В сущности, знакомый нам по наблюдениям с земли космический мир открывается нам именно потому, что межзвёздное пространство заполнено чрезвычайно разреженной макроскопической средой. Эта безвоздушная среда содержит лишь газ с некоторой примесью пылевых частиц. Так, довольно плотные газопылевые туманности, поглощающие свет, обусловливают известное «раздвоение» в северной части неба. Нужно специально замечать признаки межзвёздной среды, так слабо они проявляют себя в беспредельных пространствах видимого нами космоса.
Таким образом, и дальнейшее изучение нашей Вселенной в её нынешнем состоянии, и конкретизация научно обоснованных прогнозов на будущее зависят от углубления наших знаний о негеоцентрическом строении Космоса и открытия непосредственно ненаблюдаемых, скрытых от антропоморфных наблюдателей, чрезвычайно экзотичных объектов. А может быть, не только объектов, но и целых космических миров. Конечно, открытие таких объектов, таких миров гораздо сложнее, чем открытие обычных астрономических объектов. Будучи скрытыми от наших по-земному устроенных глаз, вооруженных сколь угодно мощными усилителями зрения – астрономическими приборами, эти объекты и негеоцентрические миры могут быть обнаружены нами только по косвенным данным при помощи самого разнообразного теоретического анализа и очень большого числа макроскопических наблюдений.
Несколько позже мы ещё вернёмся к проблеме «скрытой массы» Вселенной, она сегодня ставится и разрешается в связи с новой, недавно возникшей и ультрасовременной областью исследований – теорией так называемых «отонов», или «отонных миров». Отонная теория выводит нас за пределы нашей Метагалактики, это теория суперметагалактическая по своей природе. Занимаясь отонами, учёные делают попытку представить себе, казалось бы, непредставимое для человека как земного существа: воспроизвести процессы, по самой своей природе выпадающие не только из поля зрения человека, но и из его Вселенной. Крохотная частица этой Вселенной, человек сегодня дерзает уже вырваться познанием за её пределы.
5.2. Отонные космические миры
Термин «отоны» впервые введен в монографии российских астрофизиков Я.Б. Зельдовича и И.Д. Новикова «Теория тяготения и эволюция звёзд» (М.: Наука, 1971. с. 441). Он образован от сокращения «ОТО», общая теория относительности, с присоединением латинского суффикса «н», обозначающего некий особый класс материальных объектов. Но отоны – это не просто некоторые материальные образования, существование которых предполагается на основе общей теории относительности и описывается на её математическом языке. Это – целые миры с нетривиальной, не встречающейся в земном мире геометрией и топологией, причудливыми пространственно-временными свойствами. С точки зрения земного макроскопического опыта отонные миры – настоящие чудовища мироздания, поглощающие либо искажающие привычную нам макроскопическую определённость. Поэтому их так трудно открыть, доказать их существование не теоретически, а практически и эмпирически.
Слово «отоны» возникло в качестве видового наименования, объединяющего все разновидности тел с релятивистским полем тяготения, находящихся внутри так называемого «горизонта событий» или асимптотически приближающегося к нему. В этом знаменитом определении Зельдовича и Новикова содержится понятие «горизонта событий», т. е. некоторой границы, отделяющей события привычного нам макроскопического мира, от событий, скрытых от нас и как бы выпавших из этого мира благодаря мощному полю тяготения отонов и происходящему вследствие воздействия этого поля искривлению пространства – времени. Итак, горизонты событий – это особенные по своим пространственно-временным свойствам поверхности, нарушающие свободное проникновение световых и прочих ипформационных сигналов из одной области в другую. Находиться внутри «горизонта событий» – значит существовать вне макроскопического, хорошо просматриваемого при помощи оптических приборов пространства, и даже непосредственно установимых этими приборами причинно-следственных отношений. К отонам относятся, прежде всего, всевозможные «дыры» в пространстве-времени: чёрные, белые, серые. Однако в последние годы понятие отонов существенно расширилось и включило в себя самые разнообразные объекты, модели которых могут быть построены на основе ОТО: замкнутые и полузамкнутые миры, фридмоны, планкеоны, геоны, голые сингулярности и прочие загадочные формы геометрически иных миров. Принципиальное отличие отонов от всех прочих, классических астрофизических объектов, заключается в том, что, как подчёркивает белорусский философ А.П. Трофименко, для последних ОТО либо несущественна, либо даёт лишь количественные поправки. (Трофименко А.П. Вселенная и развитие. – Минск.: Наука и техника, 1982, с. 27). Применение ОТО даёт возможность «нарисовать» совершенно новое, негеоценрическое многообразие природы, а затем продолжить изучать это многообразие всевозможными физико-астрономичсскими методами.
Первыми отонами, существование которых вытекало из распространения на объективную реальность результатов теории относительности, были чёрные дыры (сокращенно – ЧД). Характерно, что некоторые представления о возможности подобных объектов зародились уже задолго до возникновения общей теории относительности и релятивистской космологии, на основе теории тяготения Ньютона. Первым, кто предсказал феномен чёрной дыры, был английский физик Джон Мичелл. Он на тринадцать лет опередил выдающегося французского космолога и философа Лапласа, независимо от него в 1796 г. обосновавшего возможность существования чрезвычайно массивных и вследствие этого невидимых объектов. Лаплас рассуждал просто и остроумно. Сила, действующая в гравитационном поле, должна неограниченно возрастать с увеличением массы источника и уменьшением расстояния до центра гравитации. Однако эта, по существу, негеоцентрическая ситуация имеет только внешнее сходство с проблемой ЧД, так как в рамках ньютоновской теории подобные объекты – это всего-навсего глубокие, пусть даже очень глубокие и «тёмные» гравитационные ямы, никак не связанные со свойствами пространства-времени.
Начало науки об отонах в виде учения о релятивистских чёрных дырах было положено в 1916 году немецким учёным Карлом Шварцшильдом. Заметим, что произошло это сразу же после формулировки Эйнштейном основных принципов ОТО и чуть раньше публикации работы Эйнштейна, положившей начало релятивистской космологии. Шварцшильд впервые получил точное решение уравнений Эйнштейна для так называемой «сферической симметрии», т. е. для некоторого математически описанного сферически-симметричного распределения вещества. В ходе решения оказалось, что при таком распределении должна возникнуть некоторая сфера с весьма специфичными свойствами. Если в области пространства-времени, ограниченной этой сферой, сосредоточится определённая масса вещества, никакой объект не может покинуть её. И не только объект, но и никакой вещественный носитель информации об объекте. Изобразительными средствами ОТО теория Шварцшильда «нарисовала» гравитационную яму бесконечной глубины, так как это на самом деле не яма, а дыра, бездонный провал в самом пространстве-времени. Искривление пространства-времени вблизи указанной сферы оказывается настолько сильным, что оно как бы прорывается, резко изменяются не только его метрические, но и топологические свойства. Представить это себе в какой-то степени наглядно можно, взяв лист бумаги и протыкая его иглой. До определённого момента лист будет искривляться, а затем – проколется или его плоскость прорвется. Место прокола – и есть некий аналог сферы Шварцшильда на плоском пространстве двухмерного листа, а края этого прокола – горизонт событий. Ни одно материальное тело, идущее по листу, не сможет двигаться дальше, попав за этот горизонт. Оно неизбежно проваливается и выпадает из пространства листа.
Черная дыра есть, прежде всего, ненаблюдаемый непосредственно объект, который сам «проглатывает» свои макроскопические связи с внешним миром. Она может образовывать сингулярности, подобные той, из которой скачкообразно «вырвалась» Метагалактика в момент своего возникновения. Она, наконец, представляет собой гравитационную ловушку, в которой могут мгновенно исчезнуть для внешних макроскопических наблюдателей различные макроскопические объекты, – даже если это объекты грандиозных масштабов.
Но как же могут образовываться подобные «чудотворные» с макроскопической точки зрения, катастрофические для плоско-созерцательного взгляда на космос гравитационные впадины? Теория звёздной эволюции, созданная трудами Л.Д. Ландау и С. Чандрасекара показала, что чёрные дыры должны образовываться в результате нормальной эволюции многих обычных, хорошо видимых нами звёзд. Всякая звезда «горит» и испускает свой таинственный блеск, пока в её недрах происходит термоядерная реакция, непрерывно поддерживаемая плазменным веществом звезды. Но вот водородное «горючее» подходит к концу, – ибо всему, даже таким грандиозным явлениям, как звёзды, рано или поздно приходит конец. Как только иссякает питающее звезду вещество, с ней происходит неминуемая катастрофа – так называемый гравитационный коллапс. Погибающую звезду – коллапсар – ожидает неудержимое сжатие под воздействием её собственного гравитационного поля. Расчёты показывают, что звезды, раз в 5 более массивные, чем наше Солнце, будут сжиматься неограниченно и обязательно превратятся в чёрные дыры. Звезда с массой Солнца при этом сократилась бы до размеров сферы с радиусом всего 3 км., в то время как сегодня радиус фотосферы Солнца составляет 0,7 млн. км. Масса же звезды остается прежней. На месте умершей звезды оказывается гравитационная могила с чрезвычайно специфическими свойствами. На близких расстояниях от этой могилы траектории всех макроскопических предметов, в том числе и света, испытывают существенные отклонения от тех, по которым они движутся вблизи других чрезвычайно плотных объектов, например, нейтронных звёзд. На расстоянии в полтора гравитационных радиуса свет может быть пойман на круговую орбиту и стать «спутником» чёрной дыры; в непосредственной же близости от шварцшильдовской сферы вообще не существует устойчивых орбит для физических тел, они не могут превратиться в спутники и неминуемо поглощаются ЧД. Кроме того, вблизи этой сферы имеет место сильное релятивистское замедление времени и бесконечное красное смещение у сигналов, испускаемых из окрестности ЧД.