Я думаю, что тяга к изучению непостижимых чёрных дыр была у человечества всегда, с первобытных времён. Наверное, даже с более ранних этапов эволюции – обезьянам тоже интересны дыры, как и многим другим животным, например, моему коту Джигурде. Гуляет себе Джигурда по двору, видит дырку в заборе – и обязательно суёт в неё свою любопытную рыжую морду. Так и человек. Казалось бы, сиди ты уже на попе ровно, ходи на работу и плати налоги, так нет же, обязательно надо в дыру залезть и посмотреть, чё там. Интересно же.
Сегодняшняя наша лекция о чёрных дырах будет несложной. Мы поговорим о таком простом понятии как радиус Шварцшильда. Моими корявыми словами это понятие можно изложить примерно так.
Всякое более-менее круглое тело имеет свой действительный радиус. Звёзды и планеты обычно круглые, так что в их отношении это тоже справедливо. Когда мы находимся на поверхности какой-нибудь, скажем, звезды, расстояние между нами и её центром равно этому самому радиусу. Согласно закону всемирного тяготения, сила, с которой нас притягивает звезда, обратно пропорциональна квадрату расстояния между нами и её центром, то есть, квадрату радиуса. Чем больше радиус, тем меньше сила притяжения, следовательно, тем меньшую величину должна иметь наша вторая космическая скорость, чтобы мы смогли покинуть поверхность этой звезды и улететь в открытый, свободный и демократический космос.
Это может показаться довольно странным, ведь мы знаем, что чем больше звезда или планета, тем мощнее у неё гравитация. Ничего странного тут в действительности нет – согласно тому же закону всемирного тяготения, сила притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел. Чем больше радиус звезды, тем больше у неё масса, а зависимость массы от радиуса выглядит достаточно интересно. К примеру, если при сохранении средней плотности Земли увеличить её радиус в 2 раза, то масса нашей планеты при этом увеличится в 8 раз. Возрастёт масса, возрастёт и сила тяжести. Так что, несмотря на утверждение из предыдущего абзаца, при увеличении радиуса небесного тела увеличивается и его сила притяжения.
Итак, мы получили зависимость гравитации от радиуса и массы, выраженную в законе всемирного тяготения: F = G*(m1*m2)/r^2 (G – гравитационная постоянная). Посмотрим на эту формулу и представим следующее: мы берём звезду и начинаем её сжимать. Молекулы вещества звезды прижимаются всё ближе и ближе друг к дружке, поэтому при сжатии возрастает плотность – как следствие, масса звезды остаётся постоянной, но уменьшается радиус. Уменьшив звезду до некоторых размеров, мы видим, что при постоянной массе и уменьшающемся радиусе возрастает сила её притяжения. Возрастает гравитация – возрастает и требуемая вторая космическая скорость. Что мы получим, если сожмём звезду до таких размеров, что вторая космическая скорость на её поверхности станет превышать скорость света? Мы получим чёрную дыру.
Чёрная дыра обладает некой воображаемой областью вокруг себя, ограниченной воображаемой же сферической поверхностью, называемой горизонтом событий. Эта граница области вокруг чёрной дыры, попав внутрь которой, мы уже не сможем выбраться обратно, не превысив скорость света. Радиус этого горизонта событий и называется радиусом Шварцшильда.
Для каждого космического объекта этот радиус свой, он зависит от массы и вычисляется по следующей формуле:
rg = 2G*m/c^2, где
rg – гравитационный радиус (радиус Шварцшильда)
G – гравитационная постоянная
m – масса объекта
c – скорость света в вакууме
Фактически этот гравитационный радиус совпадает с радиусом сферического тела заданной массы, вторая космическая скорость на поверхности которого была бы равна скорости света. Для большинства гравитирующих объектов во Вселенной радиус Шварцшильда многократно меньше их действительного радиуса. Например, для нашей планеты гравитационный радиус равен всего 8,84 мм. Это означает, что если мы сожмём Землю до шарика радиусом чуть меньше сантиметра, Земля станет чёрной дырой.
Если сжать звезду или планету до размеров её гравитационного радиуса, то уже никакие силы не смогут остановить её дальнейшее сжатие под воздействием собственной гравитации. Явление сжатия тела до радиуса Шварцшильда называется гравитационным коллапсом. Такой коллапс может происходить с массивными звёздами на последних этапах их жизни и эволюции, именно так из них и получаются чёрные дыры.
Что происходит с веществом звезды, сжатой до таких размеров? По сути своей оно превращается в гравитационную сингулярность – область с бесконечно высокой плотностью вещества. Но об этом мы поговорим уже в другой раз. Любите друг друга и не забывайте о чёрных дырах.
Помочь сайту
Поздравления
