Черные дыры и вселенная - Игорь Новиков

И еще одно замечание. Рисуя будущее Вселенной, мы предполагали, что нейтрино всех сортов не обладают массой покоя, то есть представляют собой излучение. Предполагалось также, что эти частицы подобно фотонам имеют массу только потому, что всегда движутся со световой скоростью, а их масса покоя равна нулю. Но, как мы видели в главе «Нейтринная Вселенная», возможно, масса покоя нейтрино не равна нулю.

Влияния этого факта на будущие судьбы Вселенной могут быть двоякого рода. Если масса покоя нейтрино очень мала, скажем, в сотни тысяч раз меньше массы электрона, то тяготение, создаваемое этой частицей в масштабах Вселенной, тоже очень мало и не оказывает сегодня никакого действия на темпы расширения. Однако в отдаленном будущем плотность массы нейтрино будет падать не так быстро, как плотность массы фотонов, а так же, как плотность массы обычных частиц, и в электронно-позитронной плазме будет постоянная малая примесь нейтрино (и антинейтрино), имеющих массу покоя.

Если же окажется, что масса покоя нейтрино близка к предсказываемому верхнему возможному пределу (примерно 0,00005 массы электрона), то суммарная масса всех этих частиц во Вселенной получится чрезвычайно большой, а средняя плотность вещества превысит критическую (10–29 г/см3), и в будущем тяготение нейтрино остановит расширение Вселенной. Это может случиться гораздо раньше, чем распадется все ядерное вещество, и даже раньше, чем погаснут все звезды. Тогда в будущем Вселенную ожидает сжатие, разрушение при этом небесных тел, возникновение вновь сверхплотного сверхгорячего вещества со сверхбурными физическими процессами.

Как видите, в любом возможном сценарии эволюции Вселенной ее будущее представляется захватывающе интересным и многообразным.

Правда, во всех вариантах в отдаленном будущем Вселенная будет совсем не похожа на окружающую нас сегодня. Либо это состояние очень разреженное и холодное, либо очень плотное и горячее.

Ну что же. Мы это должны четко понимать. Вселенная эволюционирует непрерывно. Прошлое ее было весьма своеобразным и не похожим на настоящее. Будущее также будет весьма отличным от всего, что мы видим сегодня. Надо также четко понимать, что при этом в будущем нет ничего фатально неизбежного для разумной жизни в широком смысле этого слова. За ничтожный (по сравнению с эволюцией Вселенной) период цивилизации человеческая мысль овладела многими тайнами природы, заставила ее законы служить человеку.

Если мы будем достаточно благоразумны, чтобы сберечь жизнь на Земле в нашу эпоху бурных социальных потрясений (а мы в Советском Союзе верим, что так будет, и боремся за это), то трудно вообразить, какого научного могущества мы достигнем через сто, тысячу, миллион, а тем более миллиарды лет. Человек (опять же в широком смысле слова) научится использовать для своего блага все законы эволюции Вселенной, научится управлять ими. Было бы наивно полагать, что Вселенная приготовила на все времена для человечества благодатные «тепличные» условия для существования. «Мы не должны ждать милости от природы. Взять их у нее — наша задача». Эти слова известного естествоиспытателя, — гордые слова, достойные человечества. Конечно, при осуществлении подобных задач в масштабах Вселенной совершенно по-новому обернутся проблемы охраны природы и другие. Но несомненно то, что будущее общество найдет способы их решить.

Подходя к концу нашего повествования, хотим еще раз напомнить, что, конечно же, серьезные изменения во Вселенной (по сравнению с нынешним ее состоянием) во всех случаях могут начаться очень не скоро не только в житейских, но и астрономических масштабах, как минимум через десятки, а может быть, тысячи миллиардов лет. Это во много раз больше нынешнего возраста видимой нами Вселенной, которой никак не больше 10–20 миллиардов лет от начала расширения.

Заключение

Не может быть заключения в рассказе о предмете, о котором мы вели речь. Рассказ о вечно эволюционирующей, вечно молодой Вселенной не терпит итогов. Но что все же хочется специально подчеркнуть, так это особенно бурное развитие науки о Вселенной — космологии, приносящей новые удивительные открытия и новые фундаментальные знания. В эту науку сейчас приходит новое молодое поколение ученых, берущихся за решение еще недавно «неразрешимых проблем». Хочется, чтобы они были вооружены не только знанием, но и вдохновением, настоящей влюбленностью в свое дело.

Введение … 3

Часть I. Черные дыры

Глава 1. Что это такое?

Невидимые миру звезды … 7

Гравитационный радиус … 12

Предсказание … 20

Глава 2. Вокруг черной дыры

Дыра во времени … 24

Небесная механика черных дыр … 27

Черные дыры и свет … 34

«Черные дыры не имеют волос» … 34

Гравитационный вихрь вокруг черной дыры … 38

Глава 3. Энергия из гравитационной бездны

Бездонные черные дыры … 43

Гравитационная бомба … 45

За краем гравитационной бездны … 47

Нет ничего проще и сложнее, чем черные дыры … 54

Глава 4. Поиски черных дыр

Они должны существовать … 56

Как искать черные дыры? … 60

Черные дыры открыты? … 66

Гигантские черные дыры … 70

Глава 5. Черные дыры и кванты

Пустая ли пустота? … 73

Открытие Хоукинга … 76

Черные дыры взрываются! … 78

Часть II. К границам бесконечности

Глава 1. Вселенная после взрыва

Мир, в котором мы живем … 83

«Мерные масштабы» и другие инструменты астрономов … 87

Вселенная должна эволюционировать … 93

Открытие расширения Вселенной … 96

Расширяется ли Вселенная? … 105

Вселенная в прошлом … 108

Гравитация пустоты … 109

Будущее расширяющейся Вселенной … 116

Проблема скрытой массы … 118

Кривое пространство … 121

Горизонт … 126

Глава 3. Горячая Вселенная

Физика начала расширения … 128

Холодное или горячее начало? … 130

Как было открыто реликтовое излучение … 133

Почему реликтовое излучение не открыли раньше? … 136

Путешествие в далекое прошлое … 142

Первые пять минут … 148

Сколько гелия в природе? … 151

Триста тысяч лет эры фотонной плазмы и наша эра … 152

Глава 4. Нейтринная Вселенная

Нейтрино … 155

Свойства Вселенной … 157

Нерешенные проблемы … 158

Нейтрино во Вселенной … 159

Нейтринный эксперимент … 161

Нейтринная Вселенная … 162

Происхождение галактик … 163

Реальность и фантастика … 167

Глава 5. У границ известного

Почему Вселенная такая? … 170

На крыльях времени … 179

Заключение … 188

В институте космических исследований АН СССР профессор, доктор физико-математических наук И. Новиков занимается многими проблемами Вселенной. Им проведены важные теоретические исследования черных дыр. Кроме того, он указал на события, протекающие во Вселенной, которые помогли астрофизикам открыть эти черные дыры. И. Новиков — автор многих научно-популярных брошюр и книг, которые неоднократно отмечались на всесоюзных конкурсах на лучшую популярную книгу о науке и переводились на многие иностранные языки. «Черные дыры и Вселенная» — его первая книга в серии «Эврика».