Первооткрыватели. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый

высоко в небе, над войной, горем и слезами, висела сфера застывшего времени, таинственная и удивительная, чёрная, но хорошо заметная мысленному взору, будто созданная из сверкающей темноты. Сфера, на которой время останавливается, а летящие могучие корабли замедляются до состояния мошек в янтаре.

Астроном Шварцшильд давно следил за развитием теории гравитации Эйнштейна, а в 1914 году даже замерял спектры Солнца, пытаясь найти в них еле заметные следы замедления времени на поверхности звезды. Это ему не удалось, зато в начале 1916 года он сумел математически доказать, что может существовать объект, столь плотный, что на его поверхности время затормозится до нуля.

Эйнштейн прочитал письма Шварцшильда на заседании Прусской академии наук и послал их в научный журнал для публикации. Шварцшильд был демобилизован по болезни в марте 1916 года и умер 11 мая того же года. Он так и не узнал, насколько станет знаменит «радиус Шварцшильда» и сколько учёных будут ломать головы над странной сферой застывшего времени в его решении. Один из учёных даже назвал сферу Шварцшильда «магической сферой» – настолько странны оказались её свойства.

Две статьи, написанные Шварцшильдом в госпитале на русском фронте, станут самыми важными его научными работами, навсегда прославившими автора. Ведь это были первые точные решения уравнений Эйнштейна.

Многие годы большинство учёных, включая самого Эйнштейна, рассматривали сферу остановленного времени как математический фокус, сугубо теоретическую проблему, которая не может быть реализована в природе. Многие решили: раз в реальности звёзды не могут сжиматься до такого сверхплотного состояния, нечего и думать про их поведение возле сферы Шварцшильда.

– Но ведь никто не мог запретить мысленные эксперименты по сжатию звезд. Значит, проблема оставалась! – сказал Андрей.

– Верно, – согласилась Никки. – Тем не менее отсутствие природного механизма, неограниченно сжимающего звёзды, успокаивало многих учёных. Гипотетические великаны их волновали мало. Учёные – тоже люди, и их поведение часто обусловлено не научными, а психологическими причинами.

Самоуспокоенность учёных вскоре разрушил молодой индийский астрофизик: в 1929 году 19-летний Субраманьян Чандрасекар, неспешно плывя на пароходе из Индии в Англию, решил уравнения, описывающие состояние звёздной материи, и доказал, что в белом карлике с массой в полтора Солнца сила давления не может противостоять силе гравитации. Такой объект будет коллапсировать неограниченно, а значит, он должен приблизиться к сфере Шварцшильда и заморозить своё время.

– Постой, Никки, кто такой этот «белый карлик»? – спросила Галатея.

– Так астрономы называют компактную яркую звезду, возникающую в результате эволюции звезд. Состарившись, она сжимается до крошечного размера, становится карликом, но по-прежнему обладает высокой температурой и светит белым светом – в отличие от более холодных и крупных красных карликов. Каждый сантиметровый кусочек белого карлика может весить сотни тонн.

– Вот так кусочек! – хмыкнула Галатея. – Если на дороге найдёшь, в корзинку не положишь.

Когда пароход Чандрасекара доплыл до Англии, молодой учёный сделал доклад о своей работе, основанной на тонких квантовых эффектах в сверхплотном белом карлике. Однако у юного Чандрасекара нашелся маститый оппонент…

– Вот так всегда! – досадливо мотнула головой Галатея.

Его работу воспринял критически сам сэр Эддингтон, категорически отказавшийся признать наличие в природе неограниченно сжимающихся звёзд. Из-за резко отрицательного мнения знаменитого учёного молодой Чандрасекар даже бросил заниматься данной темой – на десятилетия.

– Напрасно он это сделал! – расстроилась девочка.

Но другие учёные вскоре уточнили расчеты Чандрасекара, подтвердив, что массивный белый карлик под действием собственного тяготения должен сжаться в гораздо более плотный объект – нейтронную звезду. Каждый кубический сантиметр нейтронной звезды весит уже миллиард тонн.

– Ничего себе! Такой кусочек и паровоз не увезёт, – не удержалась Галатея.

Но даже состояние нейтронного шара не является последним этапом жизни светила. Если масса нейтронной звезды превысит определенную величину, она начнёт сжиматься неограниченно. Доминирование гравитации при сжатии лишь нарастает, и падение звезды в саму себя уже ничто не может остановить.

При неограниченном сжатии звезда должна скоро приблизиться к загадочному радиусу Шварцшильда. И тут случится нечто очень странное – звезда погаснет, перестанет светить! Ведь сила тяжести чёрной дыры так велика, что с её поверхности не сможет вырваться даже луч света. За это свойство сильно сжавшейся звезды физик Уилер и назвал её чёрной дырой. Точнее говоря, какой-то возбужденный слушатель выкрикнул этот термин на лекции Уилера, и он был подхвачен лектором, прижился в астрономии.

Как выяснили историки науки, в Англии чёрные дыры предсказал сельский священник Джон Митчелл, причём ещё в конце XVIII века. Он вычислил по формулам ньютоновской гравитации, что может существовать такое массивное тело, скорость убегания (или первая космическая скорость) с поверхности которого будет выше скорости света.

С помощью огромных и совершенных телескопов астрономы доказали, что чёрные дыры существуют во многих системах двойных звёзд, а также в центрах большинства галактик, включая наш Млечный Путь.

Мирно беседуя о возможности существования таких экзотических объектов, мы одновременно несёмся со скоростью 220 километров в секунду вместе с Солнечной системой вокруг гигантской чёрной дыры в центре нашей Галактики.

Никки подошла к окну, за которым расстилалось звёздное небо.

– Вот он, Млечный Путь – наша Галактика. В её середине, за грядой тёмных межзвездных облаков прячется наша чёрная дыра.

Никки посмотрела на часы и сказала:

– Уже поздно, а то бы я рассказала про приключения внутри чёрной дыры и про то, как заставить её ярко светиться.

Галатея не поверила своим ушам:

– Ты же только что доказала, что никто не может пересечь границу чёрной дыры, а светиться она не будет из-за того, что её собственный свет падает назад! Не слишком ли много этих самых…

Андрей подсказал:

– …парадоксов?

– Верно! – кивнула Галатея.

– Такие волшебные объекты, как чёрные дыры, способны на очень многое… – загадочно ответила Никки. – Но об этом я расскажу в следующий раз.

Примечания для любопытных

Карл Шварцшильд (1873–1916) – известный немецкий астроном, получивший первые решения уравнений Эйнштейна и открывший остановку времени на поверхности сферы Шварцшильда.

Альберт Эйнштейн (1879–1955) – великий физик-теоретик, создатель специальной и общей теории относительности.

Субраманьян Чандрасекар (1910–1995) – знаменитый американский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1983 год.

Артур Эддингтон (1882–1944) – знаменитый английский физик и астроном. Крупнейший знаток строения звезд и теории гравитации.

Джон Уилер (1911–2008) – известный американский физик-теоретик, профессор Принстонского университета.

Джон Митчелл (1724–1793) – английский священник из деревни Торнхилл, видный естествоиспытатель и геолог. В 1784 году послал в Королевское