Вот уж поистине фантастическое изменение представлений о течении времени. То, что мы говорили о наблюдателе на космическом корабле, относится и к воображаемому наблюдателю на поверхности сжимающегося шара, когда образуется черная дыра.
Теперь читателю, наверное, понятна моя первоначальная ошибочная убежденность, что в черную дыру нельзя попасть. Я смотрел на ход этого процесса по времени (по часам) внешнего наблюдателя и видел, что он бесконечно долгий, а надо было смотреть по времени падающего наблюдателя. По этому времени падение внутрь дыры происходит за конечное время и даже очень быстро.
Наблюдатель, упавший в черную дыру, никогда не сможет оттуда выбраться, как бы ни были мощны двигатели его корабля. Он не сможет послать оттуда и никаких сигналов, никаких сообщений. Ведь даже свет — самый быстрый вестник в природе — оттуда не выходит. Для внешнего наблюдателя само падение корабля растягивается по его часам до бесконечности. Значит, то, что будет происходить с падающим наблюдателем и его кораблем внутри черной дыры, протекает уже вне времени внешнего наблюдателя (после его бесконечности по времени). В этом смысле черные дыры представляют собой дыры во времени Вселенной.
Конечно, сразу оговоримся, что это вовсе не означает, что внутри черной дыры время не течет. Там время течет, но это другое время, текущее иначе, чем время внешнего наблюдателя.
Когда обучение в аспирантуре близилось к концу, я написал работу об этом другом времени, и она до сих пор является одной из моих самых любимых. Суть сделанного мной открытия состояла в том, что если переходить из внешнего пространства внутрь черной дыры, то в формулах, описывающих геометрию четырехмерного пространства-времени, координата времени просто заменяется на радиальную пространственную координату, и наоборот. Или, иначе говоря, время превращается в радиальное пространственное расстояние, а это расстояние-то и есть время!
Некоторое представление о том, что происходит, читатель может составить, глядя на рисунок 4 (б). Пространство, изгибаясь при образовании черной дыры, имеет на ее границе уже вертикальное направление (самая верхняя поверхность на рисунке 4(6)), а по вертикали мы откладываем время, что и значит, что пространство (радиальное направление) превращается во время. Удивительные вещи предсказывает теория Эйнштейна!
Когда я написал соответствующие уравнения (итог занимал всего одну строчку), то, как всегда, немедленно отправился к А. Зельманову. Он, взглянув на то, что я принес, мгновенно все понял. Через несколько секунд он сказал: «Немедленно посылайте в печать». Я был поражен. Это была величайшая похвала, ведь обычно он заставлял все обдумывать и перепроверять месяцами, если не дольше, а свои статьи оттачивал годами. Так началось мое исследование черных дыр.
В конце 50-х годов проблемой внутренности черных дыр занялись молодые физики за рубежом — Д. Финкельштейн и М. Крускал, а затем и другие. Но на ранней стадии моей работы я об этом не знал. Продолжая исследование, мне удалось найти, как именно будут двигаться свободно летящие тела внутри горизонта событий. Эту область, где не может быть покоя, где все обязано падать к центру, я назвал Т- областью. Название подчеркивало обязательную зависимость от времени Т. Так часто подобные области называют и сейчас.
Ученые обычно с особенной любовью относятся к придуманным ими названиям и испытывают своего рода ревность, если кто-то забывает, что название введено ими. На первый взгляд это выглядит странным. Ведь ясно, что доказать что-то существенное в теории трудно, и, казалось бы, каждый, кому это удалось, а результат стал общепризнанным, должен испытывать большее удовлетворение от этого, чем от удачно придуманного и привившегося названия. Но на самом деле ситуация часто обратная, и я с этим не раз сталкивался. Наверное, тут подсознательно влияет на человека тог факт, что хороших работ в теории бывает достаточно много, а удачных, общепринятых названий всего несколько. Вот что пишет, например, английский математик Дж. Литвуд: «Обозначения L и R (left — левый, right — правый. — И. Н.), которые с благодарностью восприняло целое поколение студентов, были введены мною. В первом издании «Pure Mathematics» (Курс чистой математики. Г. Харди, — И. Н.) классы обозначались через Т и U. Более поздние издания содержат много ссылок на меня, но когда я намекнул Харди, что ему следует отметить и эту мою заслугу (что не было сделано), он отказался выполнить мою просьбу на том основании, что упоминать такие мелочи было бы оскорбительным для меня». (Это известная отговорка угнетателей: то, чего жертва хочет, не служит ее истинным интересам.)
Со мной произошел почти аналогичный случай. В одной из статей я много раз ссылался на известного советского астронома И. Шкловского, у которого учился, а затем работал, и с которым у нас были очень теплые отношения. В этой статье я упоминал об излучении, оставшемся во Вселенной с древних времен (мы о нем еще будем говорить в этой книге). Это излучение в зарубежной литературе (да и в части нашей) называли неуклюже — «микроволновое фоновое излучение». И. Шкловский назвал его реликтовым. Яркое название понравилось многим. Я его всегда использую. И. Шкловский, прочитав упомянутую мою статью, позвал меня и с большой обидой стал спрашивать, почему я не написал, что название придумано им. В свое оправдание (и совершенно искренне) я бормотал, что название используется уже давно и в десятках статей, что это будет несолидно для его авторитета во всем мире, если по таким пустякам на него ссылаться (буквально те же аргументы, что Харди приводил Литвуду). Но И. Шкловский настойчиво убеждал меня, что «это не пустяки!».
И я думаю, что он был прав. Яркое, эмоциональное название помогает обращать внимание на проблему, привлекает к ней и молодежь, и сложившихся ученых, да и стимулирует тех, кто уже над ней работает. Это своего рода реклама, а специалисты по рекламе хорошо знают, насколько важно запоминающееся название. Придумав название «черные дыры», Дж. Уилер способствовал популяризации проблемы гравитационного коллапса и среди профессионалов и среди всех, интересующихся загадками науки.
Скажем теперь несколько слов о том, как можно создать черную дыру. На первый взгляд, задача эта несложная. Надо взять какую-либо массу и сжать ее до размеров гравитационного радиуса. Это, конечно, верно. Однако дело чрезвычайно осложнено тем, что величина гравитационного радиуса ничтожно мала даже для больших масс. Так, если взять массу небольшой горы, то ее пришлось бы сжать до размера атомного ядра! Разумеется, не может быть и речи об искусственном создании черных дыр в современных лабораториях или в лабораториях обозримого будущего.
Даже если бы мы взяли массу Земли, то ее пришлось бы сжать до (по радиусу) 1 сантиметра, а массу Солнца — до 3 километров.
Но, оказывается, природа сама позаботилась о создании черных дыр, правда, достаточно большой массы. Такие черные дыры могут возникать в конце жизни достаточно массивных звезд.
Мы не будем здесь сколько-нибудь подробно говорить об эволюции звезд и о том, что их ждет в конце жизненного пути. Для нас достаточно будет сказать, что если звезда в самом конце активной эволюции, уже после исчерпания ядерного горючего, имеет массу, скажем, в десять масс Солнца и более, то весьма вероятно, что силы собственного тяготения сожмут ее до размеров гравитационного радиуса и превратят в черную дыру. Более того, первые черные дыры во Вселенной, возникшие из звезд, вероятно, уже открыты астрономией. О методах их поисков и открытий мы несколько подробнее скажем далее. Наконец, весьма вероятно, что сверхмассивные черные дыры с массой от ста тысяч до миллиарда и более масс Солнца возникают в центрах гигантских звездных систем-галактик. Возможно также, что во Вселенной есть черные дыры и другой природы.
Когда астрофизики всерьез заинтересовались черными дырами в 60-х годах, перед физиками- теоретиками были поставлены новые сложные задачи. Р. Оппенгеймер и X. Снайдер описали возникновение черных дыр при сжатии точно сферической массы. Но в природе никогда не бывает абсолютно точно сферических тел. А что произойдет, если сжимающееся тело несферично?
Я заинтересовался этим вопросом после окончания аспирантуры, когда пришел работать к академику Я. Зельдовичу. Здесь вместе с моим сверстником и другом А. Дорошкевичем и нашим руководителем мы взялись за решение проблемы. Когда работа была закончена, ее результат оказался совсем неожиданным. Вычисления показывали, что при сжатии несимметричного тела (но без вращения) возникает черная дыра, которая быстро должна стать совершенно сферической. Любые отклонения от сферичности в гравитационном поле должны при образовании черной дыры излучиться, унестись гравитационными волнами. Возникшая граница черной дыры — горизонт событий — оказывается только сферической!
