Кип Торн - Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна

• Название: Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна
• Автор: Кип Торн
• Издательство: Издательство физико-математической литературы
• Жанр: Науки о космосе
• Год: 2007
• ISBN: 9875-94052-144-4

Предлагаемая монография является популярным изложением новейших достижений в области астрофизики и гравитации, которые тесно связаны с фундаментальными предсказаниями А. Эйнштейна. Читатель найдет в книге много интересного о вкладе ученых разных стран в эту область науки, а также в близких к ней областях.

Эта книга переведена с английского на французский, немецкий, японский, китайский, польский, греческий языки. Несколько глав ее были ранее переведены на русский и опубликованы в журнале «Природа».

Книга рассчитана на широкий круг читателей, включая школьников старших классов.

---

55

То, что ньютоновский закон тяготения нарушает принцип относительности Эйнштейна, вообще говоря, не очевидно, так как этот принцип был сформулирован применительно к инерциальным системам отсчета и, соответственно, не может быть использован при наличии гравитации (не существует способа экранировать систему отсчета от гравитации и, таким образом, дать ей возможность двигаться под влиянием только ее собственной инерции). Однако Эйнштейн был уверен, что существует способ распространить его принцип и на области, где есть гравитация («обобщить» его, включив в рассмотрение гравитационные эффекты), и именно этот, еще не оформившийся «обобщенный принцип относительности» и нарушался законом тяготения Ньютона.

56

См. главу 4 и, в особенности, Врезку 4.1.

57

Эйнштейн использовал для этого варианта специальный термин «общая ковариантность», хотя на самом деле это естественное расширение его принципа относительности.

58

Глава 10.

59

Рисунок 1.3 и притча о Мледине и Сероне из главы 2.

60

Ясное объяснение законов квантовой механики см. в книге: Heinz Pagels «The Cosmic Code» (Simon and Schuster, 1982).

61

В деликатных экспериментах можно с опасной легкостью получить тот результат, который, как кажется, и должен получиться. Измеренное Адамсом значение красноволнового гравитационного сдвига является примером именно такого случая. Его результат оказался согласующимся с предсказанием теории, хотя предсказанное значение сдвига было серьезно ошибочным (в пять раз меньше) из-за ошибок в астрономических оценках массы и диаметра Сириуса В.

62

Слово «вырожденный» не означает «моральное вырождение» («низкий уровень морали»), а имеет смысл «достижение электроном наинизшего возможного уровня энергии».

63

Тем временем Эдмунд С. Стоунер независимо доказал (и опубликовал) существо-ванне предела массы белых карликов. Однако его вычисления были менее убедительными, чем вычисления Чандрасекара, поскольку он предполагал, что звезда имеет равномерное внутри распределение плотности.

64

Дифференциальное уравнение — уравнение, связывающее в одном выражении различные функции и скорости их изменения, т. е. функции и их производные. В дифференциальном уравнении, полученном Чандрасекаром, функциями рассматривались плотность звезды, давление и сила гравитации, являющиеся функциями расстояния от центра.

Дифференциальное уравнение представляло связь этих функций и скорость их изменения при движении от поверхности внутрь звезды. Под словами «решение дифференциального уравнения "понимают" вычисление самих функций на основе заданного дифференциального уравнения».

65

Доведение до абсурда. [Прим, пер.]

66

Количество достигающего Землю света обычно обратно пропорционально квадрату расстояния до сверхновой; поэтому ошибка в расстоянии в 10 раз означала ошибку в оценках Бааде полного излучения в 100 раз.

67

Антивещество называется так потому, что частицы из вещества и антивещества, сталкиваясь, взаимно аннигилируют (уничтожаются).

68

В действительности оказалось, что космические лучи образуются многими способами. До сих пор неизвестно, как именно получается большая часть космических лучей, но есть большая вероятность, что они являются результатом ускорения частиц в газовых туманностях, потомках взорвавшихся сверхновых. Если это так, то косвенным образом Цвикки оказался прав.

69

Причина была объяснена во Врезке 4.2.

70

Это может показаться удивительным тем, кто думает, что ядерные силы гораздо мощнее, чем гравитационные. В действительности ядерная сила мощнее, лишь когда в вашем распоряжении имеются только несколько атомов или атомных ядер. Но когда у вас несколько солнечных масс, состоящих из атомов (1057 атомов) или более, общая гравитационная сила всех атомов может стать сокрушительной по сравнению с их ядерными силами. Как мы увидим позже, этот простой факт гарантирует, в конце концов, что огромная гравитация умирающей массивной звезды превозмогает отталкивание атомных ядер и сжимает их, образуя черную дыру.

71

Сверхтекучесть представляет собой полное отсутствие вязкости (внутреннего трения), которое наблюдается в некоторых жидкостях при их охлаждении до температуры нескольких градусов выше абсолютного нуля, т. е. примерно до минус 270 °C.

72

См. обсуждение в последнем разделе главы 1 («Характер физических законов») соотношения между различными описаниями законов физики и их областей применимости.

73

На самом деле максимальная масса белого карлика на рис. 5.5 (по расчетам М.Вакано) составляет 1.2 солнечной, что несколько меньше, чем 1.4 по вычислениям Чандрасекара. Разница получается из-за разного химического состава: звезды Вакано построены из «холодного мертвого вещества» (в основном железа), у которого количество электронов составляет 46 % от количества нуклонов (протонов и нейтронов), а звезды Чандрасекара состоят из таких элементов, как гелий, углерод, азот и кислород, у которых число электронов составляет 50 % от числа нуклонов. Фактически, большинство белых карликов во Вселенной больше похожи на звезды Чандрасекара, чем на звезды Вакано. Поэтому я в этой книге постоянно привожу то значение максимальной массы 1.4, которое получил Чандрасекар.

74

Это место располагается вблизи города Арзамас, между Челябинском и Уральскими горами.

75

После успешных испытаний бомбы, основанной на американской конструкции, советские ученые вернулись к своей разработке, создали бомбу на ее основе и успешно испытали ее в 1951 г.

76

Сахаров полагал, что эта конструкция была непосредственно инспирирована информацией, полученной в Америке с помощью разведки, возможно, от Клауса Фукса. Зельдович, напротив, утверждал, что ни Фукс, ни какой-нибудь другой шпион не передавал сколько-нибудь существенной информации или идеи, которая бы уже не была известна его исследовательской команде; принципиальное значение советской разведки состояло в том, чтобы убедить советских политических лидеров, что физики знают, что делают.

77

Начиная с 1945 г. американские стратегические планы действительно включали положение о массированных ядерных атаках на советские города, военные и промышленные объекты, в случае если СССР развязывал обычную войну; см. Браун (1978).

78

К слову, я совершенно не согласен с Уилером (хотя он был моим близким другом и учителем) и Сахаровым. Для вдумчивого и внимательного разбора споров Теллера с Оппенгеймером и всех pro и contra в американских дебатах о создании супербомбы я рекомендую прочесть книги Бете (1982) и Йорка (1976). Точка зрения Сахарова изложена в его книге воспоминаний (1990); с критикой Сахарова выступает Бете (1990). Изложение слушаний по делу Оппенгеймера можно прочесть в USAEC (1954).

79

Открытие Финкельштейна в действительности было сделано еще раньше, в другой связи, другими физиками, включая Эддингтона, но они не поняли его важности, и все было быстро забыто.

80

Как вспоминает Саул Тьюкольски, соотечественник Билла Пресса: «Эта конференция была ответом Билла на то, что он посчитал провокацией. Была другая конференции, на которую никого из нас не пригласили. Но все известные серости были там, поэтому Билл решил устроить конференцию только для молодых людей».

81

В конце 1980-х, по предложению моей матери, вся семья попросила об отлучении от Мормонской Церкви в ответ на подавление в ней прав женщин.

82

Эта идея, хотя и правильная, пока еще не привела к каким-либо значимым результатам, поэтому я не буду обсуждать ее в этой книге.

83

На публике мне довелось наблюдать это лишь однажды. В 1971 г., в день своего 60-лет-него юбилея, Уиллер присутствовал на элитарном банкете в замке в Копенгагене. Банкет был организован по поводу международной конференции, а вовсе не в его честь. Дабы отметить свой день рождения, Уилер привязал к спинке своего стула взрывающиеся петарды, чем вызвал замешательство у обедавших рядом.