Космические ловушки, созданные из чистой гравитации, в которых разрушаются время, пространство и законы физики, которые мы знаем. Черные дыры настолько необычны, что от их теоретического открытия (и отклонения) до впечатляющих наблюдательных подтверждений потребовалось сто лет.
Решение Шварцшильда
«Как видите, на войне ко мне относились достаточно хорошо, чтобы я мог, несмотря на сильный обстрел, оторваться от всего этого и отправиться на прогулку в страну идей Господа». Так, свое письмо Эйнштейну, отправленное с Восточного фронта в конце декабря 1915 года, завершил лейтенант артиллерии Карл Шварцшильд, который до Великой войны был признанным профессором астрономии. В письме он представил точное решение найденных им уравнений гравитационного поля, которое Эйнштейн впервые записал и опубликовал месяцем ранее в бюллетене Прусской академии наук.
Уравнения Эйнштейна, которые составляют математическое сердце общей теории относительности, описывают гравитационную силу как искривление пространства-времени из-за наличия массы (или энергии, которой также можно присвоить массу согласно известной формуле E = mc2 ). К искреннему изумлению Эйнштейна, Шварцшильд смог решить эти чрезвычайно сложные уравнения для случая покоящегося сферического тела. Другими словами, он точно описал форму пространства-времени вокруг идеализированной невращающейся звезды или планеты.
Решение Шварцшильда обладало некоторыми интригующими свойствами. Он предсказал, что если сферическое небесное тело было маленьким или достаточно тяжелым, то на некотором расстоянии (известном сегодня как радиус Шварцшильда) что-то очень тревожное происходило с геометрией пространства-времени. Казалось, время там «замерзает». Более того, математически ничто не мешало полностью избавиться от самого небесного тела. По сути, она осталась, как улыбка Чеширского Кота, пустой и сильно изогнутой областью Вселенной, которую мы сегодня называем черной дырой Шварцшильда. В самом центре этого района находился так называемый необычность - своего рода «прорыв» в пространстве-времени, при котором его структура полностью разрушается, а кривизна становится бесконечной.
Прошло два десятилетия, чтобы динамическое развитие астрофизики расширило воображение ученых. В 1930-х годах стало понятно, что ядра звезд, заканчивающих свою жизнь в результате взрыва сверхновой, могут пережить взрыв и дальнейший коллапс под действием силы тяжести. В 1939 году Дж. Роберт Оппенгеймер и его аспирант Джордж Волков продемонстрировали (на основе более ранней работы Ричарда Толмена), что существует определенная предельная масса объекта, выше которой никакая физическая сила не может остановить такой коллапс. Именно так, согласно Оппенгеймеру, на самом деле должны были быть созданы объекты, описанные решением Шварцшильда, выглядящие как «застывшие во времени» ядра тяжелых, сгоревших звезд.
Ситуация начала меняться на рубеже 1950-х и 1960-х годов благодаря новым математическим подходам к решению Шварцшильда. Только тогда стало ясно, что застывание времени на поверхности, окружающей центральную сингулярность, было очевидным. Гипотетический космонавт мог нырнуть под эту поверхность, даже не заметив этого - время для него продолжалось бы, как будто ничего не произошло. Однако было также понятно, что такой смельчак никому этим не похвастается - как только эта конкретная поверхность, называемая горизонтом событий, была преодолена, ни он, ни какой-либо посланный им сигнал не могли выбраться наружу. Под горизонтом пространство-время становится настолько деформированным, что время приобретает пространственные особенности и течет вниз к центральной сингулярности, где оно перестает существовать. Источник фото: Pixels