Представим себе, что Вселенная однородна и изотропна. Что это значит? Разобьем мысленно Вселенную на множество областей, каждая из которых содержит — достаточно большое количество галактик. Тогда однородность и изотропность означают, что свойства и поведение Вселенной в каждую эпоху одинаковы, для всех таких областей в по всем направлениям. Важнейшим свойством однородной и изотропной Вселенной является ее постоянная кривизна во всех точках пространства.
Однако в реальной Вселенной, особенно если рассматривать сравнительно небольшие ее области, материя распределена неравномерно. Ее концентрация различна для различных районов, а следовательно, различна и соответствующая кривизна. Она может быть меньше средней для всего пространства, а может и значительно ее превосходить.
В свое время известный американский физик Р. Оппенгеймер (1904–1967) рассмотрел, исходя из общей теории относительности Эйнштейна, любопытную возможность.
Если очень большая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, то наступает беспрецедентная катастрофа — гравитационный коллапс катастрофическое стягивание вещества в точку, где плотность в принципе может достигать бесконечной величины.
В процессе сжатия величина поля тяготения на поверхности коллапсирующего объекта растет, и наступает момент, когда ни одна частица, ни один луч света не может преодолеть огромного притяжения и вырваться изнутри подобного образования наружу. Для этого надо было бы развить скорость, превосходящую скорость света, а это совершенно невозможно, так как скорость света — это максимальная скорость распространения каких бы то ни было реальных физических процессов в природе.
Таким образом, пространство сколлапсированного объекта как бы захлопывается, и для внешнего наблюдателя он фактически перестает существовать. Образуется так называемая «черная дыра»…
Впрочем, это было лишь чисто теоретическое исследование, проведенное, так сказать, впрок, по принципу, нередко применяемому физиками-теоретиками: если «то», то «это». Иными словами, рассматривается некоторая в принципе возможная воображаемая ситуация и выясняется, к каким следствиям она может привести.
Но в том-то и состоит сила научной теории, что очень часто в процессе дальнейшего развития естествознания воображаемая ситуация оказывается вполне реальной, и тогда заблаговременно, проведенное теоретическое исследование сразу приобретает практический интерес.
Так произошло и с предсказанием относительно существования «черных дыр». За последние годы в глубинах Вселенной был открыт целый ряд явлений, свидетельствующих о возможности концентрации огромных масс вещества в сравнительно небольших областях пространства.
В связи с этим астрофизики вспомнили о теории гравитационного коллапса. Дальнейшее развитие этой теории привело ученых к выводу, что «черные дыры» могут возникать на заключительных этапах жизни массивных звезд, масса которых в 3–5 раз превосходит массу Солнца. После того как источники энергии в недрах подобной звезды исчерпаются, она под действием собственного тяготения начинает сжиматься и превращаться в «черную дыру». Возможно, что «черные дыры» могут возникать во Вселенной и при иных обстоятельствах. Разумеется, для того чтобы убедиться в реальном существовании подобных объектов, одних только теоретических выкладок еще недостаточно. Необходимо обнаружить во Вселенной хотя бы одну реальную «черную дыру».
Однако задача эта весьма сложная. Одиночную «черную дыру» зарегистрировать невозможно: она ничем себя не проявляет. Поэтому возникла идея поиска «черных дыр» в системах двойных звезд. Около половины всех звезд нашей Галактики — это тесные двойные системы, где две звезды обращаются вокруг общего центра масс, причем довольно часто на очень близком расстоянии одна от другой.
Есть двойные системы, в которых одна звезда светит, а другая темная. Если масса темной звезды в 3–5 раз превосходит солнечную, то можно предполагать, что это погасшая звезда, которая после исчерпания внутренней энергии сжалась до стадии «черной дыры». Согласно расчетам советского ученого Р. Сюняева, при этом должен наблюдаться любопытный физический процесс. Если центральным компонентом в двойной системе является достаточно массивная звезда, то, как все подобные звезды, она должна выбрасывать большое количество газа, который будет засасываться в «черную дыру». Но газовые частицы попадают туда не прямым путем, а, так как вся система вращается, движутся вокруг «черной дыры» по спиралевидным траекториям и лишь постепенно приближаясь на критическое расстояние. Вокруг «черной дыры» образуется газовый диск. Вследствие трения газ разогревается до очень высоких температур, при которых возникает и интенсивное рентгеновское излучение.
В 1974 г. был обнаружен объект, как будто бы отвечающий всем указанным требованиям. Он расположен в созвездии Лебедя и получил наименование «Лебедь Х-1».
Это — двойная звезда. Ее светящийся компонент имеет массу, равную двадцати восьми массам Солнца, темный — десяти. Из этой области идет интенсивное рентгеновское излучение. Есть довольно веские основания предполагать, что указанный объект- «черная дыра».
Однако стопроцентной уверенности в этом пока еще нет. В астрофизике всегда приходится считаться с тем, что обнаруженные нами внешние физические проявления какого-то объекта теоретически могут соответствовать ожидаемым, но порождаться иной причиной. И чтобы окончательно убедиться в том, что «Лебедь Х-1» действительно «черная дыра», необходимы дополнительные разнообразные наблюдения.
Впрочем, во Вселенной имеется немало и других объектов, относительно которых существуют «подозрения», что они относятся к разряду «черных дыр». В какой, однако, мере эти подозрения обоснованы, покажет будущее.
Но если «черные дыры» действительно существуют, то свойства этих объектов весьма необычны. Они, бесспорно, являются достойными представителями «все более странного мира».
Прежде всего нелегко представить себе, каким образом гигантская масса может стянуться в геометрическую точку. Но мало этого…
Вообразим ситуацию, которую нередко рисуют авторы фантастических произведений. Путешественник на космическом корабле неосторожно приблизился к «черной дыре», и его затянуло в роковую бездну. Падая вместе с веществом, наш путешественник в какой-то момент пересечет ту критическую черту, из-за которой не может быть возврата, и устремится к центру «черной дыры». Что с ним произойдет дальше? Попробуем проследить его судьбу.
Приближаясь вместе с коллапсирующим веществом к центру «черной дыры», наш воображаемый наблюдатель обнаружит, что плотность и кривизна стремятся к бесконечности. Что это значит, мы даже представить себе не можем, поскольку наши современные физические теории к подобным состояниям заведомо неприменимы.
Однако есть одна любопытная гипотеза, согласно которой сжатие коллапсирующего вещества в какой-то момент затормозится, и до предела спрессованная материя вновь начнет расширяться.
Разумеется, реальный наблюдатель, попав в «черную дыру», был бы мгновенно скручен и разорван на атомы.
Но допустим, что воображаемый наблюдатель переживет чудовищное уплотнение и прочие «неприятности» и дождется начала обратного расширения. Продолжая двигаться с разлетающимся веществом, он еще раз, теперь уже в обратном направлении, пересечет критическую сферу и вновь окажется в «свободном» пространстве.
Но тут он столкнется с поразительной неожиданностью: это будет не то пространство, из которого он попал в «черную дыру», а пространство, расположенное по отношению к пространству нашей Вселенной в абсолютном будущем. В переводе на более понятный язык, это означает, что, сколько бы мы ни жили в нашем пространстве, в «то» пространство мы никогда не попадем, — только через «черную дыру», ибо смежное пространство, в которое она ведет, возникает, судя по всему, вместе с ее образованием. А обратного хода и вообще не существует.
Если все это действительно так, то «черные дыры» — не что иное, как входные отверстия сквозных тоннелей, соединяющих нашу Вселенную со смежными пространствами, своеобразные стоки, через которые вещество из нашего пространства перегоняется в соседние.
Напрашивается заманчивая возможность сопоставить с этим явлением те бурные выбросы вещества и энергии, которые мы наблюдаем в таких космических объектах, как квазары и ядра галактик. Не связаны ли квазары и ядра галактик с выходными отверстиями «черных дыр», расположенных в смежных вселенных?!
Вспоминается высказывание известного английского астрофизика Джемса Джинса, еще в 1928 г. предположившего, что центры галактик — это «особые точки», где материя втекает в наш мир из некоторого другого, совершенно постороннего пространства.
