Хван М.П. Неистовая Вселенная: От Большого взрыва до ускоренного расширения, от кварков до суперструн
Подождите немного. Документ загружается.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
241
241
П оэтом у сверхп лотное вещ ество н ейтронной звезды является экстрем альны м
свой ством м атерии как творени ем экстр ем ального астроф и зи ческого условия,
ком п он ентам и которого являю тся:
1) экстрем альное сж ати е, м асса объекта которого находится в п ределах от 1,4 MG Д О
3 M
⊙
,
;
2) сверхсильны е давления в п роц ессе такого сж атия;
3) сверхсильны е тем п ературы больш е м и ллиардов градусов;
4) сверхсильное м агнитн ое поле, си ла которого превосходи т в 10
12
и 10
13
раз средн ее
м агнитн ое п оле н аш его С олн ц а.
П оэтом у м ы долж н ы отказаться, при рассм отрен и и звездн ого м ира и его
эволю ц и и , от обы чн ы х представлений лю дей , вы работан ны х в н аш ей повседневной
ж и зни, о силе грави тации и ее сж ати и , о вы соких давлени ях и вы соких тем п ературах
в ты сячи градусов, а такж е о м агн и тном п оле Зем ли или С олн ц а. А когда м асса
косм ического ком п актн ого объ екта достигает 3 M
⊙
и п ревосходи т 10 M
⊙
,
20 M
⊙
,
30
M
⊙
,
и т. д., то п рирода звездн ого галакти ческого м ира п реподн оси т новы е
неож и дан н ы е и н овы е неви данн ы е сю рп ри зы (черны е ды ры , квазары , активны е
галакти ки и т. д.). П оэтом у разви ти е н аш его позн ан и я В селенной п рои сходи т н е
лин ейн о, п лавно в тради ц и он н ом пон и м ан и и эволю ц и и без скачков и преры ви стости .
Н ет, позн ани е дви ж ется через би ф уркац и и , катастроф ы , случайно, н ели н ейн о, через
хаос и порядок, через разум и и н туи ц и ю , логи ку и чувство, см еняя одн у
неоп ределен н ость другой: в н ем нет вечн ы х верш ин, достигн ув которы е, м ож н о
отдохнуть и созерц ать. В ерш ин а всегда превращ ается в равн и н у, и н а этой равни н е
опять вы растает новая верш ин а, которая всегда п окоряется новой п леядой
талантли вы х м олоды х учены х: н аука — это п окорен и е верш ин , нескончаем ы х в
природе звездн ого и галакти ческого м и ра В селен н ой . В селен н ая покоряется только
коллекти вном у разум у и ин туи ц и и , логи ке м ы ш лени я и чувствам вы сокоодаренны х
м олоды х учены х, ли ш енны х чувств зави сти и обустрой ства ли чн ого благоп олучи я:
нуж ны больш е и н троверты , а не экстраверты .
А теперь м ы рассм отри м вм есте рентген овские п ульсары и радиоп ульсары очен ь
кратко; дадим п росто сравн и тельн ы й анали з и х, в чем состои т их сходство и и х
различие.
• Во-п ервы х, и х сходство состои т в том , что и рентген овские п ульсары , и
ради оп ульсары суть н ейтрон н ы е звезды и, следовательно, п о своем у строени ю он и
состоят из трех слоев.
• Во-вторы х, и х сходство состои т и в том , что н а п оверхн ости н ейтрон н ы х звезд -
пульсаров образую тся сильн ы е м агнитн ы е поля, силовы е лин и и которы х
прони зы ваю т всю м ассу вещ ества эти х пульсаров (р ен тгеновского и
ради оп ульсара).
• В -третьих, и х различие (сущ ествен ное) заклю чается в том , что нейтрон н ая звезда
рен тген овских п ульсаров является в больш и н стве случаев член ом двойной
звездн ой си стем ы , а нейтрон н ы е звезды ради оп ульсаров в больш инстве случаев
являю тся один очн ы м и , сущ ествую щ им и вн е двойной звездн ой систем ы : эти м
различием оп ределяю тся в принцип и альном отнош ении все сущ ественны е
ф еном ен ы , н ам и наблю даем ы е, — рен тген овские лучи пульсаров и
длин н оволн овы е ради оволны : в зави сим ости от того, где в пр остранствен н о-
врем енн ом и зм ерении находятся нейтрон н ы е звезды , т. е. в систем е
простран ствен н о-врем ен н ой и ли вн е ее, ней трон н ы е звезды м огут бы ть
рен тген овским и пульсарам и или радиоп ульсарам и.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
242
242
• В -четверты х, и сточн и ком рен тген овского излучени я н ей трон н ой звезды
рен тген овских п ульсаров является взаим одействие аккреци рую щ его вещ ества с
си льны м м агни тны м полем на поверхности твердой атом арн ой коры н ейтрон н ой
звезды , в результате которого (т. е. взаим одей ствия) происходит нагрев
поверхности этой атом арн ой коры : и м енн о н агретая (разогретая, раскален н ая,
огнен н ая) п оверхн ость твердой атом арн ой коры и злучает электром агн и тн ы е волн ы
в диап азон е рентген овских лучей .
• В -п яты х, источн и ком ради ои злучен и я н ейтрон н ой звезды радиоп ульсаров
являю тся те ф и зические процессы , которы е п рои сходят в м агн и тосф ере как сф ере
си н хронного электром агн и тного излучен и я: си н хрон н ое излучен и е обладает
сущ ествен н ой характери сти кой — п оляризац и ей , т. е. строго упорядочен н ой
структурой согласованн ы х электронов вы соких эн ерги й и и х строгой
упорядоченн ой нап равленн остью .
Т аковы , в общ ем , в принци п и альн ом отн ош ении н ам и н аблю даем ы е с п ом ощ ью
сам ы х соверш енны х экспери м ентальн ы х п риборов (телескоп ы и т. д.) ф еном ены
ней трон н ы х звезд барстеров, рен тген овских п ульсаров и радиоп ульсаров. В этом как
раз состои т м ан и ф естац и я един ого (н ейтронн ая звезда как таковая) в разн ообразии и
м н огообразии: единое всегда п роявляется в разн ообразии и м ногообразии. П ростое и
слож н ое — еди н ое. Е ди н ое сам о по себе — простое и слож н ое: н ет и н е м ож ет бы ть
абсолю тн о простого и ли абсолю тн о слож н ого. С лож ное в своем сущ ественном
осн ован и и п росто, а п ростое в своем бы тий н ом проявлении всегда слож н о, т. е.
м н огообразно.
М ы сль человека всегда дви ж ется от п ростого, в котором содерж ится слож н ое; а
познанн ое н ам и слож н ое п редставляет собой п ростое. Э то простое н е является
абсолю тн о просты м : он о сам о п о себе слож но. А это познан н ое н ам и слож н ое сам о
по себе простое, содерж ащ ее ещ е более слож ное.
Т акова диалекти ка п озн ани я как вечн ое движ ен и е от п ростого к слож ном у и от
слож н ого сн ова к сверхслож н ом у.
А том как п озн анн ая вещ ь прост, н о эта познанн ая простота содерж ит
неп озн ан н ое ядро: п озн ан н ое нам и ядро атом а представляет собой п ростое,
состоящ ее из протона или протона и н ейтрон а, которы е как позн анн ы е
представляю тся н ам п росты м и . Н о п ростота п ротона (и ли н ей трон а) вклю чает ц елы е
слож н ы е м иры кварков; кварк-глю онн ы х цветны х взаи м одей стви й ; кварк-глю он н ой
плазм ы ; м и ры конф айн м ен та и скей ли н гов и т. д., пока кон ц а сам ого п ростого н е
видн о.
П ознан н ы й нам и атом н ам только каж ется п росты м , а н а сам ом деле разве
протон прост? К ак предполагает теори я Б ольш ого объеди н ени я, протон как частица
долж ен распасться на ещ е более просты е и м елкие части ц ы : p = uud.
А ведь п ри си льном сж атии сил тяготен и я атом разруш ается н а ядро (протон) и
электрон . А при ещ е более сильном сж атии си л тяготени я п ротон м ож ет рассы п аться
на три кварка, из которы х он состои т как простое.
Э лектрон п ока н еразруш им : он является ф ундам ентальн ой частицей наряду с
м ю оном и тау-лептон ом .
О дн ако при си льном сж ати и си л тяготен и я атом разруш ается, но рассы п ан н ы е
его части — е
-
и ρ м огут сли п аться, образуя н ей трон :
р
+
+ е
-
--> n
0
.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
243
243
В свою очередь ней трон как свободн ая части ц а распадается сн ова на ρ и е,
которы е снова сли п аю тся, образуя н ейтрон — n
0
. Т ак образуется н ейтрон н ая звезда,
состоящ ая и з уровн ей атом арн ой и н ей трон н ой м атери и .
В кон ечном счете образован и е нейтрон н ой звезды зави сит, как м ы уж е
отм ечали , от м ассы обы чн ой звезды : эта м асса Μ определяется пределом от 1,4 M
⊙
до 3 M
⊙
, но н е больш е. М ы в н аш ей работе п оказали, как образуется н ейтрон н ая
звезда как следстви е вспы ш ки сверхновой , отм еченной в древн и х летоп и сях
ки тайски м и учен ы м и в 1054 г.
М асса этой сверхновой звезды , взорвавш ейся в 1054 г., составляла более 26 M
⊙
:
в результате взры ва этой сверхновой образовали сь К рабовидн ая тум анн ость и
ней трон н ая звезда и з ядра-остатка взры ва сверхновой , м асса которой составляла не
больш е 3 M
⊙
. Зн ачи т, почти 23 M
⊙
взорвавш ейся в 1054 г. сверхновой , часть и з
которой уш ла на образован и е К рабовидной тум анн ости , а больш ая ее часть п окин ула
м есто взры ва сверхновой и до си х пор расп ространяется в бескон ечном пространстве
В селенной со скоростью 1 000 км /с, п остоянно зам едляясь и см еш иваясь с
разреж енн ы м вещ еством пространства В селенн ой .
М ы уж е отм ети ли, что звезды взры ваю тся, если их м асса н е м ен ьш е 6 M
⊙
и
более. О днако м асса ядра-остатка сверхн овой , и з которого п ри сж атии образуется
ней трон н ая звезда, не долж н а превы ш ать 3 M
⊙
и долж на н аходи ться в п ределах от 1,4
M
⊙
(т. е. предел м асс белы х карли ков) и до 3 M
⊙
, но н е более. Э тот предел от 1,4 M
⊙
до 3 M
⊙
назы вается п ределом Л ан дау— О пп енгей м ера— В олкова. О днако
ней трон н ы е звезды м огут образоваться и образую тся не только в результате взры ва
сверхн овой , н о и при эволю ц и и обы чн ой звезды , если ее м асса м ож ет стать п ределом
м ассы Л андау— О п п енгейм ера— В олкова. К аки м образом звезда-карли к, м асса
которой сравним а с M
⊙
, м ож ет преврати ться в н ейтрон н ую звезду? Д ело в том , что
обы чн ая звезда, находящ аяся в м еж звездн ой среде, м ож ет, подобно «косм и ческом у
пы лесосу», всасы вать и з этой м еж звездн ой среды вещ ество п ы ли и газа и тем сам ы м
постепенн о увели чивать свою м ассу и довести ее до предела м ассы образован и я
ней трон н ой звезды .
П оэтом у при исчерпан и и в н едрах обы чн ой звезды ядерного горю чего м атериала
в си лу вступ ает сж атие си л тяготени я, по д действием которого разруш аю тся атом ы
вещ ества обы чной звезды на п ротоны и электрон ы : электрон вдавливается в ядро и
там сли вается (сталкивается) с п ротоном , образуя н ейтрон — n
0
, которы й , как
свободн ая части ц а, распадается снова н а п ротон и электрон :
Т аки м образом , м ехан и зм н ейтрон и зац и и оди н и тот ж е, образуется ли
ней трон н ая звезда из ядра-остатка как следстви я взры ва сверхн овой и ли ж е из
обы чн ой звезды как «косм и ческого пы лесоса», всасы ваю щ его из м еж звездной среды
вещ ества пы ли и газа и тем сам ы м увели чи ваю щ его свою м ассу до предела м ассы
образован и я нейтрон н ой звезды .
П он ятие сж ати я сил тяготени я как ф ундам ен тальн ое и экстрем альн ое п он ятие
связан о и определяется пределом м ассы образован и я н ейтронн ой звезды со
сверхп лотн ы м вещ еством : результатом экстрем ального гравитац и он н ого сж ати я,
обусловленного м ассой звезды , является возни кновени е и п оявлен и е экстрем альн ого
сверхп лотн ого вещ ества в н ейтрон н ой звезде в результате н ей трон и зац и и :
ней трон и заци я — это экстрем альное грави тационное сж атие, в п роц ессе ко торого
происходи т раз-
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
244
244
руш ен и е атом арн ой м атерии и ядерн ой м атери и и образован и е экстрем ального
сверхп лотн ого вещ ества — нейтрон н ого вещ ества в ж и дкой сф ере, п лотность
которого сравн и м а с плотн остью ядерной м атерии — 10
15
г/см
3
.
Т аково общ ее п редставлен и е о сж ати и как экстрем альном п роявлени и сил
тяготени я, оп ределяем ы х и обусловлен н ы х п ределом Л ан дау — О п п енгейм ера—
В олкова. О дн ако в своем кон кретн ом ф изи ческом п роявлени и экстрем альн ое сж ати е
си л тяготения, как н ам и бы ло отм ечено н еодн ократн о в н аш ей работе, вклю чает ещ е
три м ом ен та:
1) экстрем альны е давлени я (сверхвы сокие);
2) экстрем альны е тем пературы (сверхвы соки е);
3) экстрем альны е м агнитн ы е п оля (сверхсиловы е).
С верхвы сокие давлени я, обусловлен н ы е сверхвы соким сж ати ем си л тяготени я,
являю тся экстрем альной си лой разруш ения атом ов и ядер и одноврем енн о созидан и я
нового сверхплотн ого вещ ества — нейтрон н ого вещ ества, соверш ен н о
сп еци ф и ческого, находящ егося в состоянии ж и дкой сф еры .
С верхвы сокие тем пературы , создаваем ы е экстрем альны м сж ати ем си л
тяготени я, являю тся эн ергети чески м и парам етрам и разруш ен и я («расплавлен и я»)
атом ов и ядер и сози дани я н ового сп еци ф и ческого вещ ества в ж и дком состоян и и —
сверхп лотн ого ней трон н ого вещ ества в нейтрон н ой звезде.
Н есом нен н о, к экстрем альны м услови ям , созидаю щ им экстрем альное
сверхп лотн ое вещ ество н ейтронной звезды , относи тся си льное м агни тное п оле: роль
сверхсильны х м агни тны х полей у н ей трон н ой звезды рен тген овских пульсаров и
ради оп ульсаров ф ундам ен тальна, как об этом м ы вы ш е п и сали . С и льное м агнитн ое
поле неотделим о от п оверх н ости атом арн ой твердой коры н ейтрон н ой звезды
рен тген овских п ульсаров, ибо взаим одействие аккрец и рую щ его п отока вещ ества с
си льны м м агн и тны м полем является подлинны м и сточн и ком рен тген овского
излучени я н ей трон н ой звезды рентген овских пульсаров: роль м агни тн ого п оля, сила
которого превосходи т в 10
12
и 10
13
раз среднее м агнитн ое п оле С олн ц а,
ф ун дам ен тальн а, как и роль си льны х давлени й и вы соких тем п ератур.
Е щ е более м ощ н ое зн ачени е и м еет м агн и тосф ера на поверхн ости атом арн ой
твердой коры ней трон н ой звезды радиопульсаров: она служ и т и обеспечи вает, как
м ы п и сали , м ехани зм син хротронного электром агни тного и злучен и я вы сокой
частоты , т. е. рож ден и е ф отон ов вы соких энерги й , которы е при прохож ден и и в
си льном м агни тн ом п оле п орож даю т пары электронов и п озитронов вы соких
энерги й , анн и гиляци я и х в си льны х м агнитн ы х п олях порож дает снова ф отоны
вы соких эн ергий и т. д. Р езультатом такого каскада взаим одей стви я и
взаи м оп ревращ ен и я является длинноволн овое радиоизлучен и е, которое м ы
наблю даем с пом ощ ью сам ы х соверш енны х соврем ен н ы х телескоп ов.
И так, м ы рассм отрели п роблем ы барстеров, рен тгеновски х п ульсаров и
ради оп ульсаров, чтобы п одчеркнуть ту идею экстрем альны х состояний вещ ества,
которую разрабаты вал в своих работах Д . А . К и рж н и ц : Э С В , обусловлен н ое
экстрем альны м и ф изи ческим и услови ям и — сверхвы соким давлени ем , сверхвы сокой
тем пературой и сверхвы соким м агн и тны м п олем , — и м еет ф ундам ен тальн ое
ф и лософ ское зн ачени е для п равильного осм ы слени я и поним ани я н ейтрон н ы х звезд,
их сущ н ости и характерн ы х особен н остей их проявления (барстеров, рентген овских
пульсаров и ради оп ульсаров и др.).
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
245
245
Г л ав а 6. Ч ер н ы е ды р ы
§ 1. О бщ ая теор и я отн оси тел ьн ости (О Т О )
П реж де чем рассм отри м теори ю тяготени я Э й н ш тейна (О Т О ), н еобходи м о
останови ться на теори и тяготени я Н ью тон а: сам ы м ф ундам ен тальн ы м закон ом
теори и тяготен и я Н ью тона является закон обратны х квадратов:
где ρ — грави тационн ая кон стан та Н ью тон а, т
1
и т
2
— м ассы тел, r
2
— квадрат
расстояни я: гравитационная си ла как сила притяж ени я п рям о п ропорцион альна
произведению м асс двух тел и обратно проп орц иональна квадрату расстоян и я м еж ду
взаи м одействую щ им и телам и. Н ью тон овский закон всем и рного тяготени я является
закон ом эм п ирических обобщ ени й : Н ью тон н е ставил перед собой задачу вы ясн ен и я
природы и сущ н ости гравитации. О н исходил и з эм пирическо й реальн ости
грави тационной си лы . А вопрос, какова при рода грави тации , почем у си ла
грави тационного взаи м одействия подчин яется закон у обратн ы х квадратов, в чем
сущ ность силы гравитаци онного п ри тяж ени я — все подобны е вопросы Н ью тон
счи тал ги п отети чески м и , а он счи тал, что "Hypothese non fing" («Г ипотез не строю »):
проблем а сущ ности силы гравитации отн осится к области построени я ги п отез,
поэтом у он счи тал и злиш ней сам у постановку проблем ы природы гравитац и он н ого
взаи м одействия м еж ду телам и.
О сновн ой ф и лософ ски й см ы сл нью тон овского закон а всем ирного тяготени я
заклю чается в передаче гравитаци он н ого взаим одействи я с бесконечн ой скоростью ,
т. е. м гн овен н о. Зн ачи т, си ла грави таци и при взаи м одействии м еж ду телам и,
независим о от того, н а каки х косм и чески х расстояни ях он и н аходятся, всегда
передается м гн овенн о с бескон ечной скоростью : это означает, что си ла грави тации
абсолю тн о не зависит от того, каково пространство гравитац и он н ого
взаи м одействия. У Н ью тон а п ространство и врем я носят абсолю тн ы й характер: он и
абсолю тн о неизм енн ы н езави си м о от того, каки е м атери альн ы е собы ти я п рои сходят
в этих абсолю тны х, н еизм енн ы х п ространстве и врем ен и . Э йнш тей н счи тал, что
нью тон овское п ространство — «пустой ящ и к», куда м ож н о влож и ть м атери ю и
вы тащ ить эту м атерию из этого «ящ и ка», а «ящ ик» остается без м атерии п усты м
сн ова. Ч то касается теории тяготени я Э й н ш тейн а, то принципиальное различи е
м еж ду О Т О и нью тон овской теори ей тяготения (Н Т Т ) заклю чается в том , что в
теори и тяготен и я Э йнш тейна нет и не м ож ет бы ть «пустого ящ и ка» п ространства: он
всегда н аполнен м атери ей. П о сущ еству, у Э й н ш тейн а нет пустого п ространства-
врем ени : эй н ш тейн овское п ространство-врем я всегда и везде н ап олн ено м атери ей , и
м атерия реальна в п ространственн о -врем енн ой структуре. П оэтом у у Э й н ш тей н а
нельзя м атери ю вы тащ и ть из п ространства, оставив его как «п устой ящ ик»: у
Э йнш тей н а м атерию м ож но вы тащ и ть из «ящ и ка» только вм есте с этим ящ и ком —
простран ством .
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
246
246
В ф и лософ ском ракурсе после создани я специ альн ой теории отн осительн ости
Э йнш тей н а беспокои ла и м енн о эта ф ундам ен тальн ая п роблем а м атери и ,
простран ства и врем ен и : С Т О яви лась как коренной пересм отр нью тон овских
представлен ий о пространстве, врем ен и , движ ени и и м атерии.
1. В основе С Т О леж ат два п ри н ц и п а — прин ц и п относительности и п остоян ство
скорости света.
2. К оренн ой пересм отр нью тоновских представлени й о пространстве и врем ен и ,
м атерии и движ ени и заклю чается в том , что отны н е отдельное сущ ествовани е
простран ства и врем ен и является ф и кцией : п ространство и врем я п редставляю т
собой единое неразры вн ое целое простран ство-врем я. Н ет пространства без
врем ени и н ет врем ен и без пространства:
В зависим ости от бы стры х, реляти ви стски х скоростей п ространственны е и
врем енн ой и н тервалы и зм ен яю тся, н о ds
2
как и н вари ант еди н ого п ространства-
врем ени остается сохран яю щ и м ся и неизм ен н ы м .
Т аки м образом , уж е С Т О радикальней ш им образом отличается от
нью тон овского п он и м ан и я пространства и врем ен и как абсолю тно сам остоятельны х
и незави си м ы х субстан ц и й .
П ри построении О Т О Э й н ш тейн , безусловн о, исходи л преж де всего и з С Т О : во -
первы х, нью тоновская м гновен н ая передача дей ствия гравитационного
взаи м одействия м еж ду м атери альны м и телам и находилась в явном проти воречи и с
сущ ествовани ем кон ечной п редельной скорости света. А во -вторы х, Э й н ш тейн
обнаруж и л второе глубокое п роти воречи е, которое состо яло в том , что, с одной
сторон ы , грави тация как сила притяж ен и я — всепрон и каю щ ая в сущ ее си ла, а с
другой сторон ы , вы деленн ость п он яти я инерц и альны х систем отсчета: гравитаци я
как универсальн ая всеп рони каю щ ая сила проти воречи т пон яти ю и н ерц и альн ы х
наблю дателей .
И з первого противоречи я м еж ду постоянством скорости света и м гновен н ой
передачей грави тац и онного взаи м одействи я Э й н ш тейн сделал ф ундам ен тальн ы й
вы вод о н есправедли вости нью тон овского закона обратн ы х квадратов:
грави тационное взаи м одействие, как и все другие, осущ ествляется с конечной ,
предельной скоростью света. Т ак бы л н и звергнут со своего п ьедестала один и з
ф ун дам ен тальн ы х принципов в Н Т Т — п ри н ц и п бескон ечной скорости п ередачи
грави тационной силы .
И з второго п роти воречи я, т. е. проти воречи я м еж ду у ниверсальн остью
всепрон и каю щ ей силы грави таци и и вы деленн остью пон яти я и н ерц и альны х
наблю дателей, Э й н ш тейн сделал вы вод о н епри м ен и м ости и н ерц и альн ы х си стем к
грави тации как всеп рон и каю щ ей си ле. Э то очень серьезн ы й вопрос о
ф орм улировании и н вари антны м образом ф ундам ен тальн ы х законов п ри роды : закон ы
природы долж н ы бы ть ф орм улированы си м м етри чн о. Законы тяготен и я долж н ы
бы ть си м м етри чн ы м и в лю бы х произвольн ы х си стем ах отсчета.
У ни версальность грави таци и как всепрон и каю щ ей силы — это клю чевая
проблем а в теори и тяготения Э йнш тей н а, п оэтом у на н ей следует останови ться более
подробно. О бщ ая теори я отн осительн ости как творени е одного ген и я Э й н ш тейн а —
еди н ствен н ая строгая в ф и зическом п лан е и и зящ ная в м атем ати ческом теория,
которая опи сы вает наш у В селенн ую в целом , ее рож ден и е, строен и е и структуру в
ф ун дам ен -
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
247
247
тальном расш и рени и , разви ти и и сам оорган и зац и и м атерии . Г рави тация — та
«тем н ая м атерия», которая является «строи тельны м » м атери алом образования
крупном асш табны х структур во В селенн ой (звезды , галакти ки , и х скоплен и я и
сверхскопления), силой, их связы ваю щ ей и оп ределяю щ ей их эволю цию . О Т О
является классической теорией, но не квантовой. О Т О есть един ствен н ая теория,
даю щ ая н ам описани е наш ей В селенн ой в ц елом и поним ани е нам и о сущ ности и
характере ее эволю ци и : О Т О и квантовая теори я — две теори и Х Х в., даю щ ие нам
все знан и е о В селен н ой .
У ни версальность гравитации как всеп рон икаю щ ей силы им еет
осн овополагаю щ ее значени е в построени и А . Э й н ш тей н ом своей теори и тяготен и я:
уни версальность гравитаци он н ой силы и всеобщ н ость п ространства-врем ен и —
взаи м осоп ряж ен н ы е и взаим осовм естим ы е ф ен ом ен ы в Т Т Э .
Во-первы х, нам в н астоящ ее врем я и звестн ы четы ре ти п а взаим одей ствий —
грави тационны е, электром агн и тн ы е, сильны е ядерн ы е (кварк -глю онны е и адрон н ы е)
и слабы е ядерн ы е: радиусы дей стви я первы х двух ти п ов взаи м одействий
безграни чн ы , в то врем я как ради ус дей стви я сильны х кварк -глю онн ы х
взаи м одействий — 10
-16
см , а сильны х адрон н ы х взаи м одей стви й — 10
-13
см . Ч то
касается слабы х ядерн ы х взаи м одействий , то и х радиус действия ещ е м ен ьш е — 10
-
17
см . Зн ачи т, из четы рех ти п ов взаим одей стви й только гравитационн ы е и
электром агн и тн ы е взаи м одей стви я и м ею т бесконечн ы е ради усы дей стви я, а сильны е
и слабы е взаим одействия разы гры ваю тся в п ределах 10
-13
см и 10
-17
см .
Во-вторы х, во врем ена ф орм ули рования О Т О (1911-1917) Э й н ш тейн а бы ли
известн ы только два п ервы е и з перечи сленны х вы ш е четы рех ти п ов взаи м одей стви й ,
а два п оследни х ти п а взаи м одействи й бы ли откры ты только в 30 -е гг. Х Х в., и бы ли
построен ы оп и сы ваю щ ие их теори и . П оэтом у вп олне естественно, что А . Э й н ш тей н
сосредоточи л свое вн и м ани е в осн овн ом н а и сследован и и и осм ы слени и двух
ф ун дам ен тальн ы х взаи м одей ствий — гравитации и электром агнетизм е: эти м м ож но
объясн и ть то обстоятельство, что Э й н ш тейн в п оследн и е три десяти летия посвяти л
себя проблем е создан и я единой теори и п оля как объедин ени я гравитац и и и
электром агн ети зм а. М ы н е касаем ся вопроса о том , почем у эта п оп ы тка А .
Э йнш тей н а создани я един ой теори и поля гравитации и электром агнетизм а не
увен чалась и н е м огла увенчаться успехом : в ф и лософ ском аспекте важ н а и
сущ ествен н а сам а п оп ы тка стрем лени я к единству м и роп он и м ани я.
О сновн ая идея А . Э й н ш тейн а о един ом м и ропон и м ан и и остается
ф ун дам ен тальн ой ф илософ ско-м етодологической целью и задачей соврем ен н ой
косм ологи и и астроф и зики элем ен тарн ы х частиц . М ало того, Э йнш тей н овская
ф и лософ ско-м и ровоззренческая п рограм м а о едином м и ропон и м ан и и реализуется:
во-первы х, в построени и стан дартной м одели ф изики элем ен тарн ы х частиц как
объеди н ени я в еди н ой теории трех ти п ов взаи м одей стви и — электрослабы х и К Х Д , а
во-вторы х, в стрем лен и и учен ы х-грави тационистов и элем ен тарщ иков к
объеди н ени ю всех четы рех типов взаим одей стви й — грави тац и онн ы х,
электром агн и тн ы х, си льны х и слабы х — в еди н ой теории всего сущ его (в частн ости,
в теори и суп ерструн ).
В -третьих, эй н ш тейновская програм м а о едином ф и лософ ском м ироп он и м ани и
реали зуется в поп ы тках учен ы х -специ али стов в построен и и таки х м оделей , как
суп ерсим м етрия, суп ергравитация, а такж е суп ерструн н ой еди н ой теори и всего
сущ его: все эти м одели н аходятся н а пути к еди н ой теории всего сущ его как еди н ом у
ф и лософ ском у м иропон и м ани ю . (В се эти м одели н ам и в наш ей работе рассм отрены
в первом разделе.)
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
248
248
Д ви ж ени е соврем ен н ой ф и зической м ы сли происходи т по п ути , н ачертанном у
Э йнш тей н ом в своей ф илософ ской програм м е о еди н ом м ироп он им ан и и . Э то с одной
сторон ы . А другая заклю чается в том , что в эй н ш тейн овской ф илософ ской
програм м е о едином м и роп оним ани и содерж и тся вели кая и дея о необходим ости
сбли ж ени я двух н аук — косм ологи и и ф и зи ки элем ен тарны х части ц : н аиболее
впечатляю щ и м собы тием в еди н ом м и ропон и м ан и и является «еди н ение» косм ологии
как н ауки о всепрони каю щ ей силе гравитации и астроф и зики ф ундам ен тальн ы х и
элем ентарн ы х части ц . Д аж е такой вели кий и зн ам ен и ты й С ти вен Х оки н г во всех
свои х работах постоян н о акцентирует н а одн ой стороне значи м ости О Т О Э й н ш тей н а,
что она является классической теори ей, а не квантовой.
А разве попы тка создани я теори и кван товой грави тации (т. е. м и крограви тации)
не связан а с ф и лософ ской п рограм м ой Э й н ш тей н а о един ом м ироп он и м ан и и и н е
вы текает и з сущ ества ее?
Б езусловн о, вели ки й ген и й А . Э йнш тей н абсолю тн о н е нуж дается в н аш ей
поддерж ке ф изического его творчества: для нас несом н енн ое значение им еет
ф и лософ ская сторона его м ироп он и м ания, которая всегда скры та в сф ере
бессознательного и является только в интуити вн ы й м ом ент озарени я научного
творчества.
П о крайн ей м ере, н ам представляется, Э й н ш тей н у принадлеж и т в м ом ен т
ф орм и ровани я своей О Т О и зящ н ое и красивое разреш ен ие трех вели ки х
противоречий, п ри этом м етодом разреш ен и я их яви лась и дея си м м етри и :
1. П ервое п роти воречи е есть противоречие м еж ду м ехани кой Н ью тон а и
электроди н ам икой М аксвелла: внутрен н яя си м м етри я, при сущ ая закон ам
м ехани ки Н ью тона, н есовм ести м а с ф ундам ен тальн ы м и законам и
электром агн и тн ой теори и М аксвелла. Э то п роти воречи е бы ло разреш ено
созданием А . Э й н ш тейн ом своей С Т О : законы дви ж ения Н ью тон а си м м етри чны
(т. е. и н вари антн ы ) относи тельно групп ы п реобразован и й Г али лея, а законы
релятиви стской м ехани ки сим м етри чн ы относи тельн о группы п реобразовани й
Л оренц а. Н о это возм ож н о бы ло благодаря кор енн ом у пересм отру нью тон овских
представлен ий о пространстве и врем ен и и ф орм ировании н ового м и ропоним ани я
о един ом н еразры вн ом единстве п ространства-врем ен и : отн ы н е раздельное
сущ ествовани е пространства и врем ени есть ф икц и я (как сказал В ольф ган П аули ).
2. Второе п роти воречи е есть п роти воречи е м еж ду п остоян ством (конечн остью )
скорости света С Т О и нью тон овской бесконечн ой скоростью расп ространени я
грави тационного взаим одействи я м еж ду м атери альны м и телам и: низвергн ут бы л
Э йнш тей н ом со своего пьедестала великий закон В сем и рн ого тяготен и я — закон
обратн ы х квадратов. С уть дела не только в том , что действие гравитации им еет
предельную скорость, но и в том , что грави таци он н ая сила локали зуется в каж дой
точке пространства и в каж ды й м ом ен т врем ен и : происходи т локализац ия
грави тации в искривлен н ом п ространстве-врем ени .
3. П роти воречи е м еж ду ун и версальностью гравитации как всеп рон и каю щ ей силы и
поняти ем инерц и альны х наблю дателей как вы делен н ой си стем ой отсчета:
грави тация — всеохваты ваю щ ая и всеп рон и каю щ ая си ла. Е сли сильн ы е и слабы е
ядерн ы е си лы н осят локальны й характер, то грави таци я — си ла всеохваты ваю щ ая
и всепрони каю щ ая: она охваты вает всю В селенн ую в целом , и он а прон и кает во
все без исклю чения сф еры В селен н ой — м икром и ра, м акром ира и м егам ира, т. е.
м и крозерн и сты х структур, м елкозерн и сты х и, безусловно, крупнозерн и сты х
структур
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
249
249
во В селенн ой . В лияни е гравитационного эф ф екта прен ебреж им о м ало в м и ре
элем ентарн ы х частиц — 10
-40
по сравн ени ю с си лой ядерн ого взаи м одействия,
равн ой 1, а в сф ере крупн озерн и сты х структур (звезды , галакти ки, скоплен и я
галакти к и сверхскоп лени я) грави тация играет госп одствую щ ую и дом инирую щ ую
роль: во всех структурах (м икрозерн исты х, м елкозерн и сты х и круп н озерн и сты х)
определяю щ им является еди н ство и взаим опрони ц аем ость бари он н ой и «тем ной
м атерии » как грави тац и и .
Т аков путь, которы й расчисти л А . Э й н ш тейн для п остроен и я своей О Т О .
§2. М одел и ч ер н ы х ды р
а. Ш вар ц ш и л ьдов ск ая м одел ь к ак сф ер и ч еск и -
си м м етр и ч н ая и стати ч еск ая ч ер н ая ды р а
Ш варцш ильдовская черн ая ды ра характеризуется только одним сво йством —
м ассой , сущ ествует вн е дви ж ени я и вн е вращ ен и я и н е обладает зарядом
(электрическим ). Ш варц ш ильдовская черн ая ды ра — результат грави тационн ого
коллап са ум ерш ей звезды . Е е ф ун дам ен тальны м и свойствам и являю тся горизон т
собы ти й и си н гулярность, при чем си н гулярн ость является точечн ой .
Г ори зонт собы ти й — это предел, гран и ц а ш варцш и льдовской черн ой ды ры .
Я дром ш варц ш ильдовской черн ой ды ры является точечн ая си н гулярн ость как
бесконечн ость плотности м атерии и и скри влени я пространства-врем ени .
Г ори зонт собы ти й означает, что все, что п оп адает под горизонт собы ти й ,
«провали вается» в область си н гулярн ости : н ет никаких ф изи чески х сил, которы е
м огли бы удерж ать вещ ество от п аден и я в си н гулярность или предотврати ть это
падени е. Зн ачит, все, что втян уто в под гори зонт собы ти й , н еотвратим о превращ ается
в син гулярн ость бесконечной п лотн ости м ассы -эн ерги и и и скри влен и я пространства-
врем ени , все сам о превращ ается в точечную си н гулярн ость.
Ш варцш ильдовская черная ды ра есть сф ери чески -си м м етри чн ая и деализаци я
реального п риродного объекта: ее свой ства во всех нап равлени ях остаю тся
одинаковы м и , н еи зм ен н ы м и . О н а не вращ ается и не обладает зарядом . Е ди н ствен н ы й
характери зую щ и й ее парам етр — м асса — отн осится к и сточн и ку грави тационного
коллап са. Э то сам ая простая м одель черн ой ды ры . Р асстояние от гори зонта до
си н гулярности н азы вается ш варц ш ильдовски м ради усом . В сф ере этого ради уса —
ш варц ш ильдовской си н гулярн ой сф ере — содерж ится вся и н ф орм аци я о строени и и
составе звезды , характере хим и чески х и ф и зи чески х проц ессов. В результате
грави тационного коллап са вся эта ин ф орм аци я теряется. П рои сходи т сглаж и вани е
всех н еодн ородностей. Э то п равило П райса: п усть там будут 1 тон н а кам н ей , 1 тон н а
сахара, 1 тонн а сп и рта и даж е слон однотон н ы й — все это за горизон том
перем алы вается, растворяется и ли квидируется. О стается одно — м асса: 4 тон н ы и
больш е ни чего — ни запаха, ни цвета, ни чего ж и вого и даж е ни каких слон овы х
костей. В се лики м атери и превращ аю тся за горизон том собы тий в одну
грави тационную м ассу и , следовательно, эн ерги ю : вся бари он ная м атери я в
коллап сирую щ ей черн ой ды ре п ревращ ается в «тем н ую м атерию ».
Ч ерн ы е ды ры в н астоящ ее врем я стали ц ентральной осью , вокруг которой
нан и зы ваю тся, как буси н ки, все ф ундам ентальны е проблем ы соврем енной
косм ологи и , от
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
250
250
реш ен и я которы х зави си т истин н ость наш и х представлени й о В селенн ой . В
соврем ен н ой косм ологии и ф и зи ке элем ен тарны х частиц черн ы е ды ры стали ц ентром
притяж ен и я ф и лософ ского интереса и осм ы слени я ф ундам ен тальн ы х проблем
наш его м ироп он и м ан и я.
О дн ако несм отря н а статичн ость и сим м етр ичность, черн ая ды ра Ш варц ш ильда
как объект, п одвергнуты й грави таци он н ом у коллапсу, содерж и т гори зон т собы ти й
как п редел (гран и ц у) черн ой ды ры : все, что находи тся вн утри горизон та, за кон ечн ое
врем я п ревращ ается в син гулярн ую точку пространства-врем ен и . С ледовательн о,
ф и лософ ский см ы сл коллап са черн ой ды ры заклю чается в катастроф ическом
разруш ени и — диверсиф и кации всего структури рован н ого и орган и зован н ого
различия (различия м асс и сил, эн ергии , длины и объем а, врем ен н ого течени я и
длительн ости — тем поральн ости и т. д.). Н о коллап с как катастроф и ческое
грави тационное сж ати е есть не только процесс ди версиф и кац и и , но и
инновац и он н ы й п роцесс — процесс сотворения нового состояни я м атерии и
простран ства-врем ен и в си н гулярн ой точке. К оллапс как диверси ф и каци я есть
внезапн ое катастроф ическое п ревращ ени е огром ней ш ей м ассы ум ерш ей звезды в
черн ую ды ру. Р еколлапс — это и нновац и он н ы й катастроф и чески й взры в, в
результате которого «черн ая ды ра», как Д А О , п орож дает сам ооргани зац и ю
В селенной. Б ольш ой взры в как явлени е сам оорган и заци и В селенн ой есть реколлапс
— катастроф ический внезапны й взры в си н гулярн ой точки . Ч ерной ды рой как точкой
бесконечн ой син гулярности м ож ет стать н е только звезда, н о и галактика, и
скоплени я галакти к.
Звезда радиусом в м и ллионы км в результате коллапса м гн овен н о п ревращ ается
и п рессуется в ком пактны й объект в н есколько десятков килом етром . В этом объекте
плотность м ассы (и , следовательно, эн ерги и ) достигает десятки и сотн и м илли ардов
тон н в 1 см
3
.
О дн ако преж де чем п ерейти к н епосредственном у рассм отрен и ю п роблем ы
черн ы х ды р, необходи м очен ь краткий и сторически й обзор развити я наш их
представлен ий о ф илософ ском п он и м ани и п ри роды пространства и врем ени , м атери и
и движ ени я как базовы х и ф ундам ен тальн ы х категорий наш его п он и м ани я
В селенной, ее строени я и эволю ции.
Э тот краткий экскурс м ы начн ем с истории ф и лософ ии, а затем перейдем к
истори и ф и зики и косм ологии.
Е сли обозреть в ц елом истори ю разви ти я ф и лософ ской м ы сли с сам ы х
древн ейш их врем ен до соврем ен ности, то м ож но утверж дать, что ун и кальн ой
ф и лософ ской идеей, н а которой м ож ет бы ть осн ован о п он и м ани е соврем ен н ой
м одели В селенн ой , является и дея Д А О Л ао -Ц зы . С таким м ои м категорически м
утверж ден и ем м ож н о согласиться, а м ож н о категори чески его отвергн уть, н о ф акт
остается ф актом : вся В селен н ая одн аж ды в р езультате Б ольш ого взры ва родилась и з
«си н гулярн ости ». Б ы ло «нечто» — зн ачи т, нечто, неопределим ое ни каким словом
или понятием ; «нечто», н едости ж и м ое ни внеш н и м чувством , ни разум ом человека,
ибо это «нечто», как Д А О , есть лиш енн ость всего сущ его — ли ш ен н ость бы тия,
зап аха, вкуса, ц вета, тяж ести, веса, а такж е каких бы то ни бы ло геом етрических,
ки н ем ати чески х, топологи чески х и и н ы х п ространствен н о -врем ен н ы х свой ств и т. д.
Д А О — это н еоп редели м ое н и каким словом , терм и н ом , сим волом и поняти ем
«нечто». О но неп ости ж им о ни чувством , н и разум ом человека, и бо, как отм ечает
Л ао-Ц зы , если бы оно бы ло нечто, определен н ое словом , терм ином и ли п он яти ем , то
оно п ерестало бы бы ть Д А О . В сякое оп ределени е, сказал Г егель, есть ограни чен и е, а
Д А О есть нечто бескон еч-