Учебный электронный материал

Черные дыры физич еского мышления Станислав Кравченко За основу возьмем классическое решение Шварцшильда для сферической не вращающейся массы: r гр = 2 gM / c 2 . Прежде всего, найдем граничные решения. 1. Самая маленькая черная дыра Рассчитаем энергию электромагнитного к ванта, при которой этот квант сам станет «черной дырой». Итак энергия «самосфокусированного» кванта равна: E = 2 p·hw или E = hс / l , где Š– энергия кванта, h – постоянная Планка, w – угловая частота, l – длина волны, с – скорость с вета. При этом следует учесть, что движение по замкнутой, в первом приближ ении, круговой орбите, предполагает наличие на такой «орбите» режима сто ячих волн. Другими словами, в окружность такой орбиты должно укладыватьс я целое число полуволн. Если радиус такой орбиты обозначить как r гр , то 2 pr гр = 1/2· ln , где n = 1; 2; 3; 4... Принимая во внимание решение Шварцшильда r гр = 2 gM / c 2 или r гр = 2 gE / c 4 ( E = mc 2 ) и подставляя в это решение вышеприведе нные формулы при n = 1 получим хорошо известные Планковс кие величины: r гр = (2 p · hg / c 3 ) 1/2 ; E = (2 p · hc 5 / g ) 1/2 . Данный расчет делает «прозрачным» философскую и физическую сущно сть фундаментальной длины. Квант с такой длины волны «не должен двигатьс я», физически невозможно ни излучить, ни принять этот квант. Любой спектр с ультрафиолетовой стороны обрезан принципиально. В более общем, филосо фском плане фундаментальная длина выступает той теоретической границе й познания, от которой получить какую-либо информацию уже принципиально невозможно. Ниже уже не «наша физика». 2. Самая большая черная дыра Первое предположение, которое напрашива ется само, то, что вся наша Вселенная есть именно такая дыра. Но, вопреки вс ему, наблюдается лишь один экземпляр Вселенной, который выглядит совсем не сингулярной точкой и небо над нами черное. Вопрос даже не в том, что наб людаемая Вселенная мало напоминает сингулярность. В решении Шварцшильда r гр = 2 gM / c 2 между массой М и граничным радиусом r имеется лине йная зависимость. Плотность вещества есть отношение массы М к занимаемому объему, пропорциональному r 3 . Отсюда следует, чт о среднераспределенная предколлапсная плотность вещества черной дыры падает пропорционально кубу ее размеров. Наблюдаемой плотности вещест ва будет соответствовать коллапс в достаточно большую, но все-таки конеч ных размеров черную дыру. Тем более, что ни о каком «внутреннем давлении» материи наблюдаемой части Вселенной речи быть не может. Необходим удовл етворительный ответ на вопрос: почему наблюдаемая часть Вселенной со вп олне определенной конечной и ненулевой плотностью вещества не коллапс ирует, не образует черную макси-дыру? Проверяем: При ненулевой реальной средней плотности вещества Вселенной (по ра зным оценкам около 10 – 29 ...10 – 30 г/см 3 или с r ≈'98 10 – 38 ...10 – 39 кг/м 3 ) трад иционный подход требует обязательного образования множества «реальны х черных макси-дыр» конечных размеров: R r = 2 gM r / c 2 . Принимая округленно M r = с r ·4/3р R r 3 ≈'98 4с r R r 3 получим: R r = 2 gM r / c 2 ≈'98 8 g с r R r 3 / c 2 . Откуда : c 2 = 8 g с r R r 2 или c 2 /8 g с r = R r 2 , R r = c /(8 g с r ) 0,5 . Учитывая, что: g ≈'98 6,7·10 – 11 Н·м 2 ·кг 2 получим: R r = 3·10 8 /(8·6,7·10 – 11 ·10 – 39 ) 0,5 ≈'98 4·10 32 [м]. Учитывая, что световой год приблизительно равен 0,9·10 16 м, получим R r ~ 10 16 световых лет – что-то, достат очно близкое к хорошо знакомому. Смущает одно – расчетный радиус станда ртной черной макси-дыры «Вселенской» плотности примерно того же порядк а, что и наблюдаемая часть Вселенной, однако в этой наблюдаемой части, нет даже намека на коллапс или сингулярное состояние материи в ней, скорее н аоборот. Что отменяет решение Шварцшильда? Не принимая во внимание открытые еще Фридманом антигравитационны е (будем называть вещи своими именами) свойства лоренцинвариантной фазы вакуумоподобной среды, в рамках традиционного понимания, удовлетворит ельного ответа на поставленный вопрос нет. 3. Самое спорное Однако настоящая работа – не потакание заблуждениям. Может быть, для физика-теоретика чернордырная мифология и привлекательна, но не для философа. Любому трезвомыслящему человеку оче видны внутренняя парадоксальность «чернодырной идеи» и странно, что ав торитетные физики игнорируют ее. Достаточно одного – бесконечного вре мени достижения горизонта любым материальным объектом с точки зрения в нешнего наблюдателя (других нет), чтобы на 100% уверенно констатировать – в о Вселенной, не зависимо от времени ее существования, не могла быть сформ ирована ни одна черная дыра. Все «подтверждения» – мифы, изначально про тиворечащие ОТО. Единственным разумным исследованием может быть лишь и сследование предколлапсного состояния материи. Поэтому крайне интерес но исследование поведение материальных объектов, ощутимая часть вещес тва которого находится в существенно сильном гравитационном поле, в сос тоянии, где имеют место существенно релятивистские эффекты, в частности , Эффект Замедления Времени. Естественно, в предколлапсном состоянии замедление времени для лю бого материального объекта Вселенной будет конечным. Эффект замедлени я времени должен будет проявляться, в частности и в том, что процессы, длящ иеся в областях со слабой гравитацией один промежуток времени, в сильной гравитации будут длиться для внешнего наблюдателя существенно дольше. И, наоборот, для массы в сильном поле любое внешнее излучение станет существенно более коротковолновым (голубое смещение), чем масс внешних о бластей. Другими словами, сильное гравитационное поле будет «разогрева ть» опускающиеся потоки излучения и «охлаждать» восходящие. Или, по друг ому, релятивистская масса будет существенно «темнее», если хотите, «холо днее» не релятивистской при той же относительной скорости (том же соотно шении v / c ). С точки зрения внешнего наблюдателя количество с оударений между частицами релятивистского слоя начнет падать (падение внутреннего давления). Для самих частиц слоя, наоборот, наблюдаемым эффе ктом будет увеличение числа соударений частиц внешнего слоя в единицу и х времени (рост внешнего давления), «побеление», «разогрев» внешних слое в. Эффект замедления времени – не единственный учитываемый релятив истский эффект. Не меньшее значение будет иметь и эффект изменения конст анты скорости света в релятивистском слое по отношению к внешним. Физиче ски это означает преобразование кинетической энергии релятивистского слоя в энергию гравитации. Для внешнего наблюдатель это будет «замедлен ие» движения частиц релятивистского слоя. Энергия соударений между час тицами релятивистского слоя для внешнего наблюдателя начнет падать, чт о будет все тем же падением внутреннего давления. Для самих частиц слоя н аблюдаемым эффектом будет увеличение «скорости» частиц внешних слоев ( константой здесь является не сама абсолютная величина скорости, а угол н аклона мировой линии частицы (отношения v / c ), не изменяемый п ри отсутствии взаимодействия при изменении кривизны пространства), то е сть рост давления внешних слоев. Релятивистский эффект Сокращения Длины приведет к тому, что для вне шнего наблюдателя эффективные размеры частиц релятивистского слоя буд ут уменьшаться. Для самих частиц это будет эффект «увеличения внутренне го пространства», увеличения расстояний между частицами слоя и сокраще ние числа соударений, значит, так же падение внутреннего давления. Таким образом, сильное гравитационное поле не столько «преодолевает» внутре ннее давление, сколько его «отменяет». Динамическое равновесие слоев ма терии неизбежно будет нарушено. Релятивистский слой начнет уплотнятьс я. Это, в свою очередь, еще больше увеличит кривизну внутреннего простран ства. Произойдет предколлапс, своеобразный «взрыв внутрь» с соответств ующим увеличением массы релятивистского слоя и все большим нарастание м релятивистских эффектов. Взрывное падение давления должно приводить к переходу нейтронного состояния материи «падающих» слоев в обычное со стояние протон-электронной смеси, точнее смеси, близкой по составу к сбр осовым оболочкам сверхновых. В идеале, за бесконечный промежуток времен и, все тело могло бы стать полностью «релятивистским», компактным, с очен ь «холодным» для внешнего наблюдателя состоянием обычного вещества, но с ничтожно малыми эффективными сечениями элементарных частиц. Для внут реннего наблюдателя внешняя Вселенная, наоборот, предстанет все более « горячей», со «сверхсветовыми» скоростями и «странно большими эффектив ными сечениями» частиц. Поскольку настоящий полный коллапс требует бес конечного промежутка времени за любой конечный промежуток любой матер иальный объект вселенной любой массы может пройти лишь конечную предко ллапсную стадию сжатия. Однако неравновесные процессы гравитационного сжатия будут существенно динамическими и породят серию ударных волн, и внутрь, и наружу, где релятивистские эффекты проявлены меньше, что неизб ежно приведет к сбросу части внешних слоев. Этот сброс столь же неизбежн о уменьшит напряженность гравитационного поля и перезапустит весь выш еописанный механизм предколлапса в обратном направлении с той разнице й, что релятивистский слой будет уже существенно перегрет внешней энерг етической накачкой. Динамическое равновесие слоев материи неизбежно о пять будет нарушено уже в другую сторону. После фазы сжатия (взрыва внутр ь) неизбежно должна наступить фаза расширения – взрыва наружу. Остаток будет существенной функцией исходной массы объекта. Только для очень ма ссивных объектов, при пренебрежимо малой массе сбрасываемой внешней об олочке, существует маловероятная возможность сохраниться в чисто реля тивистской фазе. Такие объекты будут наблюдаться как очень компактные о бразования из обычного вещества, но с весьма существенным гравитационн ым красным смещением спектров излучения. Традиционная астрофизика, не п ризнающая иных объяснений красного смещения, кроме эффекта Доплера, дас т для них существенно большее действительному расчетное удаление с соо тветствующим перерасчетом масс и светимостей, совершенно не задумывая сь над сверхочевидной парадоксальностью своих расчетов. Однако наблюдательная астрономия знает не только сферические не в ращающейся (низкооборотные) массы, но и быстровращающиеся. Поэтому несом ненный интерес представляет предколлапсное состояние материи, вращающ ееся с большой угловой скоростью. Решающую роль здесь будет играть не сф еричность геометрии объекта, его сплюснустость, «блинообразность». В эт ом случае неизбежен прорыв «перегретого пара элементарных частиц внут реннего релятивистского слоя с полностью стертой информацией о предыд ущих состояниях» лишь в самых «слабых» местах – у полюсов с возможным п ереходом процесса в стационарный режим двуструйной генерации. Большин ство объектов потенциально предколлапсного состояния – активные цент ры галактик, наблюдаются именно в этом состоянии. Вполне возможно и мы с В ами когда-то давно были такой «струей», а когда-то и снова будем. Ею замыка ется процесс «массооборота» вещества во Вселенной. Просчитать этот про цесс – достойная Физика, хотя и не сверхсложная задача, но загипнотизир ованное большинство предпочитают «искать» черно-белые фантомы. Список литературы Демидов В.Е. Время, хранимое к ак драгоценность . Глава третья. Часы для всех и для каждо го . НиТ , 1999. Быковский О.А. «Гравитационный парадокс» и его решение . НиТ , 2000. Носков Н.К. Явление запаздывания потенциала . НиТ , 2000. Чиняков Г. Этюды о Вселенной. НиТ , 2001. Торн К.С. Путешествие среди чёрных дыр . Перевод с анг лийского Елдышева Ю.Н. НиТ , 2002. Список литературы Для подготовки данной работы были испол ьзованы материалы с сайта http://www.n-t.org/

Приложенные файлы


Добавить комментарий