Куда течет река времени
Шрифт:
Конечно, сразу оговоримся, что это вовсе не означает, что внутри черной дыры время не течет. Там время течет, но это другое время, текущее иначе, чем время внешнего наблюдателя.
Когда обучение в аспирантуре близилось к концу, я написал работу об этом другом времени, и она до сих пор является одной из моих самых любимых. Суть сделанного мной открытия состояла в том, что если переходить из внешнего пространства внутрь черной дыры, то в формулах, описывающих геометрию четырехмерного пространства-времени, координата времени просто заменяется на радиальную пространственную координату, и наоборот. Или, иначе говоря, время превращается в радиальное пространственное расстояние, а это расстояние-то и есть время!
Некоторое представление о том, что происходит, читатель может составить, глядя на рисунок 4 (б). Пространство, изгибаясь при образовании черной дыры, имеет на
Когда я написал соответствующие уравнения (итог занимал всего одну строчку), то, как всегда, немедленно отправился к А. Зельманову. Он, взглянув на то, что я принес, мгновенно все понял. Через несколько секунд он сказал: «Немедленно посылайте в печать». Я был поражен. Это была величайшая похвала, ведь обычно он заставлял все обдумывать и перепроверять месяцами, если не дольше, а свои статьи оттачивал годами. Так началось мое исследование черных дыр.
В конце 50-х годов проблемой внутренности черных дыр занялись молодые физики за рубежом — Д. Финкельштейн и М. Крускал, а затем и другие. Но на ранней стадии моей работы я об этом не знал. Продолжая исследование, мне удалось найти, как именно будут двигаться свободно летящие тела внутри горизонта событий. Эту область, где не может быть покоя, где все обязано падать к центру, я назвал Т-областью. Название подчеркивало обязательную зависимость от времени Т. Так часто подобные области называют и сейчас.
Ученые обычно с особенной любовью относятся к придуманным ими названиям и испытывают своего рода ревность, если кто-то забывает, что название введено ими. На первый взгляд это выглядит странным. Ведь ясно, что доказать что-то существенное в теории трудно, и, казалось бы, каждый, кому это удалось, а результат стал общепризнанным, должен испытывать большее удовлетворение от этого, чем от удачно придуманного и привившегося названия. Но на самом деле ситуация часто обратная, и я с этим не раз сталкивался. Наверное, тут подсознательно влияет на человека тог факт, что хороших работ в теории бывает достаточно много, а удачных, общепринятых названий всего несколько. Вот что пишет, например, английский математик Дж. Литвуд: «Обозначения L и R (left — левый, right — правый. — И. Н.), которые с благодарностью восприняло целое поколение студентов, были введены мною. В первом издании «Pure Mathematics» (Курс чистой математики. Г. Харди, — И. Н.) классы обозначались через Т и U. Более поздние издания содержат много ссылок на меня, но когда я намекнул Харди, что ему следует отметить и эту мою заслугу (что не было сделано), он отказался выполнить мою просьбу на том основании, что упоминать такие мелочи было бы оскорбительным для меня». (Это известная отговорка угнетателей: то, чего жертва хочет, не служит ее истинным интересам.)
Со мной произошел почти аналогичный случай. В одной из статей я много раз ссылался на известного советского астронома И. Шкловского, у которого учился, а затем работал, и с которым у нас были очень теплые отношения. В этой статье я упоминал об излучении, оставшемся во Вселенной с древних времен (мы о нем еще будем говорить в этой книге). Это излучение в зарубежной литературе (да и в части нашей) называли неуклюже — «микроволновое фоновое излучение». И. Шкловский назвал его реликтовым. Яркое название понравилось многим. Я его всегда использую. И. Шкловский, прочитав упомянутую мою статью, позвал меня и с большой обидой стал спрашивать, почему я не написал, что название придумано им. В свое оправдание (и совершенно искренне) я бормотал, что название используется уже давно и в десятках статей, что это будет несолидно для его авторитета во всем мире, если по таким пустякам на него ссылаться (буквально те же аргументы, что Харди приводил Литвуду). Но И. Шкловский настойчиво убеждал меня, что «это не пустяки!».
И я думаю, что он был прав. Яркое, эмоциональное название помогает обращать внимание на проблему, привлекает к ней и молодежь, и сложившихся ученых, да и стимулирует тех, кто уже над ней работает. Это своего рода реклама, а специалисты по рекламе хорошо знают, насколько важно запоминающееся название. Придумав название «черные дыры», Дж. Уилер способствовал популяризации проблемы гравитационного коллапса и среди профессионалов и среди всех, интересующихся загадками науки.
Скажем теперь несколько слов о том, как можно создать черную дыру. На первый взгляд, задача эта несложная. Надо взять какую-либо
Даже если бы мы взяли массу Земли, то ее пришлось бы сжать до (по радиусу) 1 сантиметра, а массу Солнца — до 3 километров.
Но, оказывается, природа сама позаботилась о создании черных дыр, правда, достаточно большой массы. Такие черные дыры могут возникать в конце жизни достаточно массивных звезд.
Мы не будем здесь сколько-нибудь подробно говорить об эволюции звезд и о том, что их ждет в конце жизненного пути. Для нас достаточно будет сказать, что если звезда в самом конце активной эволюции, уже после исчерпания ядерного горючего, имеет массу, скажем, в десять масс Солнца и более, то весьма вероятно, что силы собственного тяготения сожмут ее до размеров гравитационного радиуса и превратят в черную дыру. Более того, первые черные дыры во Вселенной, возникшие из звезд, вероятно, уже открыты астрономией. О методах их поисков и открытий мы несколько подробнее скажем далее. Наконец, весьма вероятно, что сверхмассивные черные дыры с массой от ста тысяч до миллиарда и более масс Солнца возникают в центрах гигантских звездных систем-галактик. Возможно также, что во Вселенной есть черные дыры и другой природы.
Когда астрофизики всерьез заинтересовались черными дырами в 60-х годах, перед физиками-теоретиками были поставлены новые сложные задачи. Р. Оппенгеймер и X. Снайдер описали возникновение черных дыр при сжатии точно сферической массы. Но в природе никогда не бывает абсолютно точно сферических тел. А что произойдет, если сжимающееся тело несферично?
Я заинтересовался этим вопросом после окончания аспирантуры, когда пришел работать к академику Я. Зельдовичу. Здесь вместе с моим сверстником и другом А. Дорошкевичем и нашим руководителем мы взялись за решение проблемы. Когда работа была закончена, ее результат оказался совсем неожиданным. Вычисления показывали, что при сжатии несимметричного тела (но без вращения) возникает черная дыра, которая быстро должна стать совершенно сферической. Любые отклонения от сферичности в гравитационном поле должны при образовании черной дыры излучиться, унестись гравитационными волнами. Возникшая граница черной дыры — горизонт событий — оказывается только сферической!
Я рассказал об этом результате на Международной конференции по гравитации летом 1965 года. Это была первая моя зарубежная поездка, первое по-настоящему серьезное обсуждение проблем с иностранными специалистами и первое представление научных результатов недавно созданной Я. Зельдовичем группы перед международной общественностью. Дебют был успешным. Мне стало ясно, что благодаря огромной физической интуиции нашего руководителя, его настойчивости и увлекающему всех учеников громадному трудолюбию, основанному на прямо детской влюбленности в тайны природы, наша группа занимает лидирующее положение в новой области науки — «релятивистской астрофизике» (словом «релятивистская» определяли иногда теорию Эйнштейна).
После доклада меня окружила толпа, желающая узнать подробности вычислений. Среди этих энтузиастов я сразу обратил внимание на высокого худощавого, рыжеватого юношу, типичного американца. Заметил его я еще за пару дней перед этим — он был вообще первым для меня иностранцем, краткое научное сообщение которого я слышал в Лондоне. Насколько я помню, он говорил тогда о гравитационном поле цилиндра. Его сообщение меня живо заинтересовало каким-то трудно уловимым на первый взгляд, но совершенно определенным сходством в методе рассуждений его и моем. После моего доклада Кип Торн (так звали юношу) помог мне объясняться с желавшими обсудить доклад, ибо тогда мой английский язык был более чем далек от совершенства. Мы потом продолжили наше обсуждение. Общность научных интересов и, что не менее важно, общность его и моего видения мира (то, что называют у нас родством душ) быстро стала очевидной для меня. Вскоре мы стали настоящими друзьями. Несмотря на географическую разобщенность (разница во времени между Калифорнией в США, где живет Торн, и Москвой одиннадцать часов) и несмотря на (иногда) годы без личных встреч, эта большая дружба продолжается и поныне. Из готовящейся к печати книги К. Торна «Кривое пространство и деформированное время» (Нортон, Нью-Йорк, 1990) я узнал, что сходные впечатления о наших встречах остались и у него.