www.ASTROLAB.ru

ASTROLAB.ruЧерные дырыГеометрия черных и белых дыр ( Часть 5 )
ГлоссарийФото космосаИнтернет магазинКосмос видео



Геометрия черных и белых дыр ( Часть 5 )
Версия для печати

Аналогичным образом можно рассматривать и нору Торна. Устойчивость этой норы относительна - она устойчива только с точки зрения человека, ныряющего в эту нору, и неустойчива с точки зрения человека, остающегося в нашем настоящем. При этом схлопывание норы Торна превращается в мгновенное изменение картины настоящего, соответствующее новому распределению в нем классической причинности. Именно в такой относительной устойчивости норы Торна и заключается физическое объяснение нарушения этой норой принципа причинности.

С другой стороны, уже в этой главе мы говорили, что не существует прошлого в том виде, в каком мы его когда-то пережили, а также не существует будущего в том виде, в каком мы его себе представляем. Это означает, что никаких неразрешимых парадоксов, подобных парадоксу убийства собственного дедушки, перемещение материальных объектов во времени не создает. Все эти парадоксы основываются на предположении, что наше прошлое существует именно в том виде, в каком мы его когда-то пережили. В какой-то мере, конечно, мы допускаем неопределенность нашего будущего; но только в той мере, что события в нем могут складываться по-другому, а не в той мере, что в нем действует другая физика. Иначе говоря, мы не учитываем, что в нашем прошлом и будущем фундаментальные константы и законы сохранения отличаются от сегодняшних. А ведь это само собой исключает классическую взаимосвязь между событиями нашего прошлого, настоящего и будущего, олицетворением которой является принцип причинности.

Этой же абсолютизацией принципа причинности можно объяснить то, что в норе Торна отсутствует сингулярность. Сингулярность - это предельная поверхность, на которой перестают быть справедливыми фундаментальные константы и законы сохранения нашей Вселенной, причем не только сегодняшние, но и измененные - те, которые действуют в реально существующем прошлом и реально существующем будущем нашей Вселенной. Эта поверхность ограничивает протяженность временной линии нашей Вселенной в прошлое и будущее. Абсолютизация принципа причинности исключает такое ограничение, по крайней мере, в ближайшем прошлом и в ближайшем будущем нашей Вселенной. Поэтому если нору Торна не протягивать бесконечно далеко в прошлое или будущее, то она не столкнется с сингулярностью в эволюции нашей Вселенной. На самом деле это не так, и для того, чтобы нора Торна столкнулась с сингулярностью, достаточно протянуть ее сравнительно недалеко в прошлое или будущее нашей Вселенной.

Вот теперь мы можем уже объяснить физический смысл сингулярностей в решениях Шварцшильда, Нордстрема, Керра и Ньюмена. Поскольку сингулярность - это область, в которой перестают быть справедливыми фундаментальные константы и законы сохранения нашей Вселенной, то это означает, что она, как и сфера Шварцшильда, совпадает с областью виртуальной геометрии. Отличие сингулярности от сферы Шварцшильда заключается в том, что первая представляет собой область "чистой" виртуальной геометрии, в которой относительны все без исключения физические и геометрические понятия, а вторая - область слегка нарушенной виртуальной геометрии, в которой продолжают действовать некоторые физические и геометрические понятия. Именно поэтому пространственные и временные величины в координатах Крускала и могут непрерывным образом переводиться друг в друга при пересечении внутренним наблюдателем сферы Шварцшильда. При пересечении им сингулярности такой перевод исключен, хотя само по себе это пересечение допустимо.

Главная функция сингулярности заключается в том, что она разграничивает разные вселенные многомерного времени, а главная функция сферы Шварцшильда - в том, что она разграничивает трехмерное пространство и трехмерное время нашей Вселенной. И если первая исключает какую-либо ориентировку внутреннего наблюдателя при переходе его из одной вселенной в другую, то вторая допускает такую ориентировку при переходе его из одной точки пространства нашей Вселенной в другую точку, а также из одного ее момента времени в другой момент. Эта ориентировка осуществляется на основе тех физических и геометрических понятий, которые продолжают действовать на сфере Шварцшильда. Отличие этих понятий от тех, которыми описывается наше обычное окружение, определяет отличие движения внутреннего наблюдателя во внутреннем пространстве сферы Шварцшильда от обычного механического движения.

С другой стороны, между вселенными многомерного времени возможны и такие взаимоотношения, которые допускают ориентировку внутреннего наблюдателя при переходе его из одной вселенной в другую. Эта ориентировка осуществляется на основе тех же физических и геометрических понятий, которые описывают движение данного наблюдателя во внутреннем пространстве сферы Шварцшильда. Само по себе это не должно вызывать удивления, поскольку ранее мы уже говорили, что внутреннее пространство сферы Шварцшильда является общим для черных и белых дыр разных вселенных. Но если в обычных черных и белых дырах, описываемых решением Шварцшильда, сингулярность мешает движению внутреннего наблюдателя из одной вселенной в другую, то в дырах, описываемых решениями, Нордстрема, Керра и Ньюмена, она не мешает этому движению.

В 1918 году Нордстрем нашел решение уравнений общей теории относительности, описывающее черную дыру, обладающую электрическим зарядом. (Точнее, его дыра может обладать не только электрическим, но и магнитным зарядом, но последний случай мы не будем рассматривать). Практически сразу же стало ясно, что для реальных черных дыр, которые могут существовать во Вселенной, решение Нордстрема несущественно. Объясняется это тем, что электрические силы намного сильнее сил тяготения, поэтому они быстро разбросали бы заряженные частицы межзвездного газа и не дали бы образоваться звезде такой массы, которая допускала бы ее гравитационный коллапс. Поэтому если заряженные черные дыры и существуют во Вселенной, то их электрический заряд должен быть незначительным.

Более интересный случай представляет решение Керра. В 1963 году он нашел решение уравнений общей теории относительности, описывающее вращающуюся черную дыру. Такая дыра, как и все прочие черные дыры, обладает сферой Шварцшильда, но в дыре Керра эта сфера окружена еще одной предельной поверхностью, называемой "пределом статичности". Эта поверхность является не сферой, а эллипсоидом вращения, совпадающим на полюсах со сферой Шварцшильда. Если вращательный момент дыры Керра равен нулю, то предел статичности полностью совпадает со сферой Шварцшильда.

Пространство между поверхностями предела статичности и сферы Шварцшильда называется "эргосферой". Ни одна материальная частица, попав в эргосферу, не может находиться в покое и вовлекается во вращение дыры Керра. При этом она может двигаться по спиральной траектории, постепенно сближаясь со сферой Шварцшильда и уходя в конце концов под нее; по стационарной круговой орбите в пределах эргосферы; или по спиральной траектории, постепенно сближаясь с пределом статичности и выходя в конце концов за него в обычное пространство Вселенной. Последние два случая отличают дыру Керра от дыр Шварцшильда и Нордстрема, в которых стационарные орбиты вообще невозможны.

Большинство звезд в нашей Вселенной обладают вращательным моментом, причем в гравитационном коллапсе этих звезд их вращательный момент должен возрастать (из-за уменьшения диаметра этих звезд). Это означает, что если черные дыры реально существуют во Вселенной, то большинство из них должны быть дырами Керра, а не дырами Шварцшильда. Или комбинированными дырами Нордстрема и Керра, имеющими небольшой электрический заряд и большой вращательный момент. Последние описываются решением Ньюмена, нашедшим в 1965 году решение уравнений общей теории относительности для случая вращающихся черных дыр, обладающих электрическим зарядом.






??????.???????