Теория относительности и черные дыры в космосе

Черные дыры в космосе являются одним из удивительнейших явлений Вселенной, известных современной науке. Их существование было предсказано еще Альбертом Эйнштейном в первой четверти XX века.

Теория относительности, связь пространства и времени

Еще в конце XIX века физика считалась практически исчерпавшей себя наукой. Ученым казалось, что все загадки естественной природы решены, а устройство окружающего мира вот-вот будет полностью объяснено в рамках существующих представлений науки. Как оказалось, Вселенная преподнесла ошеломляюще неожиданные новости для физиков. Молодая на тот момент наука - термодинамика - открыла, что распространение света не объясняется классическими законами ньютоновской механики. Эта задача заняла умы ученых всего мира. Решить ее удалось молодому сотруднику патентного бюро из Швейцарии. Его звали Альбертом Эйнштейном. Созданная им картина мира – теория относительности – совершенно перевернула представление человечества об устройстве Вселенной. Среди всех прочих следствий теории относительности замечательным выводом стала неразрывная связь пространства и времени. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что скорость течения времени для конкретного человека (или любого объекта – системы отсчета) тесно связана со скоростью передвижения в пространстве. На доступных нам повседневных скоростях это совершенно незаметно. Однако если разогнать тело до скорости, близкой к скорости света, начнутся чудеса – время буквально замедлится. Эта идея неоднократно была реализована в научной фантастике XX века.

Искривление пространства и времени, черные дыры в космосе

Другим интересным выводом Эйнштейна стал тот факт, что и пространство, и время буквально могут искривляться под действием сил гравитации. Это означает, что время течет медленнее не только для быстродвижущегося объекта, но и вблизи очень массивных тел. И чем ближе к нему, тем сильнее замедляется время.

Как бы парадоксально это не звучало, но на первом этаже небоскреба время идет более размеренно, чем на двадцатом. Но опять же из-за сравнительно небольшой по космическим меркам размерам Земли мы этого никогда не замечаем. Разница составляет миллионные доли секунды. Так же происходит искривление пространства. Оно попросту выгибается в направлении к массивному телу, буквально тянущего его к себе своей гравитацией. Уже из этого факта вытекало, что черные дыры в космосе могут существовать. Возможность таких тел предполагалась еще до открытия теории относительности ученым XVIII века Джоном Митчеллом. Однако первым это доказал на основе эйнштейновских уравнений другой немецкий ученый – Карл Шварцшильд.

Первое практическое подтверждение эйнштейновской теории искривления пространства было подтверждено еще в 1919 году, когда английский астроном Артур Эддингтон подтвердил, что свет далеких звезд, проходящий вблизи Солнца, действительно им искривляется. Это настолько массивное тело, что оно не просто выгибает в свою сторону все пролетающие мимо него тела и световые лучи, но и притягивает их к себе. На Земле, чтобы тело отправить в космос, необходимо придать ему скорость 11,2 км в секунду. Это называется скоростью убегания. Но на более тяжелой планете, например на Юпитере, потребовалась бы большая скорость и, соответственно, большая энергия. А вообразите себе, что черные дыры в космосе – это настолько плотные объекты, что их скорость убегания выше 300 тысяч км/сек. Это означает, что свет не может преодолеть их притяжение. А если черная дыра в космосе не отпускает свет, то от нее не сможет убежать ничего. Поскольку согласно теории относительности скорость света является наибольшей возможной скоростью в природе.

Современный взгляд в космос. Черные дыры на картах астрофизиков

Сегодня ученые обнаружили более тысячи объектов на звездном небе, которые считаются черными дырами. Сложность их точного определения состоит в том, что эти объекты нельзя наблюдать непосредственно. Их можно заметить лишь по поведению соседних небесных тел. Так, в центре большинства галактик находятся огромной массы черные дыры, вокруг которых вращаются миллиарды звезд. В том числе и наш Млечный путь.