IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

ХХI век принёс собой целый ряд удивительных открытий. В физике и астрономии идёт своеобразная цепная реакция: обнаруживаются диковинные явления, а их дальнейшее изучение и осмысление приводит к открытию явлений, ещё более поразительных. Таков закономерный путь развития общества.

В последние годы большую популярность в астрофизике приобрела гипотеза так называемых «чёрных дыр» [9].

Чёрная дыра – область в пространстве, возникшая в результате полного гравитационного коллапса вещества, в которой гравитационное притяжение так велико, что ни вещество, ни свет, ни другие носители информации не могут её покинуть. Поэтому внутренняя часть чёрной дыры причинно не связана с остальной Вселенной; происходящие внутри чёрной дыры физические процессы не могут влиять на процессы вне её. Чёрная дыра окружена поверхностью со свойством однонаправленной мембраны: вещество и излучение свободно падает сквозь неё в чёрную дыру, но оттуда ничто не может выйти. Эту поверхность называют «горизонтом событий». Поскольку до сих пор имеются лишь косвенные указания на существование чёрных дыр на расстояниях в тысячи световых лет от Земли, дальнейшее изложение основывается главным образом на теоретических результатах.

Чёрные дыры, предсказанные общей теорией относительности (теорией гравитации, предложенной Эйнштейном¹ в 1915) и другими, более современными теориями тяготения, были математически обоснованы Р. Оппенгеймером² и Х. Снайдером³ в 1939 г.

Роберт Оппенгеймер (справа) и Альберт Эйнштейн. Фото первой половины 1940-х годов

Хартланд Свит Снайдер

Но свойства пространства и времени в окрестности этих объектов оказались столь необычными, что астрономы и физики в течение 25 лет не относились к ним серьёзно. Однако астрономические открытия в середине 1960-х годов заставили взглянуть на чёрные дыры как на возможную физическую реальность. Их открытие и изучение может принципиально изменить наши представления о пространстве и времени.

История идеи о чёрных дырах

Английский геофизик и астроном Джон Мичелл⁴ (J.Michell, 1724–1793) предположил, что в природе могут существовать столь массивные звёзды, что даже луч света не способен покинуть их поверхность. Используя законы Ньютона⁵, Мичелл рассчитал, что если бы звезда с массой Солнца имела радиус не более 3 км, то даже частицы света (которые он, вслед за Ньютоном, считал корпускулами) не могли бы улететь далеко

Джон Мичелл [3]

от такой звезды. Поэтому такая звезда казалась бы издалека абсолютно тёмной. Эту идею Мичелл представил на заседании Лондонского Королевского общества 27 ноября 1783. Так родилась концепция «ньютоновской» чёрной дыры.

Исаак Ньютон

Такую же идею высказал в своей книге Система мира (1796) французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас⁶.

Пьер-Симон Лаплас [1]

Простой расчёт позволил ему написать: «Светящаяся звезда с плотностью, равной плотности Земли, и диаметром, в 250 раз большим диаметра Солнца, не даёт ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения; поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной оказываются по этой причине невидимыми». Однако масса такой звезды должна была бы в десятки миллионов раз превосходить солнечную. А поскольку дальнейшие астрономические измерения показали, что массы реальных звезд не очень сильно отличаются от солнечной, идея Мичела и Лапласа о чёрных дырах была забыта.

Во второй раз учёные «столкнулись» с чёрными дырами в 1916 г., когда немецкий астроном Карл Шварцшильд получил первое точное решение уравнений только что созданной тогда Альбертом Эйнштейном релятивистской теории гравитации – общей теории относительности (ОТО). Оказалось, что пустое пространство вокруг массивной точки обладает особенностью на расстоянии rg от нее; именно поэтому величину rg часто называют «шварцшильдовским радиусом», а соответствующую поверхность (горизонт событий) – шварцшильдовской поверхностью. В следующие полвека усилиями теоретиков были выяснены многие удивительные особенности решения Шварцшильда, но как реальный объект исследования чёрные дыры ещё не рассматривались.

Карл Шварцшильд в своем рабочем кабинете в Потсдамской астрофизической обсерватории, директором которой он стал в 1909 году

Правда, в 1930-е, после создания квантовой механики и открытия нейтрона, физики исследовали возможность формирования компактных объектов (белых карликов и нейтронных звёзд) как продуктов эволюции нормальных звёзд. Оценки показали, что после истощения в недрах звезды ядерного топлива, её ядро может сжаться превратиться в маленький и очень плотный белый карлик или же в ещё более плотную и совсем крохотную нейтронную звезду.

Двойная звезда Сириус. Компонент этой системы Сириус В – белый карлик. На фото это небольшая точка левее и ниже гораздо более яркого компонента Сириус А, который является ярчайшей звездой на ночном небе. Сириус В – первый из обнаруженных белых карликов

Фриц Цвикки [2] и Вальтер Бааде [4]

В 1934 работавшие в США европейские астрономы Фриц Цвикки⁷ и Вальтер Бааде⁸ выдвинули гипотезу – вспышки сверхновых представляют собой совершенно особый тип звёздных взрывов, вызванных катастрофическим сжатием ядра звезды. Так впервые родилась идея о возможности наблюдать коллапс звезды. Бааде и Цвикки высказали предположение, что в результате взрыва сверхновой образуется сверхплотная вырожденная звезда, состоящая из нейтронов. Расчёты показали, что такие объекты действительно могут рождаться и быть устойчивыми, но лишь при умеренной начальной массе звезды. Но если масса звезды превышает три массы Солнца, то уже ничто не сможет остановить её катастрофического коллапса.

В 1939 г. американские физики Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер обосновали вывод, что ядро массивной звезды должно безостановочно коллапсировать в предельно малый объект, свойства пространства вокруг которого (если он не вращается) описываются решением Шварцшильда⁹. Иными словами, ядро массивной звезды в конце её эволюции должно стремительно сжиматься и уходить под горизонт событий, становясь чёрной дырой. Но поскольку такой объект (как говорили тогда, «коллапсар», или «застывшая звезда») не излучает электромагнитные волны, то астрономы понимали, что обнаружить его в космосе будет невероятно трудно и поэтому долго не приступали к поиску.

Поскольку никакой носитель информации не способен выйти из-под горизонта событий, внутренняя часть чёрной дыры причинно не связана с остальной Вселенной, происходящие внутри чёрной дыры физические процессы не могут влиять на процессы вне её. В то же время, вещество и излучение, падающие снаружи на чёрную дыру, свободно проникают внутрь через горизонт. Можно сказать, что чёрная дыра всё поглощает и ничего не выпускает. По этой причине и родился термин «чёрная дыра», предложенный в 1967 американским физиком Джоном Арчибальдом Уилером¹⁰.

Джон Арчибальд Уилер [7]

Формирование чёрных дыр

Самый очевидный путь образования чёрной дыры – коллапс ядра массивной звезды. Пока в недрах звезды не истощился запас ядерного топлива, её равновесие поддерживается за счёт термоядерных реакций (превращение водорода в гелий, затем в углерод, и т.д., вплоть до железа у наиболее массивных звёзд). Выделяющееся при этом тепло компенсирует потерю энергии, уходящей от звезды с её излучением и звёздным ветром. Термоядерные реакции поддерживают высокое давление в недрах звезды, препятствуя её сжатию под действием собственной гравитации. Однако со временем ядерное топливо истощается и звезда начинает сжиматься.

Наиболее быстро сжимается ядро звезды, при этом оно сильно разогревается (его гравитационная энергия переходит в тепло) и нагревает окружающую его оболочку. В итоге звезда теряет свои наружные слои в виде медленно расширяющейся планетарной туманности или катастрофически сброшенной оболочки сверхновой. А судьба сжимающегося ядра зависит от его массы. Расчёты показывают, что если масса ядра звезды не превосходит трёх масс Солнца, то она «выигрывает битву с гравитацией»: его сжатие будет остановлено давлением вырожденного вещества, и звезда превратится в белый карлик или нейтронную звезду. Но если масса ядра звезды более трёх солнечных, то уже ничто не сможет остановить его катастрофический коллапс, и оно быстро уйдёт под горизонт событий, став чёрной дырой. Как следует из формулы для rg, чёрная дыра с массой 3 солнечных имеет гравитационный радиус 8,8 км.

Астрономические наблюдения хорошо согласуются с этими расчётами: все компоненты двойных звёздных систем, проявляющие свойства чёрных дыр имеют массы от 4 до 16 масс Солнца. Теория звёздной эволюции указывает, что за 12 млрд лет существования нашей Галактики, содержащей порядка 100 млрд звёзд, в результате коллапса наиболее массивных из них должно было образоваться несколько десятков миллионов чёрных дыр. К тому же, чёрные дыры очень большой массы (от миллионов до миллиардов масс Солнца) могут находиться в ядрах крупных галактик, в том числе, и нашей. Об этом свидетельствуют астрономические наблюдения, хотя пути формирования этих гигантских чёрных дыр не вполне ясны.

Если в нашу эпоху высокая плотность вещества, необходимая для рождения чёрной дыры, может возникнуть лишь в сжимающихся ядрах массивных звёзд, то в далеком прошлом, сразу после Большого взрыва [9], с которого 13,77±0,059 млрд лет назад началось расширение Вселенной, высокая плотность материи была повсюду. Поэтому небольшие флуктуации плотности в ту эпоху могли приводить к рождению чёрных дыр любой массы, в том числе и малой. Но самые маленькие из них в силу квантовых эффектов должны были испариться, потеряв свою массу в виде излучения и потоков частиц. «Первичные чёрные дыры» с массой более 10¹² кг могли сохраниться до наших дней. Самые мелкие из них, массой 10¹² кг (как у небольшого астероида), должны иметь размер порядка 10^–15 м (как у протона или нейтрона).

Наконец, существует гипотетическая возможность рождения микроскопических чёрных дыр при взаимных соударениях быстрых элементарных частиц. Таков один из прогнозов теории струн – одной из конкурирующих сейчас физических теорий строения материи. Теория струн предсказывает, что пространство имеет более трёх измерений. Гравитация, в отличие от прочих сил, должна распространяться по всем этим измерениям и поэтому существенно усиливаться на коротких расстояниях. При мощном столкновении двух частиц (например, протонов) они могут сжаться достаточно сильно, чтобы родилась микроскопическая чёрная дыра. После этого она почти мгновенно разрушится («испарится»), но наблюдение за этим процессом представляет для физики большой интерес, поскольку, испаряясь, дыра будет испускать все существующие в природе виды частиц. Если гипотеза теории струн верна, то рождение таких чёрных дыр может происходить при столкновениях энергичных частиц космических лучей с атомами земной атмосферы, а также в наиболее мощных ускорителях элементарных частиц.

Свойства чёрных дыр

Вблизи чёрной дыры напряженность гравитационного поля так велика, что физические процессы там можно описывать только с помощью релятивистской теории тяготения. Согласно ОТО пространство и время искривляются гравитационным полем массивных тел, причём наибольшее искривление происходит вблизи чёрных дыр. Когда физики говорят об интервалах времени и пространства, они имеют в виду числа, считанные с каких-либо физических часов и линеек. Например, роль часов может играть молекула с определенной частотой колебаний, количество которых между двумя событиями можно называть «интервалом времени».

Важно, что гравитация действует на все физические системы одинаково: все часы показывают, что время замедляется, а все линейки, что пространство растягивается вблизи чёрной дыры. Это означает, что чёрная дыра искривляет вокруг себя геометрию пространства и времени. Вдали от черной дыры это искривление мало, а вблизи так велико, что лучи света могут двигаться вокруг неё по окружности. Вдали от чёрной дыры её поле тяготения в точности описывается теорией Ньютона для тела такой же массы, но вблизи гравитация становится значительно сильнее, чем предсказывает ньютонова теория.

Если бы можно было наблюдать в телескоп за звездой в момент её превращения в чёрную дыру, то сначала было бы видно, как звезда всё быстрее и быстрее сжимается, но по мере приближения её поверхности к гравитационному радиусу сжатие начнёт замедляться, пока не остановится совсем. При этом приходящий от звезды свет будет слабеть и краснеть пока окончательно не потухнет. Это происходит потому, что, преодолевая силу тяжести, фотоны теряют энергию и им требуется всё больше времени, чтобы дойти до нас. Когда поверхность звезды достигнет гравитационного радиуса, покинувшему её свету потребуется бесконечное время, чтобы достичь любого наблюдателя, даже расположенного сравнительно близко к звезде (и при этом фотоны полностью потеряют свою энергию). Следовательно, мы никогда не дождемся этого момента и, тем более, не увидим того, что происходит со звездой под горизонтом событий, но теоретически этот процесс исследовать можно.

Расчёт идеализированного сферического коллапса показывает, что за короткое время вещество под горизонтом событий сжимается в точку, где достигаются бесконечно большие значения плотности и тяготения. Такую точку называют «сингулярностью». Более того, математический анализ показывает, что если возник горизонт событий, то даже несферический коллапс приводит к сингулярности. Однако, всё это верно лишь в том случае, если общая теория относительности применима вплоть до очень малых пространственных масштабов, в чём пока нет уверенности. В микромире действуют квантовые законы, а квантовая теория гравитации ещё не создана. Ясно, что квантовые эффекты не могут остановить сжатие звезды в чёрную дыру, а вот предотвратить появление сингулярности они могли бы.

Изучая фундаментальные свойства материи и пространства-времени, физики считают исследование чёрных дыр одним из важнейших направлений, поскольку вблизи чёрных дыр проявляются скрытые свойства гравитации. Для поведения вещества и излучения в слабых гравитационных полях различные теории тяготения дают почти неразличимые прогнозы, однако в сильных полях, характерных для чёрных дыр, предсказания различных теорий существенно расходятся, что даёт ключ к выявлению лучшей среди них. В рамках наиболее популярной сейчас теории гравитации – ОТО Эйнштейна – свойства чёрных дыр изучены весьма подробно. Вот некоторые важнейшие из них.

1) Вблизи чёрной дыры время течёт медленнее, чем вдали от неё. Если удалённый наблюдатель бросит в сторону чёрной дыры зажжённый фонарь, то увидит, как фонарь будет падать всё быстрее и быстрее, но затем, приближаясь к поверхности Шварцшильда, начнёт замедляться, а его свет будет тускнеть и краснеть (поскольку замедлится темп колебания всех его атомов и молекул). С точки зрения далекого наблюдателя фонарь практически остановится и станет невидим, так и не сумев пересечь поверхность чёрной дыры. Но если бы наблюдатель сам прыгнул туда вместе с фонарём, то он за короткое время пересёк бы поверхность Шварцшильда и упал к центру чёрной дыры, будучи при этом разорван её мощными приливными гравитационными силами, возникающими из-за разницы притяжения на разных расстояниях от центра.

2) Каким бы сложным ни было исходное тело, после его сжатия в чёрную дыру внешний наблюдатель может определить только три его параметра: полную массу, момент импульса (связанный с вращением) и электрический заряд. Все остальные особенности тела (форма, распределение плотности, химический состав и т.д.) в ходе коллапса «стираются». То, что для стороннего наблюдателя структура чёрной дыры выглядит чрезвычайно простой, Джон Уилер выразил шутливым утверждением: «Чёрная дыра не имеет волос».

В процессе коллапса звезды в чёрную дыру за малую долю секунды (по часам удаленного наблюдателя) все её внешние особенности, связанные с исходной неоднородностью, излучаются в виде гравитационных и электромагнитных волн. Образовавшаяся стационарная чёрная дыра «забывает» всю информацию об исходной звезде, кроме трёх величин: полной массы, момента импульса (связанного с вращением) и электрического заряда. Изучая чёрную дыру, уже невозможно узнать, состояла ли исходная звезда из вещества или антивещества, была ли она вытянутой или сплюснутой и т.п. В реальных астрофизических условиях заряженная чёрная дыра будет притягивать к себе из межзвёздной среды частицы противоположного знака, и её заряд быстро станет нулевым. Оставшийся стационарный объект либо будет невращающейся «шварцшильдовой чёрной дырой», которая характеризуется только массой, либо вращающейся «керровской чёрной дырой», которая характеризуется массой и моментом импульса.

Рой Керр [6]

3) Если исходное тело вращалось, то вокруг чёрной дыры сохраняется «вихревое» гравитационное поле, увлекающее все соседние тела во вращательное движение вокруг неё. Поле тяготения вращающейся чёрной дыры называют полем Керра¹¹ (математик Рой Керр в 1963 наш`л решение соответствующих уравнений). Этот эффект характерен не только для чёрной дыры, но для любого вращающегося тела, даже для Земли. По этой причине размещённый на искусственном спутнике Земли свободно вращающийся гироскоп испытывает медленную прецессию относительно далёких звезд. Вблизи Земли этот эффект едва заметен, но вблизи чёрной дыры он выражен гораздо сильнее: по скорости прецессии гироскопа можно измерить момент импульса чёрной дыры, хотя сама она не видна.

Чем ближе мы подходим к горизонту чёрной дыры, тем сильнее становится эффект увлечения «вихревым полем». Прежде чем достичь горизонта, мы окажемся на поверхности, где увлечение становится настолько сильным, что ни один наблюдатель не может оставаться неподвижным (т.е. быть «статическим») относительно далёких звёзд. На этой поверхности (называемой пределом статичности) и внутри неё все объекты должны двигаться по орбите вокруг чёрной дыры в том же направлении, в котором вращается сама дыра. Независимо от того, какую мощность развивают его реактивные двигатели, наблюдатель внутри предела статичности никогда не сможет остановить своё вращательное движение относительно далёких звёзд.

Предел статичности всюду лежит вне горизонта и соприкасается с ним лишь в двух точках, там, где они оба пересекаются с осью вращения чёрной дыры. Область пространства-времени, расположенная между горизонтом и пределом статичности, называется эргосферой. Объект, попавший в эргосферу, ещё может вырваться наружу. Поэтому, хотя чёрная дыра «всё съедает и ничего не отпускает», тем не менее, возможен обмен энергией между ней и внешним пространством. Например, пролетающие через эргосферу частицы или кванты могут уносить энергию её вращения.

4) Всё вещество внутри горизонта событий чёрной дыры непременно падает к её центру и образует сингулярность с бесконечно большой плотностью. Английский физик Стивен Хокинг¹² определяет сингулярность как «место, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики, поскольку все они формулируются на основе классического пространства-времени».

Стивен Хокинг [10]

5) Кроме этого С. Хокинг открыл возможность очень медленного самопроизвольного квантового «испарения» чёрных дыр. В 1974 он доказал, что чёрные дыры (не только вращающиеся, но любые) могут испускать вещество и излучение, однако заметно это будет лишь в том случае, если масса самой дыры относительно невелика. Мощное гравитационное поле вблизи чёрной дыры должно рождать пары частица-античастица. Одна из частиц каждой пары поглощается дырой, а вторая испускается наружу. Например, чёрная дыра с массой 10¹² кг должна вести себя как тело с температурой 10¹¹ К, излучающее очень жёсткие гамма-кванты и частицы. Идея об «испарении» чёрных дыр полностью противоречит классическому представлению о них как о телах, не способных излучать.

Поиски чёрных дыр

Расчёты в рамках ОТО указывают лишь на возможность существования чёрных дыр, но отнюдь не доказывают их наличия в реальном мире, открытие чёрной дыры стало бы важным шагом в развитии физики. Поиск изолированных чёрных дыр в космосе невероятно труден: требуется заметить маленький тёмный объект на фоне космической черноты. Но есть надежда обнаружить чёрную дыру по её взаимодействию с окружающими астрономическими телами, по её характерному влиянию на них.

Учитывая важнейшие свойства чёрных дыр (массивность, компактность и невидимость) астрономы постепенно выработали стратегию их поиска. Проще всего обнаружить чёрную дыру по её гравитационному взаимодействию с окружающим веществом, например, с близкими звёздами. Попытки обнаружить невидимые массивные спутники в двойных звёздах не увенчались успехом. Но после запуска на орбиту рентгеновских телескопов выяснилось, что чёрные дыры активно проявляют себя в тесных двойных системах, где они отбирают вещество у соседней звезды и поглощают его, нагревая при этом до температуры в миллионы градусов и делая его на короткое время источником рентгеновского излучения.

Поскольку в двойной системе чёрная дыра в паре с нормальной звездой обращается вокруг общего центра массы, используя эффект Доплера, удаётся измерить скорость звезды и определить массу её невидимого компаньона. Астрономы выявили уже несколько десятков двойных систем, где масса невидимого компаньона превосходит 3 массы Солнца и заметны характерные проявления активности вещества, движущегося вокруг компактного объекта, например, очень быстрые колебания яркости потоков горячего газа, стремительно вращающегося вокруг невидимого тела.

Особенно перспективной считают рентгеновскую двойную звезду V404 Лебедя, масса невидимого компонента, которой оценивается не менее, чем в 6 масс Солнца. Другие кандидаты в чёрные дыры находятся в двойных системах Лебедь X-1, LMC X-3, V616 Единорога, QZ Лисички, а также в рентгеновских новых Змееносец 1977, Муха 1981 и Скорпион 1994. Почти все они расположены в пределах нашей Галактики, а система LMC X-3 – в близкой к нам галактике Большое Магелланово Облако.

Другим направлением поиска чёрных дыр служит изучение ядер галактик. В них скапливаются и уплотняются огромные массы вещества, сталкиваются и сливаются звёзды, поэтому там могут формироваться сверхмассивные чёрные дыры, превосходящие по массе Солнце в миллионы раз. Они притягивают к себе окружающие звёзды, создавая в центре галактики пик яркости. Они разрушают близко подлетающие к ним звёзды, вещество которых образует вокруг чёрной дыры аккреционный диск и частично выбрасывается вдоль оси диска в виде быстрых струй и потоков частиц. Это не умозрительная теория, а процессы, реально наблюдаемые в ядрах некоторых галактик и указывающие на присутствие в них чёрных дыр с массами до нескольких миллиардов масс Солнца. В последнее время получены весьма убедительные доказательства того, что и в центре нашей Галактики есть чёрная дыра с массой около 2,5 млн масс Солнца.

Вполне вероятно, что самые мощные процессы энерговыделения во Вселенной происходят с участием чёрных дыр. Именно их считают источником активности в ядрах квазаров – молодых массивных галактик. Именно их рождение, как полагают астрофизики, знаменуется самыми мощными взрывами во Вселенной, проявляющимися как гамма-всплески.

Виды чёрных дыр

Сверхмассивные чёрные дыры

Разросшиеся очень массивные чёрные дыры, по современным представлениям, образуют ядра большинства галактик. В их число входит и массивная чёрная дыра в ядре нашей галактики – Стрелец A.

В настоящее время существование чёрных дыр звёздных и галактических масштабов считается большинством учёных надёжно доказанным астрономическими наблюдениями. Американские астрономы установили, что массы сверхмассивных чёрных дыр могут быть значительно недооценены. Исследователи установили, что для того чтобы звёзды двигались в галактике М87 (которая расположена на расстоянии 50 миллионов световых лет от Земли) так, как это наблюдается сейчас, масса центральной чёрной дыры должна быть как минимум 6,4 миллиарда солнечных масс, то есть в два раза больше нынешних оценок ядра М87, которые составляют 3 млрд солнечных масс.

Первичные чёрные дыры

Первичные чёрные дыры в настоящее время носят статус гипотезы. Если в начальные моменты жизни Вселенной существовали достаточной величины отклонения от однородности гравитационного поля и плотности материи, то из них путём коллапса могли образовываться чёрные дыры. При этом их масса не ограничена снизу, как при звёздном коллапсе – их масса, вероятно, могла бы быть достаточно малой. Обнаружение первичных чёрных дыр представляет особенный интерес в связи с возможностями изучения явления испарения чёрных дыр.

Квантовые чёрные дыры

Предполагается, что в результате ядерных реакций могут возникать устойчивые микроскопические чёрные дыры, так называемые квантовые чёрные дыры. Для математического описания таких объектов необходима квантовая теория гравитации. Однако из общих соображений весьма вероятно, что спектр масс чёрных дыр дискретен и существует минимальная чёрная дыра –планковская чёрная дыра. Комптоновская длина волны планковской чёрной дыры по порядку величины равна её гравитационному радиусу.

Заключение

В заключение отметим, что чёрные дыры, образовавшиеся в нашу эпоху, не являются стопроцентными чёрными дырами, поскольку из-за релятивистского замедления хода времени для далекого наблюдателя горизонты событий у них ещё не сформировались. Поверхности таких коллапсирующих звёзд выглядят для земного наблюдателя как застывшие, бесконечно долго приближающиеся к своим горизонтам событий.

Чтобы чёрные дыры из таких коллапсирующих объектов сформировались окончательно, мы должны прождать всё бесконечно большое время существования нашей Вселенной. Следует подчеркнуть, однако, что уже в первые секунды релятивистского коллапса поверхность коллапсирующей звезды для наблюдателя с Земли приближается очень близко к горизонту событий, и все процессы на этой поверхности бесконечно замедляются.

Так же хочется специально подчеркнуть особенно бурное развитие науки о Вселенной – космологии, приносящей новые удивительные открытия и новые фундаментальные знания.

Литература (Интернет-ресурсы)

1. http://v-kosmose.com/velikie-astronomyi/per-simon-laplas/ (Лаплас)

2. http://www.peoples.ru/science/astronomy/fritz_zwicky/ (Фриц Цвикки)

3. http://elementy.ru/biography/21066/Dzhon_MIChELL (Джон Мичелл)

4. http://elite-astronomy.narod.ru/ast_104.htm (Вильгельм Бааде)

5. https://24smi.org/celebrity/228-stiven-hoking.html (Стивен Хокинг)

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B5%D1%80%D1%80,_%D0%A0%D0%BE%D0%B9 (Рой Керр)

7. http://ru.rfwiki.org/wiki/%D0%A3%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D1%80,_%D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%BD_%D0%90%D1%80%D1%87%D0%B8%D0%B1%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%B4 (Джон Уилер)

8. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%8B%D1%80%D0%B0 (Чёрная дыра)

9. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%88%D0%BE%D0%B9_%D0%B2%D0%B7%D1%80%D1%8B%D0%B2 (Большой взрыв)

10. https://yandex.ru/images/search?text=%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D0%BD%20%D1%85%D0%BE%D0%BA%D0%B8%D0%BD%D0%B3&img_url=http%3A%2F%2Fwww.dailymaverick.co.za%2Fimages%2Fuploaded_images%2Farticle%2F04a079e5314cc9a304d5dd7d12d9f529.jpg&pos=8&rpt=simage (Стивен Хокинг)

1^ Альберт Эйнштейн – (14.03.1879–18.04.1955) физик-теоретик, один из основоположников современной физики. Известен, прежде всего, как автор теории относительности, внёс также значительный вклад в создание квантовой механики, развитие статистической физики и космологии, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 («за объяснение фотоэлектрического эффекта»).

2^ Джулиус Роберт Оппенгеймер (22.04.1904–18.02.1967) – американский физик–теоретик, профессор физики Калифорнийского университета в Беркли, член Национальной академии наук США (с 1941 года). Широко известен, как научный руководитель Манхэттенского проекта, в рамках которого в годы Второй мировой войны разрабатывались первые образцы ядерного оружия, из – за этого Оппенгеймера часто называют «отцом атомной бомбы».

3^ Хартланд Свит Снайдер (1913–1962) – американский физик теоретик, специалист в области физики ускорителей, квантовой физики. Под руководством Роберта Оппенгеймера занимался теоретической физикой, предсказал образование и существование чёрных дыр. Изучая особенности фокусировки пучка частиц в протонном синхротроне Космотрон, пришёл к открытию принципа сильной фокусировки, сделавшего революцию в конструировании ускорителей, участвовал в создание первого сильнофокусирующего синхротрона.

4^ Джон Мичелл (1724–1793) – английский геолог, священник и теософ. В астрономии установил, что большинство двойных звёзд, представляющихся нам в телескопы отстоящими на мизерное расстояние друг от друга, реально являются двойными звёздными системами, удерживаемыми силами взаимного притяжения.

5^ Исаак Ньютон (04.01.1643–31.03.1727) – великий английский физик, математик и астроном. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», в котором он описал закон всемирного тяготения и так называемые Законы Ньютона, заложившие основы классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисления, теорию цветности и многие другие математические и физические теории.

6^ Пьер-Симон Лаплас (1749–1827) – французский астроном, математик, физик, иностранный почетный член Петербургской АН (1802). Автор классических трудов по теории вероятностей и небесной механике (динамика Солнечной системы в целом и её устойчивость и др.); сочинения «Аналитическая теория вероятностей» (1812) и «Трактат о небесной механике» (т. 1–5, 1798–1825); много трудов по дифференциальным уравнениям, математической физике, теории капиллярности, теплоте, акустике, геодезии и др. Лаплас предложил космогоническую гипотезу (гипотеза Лапласа).

7^ Фриц Цвикки (14.02.1898–08.02.1974) – внёс большой вклад во внегалактическую асторономию, разработал и успешно применил к изучению галактик метод «аналитической фотографии», заключающийся в наложении негативного и позитивного отпечатков одной и той же области неба, снятых в разных лучах.

8^ Вальтер Бааде (1893–1960) – немецкий астроном. Первые работы Бааде были посвящены кометам, астероидам, переменным звездам. В 1923 году он открыл новую комету, в 1920 году - астероид Гидальго. В 1949 году открыл астероид Икар. Мировую известность принесла Бааде концепция существования двух основных типов звёздного населения галактик. Она сыграла важную роль в развитии теории эволюции звёзд. Бааде показал, что вспыхивающие звезды, которые наблюдали еще Тихо Браге (1572) и Иоганн Кеплер (1604), были на самом деле вспышками сверхновых, и отождествил их с остатками вспышек – туманностями. Также Бааде впервые высказал предположение (совместно с Ф.Цвикки), что в результате вспышки сверхновой может образоваться нейтронная звезда (1934), отождествил (совместно с Р.Минковским) с остатками сверхновых несколько дискретных источников радиоизлучения. Фотографированием в монохроматическом свете выявил тонковолокнистую структуру Крабовидной туманности.

9^ Карл Шварцшильд (нем. Karl Schwarzschild; 9.10.1873, Франкфурт-на-Майне – 11.05.1916, Потсдам) – блестящий и очень разносторонний ученый. Он оставил глубокий след в наблюдательной астрономии, где стал одним из пионеров оснащения телескопов фотографической аппаратурой и ее использования в целях фотометрии. Ему принадлежат глубокие и оригинальные труды в области электродинамики, звёздной астрономии, астрофизики и оптики. Шварцшильд даже успел внести важный вклад в квантовую механику атомных оболочек, построив в своей последней научной работе теорию эффекта Штарка. В 1900 году, за пятнадцать лет до создания ОТО, он не только всерьез рассмотрел возможность того, что геометрия Вселенной отличается от евклидовой, но и оценил нижние пределы радиуса кривизны пространства для сферической и псевдосферической геометрии космоса. Шварцшильд, одна из ключевых фигур начального этапа развития теоретической астрофизики, отличался широтой научных интересов – оставил заметный след в фотографической фотометрии, теории звёздных атмосфер, общей теории относительности и старой квантовой механике. Его именем, помимо всего прочего, названо открытое им первое и до сих пор наиболее важное точное решение уравнений Эйнштейна, предсказывающее существование чёрных дыр – решение Шварцшильда.

10^ Джон Уилер (09.07.1911–13.04.2008) – американский физик, его научные работы относятся к ядерной физике, проблеме термоядерного синтеза, специальной и общей теории относительности, единой теории поля, теории гравитации, астрофизике. Задолго до В. Гейзенберга ввёл в теорию поля матрицу рассеяния (S-матрицу), явившуюся важным инструментом для описания взаимодействий. В 1934 году разработал теорию процесса рождения электрон-позитронной пары при столкновении двух фотонов. Вместе с Нильсом Бором разработал теорию деления атомного ядра, доказал, что, под действием тепловых нейтронов делится редко встречающийся изотоп уран-235 (1939). Математически обосновал возможность цепной реакции деления в уране, первый объяснил отрицательное влияние продуктов деления на ход цепной реакции, развил методы управления ядерным реактором (1939). Выдвинул идею об универсальности фермиевского взаимодействия (1948–1949), с Д. Хилом развил коллективную модель ядра (1953), предсказал существование мезоатомов (1947). Работал в области гравитации и релятивистской астрофизики. Является одним из создателей геометродинамики. Исследования посвящены квантованию гравитации, гравитационному коллапсу, структуре материи чрезвычайно большой плотности и температуры. В 1990 году Уилер высказал предположение, что информация является фундаментальной концепцией физики. Согласно его доктрине 'it from bit' все физические сущности являются информационно-теоретическими в своей основе.

11^ Рой Патрик Керр (род.16.05.1934) – новозеландский математик и астрофизик, получивший в 1963 году аналитическое решение уравнений Эйнштейна, описывающие гравитационное поле вращающейся чёрной дыры. Направления его исследований являлись общая теория относительности, гравитационные и релятивистские теории. На работы Керра оказали влияние исследования Карла Шварцшильда, который вскоре после появления общей теории относительности при помощи уравнений Эйнштейна сформулировал математическое описание статических чёрных дыр и влияние их гравитации на время и пространство вокруг них. Однако современные ученые предполагают, что черные дыры скорее всего, не являются статическими. Формула, полученная Керром в 1963 году, является основанием для описания свойств вращающихся чёрных дыр. Его решение называют метрикой Керра, вращающиеся чёрные дыры вообще также иногда называют чёрными дырами Керра. Рой Керр несколько раз номинировался на Нобелевскую премию.

12^ Стивен Уильям Хокинг (род.08.01.1942) – английский физик – теоретик и популяризатор науки. Изучал теорию возникновения мира в результате Большого взрыва, а также теорию чёрных дыр. Высказал гипотезу, что маленькие чёрные дыры теряют энергию, испуская излучение Хокинга, и, в конце концов, «испаряются».

Код для цитирования: Скопировать