Чорные дыры
Чорные дыры
Мы к планете приближались - нас ловили на прицел,
А в наушиках смеялись - улетай, покуда цел!
Но насмешки не спасают - есть приказ, проложен курс,
А исход войны решает - человеческий ресурс!
Алькор, «Рейд»
Вопрос о том, существуют ли во Вселенной т.н. «чёрные дыры», является в настоящее время предметом оживлённых дискусий в астрономическом сообществе.
Сторонники положительного ответа на данный вопрос справедливо указывают на экспериментально наблюдаемые астрономические явления, дающие основания предполагать участие в них объектов типа «чёрная дыра».
Сторонники же отрицательного ответа не менее справедливо указывают им на недостаточность, неоднозначность и неубедительность существующей наблюдательно-экспериментальной базы.
Однако один из аспектов вопроса о существовании «чёрных дыр», несмотря на свою теоретическую очевидность в рамках общей теории относительности (ОТО), загадочным образом продолжает оставаться в тени академических дискуссий, несмотря на свою потенциальную способность кардинально разрушить как фронт дискуссии, так и позиции дискутирующих сторон.
Речь идёт о таком аспекте физики «чёрных дыр», как время их формирования.
В самом деле, что же такое «чёрные дыры»?
«Чёрные дыры» суть компактные релятивистские астрофизические объекты, вся материя которых целиком заключена внутри т.н. «горизонта событий». Это означает, что 2-я космическая скорость (т.е. скорость, необходимая материальному телу для отрыва от поверхности объекта и вылета асимптотически к пространственной бесконечности в открытый космос) превышает для таких объектов величину скорости света в вакууме. В случае сферически-симметричного распределения материи ЧД радиус ее должен быть не более шварцшильдова радиуса R_g = 2GM/c^2 (где M - полная масса объекта, G - гравитационная постоянная, c - скорость света в вакууме). Заметим, что точное значение шварцшильдова радиуса должно вычисляться согласно формулам ОТО, т.к. классическая теория гравитации в сочетании со специальной теорией относительности (СТО) дают вдвое меньший результат. Примечательно, однако, что в точности правильное выражение для R было найдено ещё Лапласом (который, собственно говоря, и является первым учёным, научно предсказавшим существование ЧД) при помощи ньютоновских формул механики и тяготения.
Итак, ЧД, согласно своему определению, есть сгусток материи, целиком ушедший под «горизонт событий». Однако здесь возникает любопытный вопрос: а возможен ли уход конечных объёмов материи под горизонт событий за конечный промежуток времени?
Давайте посмотрим, что на этот счёт говорит классический Курс теоретической физики Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшица:
Исследование релятивистских условия равновесия сферического тела показывает, что для тела достаточно большой массы равновесного статистического состояния может не существовать (см. "Статистическая физика", ч.1, п.109). Очевидно, что такое тело должно неограниченно сжиматься (так называемый гравитационный коллапс)[1].
В не всязанной с телом галилеевой на бесконечности системе отсчета (метрика (100,14)) радиус центрального тела не может быть меньше R_g. Это значит, что по часам t удаленного наблюдателя радиус сжимающегося тела лишь асимптотически при t -> \infty стремится к гравитационному радиусу. Легко выяснить предельный закон этого приближения.
------------------------------
[1] Основные свойства этого явления были впервые выяснены Оппенгеймером и Снайдером (R.J.Oppenheimer, H.Snyder, 1939)
==============================
Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц "Теория поля", п. 102, стр. 400.
Итак, в классическом курсе теорфизики Ландау-Лифшица внятно и чётко доказывается, что коллапс сколь угодно массивного тела будет длиться неограниченно долгое время по часам земных астрономов, и что, следовательно, возникновение объектов типа ЧД отсрочено «за грань временной плюс-бесконечности», как иногда выражаются в своих книгах Ландау и Лифшиц.
И стало быть, становится предельно очевидным тот факт, что ЧД в современном понимании термина не могут существовать даже теоретически, и потому споры внутри астрономического сообщества по вопросу об их практическом существовании являют квалифицированному стороннему наблюдателю один из наиболее показательных примеров массового помутнения учёных мозгов.
Однако возникает вопрос: а не будет ли недоколлапсировавший компактный астрофизический объект выглядеть извне и вести себя в точности так же, как ЧД?
Для ответа на этот вопрос вспомним, что именно отличает ЧД от иных компактных атсрофизических объектов. Оказывается, что фундаментальным отличием является отсутствие у ЧД твёрдой материальной поверхности, и наличие её у остальных компакитных звёзд.
В этой связи возникает вопрос, а не будет ли недоколлапсировавшая ЧД проявлять себя для внешнего мира именно таким образом?
Ответ будет таким: нет, в полной мере не будет, но частично - будет.
А именно, если летящая к центру недо-ЧД частица будет иметь достаточно большую радиальную компоненту скорости и достаточно малую касательную её компоненту, то она догонит поверхность коллапсирующей материи, и тогда оная поверхность проявит себя как существующая в ходе столкновения. Если же радиавльная компонента скорости частицы будет недостаточна, либо касательная её компонента окажется избыточной, то описанного столкновения не произойдёт, и поверхность недо-ЧД никаким образом себя не проявит.
PS. Вопрос об адекватности использования ОТО как физической теории тяготения в настоящей работе не рассматривался. У автора есть ряд обоснованных сомнений в адекватности ОТОЮ, однако в данном конкретном случае он по ряду причин предпочёл вступить в полемику с астрофизиками на их поле и по их правилам игры.
Тов. Воланд, 06/04/2006 г., 10:42 А.М.
Мы к планете приближались - нас ловили на прицел,
А в наушиках смеялись - улетай, покуда цел!
Но насмешки не спасают - есть приказ, проложен курс,
А исход войны решает - человеческий ресурс!
Алькор, «Рейд»
Вопрос о том, существуют ли во Вселенной т.н. «чёрные дыры», является в настоящее время предметом оживлённых дискусий в астрономическом сообществе.
Сторонники положительного ответа на данный вопрос справедливо указывают на экспериментально наблюдаемые астрономические явления, дающие основания предполагать участие в них объектов типа «чёрная дыра».
Сторонники же отрицательного ответа не менее справедливо указывают им на недостаточность, неоднозначность и неубедительность существующей наблюдательно-экспериментальной базы.
Однако один из аспектов вопроса о существовании «чёрных дыр», несмотря на свою теоретическую очевидность в рамках общей теории относительности (ОТО), загадочным образом продолжает оставаться в тени академических дискуссий, несмотря на свою потенциальную способность кардинально разрушить как фронт дискуссии, так и позиции дискутирующих сторон.
Речь идёт о таком аспекте физики «чёрных дыр», как время их формирования.
В самом деле, что же такое «чёрные дыры»?
«Чёрные дыры» суть компактные релятивистские астрофизические объекты, вся материя которых целиком заключена внутри т.н. «горизонта событий». Это означает, что 2-я космическая скорость (т.е. скорость, необходимая материальному телу для отрыва от поверхности объекта и вылета асимптотически к пространственной бесконечности в открытый космос) превышает для таких объектов величину скорости света в вакууме. В случае сферически-симметричного распределения материи ЧД радиус ее должен быть не более шварцшильдова радиуса R_g = 2GM/c^2 (где M - полная масса объекта, G - гравитационная постоянная, c - скорость света в вакууме). Заметим, что точное значение шварцшильдова радиуса должно вычисляться согласно формулам ОТО, т.к. классическая теория гравитации в сочетании со специальной теорией относительности (СТО) дают вдвое меньший результат. Примечательно, однако, что в точности правильное выражение для R было найдено ещё Лапласом (который, собственно говоря, и является первым учёным, научно предсказавшим существование ЧД) при помощи ньютоновских формул механики и тяготения.
Итак, ЧД, согласно своему определению, есть сгусток материи, целиком ушедший под «горизонт событий». Однако здесь возникает любопытный вопрос: а возможен ли уход конечных объёмов материи под горизонт событий за конечный промежуток времени?
Давайте посмотрим, что на этот счёт говорит классический Курс теоретической физики Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшица:
Исследование релятивистских условия равновесия сферического тела показывает, что для тела достаточно большой массы равновесного статистического состояния может не существовать (см. "Статистическая физика", ч.1, п.109). Очевидно, что такое тело должно неограниченно сжиматься (так называемый гравитационный коллапс)[1].
В не всязанной с телом галилеевой на бесконечности системе отсчета (метрика (100,14)) радиус центрального тела не может быть меньше R_g. Это значит, что по часам t удаленного наблюдателя радиус сжимающегося тела лишь асимптотически при t -> \infty стремится к гравитационному радиусу. Легко выяснить предельный закон этого приближения.
------------------------------
[1] Основные свойства этого явления были впервые выяснены Оппенгеймером и Снайдером (R.J.Oppenheimer, H.Snyder, 1939)
==============================
Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц "Теория поля", п. 102, стр. 400.
Итак, в классическом курсе теорфизики Ландау-Лифшица внятно и чётко доказывается, что коллапс сколь угодно массивного тела будет длиться неограниченно долгое время по часам земных астрономов, и что, следовательно, возникновение объектов типа ЧД отсрочено «за грань временной плюс-бесконечности», как иногда выражаются в своих книгах Ландау и Лифшиц.
И стало быть, становится предельно очевидным тот факт, что ЧД в современном понимании термина не могут существовать даже теоретически, и потому споры внутри астрономического сообщества по вопросу об их практическом существовании являют квалифицированному стороннему наблюдателю один из наиболее показательных примеров массового помутнения учёных мозгов.
Однако возникает вопрос: а не будет ли недоколлапсировавший компактный астрофизический объект выглядеть извне и вести себя в точности так же, как ЧД?
Для ответа на этот вопрос вспомним, что именно отличает ЧД от иных компактных атсрофизических объектов. Оказывается, что фундаментальным отличием является отсутствие у ЧД твёрдой материальной поверхности, и наличие её у остальных компакитных звёзд.
В этой связи возникает вопрос, а не будет ли недоколлапсировавшая ЧД проявлять себя для внешнего мира именно таким образом?
Ответ будет таким: нет, в полной мере не будет, но частично - будет.
А именно, если летящая к центру недо-ЧД частица будет иметь достаточно большую радиальную компоненту скорости и достаточно малую касательную её компоненту, то она догонит поверхность коллапсирующей материи, и тогда оная поверхность проявит себя как существующая в ходе столкновения. Если же радиавльная компонента скорости частицы будет недостаточна, либо касательная её компонента окажется избыточной, то описанного столкновения не произойдёт, и поверхность недо-ЧД никаким образом себя не проявит.
PS. Вопрос об адекватности использования ОТО как физической теории тяготения в настоящей работе не рассматривался. У автора есть ряд обоснованных сомнений в адекватности ОТОЮ, однако в данном конкретном случае он по ряду причин предпочёл вступить в полемику с астрофизиками на их поле и по их правилам игры.
Тов. Воланд, 06/04/2006 г., 10:42 А.М.