Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Новиков И.Д. -> "Физика черных дыр" -> 2

Физика черных дыр - Новиков И.Д.

Новиков И.Д. Физика черных дыр — М.: Наука, 1986. — 328 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikachernihdir1986.djvu
Предыдущая << 1 < 2 > 3 4 5 6 7 8 .. 144 >> Следующая


И.Д. Новиков В.П. Фролов

Сексл (1975), Зельдович и др. (1976*), Шьяма (1976), Фролов (1976 *Ь, 1978*, 1983b), Руффини (1979), Бекенштейн (1980), Израэль (1983), Дымникова (1986*). (Здесь и далее при цитировании работ, опубликованных на русском языке, год публикации отмечен звездочкой.)
ГЛАВА I ВВЕДЕНИЕ

Черной дырой называют область пространства-времени, в которой гравитационное поте настолько сильно, что не позволяет даже свету покинуть эту область и уйти в бесконечность.

Черная дыра образуется при сжатии тела с массой Л/до размеров, меньших так называемого гравитационного радиуса — величины rg - IGMjc1 {G — постоянная тяготения Ньютона, с — скорость света). Скорость, необходимая для того, чтобы улететь в бесконечность с границы черной дыры (вторая космическая скорость), равна скорости света. Если учесть, что скорость света является предельной для скорости распространения физических сигналов, то нетрудно прийти к выводу о невозможности выхода наружу сигналов и частиц из области, лежащей внутри черной дыры. В рамках классической теории тяготения Эйнштейна этот вывод носит абсолютный характер, поскольку гравитационное взаимодействие является универсальным. В роли гравитационного заряда выступает масса, значение которой пропорционально полной энергии системы. Поэтому все объекты, обладающие энергией, участвуют в гравитационном взаимодействии.

Для описания черных дыр необходимо в полной мере использовать теорию гравитации Эйнштейна — общую теорию относительности (ОТО) *. На первый взгляд сложность этих уравнений, связанная, в частности, с их существенной нелинейностью, не позволяет надеяться на сколь-нибудь полное описание черных дыр и их свойств. Оказалось, однако, что по прошествии короткого времени после своего образования всякая черная дыра становится стационарной и ее гравитационное поле однозначно определяется малым числом параметров: ее массой и угловым моментом, а также значением электрического заряда (при наличии последнего). Физическая причина столь удивительного свойства черных дыр состоит в том, что только конфигурации физических полей (в том числе и гравитационного) весьма специального вида могут быть стационарными в исключительно сильном поле черной дыры.

Поскольку сигналы не могут выйти из черной дыры, а физические тела и излучение могут в нее падать, поверхность черной дыры играет роль своеобразной мембраны, а граница черной дыры в пространстве-времени, называемая горизонтом событий, является световой поверхностью. Появление черной дыры означает возникновение нетривиальной причинной структуры

*) Относительно проблемы черных дыр в неэйнштейновских теориях гравитации см., например, Уилл (1981).

5
в пространстве-времени. Все эти особенности черных дыр приводят к тому, что изучение их взаимодействия с физическими полями и веществом, а также между собой потребовало развития новых методов.

Хотя само название ’’черные дыры” было введено Уилером лишь в 1968 г., вопрос о возможности существования подобных объектов в рамках ньютоновской теории обсуждался Митчелом и Лапласом еще в конце XVlII в. [см. об этом Бэрроу, Силк (1983), Новиков (1985*) ]. В рамках ОТО с этой проблемой столкнулись, по сути дела, в год создания теории, после того как Шварцшильд (1916) получил первое точное (сферически-симметричное) решение уравнений Эйнштейна в пустоте. Это решение, помимо сингулярности в центре симметрии (при г = 0), обладало еще дополнительной особенностью на поверхности гравитационного радиуса (при г -Tg). Потребовалось более трети столетия, прежде чем в результате анализа ’’неожиданных” особенностей решения Шварцшильда, в котором принимали участие Фламм (1916), Вейль (1917), Эддингтон (1924), Ле-метр (1933), Эйнштейн, Розен (1935), наступило глубокое понимание структуры пространства-времени в сильном гравитационном поле и было получено полное решение рассматриваемой задачи [Синг (1950), Финкель-штейн (1958), Фронсдел (1959), Крускал (1960), Жекерес (1960), Новиков (1963*, 1964*а)]. На то, что этот интервал времени оказался таким длительным, по всей видимости, повлияло общее представление о невозможности существования в природе тел, размеры которых сравнимы с их гравитационным радиусом. Подобной точки зрения придерживался, в частности, сам создатель общей теории относительности. Однако в тридцатых годах после работ Ландау, Бааде, Цвикки и Оппенгеймера, в которых была показана возможность существования нейтронных звезд, чей размер лишь в несколько раз превосходит размер их гравитационного радиуса, интерес к свойствам сверхсжатых гравитационных систем сильно возрос. Картина гравитационного коллапса массивной звезды, приводящего к образованию черной дыры, была впервые описана Оппенгеймером и Снайдером (1939).

Следующий период относится к середине шестидесятых — началу семидесятых годов, когда после работ Синга, Крускала и других, в которых было получено полное решение для задачи Шварцшильда, и работы Керра (1963), обнаружившего решение, описывающее гравитационное поле вращающейся черной дыры, началось интенсивное теоретическое изучение общих свойств черных дыр и их классических взаимодействий. В это время были доказаны ставшие теперь классическими теоремы об ’’отсутствии волос” у черных дыр (т.е. об отсутствии каких-либо внешних индивидуальных признаков, кроме массы, момента импульса и заряда), о существовании сингулярности внутри них, о возрастании площади поверхности черных дыр. Эти и другие результаты позволили понять качественную картину образования черной дыры, ее возможной дальнейшей эволюции и ее взаимодействия с веществом и классическими физическими полями. Многие из этих результатов были подытожены в известных монографиях Мизнера, Торна, Уилера (1973) и Хокинга, Эллиса (1973).
Предыдущая << 1 < 2 > 3 4 5 6 7 8 .. 144 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed