означає не що інше як надпровідність. Це досить цікавий факт. br/>
5. В«Чорні діриВ» як об'єкти, що складаються з речовини в екстремальному стані
Вельми цікавим явищем з точки зору дослідження екстремальних станів речовини є так звані В«чорні діриВ». Очевидно, що в роботі, присвяченої екстремальним станам речовини, неможливо уникнути бодай короткого огляду цих астрономічних об'єктів, незважаючи на їх малу вивченість і великою мірою теоретичний і гіпотетичний характер відомостей про них.
Для початку варто дати поняття про те, що ж, власне, представляє з себе чорні діра.
У 1783 році англійський математик Джон Мітчел, а через тринадцять років незалежно від нього французький астроном і математик П'єр Симон Лаплас провели дуже дивне дослідження. Вони розглянули умови, за яких світло не зможе покинути зірку.
Логіка вчених була проста. Для будь-якого астрономічного об'єкта (планети або зірки) можна обчислити так звану швидкість втечі, або другу космічну швидкість, що дозволяє будь-якому тілу або частці назавжди його покинути. А у фізиці того часу безроздільно панувала ньютонівська теорія, згідно з якою світло - це потік частинок (до теорії електромагнітних хвиль і квантів залишалося ще майже півтораста років). Швидкість тікання частинок можна розрахувати виходячи з рівності потенційної енергії на поверхні планети і кінетичної енергії тіла, В«який утікВ» на бескончно велику відстань. Ця швидкість визначається формулою
V =
в€љ
2G
M
,
R
де M - маса космічного об'єкта, R - його радіус, G - гравітаційна постійна.
Звідси легко виходить радіус тіла заданої маси (Пізніше отримав назву В«гравітаційний радіус r g В»), при якому швидкість тікання дорівнює швидкості світла:
r g =
2G
M
,
c 2
Це означає, що зірка, стиснута в сферу радіусом r g <2 GM / c 2 , перестане випромінювати - світло покинути її не зможе. У Всесвіті виникне чорна діра. p> Нескладно розрахувати, що Сонце (його маса 2.10 33 г) перетвориться на чорну діру, якщо стиснеться до радіуса приблизно 3 кілометри. Щільність його речовини при цьому досягне 10 16 г/см 3 . Радіус Землі, стислій до стану чорної діри, зменшився б приблизно до одного сантиметра.
Здавалося неймовірним, що в природі можуть знайтися сили, здатні стиснути зірку до настільки незначних розмірів. Тому висновки з робіт Мітчела і Лапласа більше ста років вважалися чимось на зразок математичного парадоксу, що не має фізичного сенсу.
Суворе математичне доказ того, що подібний екзотичний об'єкт в космосі можливий, було отримано тільки в 1916 році. Німецький астроном Карл Шварцшильд, провівши аналіз рівнянь загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, отримав цікавий результат. Дослідивши рух частинки в гравітаційному полі масивного тіла, він прийшов до висновку: рівняння втрачає фізичний зміст (його рішення звертається в нескінченність) при r = 0 і r = r g .
Точки, в яких характеристики поля втрачають сенс, називаються сингулярними, тобто особливими. Сингулярність в нульовій точці відображає точкову, або, що те ж саме, центрально-симетричну структуру поля (Адже будь-яке сферичне тіло - зірку або планету - можна представити як матеріальну точку). А точки, розташовані на сферичній поверхні радіусом r g , утворюють ту саму поверхню, з якій швидкість тікання дорівнює швидкості світла. У загальній теорії відносності вона іменується сингулярною сферою Шварцшильда або горизонтом подій (чому - стане ясно в подальшому).
Вже на прикладі знайомих нам об'єктів - Землі і Сонця - ясно, що чорні діри являють собою дуже дивні об'єкти. Навіть астрономи, що мають справу з речовиною при екстремальних значеннях температури, щільності і тиску, вважають їх досить екзотичними, і до останнього часу далеко не всі вірили в їх існування. Однак перші вказівки на можливість утворення чорних дір містилися вже в загальній теорії відносності А. Ейнштейна, створеної в 1915 році. Англійський астроном Артур Еддінгтон, один з перших інтерпретаторів і популяризаторів теорії відносності, в 30-х роках вивів систему рівнянь, що описують внутрішню будову зірок. З...
