Современная наука может лишь предполагать, что происходило в этой нулевой точке, когда материя была спрессована в критическое состояние с бесконечной плотностью и бесконечной была кривизна пространства.
Но вернемся к замедлению времени. Одно из самых фантастических предсказаний общей теории относительности - полная остановка времени в очень сильном поле тяготения. Замедление времени тем больше, чем сильнее тяготение. Замедление времени проявляется в гравитационном красном смещении света: чем сильнее тяготение, тем больше увеличивается длина волны и уменьшается его частота. При определенных условиях длина волны может устремиться к бесконечности, а ее частота к нулю.
Со светом, испускаемым Солнцем, это могло бы случиться, если бы наше светло вдруг сжалось и превратилось в шар с радиусом в 3 км или меньше (радиус Солнца равен 700 000 км). Из-за такого сжатия сила тяготения на поверхности, откуда и исходит свет, возрастет настолько, что гравитационное красное смещение окажется действительно бесконечным.
С Солнцем этого никогда на самом деле не произойдет. На заре своего существования, через 15-20 млрд. лет, по подсчетам ученых, оно испытает, вероятно, множество превращений, его центральная область может значительно сжаться, но все же не так сильно.
Но другие звезды, массы которых в три и более раз превышают массу Солнца, в конце своей жизни действительно испытают скорее всего быстрое катастрофическое сжатие под действием своего собственного тяготения. Это приведет их к состоянию черной дыры.
Черная дыра - это физическое тело, создающее столь сильное тяготение, что красное смещение для света, испускаемого вблизи него, способно обратиться в бесконечность.
Черные дыры возникают в результате неудержимого сжатия вещества под действием его собственного тяготения. Чтобы возникла черная дыра, тело должно сжаться до радиуса, не превосходящего отношения массы тела к массе Солнца, умноженного на 3 км. Это критическое значение радиуса называют гравитационным радиусом тела. Физики и астрономы совершенно уверены, что черные дыры существуют в природе, хотя до сих пор их обнаружить не удалось. Трудности астрономических поисков связаны с самой природой этих необычных объектов. Ведь бесконечное красное смещение, из-за которого обращается в нуль частота принимаемого света, делает их просто невидимыми. Они не светят, и потому в полном смысле этого слова являются черными.
Между черной дырой и наблюдателем в обычном мире пролегает бесконечность, т. к. такая звезда находится за бесконечностью во времени. Гравитационное замедление времени, мерой и свидетельством которого служит красное смещение, очень значительно вблизи нейтронной звезды, а вблизи черной дыры, у ее гравитационного радиуса, оно столь велико, что время там как бы замирает. Для тела, попадающего в поле тяготения черной дыры, образованной массой, равной 3 массам Солнца, падение с расстояния 1 млн. км до гравитационного радиуса занимает всего около часа. Но по часам, которые покоятся вдали от черной дыры, свободное падение тела в ее поле растянется во времени до бесконечности. Чем ближе падающее тело к гравитационному радиусу, тем более медленным будет представляться этот полет удаленному наблюдателю. Тело, наблюдаемое издалека, будет бесконечно долго приближаться к гравитационному радиусу и никогда не достигает его. В этом проявляется замедление времени вблизи черной дыры.
Первая теоретическая модель черной дыры была построена в 1916 г. К. Шварцшильдом всего через несколько месяцев после опубликования А. Эйнштейном уравнений гравитационного поля в теории относительности. В процессе поиска точных решений уравнений гравитационного поля Шварцшильд пришел к описанию геометрии пространства-времени вблизи идеальной черной дыры. Это была простейшая модель сферически-симметричной черной дыры, характеризующейся только массой.
В 1965 г., группой физиков и астрофизиков была построена сложная модель черной дыры с массой, зарядом и моментом количества движения. Новый прорыв связан с созданием теорий, описывающих взаимодействие черной дыры и физического вакуума (, С. Хокинг и др.) и появляющиеся при этом необычные свойства черных дыр, в частности их «испарение».
Сильное гравитационное поле черной дыры должно вызывать бурное излучение электромагнитных волн при попадании в это поле газа. Газ образует закручивающийся вокруг черной дыры быстро вращающийся уплотняющийся диск. При этом кинетическая энергия его частиц, разгоняемых силой тяготения черной дыры, частично переходит в рентгеновское излучение, по которому черная дыра может быть обнаружена. Так, в 1972-1973 гг. было получено доказательство реального существования черных дыр, когда выяснилось, что рентгеновский источник Лебедь Х-1 — это тесная двойная звездная система, в которой вещество из звезды-гиганта (25 масс Солнца) перетекает к черной дыре (массой около 10 масс Солнца), генерируя мощный поток рентгеновского излучения.
В настоящее время существует уже более 10 кандидатов в черные дыры в тесных двойных системах и несколько десятков кандидатов в сверхмассивные черные дыры (с массой 108–109 масс Солнца) в ядрах галактик, в том числе и нашей.
Современный этап развития физики характеризуется новым мощным прорывом в нашем понимании строения материи. Если в первые десятилетия XX века было понятно устройство атома и выяснены основные особенности взаимодействия атомных частиц, то теперь физика изучает кварки - субъядерные частицы и проникает глубже в микромир. Все эти исследования теснейшим образом связаны с пониманием природы времени.
Очень важное значение для науки и будущей технологии имеют такие свойства времени, как его замедление вблизи нейтронных звезд, остановка в черных дырах и "выплескивание" в белых, возможность "превращения" времени в пространство и наоборот.
Подводя итоги, отметим, что начиная с XIX в. космологические проблемы — не дело веры, а предмет научного познания. Они решаются с помощью научных понятий, представлений, теорий, а также приборов и инструментов, позволяющих понять, какова структура Вселенной и как она сформировалась. В XX в. был достигнут существенный прогресс в научном понимании природы и эволюции Вселенной как целого. Конечно, понимание этих проблем пока еще далеко от своего завершения, и, несомненно, будущее приведет к новым великим переворотам в принятых сейчас взглядах на картину мироздания.
Заключение
Век за веком, путем споров и соглашений, научный мир «шлифует» одну теорию за другой. Наши знания прошли долгий путь − от самых невероятных представлений о времени и пространстве, сквозь сотни экспериментов, к тому, что мы можем обнаружить вокруг себя в данный момент.
В наше время такие фразы, как «искривленное пространство-время», «время на Земле и в Космосе течет неодинаково» и «Вселенная расширяется», ни у кого не вызывают удивления.
Как часто, читая увлекательный фантастический роман, встречаешь историю, повествующую о путешествиях во времени и пространстве. Весьма нередко описывается ситуация, когда члены космической экспедиции (или какие-нибудь путешественники во времени) возвращаются домой почти такими же молодыми, как улетели, между тем как дома за это время прошли сотни лет.
Все это говорит о том, что наш век – это качественно новая ступень в восприятии пространственно-временного континуума и наши знания – далеко не предел.
Библиографический список
1. Исаак Ньютон. Математические начала натуральной философии. – М., 1989
2. электродинамике движущихся тел // Собрание научных трудов в 4-х тт. Т. 1. - М., 1965
3. Еремеева картина мира и ее творцы. - М.:, 1984.
4. Найдыш современного естествознания: Учебник. — Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.:, 2004.
5. Казарян современного естествознания, под ред. . - М., 2002.
6. Горбачев современного естествознания: Учебное пособие. - М., 2003.
7. Энциклопеция физики и техники [Электронный ресурс]: Пространство и время.
URL: http://www. femto. /articles/part_2/3150.html
8. , и др. Учебное пособие. КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ [Электронный ресурс]:
URL: http://nrc. edu. ru/est/pos/index. html
9. Свободная энциклопедия Википедия [Электронный ресурс]:
URL: http://ru. wikipedia. org/wiki/
10. , Проблема времени, пространства и симметрии, 1920-1942 [Электронный ресурс]:
URL: http://www. vvvasilyev. ru/Kulturol/Vernadski/PVPiS_6.htm
[1] Исаак Ньютон. Математические начала натуральной философии. – М.: Наука, 1989. С. 42
[2] Исаак Ньютон. Математические начала натуральной философии. – М.: Наука, 1989. С. 43
[3] Еремеева картина мира и ее творцы. - М.: Наука, 1984. С. 157
[4] электродинамике движущихся тел // Собрание научных трудов в 4-х тт. Т. 1. - М., 1965. С. 13
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
