Гравитация Том 3 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
I
80 33. Черные дыры
V
ФИГ. 33.1.
Сферический гравитационный коллапс в сжимающихся координатах Эддингтона — Финкелыптейна. «Поверхность последнего влияния» Jf представляет собой сжимающуюся нулевую поверхность, пересеченно которой с горизонтом совпадает с пересечением горизонта поверхностью коллапсирующей звезды. После того как внешний наблюдатель, двигаясь вперед во времени, пересек поверхность последнего влияния, он уже не может взаимодействовать со звездой или оказать на нее какое-либо влияние прежде, чем поверхность звезды упадет под горизонт. Поэтому поверхность последнего влияния можно представлять себе как «место рождения» черной дыры. До пересечения этой поверхности внешний наблюдатель может сказать, что с помощью фонаря он исследует форму коллапсирующей звезды; после прохождения через эту поверхность он может считать, что посылаемые им сигналы исследуют уже черпую дыру. Дальнейшее обсуждение этого вопроса см. в тексте.
до того, как они сами пересекли нулевую поверхность./Г, то они никогда не смогут получить обратно ни одного отраженного фотона\ Очевидно, фонари не помогут увидеть «застывшую звезду».
Сагредус. Я не могу не согласиться с логичностью вашего доказательства. Тем не менее визуальное наблюдение — не единственный способ взаимодействовать с застывшей звездой. Как я уже предлагал, можно устремиться вниз на космическом корабле и захватить некоторое число барионов с поверхности. Можно также позволить веществу упасть по радиусу на застывшую звезду. Когда это вещество ударится о поверхность звезды, огромная кинетическая энергия превратится в тепло и выйдет наружу в виде излучения.
§ 33.1. Почему «черная дыра»? 81
Сальватиус. На первый взгляд кажется, что это могло бы произойти. Ho обратимся вновь к изучению фиг. 33.1. Никакой космический корабль, устремившийся вниз, никакое вещество не может двигаться быстрее, чем луч света. Таким образом, если решение лететь вниз принято после того, как корабль пересек поверхность то космический корабль не сможет достичь звезды раньше, чем она упадет под горизонт; ни ракета, ни пилот не смогут коснуться звезды, захватить барионы с ее поверхности и вернуться, чтобы поведать нам о своих приключениях. Точно так же падающее вещество, движение которого происходит по отношению к JV' в будущем, никогда не сможет удариться о поверхность звезды прежде, чем она пересечет горизонт. Поверхность .Л' на самом деле является «поверхностью последнего влияния». Если кто-то или что-то пересекает поверхность jV\ он или оно не имеет никакой возможности когда-либо и как-то влиять на звезду или взаимодействовать с ней прежде, чем звезда упадет под горизэнт. Таким образом, с точки зрения причинности или «взаимодействия» коллапсирующая звезда на поверхности превращается е дыру в пространстве. Сначала эта дыра не является черной. Вследствие конечности скорости света излучение коллапсирующей звезды в течение некоторого времени после достижения Ж еще выходит, точно так же как излучение Большого взрыва горячей Вселенной доходит до нас и сегодня. Ho если наблюдатель, расположенный на радиусе г 2М, подождет
в течение времени 2г после прохождения через JT (столько времени нужно для того, чтобы поверхность JfT достигла горизонта и лучи света, испущенные на радиусе R ~ ЗМ, вернулись к наблюдателю), то он увидит, что недавно возникшая дыра начинает превращаться в черную; затем по прошествии времени At ~ (10 -s с) (MIMq) дыра станет совершенно черной.
Сагредус. Вы убедили меня. Для всех практических целей выражение «черная дыра» прекрасно описывает объект. Другие названия, такие, как «застывшая звезда» и «сколлапсировав-шая звезда», которые встречались в физической литературе до 1969 г., подчеркивают те аспекты явления, которые связаны с оптическим обманом. Нужно не обращать внимания на звезду, породившую черную дыру, поскольку нет способа взаимодействовать со звездой, находясь вне поверхности последнего влияния. Звезда не имеет никакого отношения к физике и астрофизике последующих явлений. Только горизонт и его внешняя геометрия пространства-времени имеют отношение к будущему. Давайте договоримся называть горизонт «поверхностью черной дыры», а ее внешнюю геометрию «гравитационным полем черной дыры».
Сальватиус. Согласен.
I
82 33. Черные дыры
Структура черной дыры однозначно определяется ее массой 3/, зарядом Q и собственным моментом импульса S
Эвристическое
объяснение
M-Q-S-
однозначностн
§ 33.2. ГРАВИТАЦИОННОЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЯ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ
Коллапс электрически нейтральной звезды, обладающей сферической симметрией, приводит к появлению сферической черной дыры с внешним гравитационным полем, которое описывается шварцшильдовским линейным элементом
ds2== - (I - 2 M/г) сП2 + Y-IMjr + r* + sin2 {)і1Ф2)- (33л>
Поверхность черной дыры (т. е. горизонт) расположена при г == 2M (на гравитационном радиусе). Лишь область на поверхности черной дыры и вне ее при г 2M связана с внешними на-
блюдателями. События, происходящие внутри горизонта, никогда не смогут повлиять на внешнюю область.
