очень плотные звезды, которые были названы черными дырами, не посылают в окружающее их пространство абсолютно никакого излучения, поэтому они невидимы ни в каких лучах. Для наблюдателя их просто нет. Само по себе это уже очень странно, поскольку объект, имеющий определенную массу и температуру, что-то должен излучать. Тем более что температура черных дыр может достигать миллиардов градусов. В чем дело?

Такую ситуацию предвидел еще знаменитый французский математик и астроном П. Лаплас. Он описал ее в своей книге "Изложение систем мира", которая вышла в свет в 1795 году. Он рассуждал так. Если для того, чтобы оторваться от данного космического объекта, тело должно иметь скорость (первую космическую скорость) не меньше строго определенной величины, которая определяется массой этого объекта, то при слишком большой его массе скорость тела должна превысить скорость света для того, чтобы оторваться от объекта. Цифры говорят о следующем. Первая космическая скорость на Земле равна 7,2 км/с, на Луне — 2,4, на поверхности Юпитера — 61 и на Солнце — 620 км/с. На нейтронной звезде она должна достигать половины скорости света (150 тысяч километров в секунду). Таким образом, если масса звезды еще больше, то первая космическая скорость может превысить скорость света. Эти рассуждения применимы одинаковым образом и к телам, и к фотонам, то есть свету. Если масса звезды такова, что первая космическая скорость для нее должна быть больше скорости света, то свет от этой звезды исходить не может, он не может оторваться от нее, поскольку его скорость меньше первой космической скорости и не может быть ей равна (скорость света не может быть больше скорости света). Лаплас рассчитал, какая это должна быть масса небесного объекта (звезды или планеты). Он писал в указанной книге: "Светящаяся звезда с плотностью, равной плотности Земли, и диаметром в 250 раз больше диаметра Солнца, не дает ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения: поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной оказываются по этой причине невидимыми". Так что, казалось бы, объяснение первого и самого экзотического свойства черной дыры было найдено еще за полтора столетия до ее открытия. Но это и так, и не так. Если говорить строго, то ситуацию при столь больших силах гравитации надо описывать уравнениями не механики Ньютона, а теории тяготения Эйнштейна. Поэтому, строго говоря, расчеты Лапласа, основанные на космической механике, неверны, а лучше сказать, неточны. Но, тем не менее, массу и размеры звезды, которая должна сжиматься и превратиться в черную дыру, он указал правильно. Это случилось потому, что в данном случае в теории тяготения Эйнштейна справедлива та же формула, что и в теории Ньютона.

Все свойства черных дыр могут быть получены только из теории тяготения Эйнштейна, которая содержится в его обшей теории относительности.

В начале нашего века, когда была создана Эйнштейном общая теория относительности, никто не был готов к ее восприятию, включая крупных ученых: слишком сильно на всех давил здравый смысл. Но прошедшие десятилетия сделали свое дело: теорию относительности изучают в средней школе, а в обыденном разговоре то и дело можно услышать: "Все в мире относительно". Так что же происходит при сильном сжатии звезды, если следовать теории относительности Эйнштейна?

При сжатии звезды (с сохранением ее массы) ее радиус уменьшается, а сила тяготения увеличивается. Это естественно. Когда радиус станет равным нулю, .сила тяготения должна стать бесконечно большой. Это следует из теории тяготения Ньютона. По теории А. Эйнштейна сила притяжения становится бесконечно большой еще до того, как радиус уменьшится до нуля. То есть она нарастает с уменьшением радиуса быстрее, чем по теории Ньютона. Тот радиус, при достижении которого сила тяготения стремится к бесконечности, принято называть гравитационным радиусом. Подчеркнем еще раз, что по классическим представлениям,он равен нулю.

Чем меньше масса тела, тем меньше его гравитационный радиус. Например, для нашей Земли он равен 1 сантиметру, для Солнца он равен 3 километрам. Различия между классической теорией и теорией относительности проявляются тогда, когда истинный радиус звезды близок к гравитационному радиусу. Пока различие между ними большое, нет необходимости привлекать теорию тяготения А. Эйнштейна, а можно спокойно пользоваться классическими уравнениями Ньютона, как это и делал П. Лаплас.

Теория относительности А. Эйнштейна устанавливает взаимоотношения между силами гравитации, течением времени и геометрическими свойствами пространства. Из нее следует, что в сильном гравитационном поле время замедляется относительно тех мест, где силы гравитации малы. Так, вблизи Земли время течет на одну миллиардную часть медленнее, чем в далеком космосе. Ясно, почему мы этого не замечаем. Даже вблизи массивных звезд это замедление времени неощутимо. Оно сразу дает о себе знать, когда масса звезды очень велика, а радиус очень мал, то есть при приближении к гравитационному радиусу. Но с силами гравитации связано не только время, но и пространство. В соответствии с теорией относительности пространство искривляется в гравитационном поле. Чем больше это поле, тем сильнее искривление. Приводится даже такое наглядное сравнение. Идеальную плоскость в пространстве делают из тонкой резиновой нервущейся пленки. На нее опускают металлический шар (черную дыру) и под его весом пленка прогибается. Так иллюстрируют искривление пространства под действием гравитационного поля массивной черной дыры. Надо сказать, что как замедление времени, так и искривление пространства вблизи сильных полей гравитации были измерены. В теории относительности существовавшие до этого по отдельности понятия абсолютного времени и абсолютного пространства объединены в одно понятие "пространство — время", поскольку они взаимосвязаны через поле гравитации.

Значение гравитационного радиуса было рассчитано по уравнениям теории тяготения Эйнштейна спустя месяц после опубликования теории в 1915 году немецким астрономом и математиком К. Шварцшильдом. С тех пор этот радиус носит его имя. Шварцшильд получил решения уравнений Ньютона для сферического не вращающегося тела и основные свойства черной дыры, хотя в то время ни он, ни А. Эйнштейн, которому он передал работу, еще не подозревали о таком приложении результатов.

Пока силы гравитации сжимают звезду и ее радиус больше радиуса Шварцшильда, силам гравитации противодействуют силы внутреннего давления звезды. Эти силы неспособны противостоять сжимающей звезду силе гравитации в том случае, если ее радиус уменьшится до гравитационного радиуса. Произойдет сжатие вещества звезды, которое физики назвали релятивистским коллапсом. Собственно, и черные дыры длительное время назывались коллапсами и только в конце шестидесятых годов с легкой руки американского физика Д. Уилера их стали называть так.

Напрашивается вывод, что если каким-либо образом сжать звезду или планету до размеров ее гравитационного радиуса, то дальше усилия можно не прилагать — она скол-лапсирует сама и превратится в черную дыру. Для этого требуется немного— сжать, например, Солнце до радиуса в 3 километра.

Строгий расчет релятивистского гравитационного коллапса на основании решения уравнений общей теории относительности был выполнен в 1939 году американскими учеными Р. Оппенгеймером и Г. Волковым. Это было строгое, теоретически обоснованное предсказание существования черной дыры. Ясно, что ни Шварцшильд, ни тем более Лаплас не предсказали существование черных дыр со всеми их свойствами.

Границей черной дыры является сфера с радиусом Шварцшильда. Чем ближе к этой границе приближается излучающее тело, тем большее влияние на него оказывают силы гравитации. И не только на него, но и на излучение. Фотоны, составляющие это излучение, уменьшают свою энергию под действием силы гравитации черной дыры. Часть их энергии уходит на противоборство с этой силой. Уменьшение энергии фотона означает уменьшение его частоты.

Другими словами, частота излучения смещается в сторону красного края спектра видимого излучения. Говорят, что излучение "краснеет". Если бы фотонам кто-то добавлял энергию, то излучение бы "голубело". Покраснение излучения, как мы уже знаем, происходит и в результате действия эффекта Доплера. Только рассматриваемое здесь красное смещение, в отличие от доплеровского, называют гравитационным. Оно обусловлено замедлением времени вблизи черной дыры под действием сил гравитации. Очень важно уловить смысл происходящего: приближающаяся к черной дыре звезда излучает такие же (белые) фотоны, что и на большом удалении от черной дыры, но удаленный наблюдатель увидит их покрасневшими, так как при движении к нему они замедляются, то есть уменьшают свою энергию. Когда звезда приблизится к границе черной дыры, далекий наблюдатель вообще перестанет ее видеть. Для него время здесь практически останавливается. Звезда для далекого наблюдателя потухает за стотысячную долю секунды. Мы упоминаем далекого наблюдателя не случайно. Часы наблюдателя, который находится на движущейся звезде, никакого замедления времени не отметят. Его нет. Оно есть только у удаленного наблюдателя, который получает всю информацию о ходе времени с помощью света, а свет его подводит, поскольку скорость фотонов замедляется, и они приходят позже обычного (когда на них не действует гравитация черной дыры).

По классической теории тяготения Ньютона одно тело, двигаясь вблизи другого, описывает разные траектории, имеющие в разных случаях форму гиперболы, параболы или эллипса. Ясно, что никаких особенностей в этом плане вблизи черной дыры из классической механики не следует. Но они следуют из теории относительности. Так, замкнутая в классическом случае эллиптическая траектория одного тела около другого становится незамкнутой, если этим другим телом является черная дыра. Пролетающее тело навивает траектории вокруг черной дыры, то приближаясь, то удаляясь от нее, но на свою старую траекторию не возвращается. Кстати, все траектории при этом располагаются в одной плоскости. Если траектория тела не подходит очень близко к черной дыре, то ее можно представить в виде поворачивающегося эллипса. Он имеется и у планет нашей Солнечной системы. Но составляет он за сто лет менее одной угловой минуты. Тем не менее он был измерен и было показано, что он точно соответствует теории относительности. Черная дыра изменяет не только траекторию движущейся вблизи нее частицы, но и ее скорость. Вблизи черной дыры частица старается двигаться быстрее. Если она попадает на удаление гравитационного радиуса, то она должна двигаться со скоростью света. Ясно, что ближе частица двигаться по кругу не может, так как для этого ей надо превысить скорость света.

Но движение тела вокруг дыры на расстояниях ближе чем три гравитационных радиуса неустойчиво, поэтому оно реально невозможно: неустойчивость приводит к возмущению дви-жения и частица сходит с круговой траектории и (или) падает внутрь черной дыры или же улетает в направлении от дыры.

Если тело летит из космоса вблизи черной дыры, то оно может быть ею захвачено. Пролетая мимо черной дыры, тело может обернуться вокруг дыры несколько раз и снова улететь в космическое пространство. Так происходит в том случае, если тело подошло близко к окружности с радиусом, который равен двум гравитационным радиусам. Но если оно село на эту окружность, то его орбита будет навиваться на нее. Это тело уже никуда от черной дыры не денется, она его гравитационно захватила. Еще более близкий подход тела к черной дыре чреват катастрофическими для него последствиями — оно упадет в черную дыру.

Движущееся вокруг черной дыры тело излучает гравитационные волны. Вообще все небесные тела при своем движении излучают гравитационные волны. Но они несут очень малую энергию, и пока что их не удается замерить. Но если тело движется вокруг черной дыры, то излученные им за это время гравитационные волны должны содержать весьма внушительную энергию (в шесть раз больше, чем при ядерном синтезе, когда в энергию превращается только один процент массы вещества).

Движение фотонов около черной дыры также непроизвольно, Они могут подступиться к дыре не ближе чем на полтора гравитационных радиуса. Но это движение фотона неустойчиво, и он может быть сбит с траектории в ту или другую сторону. Ясно, что фотоны, как и тела, будут захвачены черной дырой, если подойдут к ней очень близко (ближе полутора гравитационных радиусов). Луч будет навиваться (как на клубок) на черную дыру, если его траектория проходила вплотную к полуторному радиусу. Если он проходил еще ближе к черной дыре, то он будет упираться в черную дыру. При удалении излучения от. черной дыры происходит его покраснение, при приближении фотонов к дыре их частота (а значит, и энергия) увеличивается, и удаленный наблюдатель должен заметить поголубение света. Но для этого фотоны должны подойти очень близко к сфере Шварцщильда. Многочисленные теоретические исследования различных аспектов проблемы черных дыр позволили установить, что определяющей (и пожалуй, даже единственной) характеристикой черных дыр является их масса. В чем-то другом отличия в них нет. Можно сказать, что черные дыры с одинаковой массой являются идентичными друг другу. Что касается формы черной дыры, то было показано, что они должны быть идеально сферическими. Любое отклонение от сферичности черная дыра сбрасывает в виде излучения. Кстати, дыры сбрасывают также все возможные поля, они оставляют себе только сферическое поле тяготения, а также сферическое поле электрического заряда (в том случае, если звезда им до этого обладала). Кроме массы (это главное!) и электрического заряда черные дыры, вообще-то, характеризуются и характером их вращения. Ведь вращение определенным образом изменяет гравитационное поле дыры. В результате вращения дыры вокруг нее образуется своего рода гравитационный вихрь. Это вихревое гравитационное поле целиком определяется моментом импульса тела (равным произведению трех параметров звезды: ее радиуса, массы и скорости вращения на экваторе). Из-за вращения, создающего вихревой гравитационный вихрь, граница черной дыры несколько расширяется, она выходит за пределы сферы Шварцшильда. Сферу Шварцшильда принято называть горизонтом (за ним черная дыра, то есть уже ничего не видно). Если черная дыра вращается, то сила гравитации становится бесконечно большой еще до того, как будет достигнут горизонт. Эта граница была названа границей эргосферы. Ее принципиальное отличие от горизонта состоит в том, что из-под нее может вернуться обратно в космос попавшее туда тело. Тела в зоне между горизонтом и границей эргосферы закручиваются дырой во вращательное движение (если они не двигались первоначально супротив него), но могут с течением времени не только упасть в черную дыру, но и вылететь обратно за пределы эргосферы.

Таким образом, вращение черной дыры меняет всю картину принципиально. Границей черной дыры является ее горизонт, из-за которого ничто не возвращается. Ясно, что самая большая скорость вращения черной дыры может быть такой, при которой экваториальная линейная скорость равна скорости света.

Можно сказать, что черные дыры не представляют собой небесные тела в общепринятом смысле. Они не являются и излучением. Это действительно дыры во времени и пространстве, которые образуются в результате того, что в сильно увеличивающемся гравитационном поле очень сильно искривляется пространство и изменяется характер течения времени.

Возникает естественный вопрос: как обнаружить черную дыру? Теоретики предположили, как им казалось, много таких возможностей, но на их проверку труд экспериментаторов был потерян безрезультатно. На сегодняшний день реализовалась одна из этих возможностей. Суть ее состоит в том, что черную дыру следует искать в двойных звездных системах. Она должна выдать себя по рентгеновскому излучению, которое должно неизбежно возникать при падении газа из атмосферы "нормальной" звезды. Этот газ должен закручиваться за счет движения звезд по орбите и одновременно сплющиваться в диск под действием центробежных и гравитационных сил.

Экспериментаторы остановили свое внимание на такой двойной системе, расположенной в созвездии Лебедя. Этот источник назван Лебедь Х-1 (здесь X от названия рентгеновских, то есть Х-лучей). Двойная звездная система Лебедь Х-1 состоит из нормальной видимой массивной звезды, масса которой в 20 раз больше массы Солнца. Парная ей звезда имеет массу, равную десяти массам Солнца. Но она является отжившей. Именно из ее окрестностей исходит рентгеновское излучение. Обе эти звезды как единое целое обращаются вокруг центра масс с периодом 5,6 суток. Процесс протекает так. Газ из атмосферы звезды-гиганта притягивается черной дырой. Орбитальным движением дыры его траектории закручиваются вокруг нее. Траектория газа представляет собой сходящуюся к центру черной дыры спираль. Движение газа к центру дыры происходит намного медленнее, чем вокруг нее. Поэтому достижение газом черной дыры по такой неэкономичной орбите происходит только через месяц. Достигнув края черной дыры, газ сваливается в дыру, поскольку там проявляется неустойчивость движения. Пока газ движется по направлению к дыре, он сильно нагревается. Это происходит в результате трения относительно холодных наружных слоев диска (температура газа здесь всего несколько десятков тысяч градусов) с горячими внутренними его частями, где температура газа достигает десяти миллионов градусов. Этот газ светит в рентгеновских лучах очень интенсивно, в тысячи раз сильнее, чем Солнце (во всех диапазонах спектра). То рентгеновское излучение, которое регистрируют приборы на Земле, происходит из очень тонкого слоя (200 километров), расположенного во внутренней части диска. Рентгеновское излучение от источника Лебедь Х-1 изменяется очень быстро, но хаотически. Его интенсивность меняется за тысячные доли секунды. Это может происходить только в том случае, если излучающий объект является очень малым, как черная дыра. Если бы вместо звезды, которую мы принимаем за черную дыру, была большая по размерам звезда, то такие быстрые изменения ее яркости в рентгеновских лучах были бы непонятны.

Таким образом, имеется почти полная уверенность, что невидимая звезда в созвездии Лебедь под номером Х-1 является черной дырой. Но "почти" остается. Астрофизики не торопятся с ним расставаться, поскольку вопрос слишком серьезный, чтобы можно было позволить себе ошибиться.

Открыто еще несколько источников рентгеновского излучения, которые по своим свойствам подобны описанному выше. А вообще-то, считается, что во Вселенной имеется много миллионов черных дыр, а возможно, число их исчисляется даже миллиардами.

Теперь перейдем к вопросу о том, в каких процессах могут погибать черные дыры. Теоретически считают, что они могут исчезать в результате определенных квантовых процессов, которые возможны только в сильном гравитационном поле. После того как из данного объекта мы убрали абсолютно все частицы и удалили любые возможные кванты, можно считать, что там имеется физический вакуум. Физический вакуум отличается от пустоты тем, что он имеет потенциальную возможность рождать виртуальные частицы и античастицы, которые из этого объема убрать никакими средствами невозможно. Это значит, что пустоты как таковой вообще нет. Чтобы виртуальные частицы (эти призраки) могли превратиться в реальные частицы, им надо сообщить энергию (вдохнуть душу). Но эта энергия должна быть привнесена извне. Надо сказать, что виртуальные частицы живут в замкнутом цикле: на миг появляются частица и античастица и тут же сливаются и исчезают. В вакууме таких частиц множество. Это установлено прямыми измерениями. Энергию к виртуальным частицам, необходимую им для того, чтобы они превратились в настоящие частицы, может передать любое поле, в том числе электромагнитное. Но таким полем может быть и гравитационное поле, что для нашего рассмотрения очень важно. Среди виртуальных частиц имеются и виртуальные фотоны, то есть частицы (кванты) электромагнитного поля. Сильное гравитационное поле приводит к превращению их в истинные, реальные фотоны. Точнее, изменение гравитационного поля во времени приводит к рождению фотонов, частота которых однозначно связана с частотой колебаний (изменений) гравитационного поля. Чтобы эффект был заметен, он должен протекать в сильном гравитационном поле. Попутно скажем, что электроны и позитроны рождаются из физического вакуума под действием очень сильного электрического поля.

Из сказанного выше ясно, что в окрестности черных дыр, где имеются очень сильные изменяющиеся во времени гравитационные поля, могут рождаться частицы и античастицы. При этом может оказаться, что частица остается под горизонтом (в пределах черной дыры), а античастица окажется снаружи относительно горизонта. Эти частицы окажутся разлученными навечно. Свободная античастица уносит с собой часть энергии черной дыры.

Установлено, что температура черной дыры обратно пропорционально зависит от ее размеров. Уходящие от черной дыры частицы уносят часть ее энергии (а значит, и массы). Если этот процесс продолжается долго, то масса черной дыры уменьшается заметно. Значит, увеличивается ее температура, что, в свою очередь, ускорит процесс испарения дыры. Так этот процесс будет ускоряться. Температура при этом может достигнуть 10" градусов. Это наступает тогда, когда масса черной дыры уменьшится до тысячи тонн. Затем должен произойти взрыв, эквивалентный взрыву одного миллиона ме-гатонных водородных бомб. Так может закончить свое существование черная дыра.

Черные дыры — это области пространства с предельно сильными гравитационными полями, для изучения которых требуется полный арсенал средств, предоставляемых нам общей теорией относительности. Возможность открытия черных дыр, этих призрачных и загадочных объектов,— вот основная причина того повышенного интереса к теориям тяготения, которую мы наблюдаем сегодня.

У теоретика черные дыры вызывают особый интерес: ведь они определяют границу применимости всех ныне существующих теорий гравитации, тот предел, за которым требуется формирование новых представлений и создание новых, революционных теорий. Для астрофизика черные дыры крайне интересны тем, что в них, возможно, таится разгадка самых труднообъяснимых явлений во Вселенной. Большинству из нас черные дыры представляются удивительными природными объектами, в которых таинственным образом переплетаются свойства пространства и времени. Что же касается писателей-фантастов, то им черные дыры буквально ниспосланы свыше: во-первых, они открывают возможности потрясающих сюжетов, а во-вторых, они сами должны быть устроены так, что действительность здесь оказывается хитрее всякого вымысла; в описании их фантазия писателя может померкнуть по сравнению с невероятными, но объективными выводами ученого, сделанными на основе надежно установленных законов природы.

Что такое черная дыра? По существу это замкнутая область пространства, в которую сжато вещество и откуда ничто не может выйти: внутри черной дыры притяжение настолько велико, что даже свет не способен вырваться из нее наружу. Термин “черная” здесь очень подходит: если даже свет не выходит из черной дыры, то она должна представлять собой нечто действительно черное; уместно и название “дыра”, поскольку она может поглотить неограниченно много вещества, и в этом смысле ее можно уподобить некой бездонной яме. Впрочем, как мы увидим в дальнейшем, черные дыры не настолько просты, как мы их здесь кратко, хотя в основном и верно, описали.

Название “черная дыра” предложил в 1968 г. профессор Принстонского университета Дж. А. Уилер; однако идея существования в природе таких объектов высказывалась гораздо раньше. По-видимому, подобная мысль возникла впервые около 200 лет назад. В докладе Королевскому обществу в 1783 г. и опубликованных через год “Философских трудах” английский физик Джон Мичелл (1724—1793) отметил, что если свет представляет собой поток частиц, то эти частицы должны подвергаться воздействию тяготения так же, как и все остальные материальные тела. Следовательно, предположил Мичелл, свет, исходящий от массивного тела, будет замедляться. В частности, отметил он, свет не может покинуть тело, имеющее плотность Солнца, но в 500 раз больший радиус, поскольку скорость убегания' для такого тела должна быть больше скорости света.

Примерно 13 лет спустя великий французский математик Пьер Симон Лаплас (1749—1827) в своей книге “Изложение системы мира” высказал аналогичные мысли; он рассчитал, что тело радиусом, в 250 раз превышающим радиус Солнца, и плотностью, равной плотности Земли, должно быть невидимым, поскольку от него не может уйти свет. Так как плотность Земли почти в 4 раза больше плотности Солнца, то ясно, что оценки Лапласа и Мичелла достаточно хорошо согласуются.

Рассуждения Мичелла и Лапласа применимы для вычисления радиуса любого тела массой М, скорость убегания для которого превышает скорость света. Приравняв скорость убегания v<, к скорости света с, запишем: c=V2GMIR , откуда находим, что скорость убегания для тела массой М превышает скорость света, если это тело сжато в сферу радиусом, меньшим R=2GM/c2.

Вопрос о реальном существовании объектов, указанных Мичеллом и Лапласом, не вызвал особого интереса у физиков того времени; выяснение этого вопроса задержалось более чем на 100 лет. В 1916 г., всего через несколько месяцев после опубликования Эйнштейном общей теории относительности, немецкий физик-теоретик Карл Шварцшильд (1873— 1916) нашел решение уравнений поля этой теории, описывающее пространство-время вне тела со сферически симметричным распределением вещества. Это решение можно интерпретировать так: если тело массой М сжато в сферу определенного радиуса (который называется радиусом Шварцшильда— Кщ), то пространство-время вблизи него искажается так сильно, что свет не может выйти из этой сферы. А поскольку, согласно теории, движение быстрее света невозможно, то, следовательно, сферу радиусом Кш вообще не может покинуть никакой материальный объект или сигнал. Область пространства, которую ничто не может покинуть, ученые и называют черной дырой.

1 Скорость убегания (или вторая космическая скорость) на поверхности объекта (например, Земли) — это минимальная скорость, которую необходимо придать снаряду, чтобы он продолжал двигаться бесконечно, не падая обратно. Брошенный вертикально вверх предмет, прежде чем начать падение, достигает определенной высоты, которая зависит от его начальной скорости. Если начальная скорость точно равна скорости убегания, то предмет, поднимаясь вверх, будет замедляться, но скорость его подъема станет равной нулю только на бесконечном расстоянии. Если начальная скорость предмета превышает скорость убегания, то он никогда не остановится. Величина скорости убегания определяется формулой: u0=V2GM/J?2, где G—гравитационная постоянная, М—масса сферического объекта, R—расстояние от его центра до поверхности. Скорость убегания на Земле составляет 11,2 км/с.

Из решения Шварцшильда следует, что для любого тела массой М Рш=2ОМ/с . Любопытно, что это выражение точно совпадает с формулой, полученной на основе теории тяготения Ньютона и использования понятия скорости убегания. Не следует удивляться, что общая теория относительности и теория тяготения Ньютона часто приводят к одним и тем же результатам: ведь различие между этими теориями проявляется только в экстремальных физических ситуациях. Тем не менее и в случае черной дыры, которую вряд ли можно считать объектом с “нормальными условиями”, обе теории, казалось бы, дают одинаковый результат.

Однако по существу черная дыра в теории Ньютона и черная дыра в общей теории относительности — это далеко не одно и то же. Представление о скорости убегания, хотя и наглядно, имеет некий изъян. Если мы не можем бросить камень со скоростью, большей скорости убегания, то мы по крайней мере можем подбросить его в воздух, и чем сильнее мы его запустим, тем выше он поднимется, прежде чем начнет падать вниз. Аналогично на основании теории Ньютона частицы света, прежде чем начать обратное движение, должны пролететь некоторое расстояние, удаляясь от черной дыры, даже несмотря на то что скорость убегания на ее поверхности существенно превышает скорость света. Но в шварцшильдовской черной дыре свет, испускаемый с “поверхности”, т. е. со сферы радиусом Кш, вообще не может выйти за ее пределы. Как видим, сходство результатов, полученных из теорий Ньютона и Эйнштейна,—только внешнее.

Черная дыра образуется, когда определенное количество вещества сжато в сферу радиусом, равным радиусу Шварцшильда. Как мы узнали в гл. 6, это может, например, случиться, когда массивная звезда в конце своей жизни сколлапсирует под действием силы своего собственного гравитационного притяжения. Если в начале коллапса масса звезды (ее ядра или всего того, что от нее осталось) превышает 3 М0 (не исключено, что этот предел может быть и меньше), то пока нам неизвестна сила, которая в этом случае могла бы предотвратить неудержимое сжатие звезды— оно будет продолжаться до тех пор, пока все вещество звезды не окажется сосредоточенным в некоторой точке, называемой сингулярностью. В сингулярности вещество сжато до бесконечной плотности бесконечно большими гравитационными силами; иначе говоря, кривизна пространства-времени в сингулярности бесконечна. Однако современная физика пока еще не в состоянии оперировать бесконечными силами и плотностями; поэтому можно считать, что законы природы — в том смысле, как мы их понимаем — в сингулярности утрачивают силу. Что же касается вещества, из которого состояла сколлапсировавшая звезда, то, казалось бы, в сингулярности оно должно перестать существовать.

Высказывались предположения о наличии некой новой силы, препятствующей коллапсу вещества до истинно бесконечных значений плотности. Но пока эти предположения не имеют под собой никакой реальной основы. Гравитационное взаимодействие настолько слабо по сравнению с другими силами природы, что и квантовые эффекты—которые легко проявляются при других взаимодействиях—вряд ли могут быть существенными, когда речь идет о тяготении, разве что на очень коротких расстояниях—порядка планковской длины (10~35 м). Удовлетворительной квантовой теории гравитации пока не существует. Не исключено, что создание такой теории позволит доказать отсутствие в природе истинных сингулярно-стей, но на сегодняшний день мы считаем, что черная дыра (за исключением области в непосредственной близости от сингулярности) достаточно хорошо описывается общей теорией относительности и что вещество должно быть сжато в микроскопически малом объеме пространства в центре черной дыры.

Как только сколлапсировавшая звезда сжимается в сферу шварцшильдовского радиуса, она исчезает для наблюдателя, поскольку свет ее поверхности уже не может достичь нас. В этом случае мы говорим о формировании некоего горизонта, и все происходящее в пределах этого горизонта недоступно нашему наблюдению. Есть основания полагать, что там звезда продолжает коллапсировать в сингулярность, но мы в принципе не имеем возможности наблюдать этот процесс или каким-либо другим путем получать информацию о превращениях звездного вещества. Черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса массивной звезды (рис. 31),— это сферический объем пространства, имеющий радиус, равный радиусу Шварцшильда, и сингулярность—в центре симметрии. Граница черной дыры носит название горизонта событий, так как никакие сведения о событиях внутри черной дыры не могут распространяться во Вселенной за пределами этого горизонта.

У черной дыры, разумеется, нет твердой поверхности. Если бы вам пришлось пересекать горизонт событий, то вы не заметили бы никаких изменений пространства; но, оказавшись внутри этой границы, вы уже не смогли бы двигаться назад и с неизбежностью упали бы на центральную сингулярность. Горизонт событий — это односторонняя граница. Все вещественные объекты, свет и любое другое излучение могут падать в черную дыру, но ничто не может покинуть ее'.

Если не в действительности, то по крайней мере в принципе почти любого количества вещества достаточно для формирования черной дыры. Каждой величине массы соответствует свое значение радиуса Шварцшильда, внутри кото- рого эта масса должна быть заключена (примеры приведены в табл. 2). Чтобы составить некоторое представление о величине радиуса Шварцшильда, укажем, что для Солнца он должен быть немного меньше 3 км; если вся масса Солнца окажется внутри сферы такого радиуса, то Солнце превратится в черную дыру. Нетрудно подсчитать, что при нынешнем радиусе Солнца (700 000 км) плотность его вещества, сжатого в сферу шварцшильдского радиуса, в 10 раз превысит плотность воды. Если бы какой-нибудь физик вдруг задумал сделать черную дыру из нашей планеты, то ему пришлось бы сжать Землю в сферу радиусом меньше / см!

1 В дальнейшем мы увидим, что описанная ситуация на самом деле не столь ясна.

Но при нынешнем состоянии Вселенной ни Солнце, ни Земля не могут сами по себе превратиться в черные дыры. Как мы уже видели, звезды, имеющие к концу своей жизни массу меньше 2—3 MQ, в основном становятся белыми карликами или нейтронными звездами. Однако известно много звезд, масса которых значительно превышает этот предел, и, хотя к концу своей эволюции звезды многими способами могут избавиться от излишков вещества, весьма вероятно, что некоторые из таких сверхмассивных звезд на последнем этапе своего существования все-таки становятся черными дырами.

Шварцшильдовский радиус звезды массой ЮМ© составляет примерно 30 км. Так как объем сферы пропорционален кубу радиуса, а радиус черной дыры зависит от ее массы, выходит, что плотность вещества, сжатого до размеров сферы Шварцшильда, имеет меньшее значение для звезд большей массы. Так, звезда массой ЮМ© в тот момент, когда в процессе коллапса ее радиус окажется равным радиусу Шварцшильда, будет иметь плотность всего лишь (!) в 10|4 раз выше плотности воды (т. е. 10' кг/м3). В предыдущей главе мы узнали, что средняя плотность вещества нейтронных звезд составляет, по нашим представлениям, 10|8 кг/м3. Поскольку у нас нет сомнений в факте существования нейтронных звезд, то, очевидно, вещество может быть сжато до таких огромных значений плотности, а, как мы только что выяснили, плотность коллапсирующей массивной звезды в тот момент, когда она становится черной дырой, на порядок меньше плотности нейтронной звезды. Конечно, внутри черной дыры коллапс будет продолжаться до тех пор, пока плотность вещества не станет бесконечной, но, что бы ни происходило внутри, факт остается фактом: черные дыры могут образовываться из вещества с плотностью, заведомо меньшей плотности объектов, существование которых во Вселенной твердо установлено.

Развивая эту мысль дальше (см. табл. 2), находим, например, что черная дыра массой 10 М® будет иметь радиус около 300 млн. км (т. е. вдвое больше радиуса земной орбиты), а средняя плотность вещества при “уходе” его за горизонт событий окажется почти равной плотности воды. Черная дыра массой в несколько миллиардов масс Солнца в момент своего формирования будет иметь такую же плотность, как воздух у поверхности Земли. Стоит еще раз подчеркнуть, что если вещество объекта данной массы сжалось до сферы радиуса Шварцшильда, то уже ничто не в состоянии воспрепятствовать его бесконечному коллапсу; однако для формирования черной дыры никакого невероятного сжатия материи не требуется.

Во Вселенной, в принципе, можно обнаружить черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звезд с массами от 2—3 до 100 М0, Сверхмассивные черные дыры, содержащие количества вещества, равные тысячам, миллионам или миллиардам солнечных масс, в настоящее время также могут существовать или формироваться во Вселенной. Высказывалось предположение, что если Вселенная действительно возникла в результате Большого взрыва из горячего и плотного протовещества, то на самых ранних стадиях ее эволюции могли существовать условия, в которых даже очень небольшие массы материи спрессовывались в так называемые черные мини-дыры. В черной дыре .размером с атомное ядро может содержаться масса средней земной горы, и вполне допустимо, что такие объекты существуют. Более подробно мы поговорим о черных макси- и мини-дырах в следующих главах, а пока лишь отметим, что интервал значений размеров и масс черных дыр чрезвычайно широк.

В окрестности невращающейся шварцшильдовской черной дыры можно ожидать много любопытных эффектов. Исследуем черную дыру массой 10 MQ с помощью мысленного эксперимента: допустим, некий смельчак-астронавт решился совершить путешествие внутрь черной дыры, регулярно посылая— пока сможет — информацию о своем путешествии. Он, конечно, прекрасно понимает, что это путешествие в одну сторону, и тому, кто пересечет горизонт событий, не суждено вернуться обратно. Ну, а мы займем более осторожную позицию: будем наблюдать за происходящим с безопасного расстояния, подальше от черной дыры.

Одним из неприятных эффектов, которые испытывает на себе наш астронавт, приближаясь к дыре, будет воздействие приливных сил. Как мы узнали в гл. 3, приливные силы возникают в результате разности гравитационного воздействия на различные точки одного и того же протяженного тела. Стоя на поверхности Земли (и даже не принимая во внимание влияния Солнца и Луны), мы подвергаемся воздействию приливных эффектов, вызываемых самой нашей планетой. Если человек стоит прямо, то его ноги оказываются ближе к центру Земли, чем голова, и, следовательно, испытывают большую силу гравитационного притяжения. Правда, эти эффекты чрезвычайно малы, так что мы не только не замечаем их, но и не можем измерить без специальных сверхчувствительных приборов.

Однако вблизи горизонта событий черной дыры дело обстоит иначе. Когда вещество массой ЮМо сконцентрировано в сфере радиусом всего в 30 км, гравитационные силы при приближении к горизонту событий резко возрастают: вблизи горизонта астронавт должен испытывать примерно такое же действие приливных сил, как если бы он повис на мосту, уцепившись за перила, а за ноги его тянуло бы вниз все население Лондона или Нью-Йорка!

Непрерывно возрастающие гравитационные силы должны были бы растянуть нашего несчастного астронавта и разорвать его на куски, прежде чем он приблизится к горизонту событий; когда астронавт—или то, что от него останется,— пересечет сферу Шварцшильда, он продолжит падение к сингулярности, где и закончит свое существование. Единственное утешение в такой ситуации — это молниеносный конец. Падая со скоростью, близкой к скорости света, астронавт достигнет сингулярности через 10~4 с после пересечения горизонта событий.

На горизонте событий значительно более массивных черных дыр приливные силы существенно меньше. Фактически величина приливных сил вблизи горизонта событий обратно пропорциональна квадрату массы черной дыры, так что воздействие приливных сил на астронавта при его падении в черную дыру массой 20Мо будет в четыре раза слабее того, что испытает астронавт на границе черной дыры массой ЮМ©. Если, например, предположить, что человеческое тело в течение некоторого времени может выдерживать растягивающее напряжение, равное его десятикратному весу, то тогда астронавт сравнительно безболезненно сможет пересечь горизонт событий черной дыры массой ЮОООМ©. На горизонте событий черной дыры, в 100 млн. раз более массивной, чем Солнце, приливные эффекты окажутся не более заметны, чем те, которые мы испытываем на Земле под воздействием ее гравитационного поля; в такую дыру можно залететь, даже не заметив этого, хотя потом гибели в сингулярности уже не избежать.

Если астронавт, падающий в черную дыру, имеет в своем распоряжении передатчик, посылающий через равные промежутки времени (по часам астронавта) сигналы в виде импульсов излучения, то, с точки зрения астронавта, частота посылки сигналов все время остается неизменной. Мы же обнаружим совсем иную картину. Сначала промежутки времени между регистрируемыми на Земле сигналами будут постоянными и равными тем, что астронавт измеряет по своим часам. Однако по мере приближения астронавта к горизонту событий различие во времени между двумя последовательными сигналами становится все более заметным: интервалы времени между сигналами, измеренные по нашим часам, увеличиваются. Иначе говоря, мы замечаем, что часы астронавта начинают отставать в результате эффекта замедления времени. Чем глубже погружается астронавт в гравитационное поле дыры, тем более существенным становится этот эффект (рис. 32), пока, наконец, на самом горизонте событий часы астронавта, с нашей точки зрения, совсем не остановятся. Иначе говоря, мы обнаружим, что для достижения горизонта событий астронавту требуется бесконечное время, и, кажется, будь у нас достаточно мощный телескоп, мы могли бы разглядеть навек застывшее над границей черной дыры изуродованное тело нашего несчастного смельчака.

Но астронавт все воспринимает иначе. Его часы — и любое другое устройство для локального измерения"времени, атом ные, биологические или какие угодно другие часы — показывают, что время, как оОычно, идет “сплошным равномерным потоком”. Астронавт пересекает горизонт событий и погружается в сингулярность в считанные доли секунды, и это для него — вполне реальное, ощущаемое и последнее событие. Но тем не менее мы приходим к выводу, что он никогда не пересечет горизонта событий.

Кто прав? И астронавт, и мы — и в то же время никто. Согласно наблюдениям из нашей системы отсчета, правы мы; точно так же в своей падающей на черную дыру системе отсчета прав астронавт. Во Вселенной нет абсолютного стандарта времени: оба наблюдателя в равной степени имеют право на свою точку зрения.

Но почему аналогичные рассуждения не применить прежде всего к самой коллапсирующей звезде, находящейся в процессе формирования черной дыры? Если бы мы могли наблюдать коллапс звезды, то заметили бы, что он постепенно, но все быстрее замедляется и прекращается как раз на сфере шварцшильдовского радиуса; застывшая, так и не сжавшаяся до конца звезда (“почти черная дыра”) — вот и все, что мы могли бы наблюдать начиная с этого момента. Однако в действительности этого не происходит. Дело в том, что здесь в игру вступает второй релятивистский эффект, тесно связанный с замедлением времени,— гравитационное красное смещение. По существу гравитационное красное смещение и замедление времени, как две стороны одной медали,— два проявления одного и того же физического эффекта. Вблизи горизонта событий величина красного смещения достигает огромных значений. По мере приближения размера коллапсирующей звезды к соответствующему ей радиусу Шварцшильда длина волны испускаемого с ее поверхности света непрерывно увеличивается, излучение “сдвигается” в длинноволновую, красную, область спектра, естественно становясь при этом все слабее. Частота излучения быстро падает, и, наконец, наступает момент, когда интервал времени между последним и предпоследним волновыми гребнями, приходящими к наблюдателю, становится бесконечно большим. В результате коллапсирующая звезда (или падающий в черную дыру астронавт) по достижении горизонта событий моментально исчезает из поля зрения.

Если послать другого астронавта для проверки, пересек ли первый горизонт событий, то второй астронавт никогда не сможет догнать первого. Первый астронавт упал в черную дыру раньше, и второй, по его собственным часам, также очень быстро погрузится туда, полностью разделив участь первого. Таким образом, у нас есть основания считать, что черные дыры действительно должны образовываться, кол-лапсирующие звезды должны пропадать из вида, а падающие в черные дыры астронавты на самом деле должны исчезать в них. В какой бы системе отсчета мы ни производили наблюдения, никаких других результатов мы не получим.

Мы не можем наблюдать внутренность черной дыры, находясь вне ее. Хотя падающий в черную дыру астронавт и может в принципе производить наблюдения внутри нее, особенно если он выбрал для исследования сверхмассивную черную дыру, где в его распоряжении будет несколько часов и даже дней, прежде чем приливные силы приведут его к гибели, но он не может передавать нам информацию, не используя (запрещенных!) сверхсветовых сигналов. И тем не менее мы убеждены, что общая теория относительности в состоянии правильно описать все происходящее внутри чер ной дыры, за исключением, может быть, самой сингулярности'.

В главе 4 для описания пространства-времени мы использовали специальную диаграмму. Один из вариантов такой диаграммы предложил профессор Оксфордского университета Роджер Пенроуз; с помощью диаграммы Пенроуза на одном листе бумаги можно изобразить и саму черную дыру, и всю остальную часть Вселенной.

Любая карта предполагает некоторое искажение; например, в известной проекции Меркатора, используемой при составлении карт Земли, только близкая к экватору область земного шара изображается на карте довольно точно, но, чем дальше к полюсу, тем сильнее искажения. Метод отображений, предложенный Пенроузом (называемый конформным отображением), позволяет получить картину пространства-времени шварцшильдовской черной дыры в таком виде, как показано на рис. 33. Все внешнее по отношению к черной дыре пространство-время изображено в правом секторе диаграммы, а линии, ограничивающие диаграмму справа, соответствуют бесконечно удаленным областям пространства-времени, протянувшимся из бесконечного прошлого (нижняя линия) в бесконечное будущее (верхняя линия). Горизонт событий изображают линии, наклоненные к вертикали (направление времени) под углом 45°. В пространственно-временных диаграммах, с которыми мы встречались раньше, эти линии соответствовали траекториям световых лучей. Мировые линии более медленных частиц имеют наклон меньше 45° (т. е. эти частицы движутся по временноподобным линиям). Поскольку луч света, направленный от горизонта событий наружу, остается все время на постоянном расстоянии от сингулярности, хотя падающий в черную дыру наблюдатель продолжает считать, что луч пролетает мимо него со скоростью света (стремится вверх, но остается на месте), то есть смысл изобразить горизонт событий линиями, имеющими именно такой наклон. Сингулярность изображается горизонтальной линией, ограничивающей диаграмму сверху; сингулярность пространственноподобна.

Частица, падающая на черную дыру, должна двигаться по временноподобной мировой линии, поскольку движение со сверхсветовыми скоростями, согласно теории, невозможно.

1 Это подтверждается, в частности, тем, что на своем пути к сингулярности падающий в черную дыру астронавт нигде не превышает локально измеренную скорость света. Согласно же теории Ньютона, астронавт должен испытывать все возрастающее ускорение, и поэтому он упадет на сингулярность с бесконечно большой скоростью, безусловно превышающей скорость света.

Из диаграммы ясно: ничто попавшее в черную дыру не может избежать падения на центральную сингулярность, поскольку даже внутри дыры частицы должны следовать по линиям, наклоненным к вертикали под углом меньшим 45°. При этом внутри черной дыры, сразу за горизонтом событий, происходят фундаментальные изменения характера пространства-времени. Если во внешнем пространстве тела свободны двигаться в произвольном направлении, то внутри черной дыры допустимо единственное движение — к сингулярности и разрушению в ней.

В заключение отметим, что диаграмма Пенроуза симметрична; это означает существование второй такой же вселенной по “другую сторону” от черной дыры. Решения уравнений, описывающих пространство-время в окрестности шварц-шильдовской черной дыры, обладают определенной симметрией, которая указывает на то, что дыра может связывать нашу Вселенную с другим, аналогичным миром.

Имеет ли этот “другой мир” физический смысл или это чисто математическое следствие решения уравнений поля? . В случае шварцшильдовской черной дыры этот вопрос носит чисто гипотетический характер; мы не можем проникнуть в “ДРУГУЮ вселенную” — послать туда или получить оттуда какой-либо сигнал. Все, что попадает в черную дыру, исчезает в сингулярности. Для совершения путешествия из нашей в другую вселенную или оттуда в наш мир потребуются сверхсветовые скорости, недопустимые, согласно теории относительности. Поэтому представление о второй вселенной интересно лишь с математической точки зрения. Тем не менее, возможность взаимосвязи между двумя мирами через черную дыру, так называемый мост Эйнштейна — Розена (или “кротовая нора”), привлекла к себе пристальное внимание ученых. Возникла мысль, что этот мост связывает не разные миры, а две точки одного—нашей Вселенной. Но даже если это и так, путешествовать между ними в пространстве-времени с помощью шварцшильдовских черных дыр мы не сможем, поскольку при этом нам не избежать сингулярности.

1 Часто встречаются математические задачи, имеющие два решения, одно из которых имеет физическое толкование, а второе приходится отбрасывать как бессмысленное. Примером может служить извлечение квадратного корня из числа; например, корень из 64 может быть равен как +8, так и -8. Вспомним третий закон Кеплера: расстояние от Солнца а (а. е.) и орбитальный период Р (годы) для любой планеты связаны соотношением Р2 = а3. Если Р2=43=64, то период определяется как корень квадратный из 64. Безусловно, мы считаем период равным 8, а не -8 годам.

Что же касается самой сингулярности, то мы знаем о ней слишком мало: известные нам физические законы отказывают, когда речь идет о бесконечной плотности вещества и бесконечных силах тяготения. Пенроуз и другие ученые убедительно показали, что коллапс большой массы вещества неизбежно завершается образованием сингулярности и что, по крайней мере в случае сферически симметричного коллапса, непременно возникает горизонт событий, скрывающий эту сингулярность от внешнего наблюдателя. Сингулярность представляет собой такую область пространства, где известные нам законы природы не выполняются, и поэтому мы не можем предсказать, как там развиваются события и каковы их результаты. Если бы сингулярность можно было наблюдать непосредственно, т. е. если бы существовала так называемая голая сингулярность, то мы лишились бы и тех небольших возможностей предсказывать развитие событий во Вселенной, которые ныне нам доступны: ход наших рассуждений был бы запутан непредсказуемым поведением сингулярности. Но поскольку сингулярности “прячутся” за горизонтами событий, что бы в них ни происходило, это никак не отражается на находящейся вне горизонта событий наблюдаемой части Вселенной. Если сингулярности действительно ненаблюдаемы, то сам факт их существования можно во внимание не принимать.

Не столь ясен вопрос о том, обязательно ли формируется горизонт событий вокруг всякого коллапсирующего тела. Не вызывает сомнений образование такого горизонта в процессе коллапса сферически симметричной массы, в результате которого возникает невращающаяся черная дыра, но коллапс несферических или очень протяженных объектов ставит в этой связи ряд проблем. Многие ученые разделяют гипотезу Пенроуза о так называемой космической цензуре, согласно

которой Вселенная устроена так, что сингулярности всегда образуются только в пределах горизонта событий; однако справедливость этой гипотезы пока не имеет строгого доказательства, за исключением простейшего и несколько идеализированного случая сферического коллапса.

Внутри черной дыры гравитация доминирует над всеми другими силами, но если космическая цензура все-таки есть, то мы никогда не сможем наблюдать последствий этой преобладающей роли тяготения в экстремальной точке — центральной сингулярности.

Рассмотренную нами шварцшильдовскую черную дыру нельзя считать реальным физическим объектом в строгом смысле этого слова. Дело в том, что если черные дыры действительно существуют, то они должны образовываться из вращающихся тел (т. е. из тел, обладающих собственным моментом импульса), и, кроме того, эти тела могут иметь отличный от нуля электрический заряд. Но если большинство объектов во Вселенной можно все же считать электрически нейтральными, то вращение—это общее свойство, присущее звездам, планетам и галактикам. Черная дыра, возникающая в результате коллапса вращающейся массивной звезды, сама должна вращаться вокруг своей оси с большой скоростью; ведь нам доподлинно известно, что нейтронные звезды являются быстро вращающимися объектами.

Теоретические исследования, проведенные Б. Картером, В. Израэлом, Д. Робинсоном и С. Хокингом, показали, что с точки зрения внешнего наблюдателя черные дыры могут иметь только три характеристики: свойства черной дыры полностью определяются ее массой М, электрическим зарядом Q и собственным моментом импульса J. Эти три характеристики должны остаться у черной дыры, поскольку они связаны с полями дальнодействующих сил, которые оказывают влияние на удаленные объекты. Гравитационное поле, величина которого зависит от массы М и момента импульса /, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника; электромагнитная сила, обусловленная зарядом Q, ведет себя подобным же образом. При формировании черной дыры гравитационное поле вне горизонта событий продолжает воздействовать на распространение световых лучей и движение объектов с ненулевой массой покоя. Аналогично электромагнитное поле, связанное с пол-

ным электрическим зарядом черной дыры, также будет оказывать влияние на окружающие тела. Никакие другие свойства вещества, участвующего в формировании черной дыры, не передаются ей “в наследство”. Подчеркивая этот аспект природы черных дыр, профессор Дж. А. Уилер весьма остроумно заметил: “У черной дыры не может быть волос”. Иными словами, коллапсирующее тело быстро достигает состояния, единственными характеристиками которого являются масса, заряд и собственный момент импульса—других отличительных черт у черной дыры нет.

Решение уравнений поля для сколлапсировавших массивных тел с электрическим зарядом и моментом импульса— чрезвычайно трудная задача. В 1916—1918 гг. X. Райсснер и Дж. Нордстрём нашли решение, описывающее черную дыру с массой М и электрическим зарядом Q, но лишь в 1963 г. австралийский математик Рой П. Керр получил решение уравнений поля для черной дыры с массой М и собственным моментом импульса J. Только после этого стало возможно построить достаточно реалистические модели черных дыр. Примерно через 2 года после Керра Э. Ньюмен с соавторами нашел решение, в котором фигурировали все три характеристики черных дыр: М, Q и J. Решения Керра—Ньюмена, по-видимому, исчерпывают все возможные варианты моделей черных дыр.

Впрочем, вряд ли в природе есть черные дыры, несущие сколько-нибудь существенный электрический заряд, а если таковые и существуют, то недолго. Дыра, образовавшаяся из вещества с большим положительным электрическим зарядом, будет интенсивно притягивать оказавшиеся по соседству отрицательные заряды и отталкивать положительные. В результате через некоторое время первоначальный заряд черной дыры будет нейтрализован.

Что же касается вращающихся черных дыр, то они как внутри, так и вне горизонта событий обладают рядом замечательных свойств. Вне горизонта событий таких дыр простирается область, называемая эргосферой (рис. 34), которая снаружи ограничена некой поверхностью (разумеется, не твердой), именуемой пределом стационарности. Последний касается горизонта событий в двух точках — “полюсах” черной дыры. Внутри предела стационарности ничто не может оставаться в покое: даже если бы ваш космический корабль двигался с околосветовой скоростью, то в эргосфере вы бы не избежали вынужденного вращения—само пространство там как бы увлекается вращением черной дыры и закручивается вокруг ее оси. Космический корабль, попавший внутрь эргосферы, в принципе, может ее покинуть, для этого достаточно, включив двигатели, направить его в сторону от горизонта событий; однако ничего нельзя сделать, чтобы корабль (или даже луч света) оставался в этой области пространства неподвижным.

Этот эффект известен как “увлечение инерциальных систем отсчета” Лензе—Тирринга. Чтобы понять, почему это происходит, нам необходимо вспомнить принцип Маха, согласно которому любое тело во Вселенной вносит вклад в свойство инерции всех остальных тел. При нормальных условиях инерция тела определяется главным образом удаленными массами, но и близкие массы оказывают на нее некоторое (очень слабое) влияние. Следовательно, массивное вращающееся тело должно увлекать в круговое движение инерциальные системы в своей ближайшей окрестности. Этот эффект в принципе можно наблюдать с помощью маятника Фуко (маятника, свободно качающегося в “фиксированной” плоскости, относительно которой вращается Земля), установив его на одном из полюсов Земли и наблюдая, остается ли плоскость, в которой он колеблется, неподвижной относительно удаленных галактик или же она медленно поворачивается в направлении собственного вращения Земли. Эффект увлечения слишком мал, чтобы его можно было заметить с помощью современных приборов. Однако обусловленную этим эффектом прецессию орбиты спутника можно выделить среди других видов возмущений, хотя для того, чтобы вследствие этой прецессии плоскость орбиты спутника совершила один полный оборот вокруг Земли, потребуется почти 10 млн. лет.

В настоящее время пока нет оснований отдавать предпочтение какой-либо одной из этих гипотез, хотя если говорить о “вспышках” излучения в центрах некоторых шаровых скоплений, то они косвенно свидетельствуют в пользу модели аккреции вещества на черную дыру. Продолжение наблюдений в рентгеновском диапазоне и предстоящие исследования с помощью спутника в диапазоне гамма-излучения, возможно, помогут в ближайшем будущем разрешить эту проблему.

Сегодня мы не располагаем никакими свидетельствами существования черных мини-дыр. Если такие дыры в природе действительно есть (а это “если” под большим вопросом), то они должны были сформироваться в первые мгновения жизни Вселенной, и правильнее их называть первичными (реликтовыми) черными дырами. Как мы узнали в гл. 9, первичные дыры с массой в несколько миллиардов тонн должны были бы взрываться в настоящее время, и лучший способ их обнаружить в таком случае — это заняться поисками вспышек гамма-излучения, которое должно возникать при таких взрывах.

Однако вероятность зарегистрировать подобные вспышки с помощью имеющихся сегодня приборов очень невелика, и даже, по самым оптимистическим оценкам, весьма маловероятно, что существующие или строящиеся сейчас новые детекторы гамма-излучения способны зафиксировать отдельный взрыв на расстоянии более 1 св. года.

Единственное, что можно сделать,— это определить возможную верхнюю границу плотности распределения первичных черных дыр. Если считать, что весь рентгеновский фон Вселенной является результатом взрывов черных мини-дыр, то из расчетов, проделанных Д. Н. Пэйджем, а также С. Хо-кингом и Г. Ф. Шаплэном, следует, что плотность мини-дыр— при условии, что они сосредоточены в галактиках — не может превышать 300 млн. единиц на 1 (св. год)3. Если же первичные черные дыры распределены во Вселенной равномерно, то соответствующая цифра уменьшается до 300 единиц— это и есть верхняя граница плотности первичных дыр. Плотность первичных дыр может быть, конечно, и меньше (впрочем, их вообще может не быть!).

Другая возможность обнаружения мини-дыр состоит в том, чтобы в качестве детектора гамма-излучения использовать атмосферу Земли. Высокоэнергетическое гамма- излучение, попадая в атмосферу, вызывает вторичное излучение, которое в принципе может наблюдаться с поверхности Земли в виде вспышек света. Результаты экспериментов Н. А. Портера и Т. К. Викеса (Дублинский университет) говорят о том, что в нашей части Галактики в течение столетия в объеме 1 (св. год)3 может происходить не более 2 взрывов первичных черных дыр. Д. Фегон и С. Данахер (также из Дублинского университета) предложили использовать 5500 зеркал самой большой в мире солнечной энергетической установки фирмы “Сандиа лабораторис” (шт. Нью-Мексико) для ночного поиска атмосферных вспышек, вызванных излучением взрывающихся первичных черных дыр. В период, когда создавалась эта книга, их предложение оставалось нереализованным.

Более перспективным кажется метод, предложенный в 1977 г. Рисом. Он показал, что частицы, высвобожденные в процессе взрыва мини-дыры, должны взаимодействовать с магнитным полем Галактики, формируя импульсы линейно поляризованного радиоизлучения, которые на сегодня зарегистрировать гораздо легче, чем импульсы гамма-излучения космического происхождения. При оптимальных условиях современные радиотелескопы свободно могли бы обнаружить такие взрывы на расстояниях вплоть до центра Галактики, а гигантский радиотелескоп в Аресибо (Пуэрто-Рико) в принципе способен детектировать одиночные взрывы мини-дыр даже в туманности Андромеды! Конечно, этот вывод основывается на многих допущениях, однако данный путь исследования пока представляется самым многообещающим. Из предварительного анализа результатов обзора неба в радиодиапазоне, проведенного в 1977 г. У. П. С. Мейклом, следует, что в 1 (св. год)3 за 3 млн. лет может случиться максимум один взрыв первичной черной дыры. Этот предел в сотни тысяч раз выше предела чувствительности современных детекторов гамма-излучения.

Наконец, каковы шансы прямой встречи с черной мини-дырой? Существует ли возможность непосредственного столкновения мини-дыры с нашей планетой? В 1973 г. А. А. Джексон и М. П. Райан из Техасского университета опубликовали любопытную статью, в которой высказали предположение, что некая черная мини-дыра ответственна за знаменитый Тунгусский метеорит, упавший в 1908 г. Тогда, как после мощного взрыва, была полностью опустошена территория площадью 2000 км2, на которой, однако, не было найдено метеоритных осколков и отсутствовал характерный кратер. Поэтому от первоначальной версии падения большого метеорита пришлось отказаться. По мнению Джексона и

Райана, упавшая мини-дыра имела массу, сравнимую с массой небольшого астероида, хотя радиус ее при этом не превышал 10~6 см; она пронзила Землю насквозь и вышла с ее противоположной стороны. Значительная энергия, как полагают авторы этой необычной гипотезы, выделилась при входе мини-дыры в атмосферу и ударе ее о земную поверхность; эта энергия сравнима с энергией взрыва 20-Мт водородной бомбы, так что произведенные опустошения неудивительны. Явление Тунгусского метеорита пытались объяснить также взрывом инопланетного корабля. Однако единственно разумная гипотеза заключается в том, что Тунгусский метеорит — это ядро небольшой кометы, которое взорвалось при вхождении в плотные слои атмосферы и поэтому не оставило заметного кратера. Впрочем, гипотеза черной мини-дыры, предложенная Джексоном и Райаном, хотя ее и не стоит принимать всерьез, правдоподобнее некоторых других.

По существу, следы удара черной мини-дыры о Землю были бы ничтожны. Как считает Б. Карр из Кембриджского астрономического института, дыра с массой меньше 1021 кг, пронзив Землю насквозь, вряд ли произвела бы какие-либо заметные эффекты, и, даже по самым завышенным оценкам, возможно не более одного такого столкновения за время, в тысячи раз превышающее предполагаемый возраст Вселенной. А что касается мини-дыр меньших масс, например таких, которые рассматривали Джексон и Райан, то здесь возможно не более одного столкновения за 10 млрд. лет. Итак, прямое столкновение—довольно бесперспективный способ обнаружения черных мини-дыр, хотя это и не исключает полностью возможности существования в Солнечной системе реликтовых черных дыр с массой, значительно большей миллиарда тонн.

Таким образом, на сегодня у нас нет никаких свидетельств существования черных мини-дыр. Однако имеются основания считать, что некоторые наблюдаемые космические явления, возможно, связаны с черными дырами солнечной массы (в тесных двойных системах) и со сверхмассивными черными дырами (в ядрах галактик и в квазарах). Некоторые новые данные, казалось бы, свидетельствуют в пользу предположения о том, что массивные черные дыры служат скрытыми источниками энергии в разнообразных космических процессах, сопровождающихся значительной энергоотдачей (от скромной активности' ядра нашей Галактики до катастрофической яркости сейфертовских галактик, радиогалактик, объектов типа BL Ящерицы и квазаров). И вполне вероятно, что именно в гравитационном взаимодействии скрыта причина существования этих энергетически самых мощных объектов нашей Вселенной.

Согласно новым данным, полученным исследователями из университета Джонса Хопкинса (The Johns Hopkins University), необычайно высокие скорости звездообразования, наблюдаемые в некоторых галактиках, могут быть связаны с наличием в их центрах черных дыр.

Галактики с высокими скоростями процессов звездообразования и галактики с активными черными дырами долго рассматривались как различные явления. Новые результаты говорят о том, что на самом деле центральная черная дыра и идущее вокруг нее звездообразование связаны между собой эволюционными процессами, которые формируют развитие галактик.

Те процессы, которые делают центральную черную дыру в галактике все более и более массивной, могут вызывать также и формирование звезд. Фаза звездообразования может быть общей ступенью равития для Сейфертовских галактик и квазаров - двух типов самых ярких объектов, наблюдаемых во Вселенной.

Сейфертовские галактики содержат активные сверхмассивные черные дыры в центральных районах, размеры которых сравнимы с размерами нашей Солнечной системы. Так как черная дыра поглащает близлежащие звезды и газ, она излучает огромные количества энергии. Это и служит причиной характерного для Сейфертовских галактик спектра с чрезвычайно высоким рентгеновским излучением, идущим из небольших центральных районов или ядра. Но есть Сейфертовские галактики, центральные области которых излучают несколько слабее - это так называемые Сейфертовские галактики 2 типа. Сначала теоретики считали, что такое различие в излучении связано с пространственным расположением галактики по отношению к Земле. Вокруг ядра любой спиральной галактики (а Сейфертовские галактики - это, как правило, спиральные галактики) существует диск, состоящий из газа и пыли. Предполагалось, что в зависимости от ориентации плоскости галактики центральная часть может быть видна сквозь затеняющий пылевой диск. Однако исследовав 14 Сейфертовских галактик на основе новых и архивных данных, полученных с помощью двух космических рентгеновских обсерваторий, астрономы пришли к выводу, что причиной затенения центральных районов галактик могут быть области, в которых идет процесс формирования звезд.

Анализируя рентгеновское излучение исследуемых галактик, астрономы выяснили, что эти галакти обладают и сверхмассивными черными дырами, и областями активного звездообразования. Такая взаимосвязь предполагает возникновение новых теорий относительно эволюции галактик. Должен быть какой-то механизм, который снабжает районы звездообразования материалом и увеличивает вероятность того, что в этих районах накопится газ и начнется процесс формирования звезд. Как считают исследователи, в Сейфертовских галактиках эти функции может выполнять гравитация центральной черной дыры.

Если бы мы могли видеть в рентгене, то, посмотрев в мае 2000 года на южное небо, мы увидели бы очень яркий источник, но это было бы не Солнце или Луна, а экзотическая черная дыра двойной звездной системы , известной астрономам как XTE J1550-564.

В апреле 2000 года этот объект был почти так же ярок, как Крабовидная туманность, которая является самым ярким рентгеновским источником нашего неба," - говорит доктор Mike McCollough из NASA. "С тех пор яркость этого объекта уменьшилась приблизительно до десятой части яркости Краба."

Сейчас XTE J1550-564 - один из самых ярких рентгеновских источников. Если бы человеческий глаз был чувствителен к рентгеновскому излучению, мы могли бы наблюдать его сияющим в южном созвездии Наугольник.

Обычно J1550-564 почти не видим в рентгене, но его интенсивность меняется. Например, в 1998 году этот объект был в 1.5 раза ярче Крабовидной туманности в течение нескольких дней.

McCollought и его коллеги полагают, что XTE J1550 является черной дырой со звездой - компаньоном. Газообразный материал, перетекающей от звезды к черной дыре, формирует закручивающийся диск, вещество которого разогревается. Этот диск, называемый аккреционным диском, становится таким горячим и пылает так ярко в рентгеновских длинах волн, что становится видимым для рентгеновских телескопов на расстояниях в 10 000 световых лет.

"Если бы мы преобразовали рентгеновские колебания от J1550 в звуковые волны, мы услышали бы низкий, грохочащий гул," - говорит доктор Stefan Dieters, астроном из NASA. "Доминирующая составляющая частоты - около 0,3 Hz - слишком низка для человеческого уха, но полный спектр содержит частоты до 20 или 30 Hz, которые лежат в нижних пределах человеческого слуха."

"Звук" от такой двойной системы с черной дырой не был бы чистым тоном, так как спектр колебаний содержит целый диапазон частот. Ученые называют это квази-периодическими колебаниями (Quasi Periodic Oscillations - QPO). Какова причина этих колебаний в таких системах?

"Возможно, аккреционный диск, который вызывает рентгеновское излучение, вибрирует," - говорит McCollough. "Или квази-периодические колебания могут быть частотой биения между периодом вращения центрального объекта и орбитальным периодом внутреннего края диска. Пока мы этого не знаем."

Существует несколько теоретических моделей, объясняющих это явление, но основная идея состоит в том, что некоторая граница в аккреционном диске перемещается внутрь, к черной дыре. Это может быть внутренняя граница диска, или, возможно, область перехода между двумя частями диска. Независимо от того, что это, оно зарождается вне диска, где орбитальный период более длинный, и перемещается в область более быстрого вращения, вызывая колебания с более высокой частотой.

Список двойных систем с QPO, содержащих черные дыры, все время растет. Сейчас известно по крайней мере 10 таких систем. Но не все источники вибрируют в низких частотах. Частоты систем с QPO с черными дырами могут доходить до 250 Hz, а квази-периодические колебания двойных систем с нейтронными звездами могут иметь компоненты частоты до 1.25 KHz.

"Когда мы исследуем эти быстрые колебания в системах черных дыр, мы действительно чувствуем, что происходит во внутреннем аккреционном диске, около роковой черты," - говорит McCollough. "Это поражает воображение. Мы находимся рядом с областью, где, как известно, пространство и время уже не существуют."

Черные дыры - это области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Так как черная дыра проглощает газ, пыль и даже звезды, поглащаемое вещество становится настолько горячим, что начинает излучать с очень высокой энергией по мере того, как погружается в черную дыру. Эта энергия включает и рентгеновское излучение, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите.

Астрономы обнаружили относительно малую черную дыру в центре галактики NGC 4395 в созвездии Гончих Псов, которая излучает в рентгене так же интенсивно, как черные дыры обычных размеров.

NGC 4395 - первая галактика, в центре которой найдена маленькая, но очень эффективная сверхмассивная черная дыра.

В статье, которая была опубликована в Monthly Notices Королевского Астрономического Общества, астрономы из института астрономии Кембриджского университета пишут о том, что они обнаружили "крошечную" супермассивную черную дыру, которая, вопреки математическим ожиданиям, является столь же мощной, как большие черные дыры в центрах других галактик.

Черная дыра, расположенная в галактике NGC 4395, массивнее нашего Солнца в 50000 раз. Обычные известные нам сверхмассивные черные дыры, как правило, в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца. Согласно астрономам, эта черная дыра "работает" так же, как обычная сверхмассивная черная дыра, несмотря на ее малые размеры.

Наличие таких небольших по размерам черных дыр может объяснить свойства сейфертовских галактик - одного из типов активных галактик, в центре которых, как считается, содержатся черные дыры. Такие галактики менее ярки, чем квазары и другие активные галактики, но испускают большое количество рентгеновского излучения.

Астрономы пока не знают, сколько существует подобных черных дыр. NGC 4395 - единственая известная галактика с такой черной дырой

Впервые астрономы могут видеть, как звезды вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В статье, опубликованной 21 сентября 2000 года в журнале Nature, группа астрономов сообщает о том, что они обнаружили, что наблюдаемые в течение пяти лет три звезды вблизи центра нашей галактики ускоряют свое вращение вокруг черной дыры на более чем 250 миль в час за год.

"Мы видим, что орбиты звезд начинают изгибаться," - говорит руководитель группы астрономов, проводивших наблюдения, Andrea Ghez, профессор физики и астрономии из UCLA. "Орбита одной из этих звезд приведет ее на черную дыру в ближайшие 15 лет. Мы говорим о 15 годах, хотя свету требуется целых 24 тысячи световых лет, чтобы добраться до нас!".

Другие две ближайшие к черной дыре звезды находятся от нее на расстоянии всего 10 световых дней, но Ghez предсказывает, что они будут облетать по орбите огромную черную дыру и не упадут на нее. В 1995 году эти три звезды перемещались со скоростью два миллиона миль в час, а к 1999 году их скорости увеличились более чем на миллион миль в час.

В 1998 году Ghez сообщила, что в центре нашей галактики, на расстоянии 24 тысячи световых лет, находится черная дыра с массой, в 2.6 млн раз превышающей массу Солнца. Это открытие положило конец спорам среди астрономов, продолжавшимся больше четверти века. Сейчас Ghez может точно указать местонахождение этой черной дыры. Черные дыры - это сколлапсировавшие звезды, настолько плотные, что ничто не может преодолеть их гравитационного притяжения, даже свет.

В своих наблюдениях группа астрономов под руководством Ghez использует 10-метровый телескоп Keck I Telescope на Гавайях - самый большой в мире оптический и инфракрасный телескоп. Они исследуют движение 200 звезд, расположенных близко к галактическому центру. Пока выявлено ускоренное движение только трех из них

Космический рентгеновский телескоп Chandra обнаружил черную дыру нового типа

Несколько групп ученых сообщили 13 сентября 2000 года о том, что они получили доказательства существования черной дыры нового типа, не наблюдавшегося ранее. Такая черная дыра была обнаружена в галактике M82. Это средняя по массе черная дыра, которая располагается на расстоянии 600 световых лет от центра галактики M82. Ученые считают, что эта черная дыра может представлять собой отсутствовавшее до сих пор звено между небольшими и сверхмассивными черными дырами, которые располагаются в центрах галактик.

"Полученные результаты открывают целую новую область исследований," - сказал Martin Ward из университета Leicester, Великобритания, участник наблюдений. "Никто не был уверен, что такие черные дыры существуют, особенно вне центров галактик." Черная дыра в галактике M82 с массой, в 500 раз превышающей массу Солнца, по размерам сравнима с Луной. Такая черная дыра требует критических условий для создания, например, коллапса "гиперзвезды" или слияния нескольких черных дыр.

"Эта черная дыра может со временем переместиться к центру галактики, где она может превратиться в супермассивную черную дыру," - говорит Dr. Hironori Matsumoto из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже.

В прошлом в нашей галактике во время периодов интенсивного звездообразования могли образоваться средне - массивные черные дыры, так что в дополнение к примерно двум десяткам известных черных дыр и сверхмассивной черной дыре, расположенной в центре галактики, могут существовать сотни таких "средних" черных дыр

Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик.

Тщательно проведенные с помощью спектрографа космического телескопа NASA Hubble исследования более чем 30 галактик с центральными черными дырами позволили проследить подробную эволюцию галактик и их взаимоотношений с находящимися в их центрах гигантскими черными дырами.

Анализ этих данных показывает, что гигантские черные дыры не предшествовали рождению галактик, а эволюционировали вместе с ними, поглощая определенный процент массы звезд и газа центральной области галактики. Это означает, что в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы составляют не многим более нескольких миллионов солнечных масс. Черные дыры в центрах гигантских галактик, включающие в себя миллиарды солнечных масс, поглащали настолько много газа, что начали сиять как квазары, самые яркие объекты во Вселенной.

Суть заключается в том, что окончательная масса черной дыры не является ее изначальной массой, она определяется в процессе формирования галактики. "События, которые создают галактику, и события, заставляющие ее центральную черную дыру сиять как квазар, одни и те же," - говорит John Kormendy из университета Техаса в Остине. "Эти результаты помогают связать несколько направлений исследования формирования галактик в одну наиболее правдоподобную и последовательную картину".

Обнаружение телескопом Hubble еще 10 сверхмассивных черных дыр в центрах галактик увеличивает число черных дыр, доступных для исследований, до 30.

Полученные результаты обнаруживают тесную взаимосвязь между массой черной дыры и звездами, составляющими эллиптическую галактику, или центральным звездным балджем спиральной галактики.

Эти исследования также объясняют, почему в центрах галактик с малыми звездными балджами, таких, как наша галактика Млечный Путь, находятся "крошечные" черные дыры массой всего в несколько миллионов масс Солнца, в то время как в центрах гигантских эллиптических галактик располагаются сверхмассивные черные дыры с массами, составляющими миллиарды солнечных масс. В центре галактики, не имеющей центрального звездного балджа (типа ближайшей к нам галактики М33), либо нет черной дыры, либо есть очень небольшая черная дыра, обнаружение которой - ниже предела возможностей телескопа Hubble.

В большинстве случаев черные дыры увеличиваются не только за счет поглощения газа отдельной галактики, но и путем слияния галактик, в результате чего их черные дыры объединяются.

Результаты проведенного исследования не позволили ответить на вопрос, как зарождается черная дыра. Ясно только, что она должна быть в галактике на раннем этапе процесса формирования этой галактики. Также не известно, как процесс формирования галактики создает черную дыру с такой точно коррелированной массой.

Hubble обладает уникальной способностью точно измерять скорость газа и звезд вблизи черной дыры. Результаты исследований, основанные на двух типах наблюдений с помощью Hubble, докладывались на встрече Американского Астрономического Общества. Несколько исследовательских групп измерили массы черных дыр, другие группы занимались исследованием движения звезд вблизи центра галактик

Группа астрономов из института астрономии Гавайев, университета Висконсина, центра космических полетов им. Годдарда и центра космических полетов им. Маршалла в своем докладе на 20-ом симпозиуме по релятивистской астрофизике от 12 декабря представила результаты исследований сверхмассивных черных дыр.

Сверхмассивные черные дыры излучают во Вселенную гораздо больше энергии, чем все звезды вместе взятые. Многие из них сформировались не так давно. Они составляют всего лишь небольшую часть удаленных экзотических объектов, образующих то, что астрономы называют рентгеновским фоном, и производящих равномерно распространяющееся через всю Вселенную рентгеновское излучение.

Исследователи считают, что по крайней мере 15 процентов всех сверхмассивных черных дыр сформировалось, когда возраст Вселенной составлял половину ее сегодняшнего возраста. И в настоящее время черные дыры продолжают расти. Это противоречит существовавшей до сих пор теории, основанной на связи между размерами черных дыр и содержащих их галактик и предполагающей, что черные дыры сформировались тогда, когда формировались галактики.

Массы сверхмассивных черных дыр, образующихся в результате коллапса газовых облаков, от миллионов до миллиардов раз превышают массы звезд, а их размеры сравнимы с размерами нашей Солнечной системы. Астрономы полагают, что большинство галактик, включая и нашу собственную, содержат в центре сверхмассивные черные дыры.

Черные дыры считаются "активными", когда на них происходит аккреция больших количеств вещества. Это вещество, нагретое до миллионов градусов под влиянием сильных гравитационных сил, излучает особенно ярко в рентгеновском диапазоне.

Еще в январе 2000 года было объявлено о том, что с помощью рентгеновской обсерватории Chandra в так называемом рентгеновском фоне удалось разрешить отдельные точечные источники - удаленные галактики с активными черными дырами. Были проведены оптические, субмиллиметровые и радио - наблюдения этих источников. Субмиллиметровые и радио - измерения дают информацию о количестве энергии, испускаемой при формировании сверхмассивных черных дыр.

Вычисленные по данным наблюдений интервалы времени, в течении которых формируется и растет черная дыра, оказались намного большими, чем можно было бы ожидать с том случае, если бы эти черные дыры образовывались в результате слияния крупных галактик, как часто предполагалось до сих пор.

Наземные наблюдения проводились на 10-метровом телескопе Keck (оптические) и телескопе Максвелла (субмиллиметровые). Оба телескопа расположены на Гавайях. Радио - наблюдения проводились с помощью Very Large Array Национальной радио обсерватории (National Radio Observatories)

На 20-ом симпозиуме Техаса в янкаре 2001 года по релятивистской астрофизике астрономы из университета Остина Karl Gebhardt и John Kormendy продемонстрировали, что два метода, использующиеся для измерений масс близлежащих черных дыр, могут использоваться также и для вычисления размеров наиболее удаленных квазаров. Использование этих методов может дать астрономам возможность получения большей информации о росте черных дыр и формировании галактик.

В настоящее время астрономам известны 38 черных дыр. 13 из них обнаружил Gebhardt и шесть - Kormendy. Масса сверхмассивной черной дыры превышает массу Солнца от одного миллиона до одного миллиарда раз. Такие черные дыры располагаются в центрах галактик. Поскольку они невидимы, их поиск и изучение основаны на наблюдениях перемещений звезд, вращающихся вокруг них. Считается, что квазары, чрезвычайно удаленные астрономические объекты, содержат в центре сверхмассивные черные дыры, которые активно поглащают окружающие их звезды и газ.

Проведенные до сих пор прямые измерения сверхмассивных черных дыр в 38 галактиках были основаны на наблюдениях за вращением и скоростями звезд и газа около центров этих галактик. Такие измерения требуют высокого пространственного разрешения, такого, какое способен обеспечить пока только космический телескоп Hubble.

Но этот тип измерений дает хорошие результаты только для близлежащих галактик. Квазары слишком далеки, чтобы применять к ним эти прямые методы. Поэтому астрономы вынуждены полагаться на физические модели областей, лежащих вблизи черных дыр, чтобы измерить их массы. Недостатком этого метода является то, что существует много неопределенностей в физике квазаров. Сейчас разработаны два метода для измерения масс черных дыр, располагающихся в квазарах. Оба они включают неопределенность.

Первый из методов основан на изменчивости квазаров и на том факте, что вокруг каждой сверхмассивной черной дыры обращаются огромные газовые облака. По мере того как изменяется энергия, излучаемая черной дырой, изменяется и яркость излучения вращающихся вокруг нее газовых облаков. Поскольку свет перемещается с конечной скоростью, изменения яркости газовых облаков видны позже, чем изменения яркости центрального источника излучения. Разница во времени позволяет вычислить, как далеко от черной дыры располагаются облака газа. Скорость, с которой облака обращаются вокруг черной дыры, также может быть измерена. Взятые вместе эти измерения позволяют получить массу черной дыры. Однако не существует способа проверить эти данные, и некоторые из свойств газовых облаков, принимаемые в данной модели, вызывают сомнения.

Вторая модель вызывает еще большие сомнения. До сих пор большинство специалистов не доверяет данным, полученным на основе таких методов вычисления масс черных дыр. Тем не менее астрономы из университета Остина показали, что данные, получаемые этими методами, соответствуют обнаруженной недавно зависимости между массами черных дыр и массами галактик

Астрономы получили наблюдательные подтверждения того, что некоторые чёрные дыры вращаются вокруг своей оси, подобно водоворотам.

Tod Strohmayer (NASA's Goddard Space Flight Center) исследовал одну из двойных систем с чёрной дырой с помощью орбитального телескопа Rossi X-ray Timing Explorer и нашёл необычные детали в рентгеновском излучении этой системы, которые раньше были видны только у вращающихся нейтронных звёзд. Следовательно, чёрные дыры, как и нейтронные звёзды, могут вращаться вокруг своей оси. Strohmayer представил результаты своих исследований на Весенней Конференции Американского Физического Общества в Вашингтоне.

"Мы видим, что почти все космические объекты вращаются вокруг своих осей, это и планеты, и звёзды, и галактики," - говорит Strohmayer. "С чёрными дырами - сложнее, очень трудно непосредственно увидеть, что они вращаются, так как у них нет твердой поверхности, по которой можно было бы отметить вращение. Мы можем, однако, видеть свет, излучённый веществом, падающим на чёрную дыру. Вещество очень быстро вращаетя вокруг чёрной дыры, прежде чем исчезнуть в ней навсегда."

Рентгеновский телескоп Rossi X-ray Timing Explorer, запущенный на орбиту в декабре !995 года, помог обнаружить новый тип мерцаний в рентгеновском излучении от нейтронных звёзд. Причиной этих мерцаний, названных квазипериодическими осцилляциями (КПО), является очень горячий газ, вращающийся вокруг нейтронной звезды по очень близкой, последней устойчивой орбите.

Объектом исследований Strohmayer был источник GRO J1655-40, микроквазар, расположенный на расстоянии 10000 световых лет от Земли. Микроквазар - это специфический вид чёрной дыры со струями сильно релятивистских частиц, вылетающих перпендикулярно плоскости, в которой вращается окружающий чёрную дыру газовый диск.Strohmayer обнаружил две КПО - на частотах 300 и 450 герц.

Масса чёрной дыры была определена ранее по оптическим наблюдениям GRO J1655-40 и составляет семь масс Солнца. "Вращающаяся чёрная дыра изменяет пространство вблизи себя" - говорит Strohmayer. "Вращение позволяет веществу двигаться по более близкой орбите и с большей скоростью по сравнению с отсутствием вращения. Для чёрной дыры в GRO J1655-40 мы можем сейчас утверждать, что единственный способ образовать осцилляции с частотой 450 герц - это вращение"

С помощью четырёх космических обсерваторий NASA астрономы показали, что внутренний край аккреционного диска вокруг чёрной дыры расположен намного дальше от неё по сравнению с теоретическими предсказаниями. Это даст возможность лучше понять как высвобождается энергия, когда газ аккреционного диска, закручиваясь по спирали, падает на чёрную дыру.

18 апреля 2000 года Hubble Space Telescope и Extreme Ultraviolet Explorer наблюдали ультрафиолетовое излучение от объекта под названием XTE J1118+480, который представляет собой чёрную дыру массой в 7 масс Солнца, входящую в тесную двойную систему вместе с солнцеподобной звездой. Одновременно, орбитальный рентгеновский телескоп Rossi X-ray Timing Explorer наблюдал жёсткое рентгеновское излучение от вещества, падающего на чёрную дыру, а рентгеновская обсерватория Chandra проводила наблюдения в диапазоне между ультрафиолетом и жёстким рентгеном для того, чтобы связать все данные вместе.

"Объединив наблюдения XTE J1118+480 в разных диапазонах, мы получили первое чёткое доказательство того, что аккреционный диск может заканчиваться очень далеко от чёрной дыры," - говорит Jeffrey McClintock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), руководитель наблюдений на Chandra. "Данные показывают, что этот аккреционный диск простирается к горизонту событий чёрной дыры не ближе, чем на 600 миль, что намного больше ожидавшихся 25 миль". Учёные считают, что аккреционный диск исчезает вблизи чёрной дыры вследствие превращения вещества диска в горячий пузырь газа.

Вещество, вытягиваемое чёрной дырой из звезды-компаньона, может образовать плоскую, блиноподобную структуру, называемую "аккреционным диском". Вещество движется по спирали к внутреннему краю аккреционного диска, сильно ускоряется и нагревается под влиянием очень мощной гравитации чёрной дыры, и вследствие этого излучает в рентгеновском диапазоне. Исследуя это излучение, учёные могут определить, насколько близко к чёрной дыре простирается аккреционный диск.

Многие астрономы согласны с тем, что когда темп переноса вещества на чёрную дыру очень высок, то вутренний край диска может находиться на расстоянии около 25 миль от горизонта событий - поверхности, изнутри которой вещество и свет "не возвращаетя", а падает на чёрную дыру. Однако, у астрономов не было единого мнения о том, насколько близок диск к чёрной дыре при малом темпе аккреции вещества.

"Прорыв произошел, когда орбитальная обсерватория Chandra не обнаружила рентгеновское излучение, ожидавшееся при расстоянии в 25 миль между диском и чёрной дырой," - говорит астрофизик Ann Esin (Caltech). "Это представляет фундаментальную проблему для моделей, в которых аккреционный диск очень близок к чёрной дыре."

Если масса звезды в два раза превышает солнечную, то к концу своей жизни звезда может взорваться как сверхновая, но если масса вещества оставшегося после взрыва, всё ещё превосходит две солнечные, то звезда должна сжаться в крошечное плотное тело, так как гравитационные силы всецело подавляют всякое внутреннее сопротивление сжатию. Учёные полагают, что именно в этот момент катастрофический гравитационный коллапс приводит к возникновению чёрной дыры. Они считают, что с окончанием термоядерных реакций звезда уже не может находиться в устойчивом состоянии. Тогда для массивной звезды остаётся один неизбежный путь - путь всеобщего и полного сжатия (коллапса), превращающего её в невидимую чёрную дыру.

В 1939г. Р. Оппенгеймер и его аспирант Снайдер в Калифорнийском университете (Беркли) занимались выяснением окончательной судьбы большой массы холодного вещества. Одним из наиболее впечатляющих следствий общей теории относительности Эйнштейна оказалось следующее: когда большая масса начинает коллапсировать, этот процесс не может быть остановлен и масса сжимается в чёрную дыру. Если, например, невращающаяся симметричная звезда начинает сжиматься до критического размера, известного как гравитационный радиус, или радиус Шварцшильда (назван так в честь Карла Шварцшильда, которой первым указал на его существование). Если звезда достигает этого радиуса, то уже не что не может воспрепятствовать ей завершить коллапс, то есть буквально замкнуться в себе. Чему же равен гравитационный радиус ? Строгое математическое уравнение показывает, что для тела с массой Солнца гравитационный радиус равен почти 3 км, тогда как для системы, включающей миллиард звёзд, - галактики - этот радиус оказывается равным расстоянию от Солнца до орбиты планеты Уран, то есть составляет около 3 млрд. км.

Каковы же физические свойства "чёрных дыр" и как учёные предполагают обнаружить эти объекты ? Многие учёные раздумывали над этими вопросами; получены кое-какие ответы, которые способны помочь в поисках таких объектов.

Само название - чёрные дыры - говорит о том, что это класс объектов, которые нельзя увидеть. Их гравитационное поле настолько сильно, что если бы каким-то путём удалось оказаться вблизи чёрной дыры и направить в сторону от её поверхности луч самого мощного прожектора, то увидеть этот прожектор было бы нельзя даже с расстояния, не превышающего расстояние от Земли до Солнца. Действительно, даже если бы мы смогли сконцентрировать весь свет Солнца в этом мощном прожекторе, мы не увидели бы его, так как свет не смог бы преодолеть воздействие на него гравитационного поля чёрной дыры и покинуть её поверхность. Именно поэтому такая поверхность называется абсолютным горизонтом событий. Она представляет собой границу чёрной дыры.

Учёные отмечают, что эти необычные объекты нелегко понять, оставаясь в рамках законов тяготения Ньютона. Вблизи поверхности чёрной дыры гравитация столь сильна, что привычные ньютоновские законы перестают здесь действовать. Их следует заменить законами общей теории относительности Эйнштейна. Согласно одному из трёх следствий теории Эйнштейна, покидая массивное тело, свет должен испытывать красное смещение, так как он должен испытывать красное смещение, так как он теряет энергию на преодоление гравитационного поля звезды. Излучение, приходящее от плотной звезды, подобной белому карлику - спутнику Сириуса А, - лишь слегка смещается в красную область спектра. Чем плотнее звезда, тем больше это смещение, так что от сверхплотной звезды совсем не будет приходить излучения в видимой области спектра. Но если гравитационное действие звезды увеличивается в результате её сжатия, то силы тяготения оказываются настолько велики, что свет вообще не может покинуть звезду. Таким образом, для любого наблюдателя возможность увидеть чёрную дыру полностью исключена ! Но тогда естественно возникает вопрос: если она невидима, то как же мы можем её обнаружить ? Чтобы ответить на этот вопрос, учёные прибегают к искусным уловкам. Руффини и Уиллер досконально изучили эту проблему и предложили несколько способов пусть не увидеть, но хотя бы обнаружить чёрную дыру. Начнём с того, что, когда чёрная дыра рождается в процессе гравитационного коллапса, она должна излучать гравитационные волны, которые могли бы пересекать пространство со скоростью света и на короткое время искажать геометрию пространства вблизи Земли. Это искажение проявилось бы в виде гравитационных волн, действующих одновременно на одинаковые инструменты, установленные на земной поверхности на значительных расстояниях друг от друга. Гравитационное излучение могло бы приходить от звёзд, испытывающих гравитационный коллапс. Если в течение обычной жизни звезда вращалась, то, сжимаясь и становясь всё меньше и меньше, она будет вращаться всё быстрее сохраняя свой момент количества движения. Наконец она может достигнуть такой стадии, когда скорость движения на её экваторе приблизится к скорости света, то есть к предельно возможной скорости. В этом случае звезда оказалась бы сильно деформированной и могла бы выбросить часть вещества. При такой деформации энергия могла бы уходить от звезды в виде гравитационных волн с частотой порядка тысячи колебаний в секунду (1000 Гц).

Дж. Вебер установил ловушки гравитационных волн в Аргоннской национальной лаборатории вблизи Чикаго и в Мэрилендском университете. Они состояли из массивных алюминиевых цилиндров, которые должны были колебаться, когда гравитационные волны достигнут Земли. Используемые Вебером детекторы гравитационного излучения реагируют на высокие (1660 Гц), так и на очень низкие (1 колебание в час) частоты. Для детектирования последней частоты используется чувствительный гравиметр, а детектором является сама Земля. Собственная частота квадрупольных колебаний Земли равна одному колебанию за 54 мин.

Все эти устройства должны были срабатывать одновременно в момент, когда гравитационные волны достигнут Земли. Действительно они срабатывали одновременно. Но к сожалению, ловушки включались слишком часто - примерно раз в месяц, что выглядело весьма странно. Некоторые учёные считают, что хотя опыты Вебера и полученные им результаты интересны, но они недостаточно надёжны. По этой причине многие относятся весьма скептически к идее детектирования гравитационных волн (эксперименты по детектированию гравитационных волн, аналогичные опытам Вебера, позднее были проверены в ряде других лабораторий и не подтвердили результатов Вебера. В настоящее время считается, что опыты Вебера ошибочны).

Роджер Пенроуз, профессор математики Биркбекского колледжа Лондонского университета, рассмотрел любопытный случай коллапса и образования чёрной дыры. Он также допускает, что чёрная дыра исчезает, а затем проявляется в другое время в какой-то иной вселенной. Кроме того, он утверждает, что рождение чёрной дыры во время гравитационного коллапса является важным указанием на то, что с геометрией пространства-времени происходит нечто необычное. Исследования Пенроуза показывают, что коллапс заканчивается образованием сингулярности, то есть он должен продолжаться до нулевых размеров и бесконечной плотности объекта. Последние условие даёт возможность другой вселенной приблизиться к нашей сингулярности, и не исключено, что сингулярность перейдёт в эту новую вселенную. Она даже может появиться в каком-либо другом месте нашей собственной Вселенной.

Некоторые учёные рассматривают образование чёрной дыры как маленькую модель того, что, согласно предсказаниям общей теории относительности, в конечном счёте может случиться со Вселенной. Общепризнано, что мы живём в неизменно расширяющейся Вселенной, и один из наиболее важных и насущных вопросов науки касается природы Вселенной, её прошлого и будущего. Без сомнения, все современные результаты наблюдений указывают на расширение Вселенной. однако на сегодня один из самых каверзных вопросов таков: замедляется ли скорость этого расширения, и если да, то не сожмётся ли Вселенная через десятки миллиардов лет, образуя сингулярность. По-видимому, когда-нибудь мы сможем выяснить, по какому пути следует Вселенная, но, быть может, много раньше, изучая информацию, которая просачивается при рождении чёрных дыр, и те физические законы, которые управляют их судьбой, мы сможем предсказать окончательную судьбу Вселенной.

Почти всю свою жизнь звезда сохраняет температуру и размер практически постоянными. Значение главной последовательности заключается в том, что большинство обычных звёзд оказываются нормальными, то есть лишёнными каких-либо особенностей. Мы вправе ожидать, что эти звёзды подчиняются определённым зависимостям, подобным, например, упомянутой главной последовательности. Большинство звёзд оказываются на этой наклонной линии - главной последовательности, потому, что звезда может прийти на эту линию всего лишь за несколько сотен тысяч лет, а покинув её, прожить ещё несколько сотен миллионов лет, большинство звёзд заведомо остаётся на главной последовательности в течение миллиардов лет. Рождение и смерть - ничтожно малые мгновенья в жизни звезды. Наше Солнце, являющееся обычной звездой, находится на этой последовательности уже в течение 5-6 млрд. лет и, по-видимому, проведёт на ней ещё столько же времени, так как звёзды с такой массой и таким химическим составом, как у Солнца, живут 10-12 млрд. лет. Звёзды много меньшей массы находятся на главной последовательности примерно 50 млрд. лет. Если же масса звезды в 30 раз превосходит солнечную, то время её пребывания на главной последовательности составит всего около 1 млн. лет.

Вернёмся к рассмотрению процессов, происходящих при рождении звезды: она продолжает сжиматься, сжатие сопровождается возрастанием температуры. Температура ползёт вверх, и вот огромный газовый шар начинает светиться, его уже можно наблюдать на фоне тёмного ночного неба как тусклый красноватый диск. Значительная доля энергии его излучения по-прежнему приходится на инфракрасную область спектра. Но это ещё не звезда. По мере того как вещество протозвезды уплотняется, оно всё быстрее падает к центру, разогревая ядро звезды до всё более высоких температур. Наконец температура достигает 10 млн. К, и тогда начинают протекать термоядерные реакции - источник энергии всех звёзд во Вселенной. Как только термоядерные процессы включаются в действие, космическое тело превращается в полноценную звезду.

Сжимаясь, пыль и газ образуют протозвезду ; её вещество представляет собой типичный образец вещества окружающей нас части космического пространства. Говоря об образце вещества Вселенной, мы подразумеваем, что этот кусочек межзвёзной среды на 89% состоит из водорода, на 10%-из гелия; такие элементы, как кислород, азот, углерод, неон и т. п. составляют в нём менее 1%, а все металлы, вместе взятые, - не более 0,25%. Таким образом, звезда в основном состоит из тех элементов, которые чаще всего встречаются во Вселенной. И поскольку богаче всего во Вселенной представлен водород, то, конечно, любые термоядерные реакции должны протекать с его участием.

Кое-где встречаются уголки космического пространства с повышенным содержанием тяжёлых элементов, но это лишь местные аномалии - остатки давних звёздных взрывов, разбросавших и рассеявших в окрестности тяжёлые элементы. Мы не будем останавливаться на таких аномальных областях с повышенной концентрацией тяжёлых элементов, а сосредоточим внимание на звёздах, состоящих в основном из водорода.

Когда температура в центре протозвезды достигает 10 млн. К, начинаются сложные (но детально изученные) термоядерные реакции, в ходе которых из ядер водорода (протонов) образуются ядра гелия; каждые четыре протона, объединяясь, создают атом гелия. Сначала, когда соединяются друг с другом два протона, возникает атом тяжёлого водорода, или дейтерия. Затем последний сталкивается с третьим протоном, и в результате реакции рождается лёгкий изотоп гелия, содержащий два протона и один нейтрон.

В сумятице, которая царит в ядре звезды, быстро движущиеся атомы лёгкого гелия иногда сталкиваются друг с другом, в результате чего появляется атом обычного гелия, состоящий из двух протонов и двух нейтронов. Два лишних протона возвращаются обратно в горячую смесь, чтобы когда-нибудь опять вступить в реакцию, порождающую гелий. В этом процессе около 0,7% массы превращается в энергию. Описанная цепочка реакций - один из важных термоядерных циклов, протекающих в ядрах звёзд при температуре около 10 млн. К. Некоторые астрономы считают, что при более низких температурах могут протекать другие реакции, в которых участвуют литий, бериллий и бор. Но они тут же делают оговорку, что если такие реакции и имеют место, то их относительный вклад в генерацию энергии незначителен.

Когда температура в недрах звезды снова увеличивается, в действие вступает ещё одна важная реакция, в которой в качестве катализатора участвует углерод. Начавшись с водорода и углерода-12, такая реакция приводит к образованию азота-13, который спонтанно распадается на углерод-13 - изотоп углерода, более тяжёлый, чем тот, с которого реакция начиналась.Углерод-13 захватывает ещё один протон, превращаясь в азот-14. Последний подобным же путём становится кислородом-15. Этот элемент также неустойчив и в результате спонтанного распада превращается в азот-15. И наконец азот-15, присоединив к себе четвёртый протон, распадается на углерод-12 и гелий.

Таким образом, побочным продуктом этих термоядерных реакций является углерод-12, который может вновь положить начало реакциям данного типа. Объединение четырёх протонов приводит к образованию одного атома гелия, а разница в массе четырёх протонов и одного атома гелия, составляющая около 0,7% от первоначальной массы, проявляется в виде энергии излучения звезды. На Солнце каждую секунду 564 млн. т водорода превращается в 560 млн. т гелия, а разница - 4 млн. т вещества - превращается в энергию и излучается в пространство. Важно, что механизм генерации энергии в звезде зависит от температуры.

Именно температура ядра звезды определяет скорость процессов. Астрономы считают, что при температуре около 13 млн. К углеродный цикл относительно несущественен. Следовательно, при такой температуре преобладает протон-протонный цикл. При увеличении температуры до 16 млн. К, вероятно, оба цикла дают равный вклад в процесс генерации энергии. Когда же температура ядра поднимается выше 20 млн. К, преобладающим становится углеродный цикл.

Как только энергия звезды начинает обеспечиваться за счёт ядерных реакций, гравитационное сжатие, с которого начался весь процесс, прекращается. Теперь самоподдерживающаяся реакция может продолжаться в течение времени, длительность которого зависит от начальной массы звезды и составляет примерно от 1 млн. лет до 100 млрд. лет и больше. Именно в этот период звезда достигает главной последовательности и начинает свою долгую жизнь, протекающую почти без изменений. Целую вечность проводит звезда в этой стадии. Ничего особенного с ней не происходит, она не привлекает к себе пристального внимания. Теперь это всего-навсего полноценный член звёздной колонии, затерянный среди множества собратьев.

Однако процессы, протекающие в ядре звезды, несут в себе зародыши её грядущего разрушения. Когда дерево или уголь сгорают в камине, выделяется тепло, а в качестве продуктов отхода образуются дым и зола. В "камине" звёздного ядра водород - это уголь, а гелий - зола. Если из камина время от времени не удалять золу, то она может забить его и огонь потухнет.

Если в ядре звезды вещество не перемешивается, в термоядерных реакциях начинают принимать участие слои, непосредственно примыкающие к гелиевому ядру, что обеспечивает звезду энергией. Однако со временем запасы водорода в этих слоях иссякают и ядро разрастается всё больше и больше. Наконец достигается состояние, когда в ядре совсем не остаётся водорода. Обычные реакции превращения водорода в гелий прекращаются ; звезда покидает главную последовательность и вступает в сравнительно короткий (но интересный) отрезок своего жизненного пути, отмеченный необычайно бурными реакциями.

Когда водорода становится мало и он больше не может участвовать в реакциях, источник энергии иссякает. Но, как мы уже знаем, звезда представляет собой тонко сбалансированный механизм, в котором давление, раздувающее звезду изнутри, полностью уравновешено гравитационным притяжением. Следовательно, когда генерация энергии ослабевает, давление излучения резко падает и силы тяготения начинают сжимать звезду. Снова происходит падение вещества к её центру, во многом напоминающее то, с которого началось рождение протозвезды. Энергия, возникающая при гравитационном сжатии, намного больше энергии, выделяемой теперь в ядерных реакциях, а раз так, то звезда начинает быстро сжиматься. В результате верхние слои звезды нагреваются, она снова расширяется и растёт в размерах до тех пор, пока внешние слои не станут достаточно разреженными, лучше пропускающими излучение звезды. Полагают, что звезда типа Солнца может увеличиться настолько, что заполнит орбиту Меркурия. После того как звезда начинает расширяться, она покидает главную последовательность и, как мы уже видели, дни её теперь сочтены. С этого момента жизнь звезды начинает клониться к закату.

Когда звезда сжимается, за счёт работы сил тяготения выделяется огромная энергия, которая раздувает звезду. Казалось бы, это должно привести к падению температуры в ядре. Но это не так. Против ожидания температура в ядре звезды резко возрастает. В относительно тонком слое вокруг ядра всё ещё происходит обычное ядерное выгорание водорода, что приводит к увеличению содержания гелия в ядре. Когда в ядре концентрируется около половины массы звезды, последняя расширяется до своего максимального размера и её цвет из белого становится жёлтым, а затем красным, так как температура поверхности звезды уменьшается. Теперь звезда вступает в новую фазу. Температура ядра растёт до тех пор, пока не превысит 200 млн. К. При такой температуре начинает выгорать гелий, в результате чего образуется углерод. Три ядра гелия, сливаясь, превращаются в ядро углерода, который оказывается более лёгким, чем три исходных ядра гелия, поэтому такая реакция также идёт с выделением энергии. Снова давление радиации, которое играло столь важную роль, когда звезда находилась на главной последовательности, начинает противодействовать тяготению, и ядро звезды опять удерживается от дальнейшего сжатия. Звезда возвращается к обычным размерам ; по мере того как это происходит, температура её поверхности растёт и она из красной становится белой.

В этот момент по некоторым загадочным причинам звезда оказывается неустойчивой. Астрономы полагают, что переменные звёзды, то есть звёзды, периодически меняющие свою светимость, возникают на этой стадии звёздной эволюции, так как процесс сжатия происходит не гладко и на некоторых его этапах возникают ритмические колебания звезды. На этой стадии звезда может пройти через фазу новой, в течение которой она внезапно выбрасывает в межзвёздное пространство значительное количество вещества ; оно, принимая вид расширяющейся оболочки, может содержать значительную часть массы звезды. Вспышки некоторых новых многократно повторяются, и это означает, что одной вспышки недостаточно, чтобы звезда достигла устойчивости. Но со временем она приобретает устойчивость, колебания исчезают, звезда начинает свой длинный путь к звёздному кладбищу. Даже на этой стадии звезда ещё способна к активности. Она может стать сверхновой . Причина, по которой звезда оказывается способной на такую активность, обусловлена количеством вещества, оставшимся у неё к этой стадии.

Когда мы обсуждали процессы, протекающие в недрах звезды, мы говорили, что основным продуктом ядерных реакций является гелий. По мере того как перерабатывается всё больше и больше водорода, растёт гелиевое ядро звезды. Водород исчезает, следовательно, энерговыделение за счёт этого источника также прекращается. Но при температуре около 200 млн. К открывается ещё один путь, следуя которому гелий порождает более тяжёлые элементы, и в этом процессе выделяется энергия. Два атома гелия соединяются, образуя атом бериллия, который обычно вновь распадается на атомы гелия. Однако температуры и скорости реакций столь высоки, что, прежде чем происходит распад бериллия, к нему присоединяется третий атом гелия и образуется атом углерода.

Но процесс не останавливается, так как теперь атомы гелия, бомбардируя углерод, порождают кислород, бомбардируя кислород, дают неон, а бомбардируя неон, производят магний. На этой стадии температура ядра ещё слишком низка для образования более тяжёлых элементов. Ядро опять сжимается, и так продолжается до тех пор, пока температура не достигнет величины порядка миллиарда градусов и не начнётся синтез более тяжёлых элементов. Если в результате дальнейшего сжатия ядра температура поднимается до 3 млрд. К, тяжёлые ядра взаимодействуют друг с другом до тех пор, пока не образуется железо. Процесс останавливается. Если атомы гелия будут бомбардировать ядра железа, то вместо образования более тяжёлых элементов произойдёт распад ядер железа.

На этой стадии жизни звезды её ядро состоит из железа, окружённого слоями ядер более лёгких элементов вплоть до гелия, а наружный тонкий слой образован водородом, который ещё обеспечивает некоторое количество энергии. Наконец наступает время, когда водород оказывается полностью израсходованным и этот источник энергии иссякает. Перестают также действовать и другие механизмы генерации энергии ; звезда лишается всяких средств для воспроизводства своих энергетических запасов. Это означает, что она должна умереть. Теперь, исчерпав запасы ядерной энергии, звезда может только сжиматься и использовать гравитационную энергию, чтобы поддержать своё свечение. Звезда будет сжиматься и ярко светиться. Когда же и эта энергия иссякнет, звезда начинает изменять свой цвет от белого к жёлтому, затем к красному ; наконец она перестаёт излучать и начинает непрерывное путешествие в необозримом космическом пространстве в виде маленького тёмного безжизненного объекта. Но на пути к угасанию обычная звезда проходит стадию белого карлика.

Кратко содержание этой статьи можно охарактеризовать как Единую теорию поля. Предвидя скептические улыбки знатоков, сразу же скажу, что никаких "гениальных" новшеств в этой книге я не вводил. Единственное новшество, которое я ввожу в этой книге, - это виртуальная геометрия. Ее можно также назвать "трансцендентной геометрией", "неметрической геометрией", "геометрией предельного перехода" - с названием я пока что не определился. Многие положения этой геометрии существуют в современной топологии, так что "новой" ее можно называть только условно. С позиций этой геометрии я и попытался проанализировать достижения современной физики.

Правда из такого толкования фридмонов следует, что говорить о наличии у них какого-то внутреннего объема не имеет смысла, поскольку вся их материя, в процессе своего гравитационнго коллапса, превращается в гравитационные волны. В действительности это не совсем так. Во-первых, далеко не вся материя коллапсирующей звезды превращается в гравитационные волны; часть этой материи, и прежде всего, элементарные частицы, могут сохранять свою массу покоя. В процессе гравитационного коллапса эта часть вещества звезды увлекается гравитационными волнами в область виртуальной геометрии и уже из нее выбрасывается в другую вселенную (или в другую точку нашей Вселенной). Такую возможность вполне можно рассматривать как выбрасывание вещества звезды внутрь фридмонов этих вселенных.

(В связи с этим можно упомянуть о гипотезе квантового испарения черных дыр, предложенную Хокингом в 1974 году. Согласно этой гипотезе, черная дыра излучает как абсолютно черное тело. Излучение черной дыры связано с квантовыми флуктуациями виртульных частиц вакуума. Эти частицы на мгновение расходятся друг от друга и тут же снова сливаются в пары. В поле тяготения черной дыры эти флуктуации могут резонировать, увеличивая амплитуду расхождения частиц. При этом одна из частиц может оказаться внутри сферы Шварцшильда и будет неудержимо падать к ее центру, а другая - вне сферы Шварцшильда и улетит в космос, унося с собой часть энергии черной дыры. В результате черная дыра будет испаряться, уменьшаться в своих размерах.

Открытие квантового испарения черных дыр произвело сенсацию, правда, в основном среди теоретиков. На практике черные дыры продолжали оставаться такими же ненаблюдаемыми, как и раньше. Объясняется это тем, что черные дыры являются неустойчивыми объектами и при своем образовании попросту исчезают из нашей Вселенной. Другое дело, что в области виртуальной геометрии вакуумные частицы могут резонировать также, как и на обычной сфере Шварцшильда. Но этот резонанс никак не связан с гравитационным коллапсом звезд. С гораздо большим основанием его можно отнести к обычным квантовым скачкам реальных элементарных частиц из одной точки пространства в другую. А вот выбрасывание остатков вещества коллапсирующей звезды в другие вселенные действительно можно рассматривать как квантовое испарение черной дыры. Но такое испарение не имеет никакого отношения к резонансу вакуумных частиц).

Во-вторых, утверждение Маркова о наличии у фридмонов конкретного внутреннего объема нельзя считать ошибочным еще и потому, что в качестве фридмонов можно расматривать все вселенные многомерного времени. Собственно говоря, мы уже упоминали об этом выше, но тогда мы упоминали об этом в связи с абсолютным дефектом массы заключенной внутри фридмонов материи. Такая точка зрения автоматически исключает устойчивость фридмонов. Но структура фридмонов может быть и устойчивой, если в качестве таковой рассматривать структуру вселенных многомерного времени. (Не то вещество, которое выбрасывается в них при гравитационном коллапсе звезд нашей Вселенной, а вещество самих этих вселенных). Точнее, об этой структуре нельзя говорить, что она устойчива или неустойчива, поскольку друг от друга вселенные многомерного времени отделены областью виртуальной геометрии. Понятия устойчивости и неустойчивости основываются на наших обычных временных представлениях, которые неприменимы в области виртуальной геометрии.

Первое, что следует из такого толкования фридмонов Маркова, - это то, что в области виртуальной геометрии вселенные многомерного времени неотличимы от элементарных частиц. Хотя бы потому, что в этой области относительны их пространственные и временные размеры. А главное потому, что в ней относительны свойства вселенных и элементарных частиц. Дело в том, что обособленность вселенных многомерного времени в этой области может быть не только полной, но и частичной, что позволяет наблюдать их во внутреннем пространстве какой-то одной вселенной. Просто в том "месте", где эти вселенные связаны друг с другом, виртуальная геометрия этих "мест" частично утрачивает неопределенные метрические свойства, а значит и допускает в какой-то мере обычное наблюдение. Именно такие "места" с частично нарушенной виртуальной геометрией и можно отождествить с горловинами Маркова, связывающими разные фридмоны. При этом свойства данных "мест" могут быть подобраны так, что во внутренем пространстве каждой вселенной остальные вселенные многомерного времени будут выглядеть как обычные элементарные частицы.

Что касается проникновения через элементарные частицы из нашей Вселенной в другие вселенные многомерного времени, то оно ничем принципиально не отличается от выбрасывания в эти вселенные вещества звезды, коллапсирующей в нашей Вселенной. По этой причине Марков зря полагал, что достичь горловины между нашей и другой вселенной наблюдатель может только за бесконечно большой отрезок времени. В любой системе отсчета - как в его собственной, так и в системе отсчета внешнего наблюдателя - этот переход занимает такой же короткий отрезок времени, как и заключительная стадия гравитационного коллапса звезд. Другой вопрос, что именно Марков подразумевал под продвижением этого наблюдателя от центра нашей Вселенной, позволяющим ему проникнуть в горловину между нашей и другой вселенной?

В четвертой главе мы говорили, что никакой обычной границы между внешним и внутренним пространствами элементарных частиц, подобной внешней форме макроскопических тел, не существует. Различие между фундаментальными константами и законами сохранения нашей Вселенной - это и есть такая граница. В том смысле, в каком это различие существует, мы находимся во внешнем пространстве элементарных частиц или, попросту, внутри нашей Вселенной. И наоборот, в том смысле, в каком это различие исчезает, мы переходим на границу между внешним и внутренним пространствами элементарных частиц или, попросту, в область виртуальной геометрии. Именно эта относительность фундаментальных констант и законов сохранения и является главным условием проникновения через элементарные частицы из нашей Вселенной в другие вселенные многомерного времени.

Относительность фундаментальных констант и законов сохранения нашей Вселенной - это такое же свойство виртуальной геометрии, как и относительность точки и бесконечности, мгновения и вечности, пространственных и временных величин. Относительность фундаментальных констант и законов сохранения - это комплексная относительность всех физических и геометрических понятий, включая те, которые мы упоминали выше. Поэтому для того, чтобы проникнуть через элементарные частицы из нашей Вселенной в другие вселенные, нужно искусственным (!) образом создать в своей системе отсчета относительность фундаментальных констант и законов сохранения нашей Вселенной. В гравитационном коллапсе сверхмассивных звезд такая относительность возникает естественным образом. (Отсюда же, кстати, следует, что при любом излучении гравитационных волн изменяются фундаментальные константы и законы сохранения нашей Вселенной).

В связи с этим можно упомянуть о так называемом "антропном принципе". Специфика этого принципа заключается в том, что он был специально сформулирован для ответа на вопрос, почему из бесконечного разнообразия условий, которые могли бы существовать во Вселенной, реализовались такие редкие условия, как существование жизни на Земле. Обычно в физике наблюдателя не принимают во внимание, полагая его чем-то вроде постороннего зеваки. Дикке и Прайс подвергли сомнению это предположение, полагая, что строение физического мира неотделимо от его наблюдателя. Они утверждают, что существует некий антропный принцип, осуществляющий невероятно тонкую подстройку Вселенной для возникновения в ней этого наблюдателя.

Основное возражение против антропного принципа заключается в том, что он не имеет физического объяснения. Чрезвычайно соблазнительно в данном случае привлечь законы квантовой механики, в которой результат наблюдения зависит от того, как поведет себя сам наблюдатель. Но давно уже доказано, что перенос законов квантовой механики на наше обычное макроскопическое окружение приводит к парадоксам (шредингеровской кошки, многолистной Вселенной Эверетта, неравенствам Белла, ЭПР-парадоксу и др.), которые никто пока что не смог разрешить. Поэтому вопрос о справедливости антропного принципа остается сегодня открытым.

Между тем, физическое объяснение антропного принципа не содержит в себе ничего сложного. Он скорее является психологическим курьезом, нежели научной проблемой. В основе антропного принципа лежит субъективная абсолютизация нами фундаментальных констант и законов сохранения нашей Вселенной, которые могут изменяться только в фазовых переходах вещества, в том числе, в гравитационном коллапсе звезд. Для нас, как живых организмов, единственной приемлемой формой фазовых переходов являются наше рождение и биологический рост. Все остальные формы этих переходов - травмы, болезни и смерть - мы отвергаем, поскольку жизнь для нас имеет абсолютную ценность. Именно в такой абсолютизации жизни и заключается физический смысл антропного принципа, допускающего в нашей Вселенной только такие фундаментальные константы и законы сохранения, которые обеспечивают существование этой жизни.

Чтобы сделать это утверждение более наглядным, представим себе ситуацию, когда человек падает в центр черной дыры. Как уже говорилось, особенность этого процесса заключается в том, что в нем стирается различие между фундаментальными константами и законами сохранения нашей Вселенной, что делает относительными ее размеры и размеры элементарных частиц. В результате перед человеком открывается бесконечное множество космических горловин - входов в другие вселенные, сдвинутых друг относительно друга в многомерном времени. Каждая из этих вселенных имеет свой набор фундаментальных констант и законов сохранения, и если человек не может по своему желанию изменять свой собственный набор фундаментальных констант и законов сохранения, то его тело распадается на элементарные частицы и распределяется по разным космическим горловинам. Или превращается в гравитационные волны и застревает в области виртуальной геометрии. В любом случае человек, как биологический организм, перестает существовать.

Можно, конечно, придумать какую-нибудь капсулу, предотвращающую распад тела человека в гравитационном коллапсе звезды, или самому человеку натренировать свое тело так, чтобы оно сохраняло свою структуру при любом наборе фундаментальных констант и законов сохранения. Но дело в данном случае не в этом, а в том, что само движение нашей Вселенной во времени представляет собой непрерывное изменение ее набора фундаментальных констант и законов сохранения. Точнее, наше движение во времени с моментом настоящего представляет собой область неизменности фундаментальных констант и законов сохранения нашей Вселенной. В нашем прошлом и будущем эти константы и законы имеют другое значение и другую форму, но именно в прошлом и будущем, которые уже сбылись или только сбудутся, а не в том моменте настоящего, который был или будет. Эти понятия ни в коем случае нельзя путать друг с другом, поскольку они имеют разный физический смысл. Изменение фундаментальных констант и законов сохранения - это способ "одновременного" реального существования нашего прошлого, настоящего и будущего, а неизменность фундаментальных констант и законов сохранения - это способ реального существования только нашего настоящего, исключающий реальное существование нашего прошлого и будущего.

Фактором, изменяющим фундаментальные константы и законы сохранения нашей Вселенной, являются любые фазовые переходы вещества, в том числе гравитационный коллапс сверхмассивных звезд, а фактором, поддерживающим обычное значение и обычную форму этих констант и законов - гравитационные волны, мгновенно охватывающие весь объем пространства нашей Вселенной и оказывающие влияние на фазовую структуру вещества в любом ее уголке. Благодаря такой вездесущности, гравитационные волны поддерживают динамическое равновесие всех фазовых переходов вещества в нашей Вселенной, которое и соответствует ее набору фундаментальных констант и законов сохранения. Наша жизнь - это одна из форм такого равновесия, а наша смерть - это одна из форм нарушения данного равновесия, ничем принципиально не отличающаяся от гравитационного коллапса звезд. И пока мы не можем по своему желанию изменять фундаментальные константы и законы сохранения нашей Вселенной, до тех пор мы будем оставаться привязанными к ее настоящему. По этой же причине нам не стоит без оглядки бросаться в черные дыры, пытаясь проникнуть в другие вселенные.

Аналогичную природу имеет и проблема так называемых "больших чисел". Дело в том, что в 1937 году Дирак обнаружил удивительную взаимосвязь между физическими величинами, которыми описываются космологические явления, и величинами, которыми описываются явления в микромире. При сопоставлении этих величин с удивительным постоянством фигурировало одно и то же число - 1040. Проблему таких совпадений сегодня называют "проблемой больших чисел". Она указывает на существование таких взаимосвязей в природе, которые пока что не известны науке. Попытку объяснить эти взаимосвязи и предпринял Дирак.

Отправной точкой ему послужило отношение возраста нашей Вселенной к атомной единице времени. Возраст нашей Вселенной со временем увеличивается, тогда как атомное время остается неизменным. Это означает, что соответствующее им "большое число" также изменяется со временем. Если предположить, что связь между полученными разными способами "большими числами" не случайна, то все они должны изменяться согласованно. Так Дирак пришел к выводу, что не все фундаментальные константы нашей Вселенной сохраняют свое значение во времени.

В первую очередь подозрение пало на гравитационную константу, сохранение которой в "больших числах" требовало изменения массы и электрического заряда частиц. Последние две возможности Дирак отбросил, поскольку постоянство массы и электрического заряда элементарных частиц подтверждалось неоднократно в самых различных экспериментах. Поэтому он решил, что изменяется, причем обратно пропорционально возрасту Вселенной, именно гравитационная константа.

Однако изменение гравитационной константы имело бы значительные астрономические и геологические последствия, поскольку типичная масса звезд в современной Вселенной попадает в узкий интервал между голубыми гигантами и красными карликами из-за конкретного соотношения между константами гравитационного и электромагнитного взаимодействий. Если бы гравитационная константа была больше, то все звезды в современной Вселенной были бы голубыми гигантами, а сама Вселенная была бы неустойчивой и сколлапсировала задолго до современной эпохи. С другой стороны, если бы гравитационная константа была меньше, то радиус Земли в наше время был бы на несколько сотен километров больше, а сама Земля находилась бы ближе к Солнцу. При этом температура Солнца была бы выше, а значит была бы выше и температура на поверхности Земли. Как показывают расчеты, Мировой океан в докембрийский период при этом кипел бы, и никакая жизнь в нем не могла бы зародиться. Эти соображения говорили против гипотезы Дирака, а для экспериментальной ее проверки точности современных измерительных приборов оказалось недостаточно.

Данная проблема как нельзя лучше отражает непонимание современной физикой природы времени. "Большие числа" - это количественное выражение динамического равновесия всех фазовых переходов вещества в нашей Вселенной, стабилизирующего ее набор фундаментальных констант и законов сохранения; это тот же комплекс физических и геометрических понятий, только в данном случае он характеризует свойства не виртуальной геометрии, как относительность фундаментальных констант и законов сохранения, а свойства сегодняшней геометрии Вселенной. "Большие числа" действительно могут изменяться со временем, причем даже более радикально, нежели предполагал Дирак. Но при этом в них будет изменяться не одна лишь гравитационная константа, а все фундаментальные константы в комплексе; и не только они, но и все законы сохранения нашей Вселенной.

Но даже не в этом заключается главная ошибка Дирака, а в том, что он допустил изменение гравитационной константы и, соответственно, "больших чисел" в настоящем нашей Вселенной. "Большие числа" могут изменяться только в прошлом и будущем нашей Вселенной, которые уже сбылись или только сбудутся, но ни в коем случае не в моменте настоящего, который был, есть или будет. В настоящем нашей Вселенной эти числа строго сохраняются, что и подтвердили эксперименты по проверке гипотезы Дирака. А вот если мы сдвинемся относительно нашего настоящего в прошлое или будущее Вселенной, то действительно обнаружим изменение "больших чисел". При этом мы можем обнаружить такой набор фундаментальных констант и законов сохранения, который действительно приводит к быстрому коллапсу Вселенной или к невозможности зарождения жизни на Земле. В этом смысле указанные соображения говорили не против, а за гипотезу Дирака.

Но сразу же следует оговориться, что не всякий сдвиг во времени относительно нашего настоящего порождает такой набор фундаментальных констант и законов сохранения, который делает невозможным существование жизни. Во-первых, возможны и такие формы жизни, которые могут существовать в упомянутых условиях. Наши рассуждения об условиях жизни основываются на условиях нашей собственной жизни. Изменяя (мысленно) какое-то одно из этих условий, например, ту же гравитационную константу, мы видим, что не сможем существовать в таких условиях. А не зная других форм жизни, мы предполагаем, что в них вообще никакая жизнь не сможет существовать. И вполне возможно, что так оно и есть. Потому что любые условия жизни определяются не одной единственной константой, а полноценным набором этих констант и законов сохранения. При нашем наборе может существовать только наша форма жизни, при других наборах - другие формы.

Во-вторых, в системе отсчета многомерного времени наборы фундаментальных констант и законов сохранения относительны. Это означает, что если из нашей Вселенной мы переместимся в другую вселенную многомерного времени и обнаружим в ней тот же набор фундаментальных констант и законов сохранения, что и в нашей бывшей Вселенной, то сможем жить в ней не хуже, чем в нашей. В системе отсчета нашей бывшей Вселенной этот набор выглядел совершенно иначе и был, по нашему мнению, не совместим с жизнью. Точно также в системе отсчета нашей новой вселенной будет выглядеть набор фундаментальных констант и законов сохранения нашей бывшей Вселенной. Это непосредственно следует из свойств виртуальной геометрии, разграничивающей вселенные многомерного времени, а точнее, их временные линии. Все ограничения на условия нашей жизни ограничиваются нашей собственной временной линией, в которой мы можем существовать только в моменте настоящего.

Еще одна ошибка Дирака заключается в предположении, что возраст нашей Вселенной изменяется со временем. Понятие возраста Вселенной - это субъективное понятие, отражающее наш уровень знаний о ее эволюции. Объективным это понятие является лишь постольку, поскольку опирается на те фундаментальные константы и законы сохранения, которыми оперирует современная физика. Но это свидетельствует лишь о сохранении "больших чисел", в том числе возраста нашей Вселенной, при ее движении во времени с моментом настоящего. Звучит это, конечно, парадоксально, но только потому, что мы не учитываем физическую природу времени. И, прежде всего то, что не существует прошлого в том виде, в каком мы его когда-то пережили, и наоборот, не существует будущего в том виде, в каком мы его сегодня представляем. Это непосредственно следует из того, что в прошлом и будущем наборы фундаментальных констант и законов сохранения отличаются от сегодняшнего набора. Современная физика допускает изменение этого набора в далеком прошлом нашей Вселенной, когда она представляла собой Единое поле, а также в далеком будущем, если ее сегодняшнее расширение сменится сжатием. Именно на этом допущении и основываются современные представления о возрасте Вселенной. Но эти представления являются ошибочными, поскольку радикальное изменение сегодняшнего набора фундаментальных констант и законов сохранения можно получить, сдвинувшись сравнительно недалеко в прошлое или будущее нашей Вселенной относительно ее настоящего.

Но отложим пока что эту проблему и вернемся к геометрии черных дыр. В 1960 году Крускал разработал особую систему координат, меняющую местами пространственные и временные величины внутри сферы Шварцшильда. Поводом для этого послужили те противоречия, которые возникают в теории черных дыр, если применять к ним обычные системы координат. В частности, если совмещать в них системы отсчета внешнего и внутреннего наблюдателей, то тогда мы получим, что в своей системе отсчета внешний наблюдатель увидит сразу двух внутренних наблюдателей - одного вне сферы Шварцшильда, сближающегося с ней бесконечно долго, а другого внутри этой сферы, движущегося вспять (!) во времени из бесконечно далекого будущего и исчезающего в сингулярности в тот момент, в который он ее достигает по своим собственным часам. Точнее, второго внутреннего наблюдателя внешний наблюдатель не увидит, а только рассчитает его движение внутри сферы Шварцшильда на основе теории черных дыр. И придет к выводу, что либо его расчеты никуда не годятся, либо в природе действительно существует двойник того внутреннего наблюдателя, которого он видит в настоящий момент.

Именно эти соображения и заставили в свое время Крускала разработать свою систему координат. Такие координаты позволяют представить движение внутреннего наблюдателя внутри сферы Шварцшильда не как движение вспять во времени, а как движение "поперек" времени. Достигается это за счет самой смены местами пространственных и временных величин на сфере Шварцшильда. С точки зрения внешнего наблюдателя, внутренний наблюдатель, после пересечения им сферы Шварцшильда, просто застывает во времени и, вместе с тем, продолжает сближаться с сингулярностью. Такая точка зрения полностью согласуется с тем, что самой сферы Шварцшильда внутренний наблюдатель достигает за бесконечно большое время, но никаких двойников у него при этом не возникает.

Другим достоинством координат Крускала является то, что они разрешили проблему так называемых "белых дыр". (Точнее, они представили эту проблему в менее противоречивой форме). Дело в том, что уравнения общей теории относительности симметричны во времени. Это означает, что если существует процесс, в котором внутренний наблюдатель падает в центр черной дыры, то должен также существовать процесс, в котором он вылетает из центра данной дыры. С точки зрения внешнего наблюдателя, это просто невозможно, поскольку из-под сферы Шварцшильда не может вырваться ни одна материя и ни одно излучение. После того, как Крускал предложил свою систему координат, стало ясно, что эти процессы соответствуют разным физическим объектам. Поэтому если внутренний наблюдатель падает в черную дыру, то после пересечения им сферы Шварцшильда, он навсегда исчезает из нашей Вселенной, не может вылететь из-под этой сферы обратно в нашу Вселенную. Но в последней могут существовать и такие объекты, в которых внутренний наблюдатель (и вообще, любая материя и любое излучение) может вылетать из-под сферы Шварцшильда, но не может пересекать ее в обратном направлении. Такие экзотические объекты называются сегодня "белыми дырами".

Важно подчеркнуть, что разделение черных и белых дыр в работе Крускала является неотъемлемым свойством его системы координат. В обычной системе координат эти объекты сливаются вместе, что закономерно приводит к противоречиям. В координатах Крускала черные и белые дыры также могут сливаться вместе, но при этом одна из них будет существовать в нашей Вселенной, а другая - в иной вселенной, связанной с нашей общей сингулярностью. И наоборот, если черные и белые дыры являются разными объектами, то они могут существовать в одной и той же вселенной, в том числе, в нашей. В таком случае им будут соответствовать разные сингулярности.

Поэтому если внутренний наблюдатель вылетает в нашу Вселенную из белой дыры, то это означает, что он появился из какой-то другой вселенной, влетел в ней в черную дыру, которая связана с нашей Вселенной общей сингулярностью. И наоборот, если этот наблюдатель влетает в нашей Вселенной в черную дыру, то это означает, что он появится из белой дыры в какой-то другой вселенной, связанной с нашей Вселенной общей сингулярностью. Это и есть та самая "кротовая нора", о которой мы упоминали в начале нашего повествования о черных дырах. В такой норе действительно отсутствует координатная сингулярность, поскольку она не мешает внутреннему наблюдателю передвигаться из одной вселенной в другую, но имеется физическая сингулярность, которая ограничивает его движение внутри данной сферы Шварцшильда.

Правда сразу же следует оговориться, что в обычных черных дырах, описываемых решением Шварцшильда, эта сингулярность все же мешает переходам внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую. Именно поэтому некоторые ученые считают, что в реальных черных дырах переходы в другие вселенные невозможны. Мы не будем сейчас уточнять эту оговорку, поскольку она затрагивает такие стороны общей теории относительности, которые нуждаются в отдельном рассмотрении. Отметим только, что реальные черные дыры описываются не решением Шварцшильда, а решениями Нордстрема, Керра и Ньюмена, а в таких черных дырах сингулярности не мешают переходам в другие вселенные.

Как можно было заметить, система координат Крускалом очень похожа на нашу модель относительного движения нескольких тяготеющих тел. Та и другая предполагают существование у нашей Вселенной двух пространств - в одном из них пространственные и временные величины располагаются обычным образом, а в другом они меняются своими местами. Различие заключается в том, что в системе координат Крускала границей между этими пространствами является сфера Шварцшильда, а в нашей модели - область виртуальной геометрии. Но мы уже говорили (когда рассматривали фридмоны Маркова), что на заключительной стадии гравитационного коллапса звезды ее поверхность совпадает с областью виртуальной геометрии, которая и является настоящей сферой Шварцшильда. В этом смысле между системой отсчета Крускала и нашей моделью нет никакой разницы.

Более существенно то, что в своей работе Крускал не проясняет физический смысл смены местами пространственных и временных величин во внутреннем пространстве сферы Шварцшильда. Объясняется это тем, что его работа опирается на общую теорию относительности, которая ограничивает инерционные поля материальных тел одним только пространством нашей Вселенной. Или, если быть более точным, одним только ее настоящим. В нашей модели эта смена естественным образом следует из особых взаимоотношений гравитационных и инерционных полей материальных тел, т.е. из того, что гравитационные поля этих тел располагаются в трехмерном пространстве нашей Вселенной, а инерционные поля - в трехмерном времени. Именно трехмерному времени и соответствует внутреннее пространство сферы Шварцшильда в координатах Крускала. При этом движение материальных тел в данном пространстве обретает смысл нестандартного поведения инертной и гравитационной масс этих тел, нарушающего законы ньютоновской механики.

Отсюда следует, что через внутреннее пространство сферы Шварцшильда материальные тела могут попадать из нашей Вселенной не только в другие вселенные, но и обратно в нашу Вселенную. Действительно, такая возможность существует, хотя она и не предусмотрена системой координат Крускала. Начиная с пятидесятых годов (нашего века) в физике активно обсуждается проблема кротовых нор, возникающих в нашем обычном окружении. Такая нора представляет собой тоннель в четырехмерном пространстве-времени, соединяющий сколь угодно удаленные точки нашей Вселенной, причем соединяющий так, что собственная длина тоннеля мала. Ныряя в такую нору, человек через какое-то малое время может вынырнуть в другой галактике или еще дальше. Для внешнего наблюдателя это будет выглядеть как перемещение со сверхсветовой скоростью.

Считалось, что подобная кротовая нора неустойчива. Даже если предположить, что в какой-то момент времени она образуется, то, согласно расчетам, должна схлопнуться за время, меньшее, чем нужно для прохождения этой норы. Было доказано, что такое схлопывание происходит при весьма общих предположениях о характере распределения вещества внутри норы. Но в 1988 году Торн придумал такое распределение вещества - весьма необычное, но принципиально возможное, - которое подпирает стенки норы и не дает ей схлопнуться. При этом он так модифицировал уравнения, описывающие кротовую нору, что, нырнув в нее, человек вынырнул бы на другом ее конце не просто на значительном расстоянии от входа, а в далеком прошлом нашей Вселенной.

Парадоксальность работы Торна заключается в том, что она нарушает принцип причинности, согласно кторому мы не можем физически воздействовать на события прошлого. Такое воздействие приводит к неразрешимым парадоксам, поскольку изменяет картину настоящего. Во второй главе мы уже рассматривали эту проблему в связи с парадоксальными свойствами квантовых объектов. Тогда мы объяснили эти свойства тем, что квантовые объекты могут свободно перемещаться во времени нашей Вселенной. Такие перемещения делают неустойчивой геометрию пространства-времени в нашем настоящем, что и соответствует нарушению этими объектами классической причинности

Аналогичным образом можно рассматривать и нору Торна. Устойчивость этой норы относительна - она устойчива только с точки зрения человека, ныряющего в эту нору, и неустойчива с точки зрения человека, остающегося в нашем настоящем. При этом схлопывание норы Торна превращается в мгновенное изменение картины настоящего, соответствующее новому распределению в нем классической причинности. Именно в такой относительной устойчивости норы Торна и заключается физическое объяснение нарушения этой норой принципа причинности.

С другой стороны, уже в этой главе мы говорили, что не существует прошлого в том виде, в каком мы его когда-то пережили, а также не существует будущего в том виде, в каком мы его себе представляем. Это означает, что никаких неразрешимых парадоксов, подобных парадоксу убийства собственного дедушки, перемещение материальных объектов во времени не создает. Все эти парадоксы основываются на предположении, что наше прошлое существует именно в том виде, в каком мы его когда-то пережили. В какой-то мере, конечно, мы допускаем неопределенность нашего будущего; но только в той мере, что события в нем могут складываться по-другому, а не в той мере, что в нем действует другая физика. Иначе говоря, мы не учитываем, что в нашем прошлом и будущем фундаментальные константы и законы сохранения отличаются от сегодняшних. А ведь это само собой исключает классическую взаимосвязь между событиями нашего прошлого, настоящего и будущего, олицетворением которой является принцип причинности.

Этой же абсолютизацией принципа причинности можно объяснить то, что в норе Торна отсутствует сингулярность. Сингулярность - это предельная поверхность, на которой перестают быть справедливыми фундаментальные константы и законы сохранения нашей Вселенной, причем не только сегодняшние, но и измененные - те, которые действуют в реально существующем прошлом и реально существующем будущем нашей Вселенной. Эта поверхность ограничивает протяженность временной линии нашей Вселенной в прошлое и будущее. Абсолютизация принципа причинности исключает такое ограничение, по крайней мере, в ближайшем прошлом и в ближайшем будущем нашей Вселенной. Поэтому если нору Торна не протягивать бесконечно далеко в прошлое или будущее, то она не столкнется с сингулярностью в эволюции нашей Вселенной. На самом деле это не так, и для того, чтобы нора Торна столкнулась с сингулярностью, достаточно протянуть ее сравнительно недалеко в прошлое или будущее нашей Вселенной.

Вот теперь мы можем уже объяснить физический смысл сингулярностей в решениях Шварцшильда, Нордстрема, Керра и Ньюмена. Поскольку сингулярность - это область, в которой перестают быть справедливыми фундаментальные константы и законы сохранения нашей Вселенной, то это означает, что она, как и сфера Шварцшильда, совпадает с областью виртуальной геометрии. Отличие сингулярности от сферы Шварцшильда заключается в том, что первая представляет собой область "чистой" виртуальной геометрии, в которой относительны все без исключения физические и геометрические понятия, а вторая - область слегка нарушенной виртуальной геометрии, в которой продолжают действовать некоторые физические и геометрические понятия. Именно поэтому пространственные и временные величины в координатах Крускала и могут непрерывным образом переводиться друг в друга при пересечении внутренним наблюдателем сферы Шварцшильда. При пересечении им сингулярности такой перевод исключен, хотя само по себе это пересечение допустимо.

Главная функция сингулярности заключается в том, что она разграничивает разные вселенные многомерного времени, а главная функция сферы Шварцшильда - в том, что она разграничивает трехмерное пространство и трехмерное время нашей Вселенной. И если первая исключает какую-либо ориентировку внутреннего наблюдателя при переходе его из одной вселенной в другую, то вторая допускает такую ориентировку при переходе его из одной точки пространства нашей Вселенной в другую точку, а также из одного ее момента времени в другой момент. Эта ориентировка осуществляется на основе тех физических и геометрических понятий, которые продолжают действовать на сфере Шварцшильда. Отличие этих понятий от тех, которыми описывается наше обычное окружение, определяет отличие движения внутреннего наблюдателя во внутреннем пространстве сферы Шварцшильда от обычного механического движения.

С другой стороны, между вселенными многомерного времени возможны и такие взаимоотношения, которые допускают ориентировку внутреннего наблюдателя при переходе его из одной вселенной в другую. Эта ориентировка осуществляется на основе тех же физических и геометрических понятий, которые описывают движение данного наблюдателя во внутреннем пространстве сферы Шварцшильда. Само по себе это не должно вызывать удивления, поскольку ранее мы уже говорили, что внутреннее пространство сферы Шварцшильда является общим для черных и белых дыр разных вселенных. Но если в обычных черных и белых дырах, описываемых решением Шварцшильда, сингулярность мешает движению внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую, то в дырах, описываемых решениями, Нордстрема, Керра и Ньюмена, она не мешает этому движению.

В 1918 году Нордстрем нашел решение уравнений общей теории относительности, описывающее черную дыру, обладающую электрическим зарядом. (Точнее, его дыра может обладать не только электрическим, но и магнитным зарядом, но последний случай мы не будем рассматривать). Практически сразу же стало ясно, что для реальных черных дыр, которые могут существовать во Вселенной, решение Нордстрема несущественно. Объясняется это тем, что электрические силы намного сильнее сил тяготения, поэтому они быстро разбросали бы заряженные частицы межзвездного газа и не дали бы образоваться звезде такой массы, которая допускала бы ее гравитационный коллапс. Поэтому если заряженные черные дыры и существуют во Вселенной, то их электрический заряд должен быть незначительным.

Более интересный случай представляет решение Керра. В 1963 году он нашел решение уравнений общей теории относительности, описывающее вращающуюся черную дыру. Такая дыра, как и все прочие черные дыры, обладает сферой Шварцшильда, но в дыре Керра эта сфера окружена еще одной предельной поверхностью, называемой "пределом статичности". Эта поверхность является не сферой, а эллипсоидом вращения, совпадающим на полюсах со сферой Шварцшильда. Если вращательный момент дыры Керра равен нулю, то предел статичности полностью совпадает со сферой Шварцшильда.

Пространство между поверхностями предела статичности и сферы Шварцшильда называется "эргосферой". Ни одна материальная частица, попав в эргосферу, не может находиться в покое и вовлекается во вращение дыры Керра. При этом она может двигаться по спиральной траектории, постепенно сближаясь со сферой Шварцшильда и уходя в конце концов под нее; по стационарной круговой орбите в пределах эргосферы; или по спиральной траектории, постепенно сближаясь с пределом статичности и выходя в конце концов за него в обычное пространство Вселенной. Последние два случая отличают дыру Керра от дыр Шварцшильда и Нордстрема, в которых стационарные орбиты вообще невозможны.

Большинство звезд в нашей Вселенной обладают вращательным моментом, причем в гравитационном коллапсе этих звезд их вращательный момент должен возрастать (из-за уменьшения диаметра этих звезд). Это означает, что если черные дыры реально существуют во Вселенной, то большинство из них должны быть дырами Керра, а не дырами Шварцшильда. Или комбинированными дырами Нордстрема и Керра, имеющими небольшой электрический заряд и большой вращательный момент. Последние описываются решением Ньюмена, нашедшим в 1965 году решение уравнений общей теории относительности для случая вращающихся черных дыр, обладающих электрическим зарядом.

Мы не будем сейчас рассматривать поправки к решениям Нордстрема, Керра и Ньюмена на неустойчивость черных дыр. Главное, что нас сейчас интересует, - это то, что дыры Нордстрема, Керра и Ньюмена имеют не одну, а две сферы Шварцшильда. Одна из них совпадает с обычной сферой Шварцшильда, но расположена ближе к сингулярности, а дополнительная сфера Шварцшильда располагается непосредственно над сингулярностью. При увеличении электрического заряда и вращательного момента дыр Нордстрема, Керра и Ньюмена эти сферы сближаются друг с другом, причем обычная сфера Шварцшильда приближается к сингулярности, а дополнительная сфера - удаляется от нее. При некотором предельном электрическом заряде и вращательном моменте эти сферы сливаются друг с другом, а затем исчезают, оставляя "голую" сингулярность.

Подчеркнем еще раз: наличие двух сфер Шварцшильда в дырах Нордстрема, Керра и Ньюмена является прямым следствием того, что они обладают электрическим зарядом и вращательным моментом. И на каждой из этих сфер пространственные и временные величины меняются своими местами. При этом вторая смена данных величин разворачивает сингулярность так, что она больше не мешает движению внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую. Точнее, сингулярность при этом остается на месте, а разворачиваются сами пространственные и временные величины, направляющие движение внутреннего наблюдателя так, что сингулярность уже не стоит на пути его движения в другую вселенную (хотя возможность столкновения с ней остается). А раз так, то у него остается возможность ориентировки во внутреннем пространстве обеих сфер Шварцшильда при переходе из одной вселенной в другую.

Особо следует отметить тот случай, когда от дыр Нордстрема, Керра и Ньюмена остается "голая" сингулярность. В современной физике этот случай рассматривается как катастрофа в теории черных дыр, поскольку с физической точки зрения "голая" сингулярность является бессмыслицей. Существует даже такой принцип - принцип космической цензуры, - согласно которому всякая сингулярность должна быть прикрыта сферой Шварцшильда. Но если в дыре Нордстрема еще можно исключить "голую" сингулярность ограничением на величину электрического заряда коллапсирующей звезды, то в дырах Керра и Ньюмена этого сделать уже нельзя. В нашем подходе этот случай не представляет никакой катастрофы. Поскольку сингулярность - это область "чистой" виртуальной геометрии, исключающей какую-либо ориентировку внутреннего наблюдателя при переходах его из одной вселенной в другую, то возникновение "голой" сингулярности в дырах Керра и Ньюмена означает всего лишь исключение возможности такой ориентировки. Или, что равносильно, полную замкнутость данных вселенных.

Но вернемся к сингулярности в норе Торна, а точнее, к отсутствию в ней этой сингулярности. В тех норах, которые рассматривались до Торна, сингулярность имелась - она возникала на заключительной стадии схлопывания этих нор. При этом то вещество, которое находилось внутри норы, частично выбрасывалось из нее наружу, а частично поглощалось ею и сжималось до сингулярного состояния. Такое схлопывание кротовых нор очень похоже на гравитационный коллапс сверхмассивных звезд. Различаются они тем, что кротовые норы не обладают гравитационными полями и существуют исчезающе малое время, а коллапсирующие звезды обладают этими полями и превращаются в черные дыры, являющимися, как утверждает общая теория относительности, устойчивыми объектами. На самом деле это различие несущественно, поскольку ранее мы уже выяснили, что черные дыры являются неустойчивыми объектами и при своем образовании попросту исчезают из нашей Вселенной. При этом исчезают и гравитационные поля порождающих эти дыры звезд.

Отсутствие сингулярности в норе Торна объясняется тем особым распределением вещества, которое укрепляет стенки этой норы. Точнее даже не распределением, а особыми свойствами этого вещества, обладающего отрицательной (!) массой. Именно таким экзотическим веществом Торн и укрепил стенки своей норы, что позволило обычному веществу, обладающему положительной массой, проходить эту нору "без вреда для здоровья". Современная физика не отвергает возможности существования такого вещества, хотя оно и не было обнаружено во Вселенной. Именно поэтому ученые до сих пор не смогли найти ошибку в рассуждениях Торна, пытаясь спасти принцип причинности.

В данном случае мы вновь сталкиваемся с чем-то очень похожим на нашу модель относительного движения нескольких тяготеющих тел. В обоих случаях вещество обладает необычными свойствами, в обоих случаях это позволяет ему двигаться необычным образом, нарушая законы ньютоновской механики. Различие заключается в том, что в работе Торна это вещество обладает положительной и отрицательной массами, а в нашей модели - действительной и мнимой массами. Точнее, в работе Торна фигурируют два вида вещества - каждое из них обладает гравитационной и инертной массами, но у одного из них эти массы являются положительными, а у другого - отрицательными. При этом структура норы Торна, обеспечивающая необычное движение вещества с положительной массой, сводится к особым взаимоотношениям его с веществом, имеющим отрицательную массу. Правда из этой структуры неясно, куда после прохождения норы веществом с положительной массой девается вещество с отрицательной массой? Сам Торн считает, что оно продолжает укреплять стенки его норы, которая может существовать сколь угодно долго. Но такая точка зрения приводит к неразрешимым парадоксам, даже с учетом того, что мы говорили ранее о физической природе времени.

В нашей модели никаких таких парадоксов не возникает, поскольку в ней одно и то же вещество обладает массами разного знака. Иначе говоря, в нашей модели гравитационная масса вещества является действительной, а инертная масса - мнимой. Но вот взаимоотношения между гравитационной и инертной массами вещества в нашей модели практически те же самые, что и в работе Торна. Точнее, обычные взаимоотношения между гравитационной и инертной массами вещества в нашей модели соответствуют тому случаю в работе Торна, когда вещество с положительной массой находится вне кротовой норы, а нестандартное поведение гравитационной и инертной масс вещества - тому случаю, когда вещество с положительной массой находится внутри кротовой норы. Но в отличие от работы Торна, в нашей модели гравитационную массу вещества ни при каких обстоятельствах нельзя отделить от его инертной массы, что автоматически исключает устойчивость кротовой норы.

Если теперь сопоставить работу Торна с работой Крускала, то можно прийти к выводу, что в координатах Крускала кротовая нора должна выглядеть как пузырек во внутреннем пространстве сферы Шварцшильда, а обычное состояние материи - как пузырек во внешнем пространстве сферы Шварцшильда. При этом расположение пространственных и временных величин внутри каждого пузырька должно быть противоположно расположению этих величин в окружающем их пространстве. Такая интерпретация кротовой норы и обычного состояния материального тела более точно отображает взаимоотношения между гравитационной и инертной массами этого тела при нарушении им законов ньютоновской механики и при соблюдении этих законов. В работе Крускала эти взаимоотношения маскируются точечным изображением материальных тел.

Именно в виде пузырька материальные тела передвигаются во внутреннем пространстве сферы Шварцшильда (мы учитываем здесь все черные дыры - Шварцшильда, Нодстрема, Керра и Ньюмена). При этом характер их движения полностью определяется тем набором фундаментальных констант и законов сохранения, который имеется внутри данного пузырька. Если этот набор не изменяется, то данный пузырек, вместе с внутренним пространством сферы Шварцшильда, олицетворяет собой кротовую нору, соединяющую одну точку нашей Вселенной с другой ее точкой и позволяющую материальным телам передвигаться между этими точками со сверхсветовой скоростью. Если же этот набор изменяется, то данный пузырек олицетворяет собой уже другую кротовую нору, а точнее, две таких норы. Одна из этих нор соединяет настоящее нашей Вселенной с ее прошлым или будущим, а другая нора - нашу Вселенную с другой вселенной многомерного времени. Или наоборот - другую вселенную многомерного времени с нашей Вселенной.

Прежде чем двигаться дальше, уточним один момент. Ранее мы говорили, что в нашей модели относительного движения нескольких тяготеющих тел, как и в релятивистской теории гравитации Логунова, нет полной эквивалентности между гравитационным и инерционным полями. При этом мы исходили из того факта, что состояние невесомости наблюдателя, находящегося вдали от тяготеющих тел, даже локально неэквивалентно состоянию его свободного падения в поле тяготения небесного тела. Точно также неэквивалентны состояние покоя этого наблюдателя на поверхности тяготеющего небесного тела и состояние его ускоренного движения вдали от тяготеющих тел. Это означает, что наше утверждение о неэквивалентности гравитационного и инерционного полей касается одной только общей теории относительности и пока что не касается специальной теории относительности, которая оперирует не гравитационным и инерционным полями, а гравитационной и инертной массами материальных тел. (Точнее, сегодня эта теория оперирует одной только инертной массой, а понятие гравитационной массы скрывается в ней за понятием массы покоя материальных тел).

Наиболее близко к этой проблеме мы подошли, когда сказали, что многие квантовые свойства фотонов не укладываются в специальную теорию относительности. Сегодня в эту теорию укладываются лишь те свойства фотонов, которые позволяют привязывать их к конкретным материальным телам. Именно эти свойства фотонов допускают совпадение их коллективов с классическими электромагнитными волнами, именно они допускают описание относительного движения материальных тел и электромагнитных волн с помощью преобразований Лоренца. Другие свойства фотонов, и, прежде всего те, которые исключают привязку их к каким-то конкретным материальным телам, не укладываются в специальную теорию относительности. Именно эти свойства фотонов лежат в основе тех физических законов, которые делают неэквивалентными гравитационные и инерционные поля материальных тел, именно они обуславливают нестандартное поведение гравитационной и инертной масс, которыми оперирует специальная теория относительности.

Принципиальная ошибка Эйнштейна состояла в том, что расширяя физическое содержание принципа относительности Галилея до специального принципа относительности, он сохранил в своей теории прежний характер систем отсчета. Точнее, он посчитал, что те системы отсчета, в которых действует электродинамика Максвелла, являются инерциальными. В действительности эти системы отсчета могут считаться инерциальными только при малых скоростях движения материальных тел и при малых интенсивностях электромагнитных полей. Точно также системы отсчета, в которых действует общая теория относительности, могут считаться инерциальными только при малых интенсивностях гравитационных полей. В противном случае все эти системы отсчета должны считаться неинерциальными. Но описываться они должны уже не общей теорией относительности, а Единой теорией поля, объединяющей теорию тяготения Эйнштейна с электродинамикой Максвелла.

Причина этой ошибки настолько очевидна, что непонятно, как Эйнштейн ее не заметил. Как уже говорилось, принцип относительности Галилея характеризует равномерное прямолинейное движение материальных тел. Расширяя этот принцип до специального принципа относительности, Эйнштейн присоединил к данным телам эталонные тела - фотоны, - обладающие нулевой массой покоя и движущиеся с максимально возможной в природе скоростью - скоростью света. Но при этом он почему-то решил, что система отсчета фотонов является такой же инерциальной, как и системы отсчета материальных тел. Система отсчета фотонов по самой своей природе является неинерциальной, и если ее не выделять из систем отсчета материальных тел, то последние также приобретают неинерциальные свойства - тем более сильные, с чем большей скоростью движутся эти тела и чем больше интенсивность их электромагнитных полей.

В предыдущей главе мы говорили, что гравитационная и инертная массы материальных тел не обязательно должны быть равны друг другу. Они равны только тогда, когда гравитационные и инерционные поля этих тел находятся в равновесии. Именно этот случай соответствует выполнению принципа эквивалентности гравитационной и инертной масс в общей теории относительности. Если же гравитационные и инерционные поля материальных тел не находятся в равновесии, то их гравитационные и инертные массы уже не равны друг другу. Именно этот случай соответствует нарушению материальными телами законов ньютоновской механики, о котором мы неоднократно упоминали. Нужно только добавить, что это нарушение возможно не только за пределами пространства Вселенной, но и в нем самом, в виде неэквивалентности гравитационной и инертной масс материальных тел.

Сегодня строго доказано, что гравитационная масса покоящегося тела в точности равна его инертной массе. Также строго доказано, что инертная масса тела, движущегося поступательно, возрастает по мере увеличения его скорости. Но гравитационная масса этого тела почему-то считается неизменной, с какой бы скоростью оно не двигалось, хотя никто пока что не проверял это в эксперименте. С другой стороны, общая теория относительности утверждает, что гравитационная масса сверхмассивной звезды остается неизменной в процессе ее гравитационного коллапса. В таком процессе увеличивается только плотность гравитационного поля, окружающего звезду, из-за уменьшения ее радиуса. Инертная масса этой звезды, согласно общей теории относительности, остается неизменной на протяжении всего коллапса. Проверить это, правда, затруднительно, поскольку гравитационный коллапс никто пока что не наблюдал в эксперименте. Тем не менее, мы уже выяснили, что в этом коллапсе материальные тела утрачивают свою массу покоя, т.е. изменяют величину своей гравитационной и инертной массы.

Правильный ответ на эти вопросы заключается в том, что гравитационная и инертная массы материальных тел могут изменяться только альтернативно - если их инертная масса увеличивается, то их гравитационная масса уменьшается, и наоборот, если их гравитационная масса увеличивается, то их инертная масса уменьшается. Отсюда автоматически следует, что с приближением скорости движения материального тела к скорости света его инертная масса возрастает не до бесконечности, как утверждает специальная теория относительности, а только до определенного передела. Она возрастает до тех пор, пока гравитационная масса этого тела не станет равной нулю, после чего его поведение уже нельзя описывать специальной теорией относительности. Точно также и в гравитационном коллапсе поведение материального тела можно описывать общей теорией относительности только до тех пор, пока его инертная масса не станет равной нулю.

Общая теория относительности правильно утверждает, что для внешнего наблюдателя гравитационная масса коллапсирующего тела остается неизменной, поскольку в его системе отсчета плотность гравитационного поля этого тела не изменяется, по крайней мере, на начальной стадии гравитационного коллапса. Но в системе отсчета внутреннего наблюдателя плотность гравитационного поля коллапсирующего тела увеличивается по мере уменьшения радиуса данного тела, что равносильно увеличению его гравитационной массы. Совместить эти две точки зрения можно только в том случае, если допустить, что в системе отсчета внутреннего наблюдателя остается неизменной только комплексная гравитационно-инертная масса коллапсирующего тела, а его инертная масса уменьшается по мере увеличения его гравитационной массы.

То же самое можно сказать и о поведении материальных тел на околосветовых скоростях движения. Специальная теория относительности утверждает, что инертная масса материального тела, движущегося с околосветовой скоростью, увеличивается только в системе отчета внешнего наблюдателя, а в системе отсчета внутреннего наблюдателя она остается равной массе покоя. Но как обычно проверяют это утверждение? Разгоняют до околосветовой скорости какое-то материальное тело (обычно микрочастицу), а затем сталкивают его с покоящимся материальным телом. Зная массу покоя последнего, по характеру столкновения можно вычислить инертную массу первого тела. Это означает, что определение инертной массы в данном случае производится в общей (!) системе отсчета движущегося и покоящегося тел. Такую систему отсчета уже нельзя связывать с внешним наблюдателем, а значит и утверждать, что он обнаруживает увеличение инертной массы тела, движущегося с околосветовой скоростью. Увеличение этой массы может обнаружить только внутренний наблюдатель, в виде увеличения интенсивности инерционного поля в его системе отсчета.

Существует правда, еще один релятивистский эффект, теснейшим образом связанный с предыдущим, - это замедление времени в тех системах отсчета, которые движутся с околосветовой скоростью. Специальная теория относительности утверждает, что это замедление обнаруживается только в системе отсчета внешнего наблюдателя, тогда как внутренний наблюдатель считает, что время в его системе отсчета течет с обычной скоростью. Но мы уже говорили, что на самом деле системы отсчета данной теории являются неинерциальными, поскольку с увеличением скорости движения тел у них возрастает не только инертная масса, но и плотность их инерционного поля. Это означает, что замедление времени в системах отсчета тел, движущихся с околосветовой скоростью, должен обнаруживать не только внешний, но и внутренний наблюдатель. Точно также в общей теории относительности замедление времени в сильных гравитационных полях обнаруживает не только внешний, но и внутренний наблюдатель.

Именно этот момент - неинерцальность систем отсчета материальных тел, движущихся с околосветовой скоростью, - не учел Эйнштейн при формулировке специального принципа относительности. Такое движение может быть относительным, но в гораздо более общих системах отсчета, чем те, которые рассматриваются в специальной и даже в общей теориях относительности. Понимать это следует так, что увеличение интенсивности инерционного поля тела, увеличивающего скорость своего движения, смещает границу между действительным и мнимым пространствами нашей Вселенной, приближает ее к данному телу. В инерциальных системах отсчета это смещение выглядит как уменьшение плотности плоского пространства-времени, окружающего данное тело, и расширение размеров области, занимаемой этим пространством. Когда эта область охватывает все действительное пространство Вселенной, материальное тело исчезает из него и переходит в мнимое пространство Вселенной.

Как можно было заметить, мы только что описали переход материального тела через сферу Шварцшильда из ее внешнего пространства в ее внутреннее пространство. Необычность этого перехода заключается в том, что его нельзя отождествлять с падением внутреннего наблюдателя в черную дыру, поскольку в нем нарастает плотность не гравитационного, а инерционного поля, окружающего данного наблюдателя. В то же время, его нельзя отождествлять и с пресловутыми белыми дырами, поскольку в нем внутренний наблюдатель не вылетает из-под сферы Шварцшильда, а наоборот, "влетает" в нее. А это было бы весьма желательно, поскольку из всех космологических объектов в общей теории относительности только белые дыры не имеют удовлетворительного физического объяснения.

Физическое объяснение данного перехода заключается в той же неинерциальности систем отсчета специальной теории относительности. Просто из нашей Вселенной материальные тела могут исчезать не только в гравитационном, но и в инерционном коллапсе. Переход материальных тел через сферу Шварцшильда на световых скоростях движения - это и есть такой инерционный коллапс, в котором у них до предела увеличивается интенсивность инерционного поля. Как и в гравитационном, в инерционном коллапсе существует своя сфера Шварцшильда, разграничивающая действительное и мнимое пространства нашей Вселенной. И как в гравитационном, в инерционном коллапсе существует своя сингулярность, устанавливающая пределы движения материального тела внутри данной сферы Шварцшильда. С точки зрения общей теории относительности, эти сферы и сингулярности радикально отличаются друг от друга, поскольку в гравитационном коллапсе материальные тела сжимаются в точку, а в инерционном коллапсе они расширяются в бесконечность. На самом деле это различие не столь существенно, поскольку в области виртуальной геометрии, в которой существуют все сферы Шварцшильда и все сингулярности, стирается различие между точкой и бесконечностью. Данное различие имеет значение только на начальных стадиях гравитационного и инерционного коллапсов (а также для тех физических процессов, которые подводят материальные тела к данным коллапсам) и не имеет значения на заключительных стадиях этих коллапсов.

Именно в такой симметрии гравитационного и инерционного коллапсов, а отнюдь не в обращении гравитационного коллапса во времени, заключается настоящий смысл симметрии черных и белых дыр. Обращение гравитационного коллапса во времени, конечно, возможно, как и инерционного коллапса. Но такие процессы встречаются в природе гораздо реже, чем обычные формы гравитационного и инерционного коллапсов. Кроме того, они имеют несколько иной механизм. А вот инерционный коллапс, как процесс, в котором сфера Шварцшильда и сингулярность противоположны сфере Шварцшильда и сингулярности гравитационного коллапса, - это совсем другое дело. Такой процесс, как и обычный гравитационный коллапс, широко распространен в природе и имеет, в отличие от белых дыр в общей теории относительности, конкретное физическое объяснение.

За примерами далеко ходить не нужно, поскольку белые дыры, в отличие от черных дыр, даже не пытались искать во Вселенной. Само появление их "ниоткуда", т.е. из сингулярности, уже предполагало отсутствие каких-либо реальных процессов, предшествующих их формированию. Черным дырам более повезло в этом отношении, поскольку они возникают в ходе эволюции реально наблюдаемых звезд.

Зато ученые до сих пор не могут объяснить особенности эволюции так называемых "квазаров" - сверхудаленных от нас объектов Вселенной, движущихся с околосветовыми скоростями. Наибольшую загадку представляет чудовищное энерговыделение этих объектов - их светимость в тысячи раз превышает светимость нашей Галактики, хотя размеры их, по-видимому, значительно меньше. Для объяснения этого феномена выдвигалось множество гипотез; наиболее популярной из них является наличие в центрах квазаров сверхмассивных черных дыр. Но эта гипотеза встречает серьезные возражения, поскольку если бы выделение энергии квазарами осуществлялось за счет гравитационного коллапса, то занимало бы очень короткое время, пока растущие силы тяготения не перестали бы отпускать с поверхности черной дыры световые лучи. Поэтому сегодня не подвергается сомнению только одно: поскольку у квазаров наблюдаются многие свойства обычных галактик, они являются их разновидностью.

Между тем, все особенности эволюции квазаров можно вывести из одного лишь условия, что они являются сверхудаленными от нас объектами Вселенной, движущимися с околосветовыми скоростями. Отсюда автоматически следует, что квазары являются галактиками, испытывающими инерционный коллапс. Не черные, а белые дыры определяют эволюцию этих галактик, которые как бы вдвигаются в границу нашей Вселенной (точнее, в границу между ее действительным и мнимым пространствами), за которой материальные тела не могут двигаться обычным механическим способом. В результате огромные массы вещества этих галактик испаряются одновременно, превращаются в электромагнитные и гравитационные волны. Отсюда и чудовищное энерговыделение квазаров, отсюда и длительность этого энерговыделения.

Сразу же после создания общей теории относительности Эйнштейн сделал попытку построить на ее основе модель стационарной во времени Вселенной. Чтобы уравновесить силы тяготения, он ввел в свою теорию гравитационную силу отталкивания, пропорциональную расстоянию между телами. Коэффициент этой пропорциональности носит название "космологической постоянной". Именно эта постоянная и представляет гравитационную силу отталкивания в общей теории относительности. Действие этой силы столь же универсально, как и силы всемирного тяготения. Различие между ними состоит в том, что гравитационное отталкивание не зависит от материи и присуще самому пространству-времени.

Однако вскоре Фридман показал, что введение космологической постоянной в общую теорию относительности излишне, поскольку для описания нестационарной Вселенной достаточно исходных уравнений теории. После экспериментального подтверждения нестационарности нашей Вселенной, Эйнштейн согласился с Фридманом и даже назвал введение космологической постоянной "самой грубой ошибкой в своей жизни". Тем не менее, космологическая постоянная оказалась живучей, поскольку входит в уравнения теории на правах постоянной интегрирования и устранить ее математически невозможно. Равенство нулю этой постоянной можно установить только в эксперименте.

Возвратить космологическую постоянную в теорию Эйнштейна пытались не раз - в связи с уточнением возраста Вселенной, в связи с открытием квазаров и т.д. Но всякий раз результаты наблюдений удавалось объяснить без нее, в рамках исходной теории. Свое последнее возрождение эта постоянная обрела в теории Великого объединения взаимодействий (т.е. в квантовой механике). Согласно этой теории, физический вакуум представляет собой поле виртуальных частиц, взаимодействие между которыми приводит к своеобразным упругим натяжениям в среде вакуума. Именно эти натяжения соответствуют универсальной гравитационной силе отталкивания в теории Эйнштейна. Считается, что в наше время эта сила столь мала, что не играет существенной роли во Вселенной, но в самые первые мгновения ее эволюции роль этой силы могла быть определяющей.

А между тем, значительное гравитационное отталкивание тел возможно и в современной Вселенной. Уменьшение плотности плоского пространства-времени, окружающего тела, движущиеся с околосветовой скоростью, и расширение размеров области этого пространства - это и есть такое отталкивание. Причем не гипотетическое, а реально наблюдаемое в природе, в виде увеличения скорости движения галактик по мере приближения их к границе Вселенной и сопровождающих это увеличение эффектов. Просто в своей теории Эйнштейн не учел, что движение материальных тел может не только компенсировать их гравитационное взаимодействие (точнее, переводить их в состояние невесомости), но и обращать его направление, т.е. превращать его из гравитационного притяжения в гравитационное отталкивание.

Но вот в чем Эйнштейн оказался прав - так это в том, что гравитационное отталкивание присуще самому пространству-времени. Гравитационное отталкивание - это ни что иное, как инерционное взаимодействие материальных тел, осуществляемое посредством их инерционных полей. А специфика инерционных полей заключается в том, что их нельзя привязать к каким-то конкретным материальным телам, по крайней мере, в действительном пространстве Вселенной. Это означает, что инерционные поля материальных тел принадлежат не столько самим этим телам, сколько пространству-времени нашей Вселенной. Их, конечно, нельзя рассматривать отдельно от материи, но лишь в том смысле, что без материи пространство-время не существует.

Что же касается упругих натяжений вакуума, то здесь современная физика вплотную подошла к объяснению природы белых дыр. Ранее мы уже говорили (когда рассматривали гипотезу квантового испарения черных дыр Хокинга), что на сфере Шварцшильда виртуальные частицы вакуума могут резонировать и переходить в реальные частицы, уменьшая при этом энергию черной дыры и интенсивность ее гравитационного поля. Но поскольку реальные черные дыры являются неустойчивыми объектами, то для них этот процесс нехарактерен. Зато границу между действительным и мнимым пространствами нашей Вселенной можно рассматривать как ту же сферу Шварцшильда. На такой сфере действительно может происходить резонанс виртуальных частиц. Он не обязательно сопровождается рождением реальных частиц, но обязательно - возникновением гравитационной силы отталкивания. Это непосредственно следует из того, что данный резонанс уменьшает интенсивность гравитационного поля. Его можно рассматривать как квантовый механизм гравитационного отталкивания тел, движущихся с большой скоростью.

Правда здесь возникает вопрос. Если гравитационная сила отталкивания в современной Вселенной значительно отличается от нуля, то, следовательно, справедлива модель стационарной Вселенной Эйнштейна, а не модель Фридмана. Но если справедлива модель Эйнштейна, то как же тогда быть с экспериментальными доказательствами нестационарности нашей Вселенной? Или она все же стационарна, а результаты астрофизических экспериментов неправильно интерпретируются? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно более внимательно приглядеться к указанным экспериментам.

В 1965 году Пензиас и Вильсон сделали выдающееся научное открытие. С помощью специальной низкошумящей антенны они обнаружили равновесное электромагнитное излучение с очень низкой температурой. Несколько месяцев они бились над загадкой его происхождения, пока, наконец, не решили, что их антенна улавливает так называемое "реликтовое излучение", существование которого было предсказано Гамовым в 1946 году. Уточняя модель нестационарной Вселенной Фридмана, он предложил гипотезу Большого Взрыва, согласно которой на ранней стадии своего расширения наша Вселенная была горячей и, следовательно, заполненной фотонами высоких энергий. В процессе дальнейшего расширения Вселенной энергия этих фотонов уменьшалась, и в наше время они должны иметь очень низкую температуру, а именно - ту, которую обнаружили Пензиас и Вильсон.

Открытие реликтового излучения нанесло сокрушительный удар всем моделям стационарной Вселенной. Вместе с красным смещением в спектрах галактик, открытым Хабблом в 1929 году, оно подтверждало модель Фридмана. До открытия реликтового излучения у физиков оставался выбор между гравитационным и динамическим объяснением красного смещения в спектрах галактик. Первое объяснялось увеличением тяготения галактик с приближением к границе Вселенной, что допускало постоянство ее объема. Второе объяснялось увеличением скорости движения галактик с приближением к границе Вселенной, что равносильно непрерывному увеличению ее объема. Открытие реликтового излучения однозначно свидетельствовало в пользу второго объяснения.

Мы тоже как будто подтвердили модель Фридмана, связывая инерционный коллапс материальных тел со световыми скоростями их движения. Но в данном случае нужно строго разграничивать инерциальную и неинерциальную составляющие механического движения галактик. Красное смещение в спектрах галактик связано с одной только инерциальной составляющей их механического движения, а неинерциальная составляющая этого движения проявляется в увеличении объема и уменьшении плотности плоского пространства-времени, окружающего данные галактики. Эта составляющая не оказывает влияния на электромагнитное излучение галактик, но зато она ограничивает увеличение скорости их движения инерционным коллапсом на границе Вселенной. Само по себе это уже исключает обычное расширение Вселенной, связанное с инерциальным движением галактик. Остается только та часть этого расширения, которая связана с увеличением объема плоского пространства-времени, окружающего данные галактики. Но если нейтрализовать это увеличение с помощью какого-нибудь процесса, то в среднем объем плоского пространства-времени нашей Вселенной будет оставаться постоянным.

Такой процесс хорошо нам знаком - это гравитационный коллапс сверхмассивных звезд в структуре тех же галактик. В этом коллапсе плотность плоского пространства-времени, окружающего данные звезды, также изменяется, причем изменяется альтернативно изменению ее в инерционном коллапсе. Это равносильно тому, что гравитационный коллапс сверхмассивных звезд в структуре галактик "пожирает" излишки плоского пространства-времени, образующиеся в результате разбегания этих галактик. А излучаемые в обоих коллапсах гравитационные волны обеспечивают равновесие обоих процессов в объеме Вселенной. Это равновесие является не статическим, а динамическим - оно может склоняться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения объема нашей Вселенной. Но если наша Вселенная и расширяется, то в значительно более слабой степени, чем это следует из модели Фридмана.

Таким образом, красное смещение в спектрах галактик еще не говорит о нестационарности нашей Вселенной. Это смещение характеризует одну только инерциальную составляющую механического движения галактик. Другое дело реликтовое излучение, которое нельзя отделять от гравитационного взаимодействия материальных тел. Объясняется это тем, что равновесное электромагнитное излучение, разновидностью которого является реликтовое излучение, теснейшим образом связано с тепловым движением атомов и молекул в структуре материальных тел (этот вопрос мы подробно рассматривали в третьей главе), а это движение, как мы уже говорили (при рассмотрении проблемы гравитационных волн) невозможно отделить от гравитационного взаимодействия самих этих тел. Отсюда автоматически следует, что инерционный коллапс галактик на границе Вселенной и гравитационный коллапс сверхмассивных звезд в структуре этих галактик активно влияют на состояние реликтового излучения.

Конкретно это влияние сводится к обеспечению необходимой температуры реликтового излучения. В гипотезе Гамова эта температура выводится из предположения о горячем начале нашей Вселенной и увеличении объема ее пространства со временем. Наша гипотеза также допускает горячее начало Вселенной, также как и ее "горячий конец". Но понятие движения Вселенной во времени в нашей гипотезе в корне отличается от гамовского. В нашей гипотезе и горячее начало, и современное состояние Вселенной, и ее "горячий конец" существуют одновременно (!), и все эти состояния согласованно движутся в многомерном времени, сохраняя (!) объем своего пространства. При этом инерционный коллапс галактик и гравитационный коллапс сверхмассивных звезд обеспечивают необходимую температуру реликтового излучения не только в современной Вселенной, но и в ее горячем начале, и в ее "горячем конце", и вообще, на протяжении всей ее временной линии.

Собственно говоря, здесь вообще нельзя отделять инерционный коллапс галактик от ее горячего начала, а гравитационный коллапс сверхмассивных звезд - от ее "горячего конца", поскольку горячее начало - это ни что иное, как инерционный коллапс всей нашей Вселенной, а "горячий конец" - это ее гравитационный коллапс. Именно эти физические процессы определяют отличие наборов фундаментальных констант и законов сохранения в реально существующем прошлом и в реально существующем будущем нашей Вселенной от сегодняшнего их набора. Такая интерпретация эволюции Вселенной радикально отличается от гипотезы Гамова, которая полагает, что в далеком прошлом наша Вселенная была сжата то сингулярного состояния. Но в реально существующем прошлом состояние нашей Вселенной определяется не гравитационным, а инерционным коллапсом, т.е. не сжатием, а расширением ее материи. Другое дело, что при определенных условиях прошлое нашей Вселенной может сливаться с ее будущим, делая ее современное состояние похожим на ее горячее начало в гипотезе Гамова. Но такое состояние не имеет ничего общего с гамовской интерпретацией движения нашей Вселенной во времени, поскольку оно может реализоваться когда угодно и никогда. Это непосредственно следует из характера тех процессов, которые обеспечивают сегодняшнюю стационарность Вселенной.

Вот теперь мы можем уже сказать, в чем заключается главная ошибка теории черных и белых дыр. Как уже говорилось, белые дыры в координатах Крускала изображаются в бесконечно далеком прошлом нашей Вселенной, а черные дыры - в бесконечно далеком будущем. При этом движение нашей Вселенной во времени отождествляется с движением внутреннего наблюдателя от белых дыр к черным дырам через обычное пространство Вселенной. Это означает, что в координатах Крускала белые и черные дыры неподвижны относительно времени нашей Вселенной. На самом деле они движутся вместе с ней, а точнее, вместе с ее временной линией, в многомерном времени. Просто белые дыры в этом движении отстают от настоящего нашей Вселенной, а черные дыры опережают его. Именно такие границы нашей временной линии в многомерном времени и изображают на самом деле координаты Крускала, а отнюдь не движение нашей Вселенной во времени.

Чтобы сделать это утверждение более наглядным, рассмотрим в таких уточненных координатах движение внутреннего наблюдателя. В принципе, это движение действительно может начинаться из белых дыр, поскольку обращенный во времени инерционный коллапс действительно существует в природе. Но встречается он в ней сравнительно редко, гораздо чаще в ней встречается обычный инерционный коллапс, который в координатах Крускала выглядит как движение внутреннего наблюдателя от центра нашей Вселенной в сторону белых дыр. С точки зрения общей теории относительности, такое движение невозможно, поскольку равносильно движению вспять во времени. И это действительно так, поскольку движение внутреннего наблюдателя в сторону белых дыр равносильно движению его в прошлое нашей Вселенной. Но при этом нужно учитывать, что данное движение существует не само по себе, а накладывается на движение всей временной линии нашей Вселенной в многомерном времени. С точки зрения последнего, первое движение не представляет собой ничего необычного.

Гораздо естественнее в этих координатах выглядит движение внутреннего наблюдателя от центра нашей Вселенной в сторону черных дыр. С точки зрения общей теории относительности, именно так это движение и должно изображаться. Но при этом опять же нужно учитывать, что данное движение существует не само по себе, а накладывается на движение всей временной линии нашей Вселенной в многомерном времени. С точки зрения последнего, движение внутреннего наблюдателя в сторону черных дыр равносильно движению в будущее нашей Вселенной, причем движению, опережающему ее настоящее. В общей теории относительности такое движение невозможно. Она допускает только такое движение в будущее, как парадокс близнецов, т.е. замораживание настоящего одного внутреннего наблюдателя по отношению к настоящему другого внутреннего наблюдателя. В координатах Крускала такое движение выглядит как движение первого наблюдателя от центра нашей Вселенной в сторону белых дыр, а затем обратно к центру Вселенной. При этом второй наблюдатель постоянно пребывает в центре Вселенной, а разница хода их часов обеспечивается за счет самого движения временной линии нашей Вселенной в многомерном времени.

С этим же движением временной линии нашей Вселенной в многомерном времени связана и другая серьезная поправка к работе Крускала. Как уже говорилось, обычные черные и белые дыры, описываемые решением Шварцшильда, не допускают перехода внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую из-за того, что он вынужден пересекать сингулярность. В дырах Нордстрема, Керра, Ньюмена сингулярность не мешает переходам внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую. Но при этом совершенно не учитывается движение самих этих вселенных в многомерном времени друг относительно друга. То, что в координатах Крускала изображается как переход внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую, на самом деле представляет частный случай такого движения, допускающий движение этого наблюдателя в многомерном времени, но не допускающий движения в нем самих вселенных.

Правильный подход к этой проблеме заключается в том, что переход внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую ничем принципиально не отличается от движения самих этих вселенных в многомерном времени друг относительно друга. Единственное различие между ними состоит в том, что внутренний наблюдатель может проникать внутрь этих вселенных, а сами вселенные не могут проникать внутрь него и внутрь друг друга. Они могут только соприкасаться своими сферами Шварцшильда, нарушая тем самым свою замкнутость. Более широкое сообщение между ними невозможно, поскольку их собственные наборы фундаментальных констант и законов сохранения существенно отличаются друг от друга. Проникновение внутреннего наблюдателя в эти вселенные возможно только потому, что мы неявно допускаем возможность изменения его собственного набора фундаментальных констант и законов сохранения, согласование этого набора с наборами данных вселенных. Но если у внутреннего наблюдателя отсутствует такая возможность, то он также не сможет проникнуть в эти вселенные.

Именно в виде пузырьков, сталкивающихся и непрерывно перемещающихся друг относительно друга в их общем мнимом пространстве, нужно изображать движение вселенных в многомерном времени. При этом размеры самих пузырьков можно делать какими угодно, если соблюдать определенные правила. Например, можно сделать макроскопическими размеры нашей Вселенной; тогда размеры других вселенных мы должны делать микроскопическими, сравнимыми с размерами элементарных частиц. При этом движение нашей Вселенной и других вселенных в многомерном времени будет выглядеть как квантовые скачки элементарных частиц из одной точки пространства нашей Вселенной в другую точку и из одного момента ее настоящего в другой момент. Появление этих частиц в нашей Вселенной будет соответствовать столкновению ее сферы Шварцшильда со сферами Шварцшильда других вселенных, а исчезновение этих частиц из нашей Вселенной - разъединению этих сфер. Такое изображение движения вселенных в многомерном времени более удобно при описании движения внутреннего наблюдателя, не выходящего за пределы нашей Вселенной.

С другой стороны, мы можем сделать макроскопическими размеры всех без исключения вселенных, в том числе нашей. Такое изображение вполне возможно, хотя большая часть его выпадет за пределы рисунка. При этом движение вселенных в многомерном времени будет выглядеть как появление их в пределах рисунка, столкновение их сфер Шварцшильда со сферой Шварцшильда нашей Вселенной, разъединение этих сфер и исчезновение этих вселенных из пределов рисунка. Или исчезновение из них нашей Вселенной, если мы хотим оставить в пределах рисунка какую-то другую вселенную (из тех, что столкнулись с нашей Вселенной). Такое изображение движения вселенных в многомерном времени более удобно при описании переходов внутреннего наблюдателя из нашей Вселенной в другую вселенную и обратно.

И, наконец, мы можем сделать микроскопическими размеры всех без исключения вселенных. Такое изображения движения вселенных в многомерном времени более удобно при описании самого этого движения. И, прежде всего тогда, когда мы хотим учесть влияние на это движение сингулярностей. Данное влияние имеет своеобразный характер - оно не допускает столкновения вселенных своими сферами Шварцшильда и, в то же время, допускает взаимное проникновение этих вселенных друг в друга. Объясняется это самой спецификой сингулярностей как областей "чистой" виртуальной геометрии. Такие области исключают сохранение какой-то конкретной структуры вселенных и, в то же время, не ограничивают движение их материи. Точнее, они не ограничивают движение энергии, эквивалентной данной материи.

Первое, что следует из такого толкования движения вселенных в многомерном времени, - это то, что оно ничем принципиально не отличается от движения внутреннего наблюдателя в пределах нашей Вселенной посредством кротовых нор. Более того, поскольку саму нашу Вселенную можно представить как бесконечное множество внутренних наблюдателей, находящихся в разных состояниях и располагающихся на разных (пространственных и временных) расстояниях друг от друга, то ее собственное движение в многомерном времени можно представить как бесконечное множество взаимосвязанных кротовых нор. Все эти норы сливаются своими внутренними пространствами, но не по всей длине, а на отдельных отрезках. Каждое такое пространство, образованное отдельными отрезками кротовых нор, представляет какой-то один момент временной линии нашей Вселенной. В пределах этого пространства внутренние наблюдатели могут свободно переходить из одной кротовой норы в другую, но переход их на другие отрезки этих нор возможен только в особых условиях. Объясняется это тем, что каждый внутренний наблюдатель в нашей Вселенной движется (в многомерном времени) сразу по многим кротовым норам, соединяющим самые разные точки пространства и самые разные моменты времени нашей Вселенной. Поэтому для того, чтобы он мог перейти на другие отрезки этих нор, последние должны совпадать в пространстве и времени также, как и те отрезки, по которым он движется в настоящий момент. Несовпадение данных отрезков - это и есть те условия, которые не позволяют внутреннему наблюдателю переходить из своего настоящего в другой момент времени нашей Вселенной, а совпадение этих отрезков - это условия, разрешающие такой переход.

Вот тут-то и обнаруживается настоящий смысл нашей модели относительного движения нескольких тяготеющих тел. Все те хитроумные геометрические построения, которые мы отождествляли со структурой гравитационных и инерционных полей материальных тел, на самом деле моделируют взаимоотношения между разными кротовыми норами, по которым эти тела движутся в многомерном времени. Простейшей моделью такой норы является случай с тремя тяготеющими телами. Проскакивание "среднего" тела между двумя "крайними" телами - это и есть такая нора, а точнее, тот ее отрезок, который совпадает с настоящим данного "среднего" тела. При этом действительное пространство "среднего" тела совпадает с внутренним пространством данной норы, а его мнимое пространство - с внешним пространством данной норы. При увеличении количества тяготеющих тел до бесконечности все эти пространства сливаются и образуют временную линию нашей Вселенной, в которой разным отрезкам кротовых нор соответствуют разные участки поверхностей "крайних" тел.

В принципе, на этом можно было бы закончить наше повествование о специальной и общей теориях относительности. Практически на все вопросы, которые сегодня существуют в этих теориях, мы уже ответили, а на те, что ответили, можно ответить, исходя из данных ответов. Тем не менее, на одном таком вопросе хотелось бы остановиться более подробно - это кротовые норы, возникающие в нашем обычном окружении и позволяющие нам свободно передвигаться во времени Вселенной. Исходя из того, что мы говорили об этих норах ранее, ясно, что они должны обладать свойствами черных или белых дыр. Но связывать их с предельными массами материальных тел или со световыми скоростями движения этих тел в данном случае нельзя, поскольку эти условия отодвигают кротовые норы из нашего обычного окружения к границе Вселенной. Вместе с тем, специальная и общая теории относительности не предусматривают каких-то других процессов, которые можно было бы связать с подобными норами.

Для того чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно снова вернуться к модели относительного движения нескольких тяготеющих тел. Как уже говорилось, в этой модели механическое движение материального тела сводится к проскакиванию "среднего" тела в каждый момент времени между двумя "крайними" телами. Если материальное тело имеет сложную структуру, то это движение сводится к согласованному проскакиванию множества "средних" тел в каждый момент времени между соответствующим количеством "крайних" тел. С другой стороны, мы говорили, что поскольку фотоны, которые мы отождествили с "крайними" телами, охватывают все время эволюции Вселенной, то даже тогда, когда "средние" тела переходят в другой момент времени и втискиваются между другими "крайними" телами, они все равно остаются между прежними "крайними" телами, только сдвигаются к другому участку их поверхности, расположенному в будущем моменте времени. И наоборот, даже тогда, когда "средние" тела еще не перешли в другой момент времени и не втиснулись между другими "крайними" телами, они уже находятся между этими телами, только между другими участками их поверхностей, расположенными в прошлом моменте времени.

Для дальнейших рассуждений нам нужно вспомнить, что "крайние" тела располагаются на границе между действительным и мнимым пространствами нашей Вселенной; можно даже сказать, что они являются олицетворением такой границы. А поскольку мы уже отождествили эту границу со сферой Шварцшильда, то это означает, что фотоны, которые в нашей модели представляют "крайние" тела, являются структурными элементами сферы Шварцшильда. Именно в такой геометрической интерпретации фотонов заключается настоящий смысл различия между теми их свойствами, которые описываются электродинамикой Максвелла, и теми свойствами, которые допускают объединение гравитации и электромагнетизма на базе общей теории относительности. Сфера Шварцшильда - это не какая-то абстрактная поверхность, а Единое поле гравитационного и электромагнитного взаимодействий; это поле тех фотонов, которые ничем принципиально не отличаются от гравитонов.

А теперь вспомним, что у черных и белых дыр сферы Шварцшильда, вообще говоря, различаются. Точнее, они различаются на начальных стадиях гравитационного и инерционного коллапсов материальных тел, а на заключительных стадиях этих коллапсов они являются общими для черных и белых дыр. А поскольку гравитационный коллапс, как мы выяснили, равносилен смещению материальных тел в будущее нашей Вселенной, а инерционный коллапс - смещению их в прошлое нашей Вселенной, то это означает, что разные участки поверхностей "крайних" тел в нашей модели, между которыми "средние" тела находятся в разные моменты времени, характеризуют взаимоотношения материальных тел со сферами Шварцшильда черных и белых дыр. Подчеркнем еще раз: эти участки характеризуют не гравитационный и инерционный коллапсы материальных тел, поскольку по условию задачи они располагаются в настоящем нашей Вселенной, а их удаленность от данных сфер, протяженность временной линии нашей Вселенной, соединяющей эти тела с данными сферами Шварцшильда.

С другой стороны, поскольку на заключительной стадии гравитационного и инерционного коллапсов сферы Шварцшильда являются общими для черных и белых дыр, то это означает, что у "крайних" тел существуют такие участки поверхностей, для которых понятия будущего и прошлого относительны. Между этими участками "средние" тела также проскакивают в каждый момент времени, хотя их поступательное механическое движение характеризуется другими участками этих поверхностей, а именно - теми, которые соответствуют моменту настоящего. Это означает, что кроме поступательного механического движения, материальные тела движутся во времени еще одним способом, для которого понятия будущего и прошлого относительны.

Такое движение мы уже знаем - это движение всей временной линии нашей Вселенной в многомерном времени. Знаем мы и два способа изменения этого движения - это гравитационный и инерционный коллапсы материальных тел. Но эти способы относятся к тому же поступательному механическому движению, поэтому не представляют для нас интереса. А вот движение фотонов - это совсем другое дело. Фотоны не движутся в пространстве в обычном смысле этого слова, поскольку их движение в пространстве обусловлено поступательным механическим движением материальных тел друг относительно друга. Они не движутся и во времени нашей Вселенной, поскольку охватывают все время ее эволюции. Но в многомерном времени они движутся, вместе со всей временной линией нашей Вселенной. И если системы отсчета фотонов не выделять из систем отсчета материальных тел (а это условие просто необходимо для введения инерционного коллапса в специальную теорию относительности), то в поступательном механическом движении последних появляется особая составляющая, совпадающая с движением фотонов в многомерном времени. Если заставить материальные тела двигаться подобным образом, то они будут вываливаться из нашей Вселенной буквально у нас на глазах, т.е. в нашем обычном окружении.

Самое интересное, что такое движение уже описано в физике. Так, например, в 1905 году Пуанкаре показал, что переход от инерциального движения с одной скоростью к инерциальному движению с другой скоростью математически эквивалентен повороту в четырехмерном плоском пространстве-времени. Дальше этого он не пошел, а между тем, если усреднить такие переходы по бесконечному множеству инерциальных систем отсчета, движущихся с разными скоростями и в разных направлениях, то их можно представить как вращение четырехмерного пространства-времени сразу во всех направлениях относительно некоторой неподвижной системы отсчета. Или, что равносильно, как вращение этой последней системы отсчета относительно сразу всех обычных систем отсчета. Такая система отсчета является уже неинерциальной, как и любое вращение.

Ранее мы уже говорили (когда сравнивали общий принцип относительности с принципом Маха), что полная относительность вращательного движения возможна только при особых свойствах пространства-времени, совершенно изменяющих понятие обычного механического движения. С другой стороны, обычное вращение материальных тел возможно только в обычном пространстве-времени, геометрия которого описывается общей теорией относительности. Но обычное пространство-время неотделимо от бесконечного множества других материальных тел Вселенной, а в таком случае обычное вращение не может быть относительным. Теперь мы можем уже сказать, что в обычном пространстве-времени может быть относительным другое, так называемое "предельное вращение", в котором материальные тела вращаются относительно сразу всех других материальных тел Вселенной. Хотя связывать это вращение с обычным пространством-временем уже нельзя, поскольку оно радикально изменяет его геометрию. В этом смысле предельное вращение действительно может быть относительным только при особых свойствах пространства-времени.

Предельное вращение - это вращение сразу во всех направлениях пространства, выбирающее все степени свободы поступательного движения материальных тел. Предельное вращение - это способ создания в нашем обычном окружении той же плотности плоского пространства-времени, которая царит на границе Вселенной. Именно такое вращение представляет полную относительность изменения формы вращающегося тела под действием центробежных сил, поскольку в области частично нарушенной виртуальной геометрии, в которую это вращение переводит данное тело, стирается различие между точкой и бесконечностью. Разрушение вращающегося тела происходит только тогда, когда его вращение не имеет предельного характера. Тогда это тело начинает зависеть от тех систем отсчета, которые описывают обычное поступательное движение тел. И чем сильнее расхождение этих систем отсчета с системой отсчета предельного вращения (т.е. чем сильнее обычное вращение данного тела), тем ближе оно к разрушению.

В данном случае Ньютон и Эйнштейн были одновременно и правы, и не правы. Они были правы в том, что изменение формы вращающегося тела можно рассматривать относительного самого пространства Вселенной, поскольку система отсчета предельного вращения включает в себя это пространство. Но неучет существования во Вселенной других материальных тел приводит в этом случае к неверному выводу, что тело может вращаться обычным образом с какой угодно большой скоростью, если сделать его достаточно прочным (такой вывод следует из теории тяготения Ньютона), или что обычное вращение двух материальных тел может быть относительным в обычном пространстве-времени, если они достаточно далеко удалены от других материальных тел (такой вывод следует из теории тяготения Эйнштейна). Изменение формы вращающегося тела - это его поступательное движение относительно тех материальных тел Вселенной, которые находятся в плоскости его вращения. Для того чтобы точно также двигаться относительно всех без исключения материальных тел во Вселенной, вращение должно быть предельным, т.е. осуществляться сразу во всех направлениях. В этом случае изменение формы вращающегося тела приводит его не к разрушению, а к выпадению из нашей Вселенной.

Конкретный пример предельного вращения привести сегодня довольно трудно, поскольку отсутствует официально признанный его эталон. Специальная теория относительности, накладывающая запрет на световую скорость поступательного движения материальных тел, вообще говоря, не накладывает никакого запрета на вращение этих тел. Обычно в таком случае говорят, что специальная теория относительности накладывает запрет на линейную скорость вращения этих тел. Но хорошо известно, что в реальных условиях материальные тела разрушаются под действием центробежных сил намного раньше того, как их линейная скорость вращения хотя бы приблизится к световой. С другой стороны, специальная теория относительности ничего не говорит по поводу угловой скорости вращения материальных тел, которая может быть сколь угодно большой. Нужно лишь выбрать тело достаточно малых размеров, чтобы не нарушить запрет этой теории на световую линейную скорость вращения. Однако ученые, например, обнаружили, что толкование спина электрона как вращения шарика сколь угодно малых размеров, кроме нулевых, приводит к сверхсветовым линейным скоростям вращения на его "экваторе". Возникает вопрос: какой реальный физический процесс мог бы все же служить эталоном предельной скорости вращения тел?

Как ни странно, ответ на этот вопрос уже дал Зоммерфельд, причем дал на базе именно специальной теории относительности. В1909 году он показал, что релятивистский закон сложения скоростей в этой теории математически эквивалентен сложению вращений на сфере с мнимым радиусом. Этот вывод Зоммерфельда логически продолжает вывод Пуанкаре, согласно которому переход от инерциального движения с одной скоростью к инерциальному движению с другой скоростью математически эквивалентен повороту в четырехмерном пространстве-времени. Усреднение таких переходов по бесконечному множеству систем отсчета, превращающее их во вращение четырехмерного пространства-времени, - это и есть такое сложение вращений на сфере. Мнимый же радиус здесь притом, что данная сфера имеет не сферическую, а гиперболическую кривизну, т.е. является мнимой. Только на такой мнимой сфере можно промоделировать релятивистский закон сложения скоростей.

Естественным развитием этого вывода Зоммерфельда было бы описание инерционного коллапса материальных тел, движущихся со световой скоростью. Зоммерфельд не дал такого описания, но зато в 1931 году он рассчитал релятивистскую поправку к эффекту Зеемана, позволяющую учесть влияние спина электрона на электромагнитное излучение атомов. При этом мнимая сфера в его расчетах играла роль абстрактного математического приема, не имеющего непосредственного физического смысла. Такой прием выглядел более громоздким и менее изящным, чем тот, который предложил Паули в 1924 году для расчета той же поправки (он предложил для этого особые матрицы - сегодня они называются "матрицами Паули"). В1927 году Гейзенберг предложил матричную форму квантовой механики, что значительно укрепило позиции приема Паули, а в 1928 году Дирак предложил релятивистскую форму квантовой механики, в которой спин электрона возникает автоматически (он возникает в ней в виде матриц Паули, как структурный элемент матриц Дирака). Ясно, что после всего этого предложенный Зоммерфельдом прием выглядел как пятое колесо в телеге. Никаких шансов войти в квантовую механику у него не осталось, а в специальной теории относительности он не прижился из-за отсутствия физического обоснования мнимой сферы.

А между тем, из работы Зоммерфельда следует, что спин элементарных частиц - это и есть эталон предельно возможного в природе вращения. Это утверждение естественным образом продолжает утверждение специальной теории относительности, что эталоном предельно возможного природе поступательного движения является движение фотонов. Более того, это утверждение позволяет поправить специальную теорию относительности, поскольку толкование спина фотонов как предельного вращения автоматически устанавливает границы классической интерпретации их движения в пространстве. Это толкование показывает, что спин фотонов является не просто довеском к остальным их свойствам, а главным условием их квантового движения в пространстве. Иначе говоря, работа Зоммерфельда распространяет действие принципа относительности на квантовую механику!

В свое время Эйнштейн, работая над Единой теорией поля, рассматривал такую возможность. Его подход заключался в следующем. В трехмерном пространстве для описания движения частицы нужны три уравнения. Но уравнения четырехмерного гравитационного поля дадут, очевидно, четыре уравнения для описания движения частицы. В лишнем уравнении Эйнштейн увидел возможность перехода к квантовой механике - оно разрешало бы одни орбиты частицы и запрещало другие, т.е. накладывало бы квантовые ограничения на движение этой частицы. Тогда уравнения квантовой механики естественным образом вытекали бы из уравнений общей теории относительности. Но эта возможность оказалась иллюзорной - четвертое уравнение не накладывало никаких ограничений на движение частицы.

Уравнения квантовой механики действительно могут вытекать из уравнений релятивистской механики. Но для этого последние должны, во-первых, охватывать не только действительное, но и мнимое пространство Вселенной, а во-вторых, они должны обеспечивать непрерывный переход от обычной геометрии пространства-времени к виртуальной геометрии и обратно. Только при выполнении этих условий принцип относительности можно распространить на квантовую механику. В общей теории относительности эти условия не выполняются, что автоматически исключает выведение из нее законов квантовой механики. Мнимое пространство в ней хотя и допускается, но выглядит совершенно абстрактным объектом, поскольку гравитационная и инертная массы материальных тел имеют в ней один и тот же знак. Виртуальная геометрия присутствует в ней в виде сингулярностей, но в таком противоречивом виде, что это рассматривается как катастрофа в уравнениях теории. Хорошим примером тому являются "голые" сингулярности в дырах Нордстрема, Керра и Ньюмена.

По этой причине современная физика подходит к данной проблеме с совершенно противоположной стороны - она законы общей теории относительности выводит из законов квантовой механики. Дело в том, что в 1972 году Волков и Акулов открыли особые преобразования - так называемые "преобразования суперсимметрии", - переводящие частицы с полуцелым спином в частицы с целочисленным спином и наоборот. Характерной особенностью этих преобразований является то, что в качестве частного случая они содержат в себе преобразования Лоренца. Но давно уже было известно, что локализация преобразований Лоренца приводит к теории гравитации, в целом сходной с общей теорией относительности. На основании этого Фридман и Ньювенхейзен предложили в 1976 году теорию так называемой "супергравитации", основной смысл которой заключается в переходе от глобальной суперсимметрии к локальной.

Теория супергравитации предсказывает те же релятивистские эффекты, что и общая теория относительности, но на микроскопическом уровне она существенно отличается от последней, поскольку включает в себя не только пространственно-временные преобразования, но и преобразования внутренней симметрии частиц. Именно этот момент и сдерживал до сих пор объединение общей теории относительности с квантовой механикой. Такое объединение требует, с одной стороны, чтобы преобразования пространственно-временного положения частиц изменяли их внутреннее состояние, а с другой стороны, чтобы преобразования внутренней симметрии частиц приводили к смещению их в пространстве. После того, как Волков и Акулов предложили свои преобразования, стало ясно, что необходимым для этого преобразованием внутренней симметрии является изменение спина частиц.

В настоящее время в этом направлении ведутся интенсивные теоретические исследования. Мы не будем вдаваться в их подробности, а только отметим, что в теории супергравитации выполняются все упомянутые условия. Так, например, введение в нее комплексного пространства волновых функций элементарных частиц равносильно введению в общую теорию относительности действительного и мнимого пространств нашей Вселенной. При этом непрерывный переход от обычной геометрии пространства-времени к виртуальной геометрии и обратно в этой теории обеспечивают преобразования суперсимметрии. Развитие этой теории сегодня сдерживает только одно - невозможность распространения мнимой части комплексного пространства волновых функций элементарных частиц на макроскопические и космологические явления. Такое распространение равносильно введению в общую теорию относительности понятия предельного вращения со всеми вытекающими отсюда следствиями. Общая теория относительности, в своей сегодняшней форме, исключает эти следствия, а вместе с ними и понятие предельного вращения.

Система отсчета предельного вращения - это и есть общая система отсчета квантовой и релятивистской механики. Именно эта система отсчета позволяет распространить действие принципа относительности на квантовую механику. Системы отсчета специальной и общей теорий относительности не позволяют этого сделать, поскольку ограничены обычной геометрией пространства-времени и обычным механическим движением тел. Так, например, системы отсчета общей теории относительности могут совпадать со сферой Шварцшильда и сингулярностью, что равносильно непрерывному переходу от обычной геометрии пространства-времени к виртуальной геометрии. Но этот переход осуществляется в ней с помощью поступательного движения тел, что автоматически исключает распространение принципа относительности на квантовую механику. Если же учесть все другие недостатки этой теории, то становится понятно, почему в теории супергравитации фигурирует не квантово-релятивистский, а обычный релятивистский принцип относительности.

Самое интересное, что система отсчета предельного вращения обладает свойствами не только белых, но и черных дыр. Система отсчета предельного вращения - эта система отсчета той самой сферы Шварцшильда, которая является общей для черных и белых дыр. В такой системе отсчета понятия гравитационного и инерционного коллапсов становятся относительными. В отношении предельного вращения это означает, что свойства его зависят только от его направления и от его интенсивности. При небольшой интенсивности предельного вращения можно обнаружить различие его свойств, изменяя направление этого вращения, поскольку одно направление предельного вращения придает ему свойства черных дыр, а другое направление - свойства белых дыр. Но при большой интенсивности предельного вращения это различие стирается точно также, как и различие между обычными черными и белыми дырами на заключительной стадии гравитационного и инерционного коллапсов.

Можно, конечно, возразить: если предельное вращение - это вращение сразу во всех направлениях пространства, то каким образом оно может иметь определенную направленность? Получается явное противоречие. На самом деле никакого противоречия нет, иначе элементарные частицы не обладали бы определенным спином. Просто тело может вращаться сразу во всех направлениях пространства и, в то же время, иметь определенную направленность. Эта направленность является специфической, поскольку относится не столько к пространству, сколько к самому телу, а точнее, к тем элементам, из которых складывается данное вращение. В качестве таких элементов может служить обычное вращение в одном направлении пространства. Если эти элементы ориентируются друг относительно друга каким-то определенным образом, то предельное вращение также обретает направленность. Встречные направления этой ориентации и соответствуют противоположным направлениям предельного вращения.

В связи с этим можно упомянуть о еще одном опыте Козырева, который утверждал, что ход времени во вращающихся системах отсчета отличается от обычного хода времени. Для доказательства своего утверждения он брал обычные рычажные весы и подвешивал к одному их концу вращающийся по часовой стрелке гироскоп, а к другому концу - чашку с гирьками. После уравновешивания весов он прикреплял к их основанию электровибратор и включал его. Стрелка весов не изменяла своего положения, поскольку вся система была рассчитана так, чтобы вибрация полностью поглощалась массивным ротором гироскопа. Если же гироскоп раскручивался против часовой стрелки, то стрелка весов показывала, что он становился легче.

Ни одна из современных теорий не может объяснить этот феномен. Козырев объяснял его тем, что весы с гироскопом и электровибратором представляют собой систему с причинно-следственной взаимосвязью. В первом случае направление вращения ротора гироскопа совпадает с ходом времени, во втором случае оно противоположно ему. При этом время оказывает на ротор давление - возникают дополнительные силы, которые можно измерить. Отсюда Козырев сделал вывод, что время активно участвует в природных процессах, обеспечивая причинно-следственную взаимосвязь между ними. Все процессы в природе идут либо с выделением, либо с поглощением времени.

Данный опыт как нельзя лучше демонстрирует противоречивость козыревской гипотезы времени. Прежде всего, никакой электровибратор в его опыте не нужен, что сразу же исключает его рассуждения о причинно-следственных взаимосвязях. В опыте Козырева этот вибратор нужен только потому, что его гироскоп не обладает симметрией предельного вращения, поэтому изменение его веса оказывается исчезающе малым. Чтобы обнаружить такое исчезающе малое изменение веса, нужно уменьшить инерцию системы весы-гироскоп, что и обеспечивает электровибратор в опыте Козырева. Но если бы его гироскоп обладал симметрией предельного вращения, то изменение его веса можно было бы надежно зарегистрировать без каких-либо вибраторов. Это изменение действительно связано с тем, что ход времени во вращающихся системах отсчета отличается от обычного хода времени. Но точно также он отличается в любой другой неинерциальной системе отсчета. Поэтому утверждать, что ни одна современная теория не может объяснить этот опыт, не совсем правильно.

Необычность опыта Козырева связана совсем с другим - с тем, что вес гироскопа зависит от направления его вращения. Вот этот феномен действительно не может объяснить ни одна современная теория, в том числе и козыревская гипотеза времени. Последняя только констатирует эту зависимость, но не объясняет ее механизм. В нашей гипотезе эта зависимость объясняется тем, что в системе отсчета многомерного времени гравитационный и инерционный коллапсы, независимо от своего происхождения, выглядят как разные направления предельного вращения. Это равносильно тому, что наша Вселенная движется в многомерном времени посредством предельного вращения, причем движется сразу в двух направлениях. То, что мы воспринимаем это движение как движение в одном направлении, обусловлено самим нашим восприятием, т.е. тем, что мы видим только те электромагнитные волны, которые приходят к нам из прошлого, и не видим те волны, которые приходят к нам из будущего. А то, что такие "электромагнитные" волны, приходящие к нам из будущего, существуют, доказал тот же Козырев в своем опыте со звездой.

Вот теперь мы можем вернуться к вращающимся черным дырам и рассмотреть поправки на их неустойчивость. Как уже говорилось, эти дыры окружены особым пространством, называемым "эргосферой" и представляющим собой область вращающегося гравитационного поля. Наличие эргосферы у черных дыр является следствием наличия вращательного момента у тех звезд, которые коллапсируют в данные дыры. А поскольку большинство звезд в нашей Вселенной обладают вращательным моментом, то большинство черных дыр в ней должны обладать эргосферами. Вместе с тем, мы установили, что реальные черные дыры являются неустойчивыми объектами и исчезают из нашей Вселенной на заключительной стадии гравитационного коллапса звезд. Это означает, что наличие или отсутствие у этих звезд вращательного момента может иметь значение только на начальной стадии их гравитационного коллапса и практически не имеет значения для самих черных дыр, в которые они превращаются.

Главная особенность гравитационного коллапса звезд, обладающих вращательным моментом, заключается в том, что в ходе этого коллапса обычное вращение звезд, осуществляемой в одной плоскости, трансформируется в предельное вращение черных дыр, осуществляемое сразу во всех направлениях пространства. Это непосредственно следует из того, что система отсчета предельного вращения совпадает со сферой Шварцшильда. В области частично нарушенной виртуальной геометрии, в которой существуют сферы Шварцшильда всех черных и белых дыр, никакое обычное вращение не возможно; в ней возможно только предельное вращение, система отсчета которого совместима с данной геометрией. Именно поэтому обычное вращение звезд в процессе их гравитационного коллапса трансформируется в элементы предельного вращения черных дыр. При этом направление обычного вращения первых трансформируется в направление предельного вращения последних. А поскольку для черных дыр направление предельного вращения строго фиксировано, то это означает, что гравитационный коллапс вращающихся звезд может как увеличивать, так и уменьшать интенсивность предельного вращения соответствующих черных дыр. Если направление обычного вращения звезд совпадает с направлением предельного вращения черных дыр, то интенсивность последнего увеличивается; если же их направления не совпадают, то интенсивность предельного вращения черных дыр уменьшается. То же самое справедливо и для инерционного коллапса тел, вращающихся обычным образом.

Вот мы и ответили на свой вопрос. Два направления предельного вращения - это и есть кротовые норы, обладающие свойствами черных и белых дыр, но возникающие в нашем обычном окружении. В отличие от обычных кротовых нор, возникающих на границе Вселенной, эти норы полностью симметричны во времени - для них одинаково вероятны как прямой, так и обратный гравитационный и инерционный коллапсы. Прямые коллапсы соответствуют увеличению интенсивности предельного вращения, а обратные коллапсы - уменьшению интенсивности этого вращения. Первые переводят материальные тела из действительного пространства нашей Вселенной в мнимое пространство, вторые - обратно. Одинаковые вероятности этих процессов и позволяют материальным телам свободно передвигаться во времени нашей Вселенной.