Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://xray.sai.msu.ru/~polar/html/publications/pop/bh_zvez.txt Дата изменения: Wed Mar 1 13:55:19 2000 Дата индексирования: Sat Dec 22 04:48:52 2007 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: trifid nebula

ЧТО ВНУТРИ У ЧЕРНОЙ ДЫРЫ.

Черной дырой называется область пространства-времени,
ограниченная горизонтом, то есть поверхностью, которую даже свет не
может покинуть вследствие действия гравитационных сил. Точка зрения
теории относительности (ОТО) на черные дыры (и их внутреннюю
структуру) состоит в следующем. Мы (по определению) не можем получить
никакой информации из черной дыры, поэтому она для нас именно ЧЕРНАЯ,
то есть в рамках этого подхода вопрос о внутренней структуре черной
дыры не является полностью корректным, т.к. мы не можем произвести соответствующие
измерения, а можем лишь предполагать что-то, не получая непосредственной
информацию оттуда.

Черная дыра первоначально появилась в 18 веке благодаря идеям
Митчела и Лапласа как предсказание в ньютоновской теории,
а затем уже как математическое решение ОТО. Для наиболее простой оценки
радиуса горизонта черной дыры (как у Митчела и Лапласа)
достаточно лишь положить вторую космическую
скорость равной скорости света. Для случае вращающихся и заряженных черных
дыр решения получаются уже только в рамках ОТО.

Существуют или нет черные дыры во Вселенной, или, все-таки, это
лишь наша игра ума и математики --- вопрос пока остается открытым.
Сейчас есть более 10 кандидатов в черные дыры в тесных двойных системах
и несколько кандидатов в сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик
(в том числе и нашей). Однако, это лишь кандидаты, хотя и очень хорошие,
и Нобелевская премия за открытие черных дыр пока никому не вручена.
Но, оставив вопрос о физическом обосновании, никто не запрещает
продлить решение внутрь черной дыры. Оказывается, что решение гладко
продолжается под горизонт
и заканчивается в точке, в которой одна из важнейших
характеристик пространства --- кривизна --- становится равной
бесконечности (как говорят "расходится").
Такое поведение и называется
сингулярностью, то есть областью, в которой не работает не только
физика, но и математика.

В какой-то мере исследование сингулярностей можно считать
физичным и в рамках ОТО, особенно в свете недавних результатов о конечной стадии
гравитационного коллапса. Дело в том, что несколько десятилетий назад
была сформулирована "гипотеза космической цензуры", которая
утверждает, что в обыкновенной Вселенной сингулярность может
существовать, лишь закрытая от нас горизонтом, то есть в виде черной
дыры. Так вот, недавно в ходе численного анализа разных сценариев
гравитационного коллапса было установлено, что при определенных
начальных условиях (вполне физических, надо отметить) процесс
гравитационного коллапса может закончится возникновением "голой"
сингулярности. В рамках ОТО аналитического ответа на этот вопрос пока нет.

У ОТО есть один очень большой недостаток --- она не поддается
процедуре квантования, в отличии от теорий остальных физических
взаимодействий (электромагнитного, слабого и сильного). Поэтому
создаются так называемые теории суперобъединения, в которые входит не
сама ОТО, а какой-либо (еще до конца не ясно, какой) вариант
эффективной теории гравитации, включающий ОТО. С точки зрения идей
квантовой механики, лежащей в основе объединения взаимодействий,
вопрос о внутренней структуре вполне правомерен, потому что все
пространство должно описываться одной характеристикой --- волновой
функцией. В рамках этого нового подхода были открыты (в математическом
плане, конечно) новые типы сингулярностей, которых нет в ОТО. Можно
выделить характеристики сингулярности, например, по скорости, с
которой кривизна расходится. В какой-то мере и горизонт событий черной
дыры можно считать сингулярностью, но не истинной, потому что кривизна
в этом случае конечна (расходится лишь один коэффициент),
более того, эту сингулярность можно убрать после соответствующего
преобразования координат.

В заключение надо заметить, что в науке о сингулярностях на
данный момент вопросов гораздо больше, чем ответов. Издавна в физике
существует мнение, что появление сингулярности говорит о
недостаточности наших знаний и неприменимости избранного подхода.
Проблема сингулярностей в математике (при решении дифференциальных
уравнений) еще только развивается, в физике белых пятен еще больше.
Самой главной проблемой для физики здесь является принципиальная
прямая экспериментальная непроверяемость наличия сингулярностей. Можно
лишь искать какие-то следствия наличия сингулярностей в "большой"
физике и думать о возможностях их экспериментальной проверки. Это
направление сейчас активно развивается, вопросов --- море, ответов
почти нет.

к.ф-м.н. Станислав Алексеев (ГАИШ)
к.ф-м.н. Сергей Попов (ГАИШ)

----------------------------------------------------------------------