Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
начале 60-х годов, без каких-либо наблюдательных данных Уилер [219, 220]
побуждал своих коллег-физиков рассматривать гравитационный коллапс и
возникающую сингулярность как «один из величайших кризисов всех времен»
для фундаментальной физики. Возможно, именно благодаря влиянию Уилера
астрофизики, когда были открыты квазары, сразу стали искать объяснение в
гравитационном коллапсе. И в последующем интеллектуальном брожении
астрофизики начали спрашивать себя, каких других наблюдательных
проявлений можно было бы ожидать от сколлапсировавших объектов. С этого и
началась современная эра астрофизики черных дыр с ее наблюдательно-
теоретическими связями, хотя термин «черная дыра» был придуман еще
Уилером [221].
1.2. О ХАРАКТЕРЕ ЭТОЙ СТАТЬИ
В последние годы ряд талантливых физиков-теоретиков успешно переходит от
общей теории относительности и квантовой теории поля к исследованию
астрофизических проблем, включающих черные дыры. Этот переход часто
чрезвычайно труден. Он влечет за собой освоение большого объема новой
физики, а также, что боль-лее важно, освоение совершенно нового стиля
исследований.
Эта статья адресована тем физикам-теоретикам, которые поддаются искушению
вслед за своими коллегами заняться астрофизикой, тем, кто, не стремясь к
переменам, хочет посмотреть на мир с других позиций, студентам, которые
могли бы захотеть заняться астрофизикой, но до сих пор мало сталкивались
с ней, и, наконец, тем, кому просто интересно узнать, какую роль могли бы
играть черные дыры в астрофизической картине мира. Эта статья не
адресована уже работающим астрофизикам.
Вследствие такой направленности (а также по лености) мы воздержались от
проведения тщательного исследования литературы по
III. Астрофизика черных дыр
165
астрофизике черных дыр и от написания ее подробного обзора. (В дальнейшем
будет очевидно, что мы в долгу перед более ранними обзорами, например
[59].) Вместо этого мы делаем следующее. В разд. 2 мы пытаемся дать
читателю общее представление о характере исследований в астрофизике
черных дыр, т. е. о знаниях, необходимых для работы, и о стиле, в котором
думают и вычисляют. Затем в разд. 3—7 мы переходим к обзору наиболее
правдоподобных современных сценариев, касающихся роли черных дыр во
вселенной, и наблюдательных данных, на которых проверяются эти сценарии.
Для каждого сценария дается только несколько ссылок: те, которые, как мы
думаем, могли бы быть наиболее полезны для новичка в этой области, или
те, которые могли бы указать ему наиболее прямой путь в литературу.
Зачастую это означает, что мы ссылаемся скорее на обзоры, чем на
оригинальные статьи. Наши сценарии организованы в разделы следующим
образом:
3. Черные дыры «звездной массы» (М~(1—100)Л1э), одиночные
в межзвездной среде.
4. Черные дыры звездной массы в двойных системах.
б. Черные дыры, которые могли бы образоваться и существовать в шаровых
скоплениях.
6. Черные дыры в ядрах галактик и квазарах.
'7. Черные дыры, которые могли бы образоваться до галактик, либо в самом
«большом взрыве», либо в догалактических конденсациях.
1.3. НЕКОТОРЫЕ МОЛЧАЛИВО ПОДРАЗУМЕВАЕМЫЕ ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ АСТРОФИЗИКИ
ЧЕРНЫХ ДЫР
В литературе и в процессе работы в этой области с самого начала
принимается несколько недоказанных предположений, которые обычно явно не
формулируются. Они включают в себя:
1. «Предположение обруча» — что черная дыра образуется тогда и только
тогда, когда масса М. становится компактной в области, окружность которой
в любом направлении есть М, так что обруч такого размера может
скользить по этой области и поворачиваться на 360° (см. дополнение 32.3 в
книге Мизнера, Торна и Уилера [133], в дальнейшем цитируемой как МТУ).
2. «Гипотезу космической цензуры» — в процессе превращения компактного
объекта в черную дыру и впоследствии в ходе эволюции дыр в реальной
вселенной никогда не образуются «голые» сингулярности (см. Пенроуз,
[155]), за исключением, может быть, конечного момента испарения черной
дыры.
3. «Предположение о быстрой потере волос» — что в отсутствие сильных
внешних динамических гравитационных возмущений черная дыра с массой М
будет приходить в стационарное состояние ва время
At ~ 100М ~ 10-» с (М/М0)
166
Р. Д. Блэндфорд, К? С. Торн
(см., например, дополнение 32.2 в книге МТУ [133], распространенное на
характерные ситуации).
4. «Гипотезу слияния» — что при столкновении двух черных дыр они
всегда сливаются, образуя единую черную дыру (см., например, [189] в
применении к характерным ситуациям).
Кроме того, астрофизические исследования, безусловно, опираются на важные
основные теоремы и результаты, полученные в физике черных дыр.
2. О ХАРАКТЕРЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В АСТРОФИЗИКЕ ЧЕРНЫХ ДЫР
Фундаментальная теория черных дыр является хорошо обоснованной,
элегантной, чистой и самосогласованной. Она неумолимо и определенно
следует из фундаментальных законов физики. Теория черных дыр в
астрофизическом окружении представляет собой полную противоположность.
