Читать книгу "100 великих парадоксов - Рудольф Константинович Баландин"

Когда в ходе сжатия радиус звезды достигнет некоторого критического значения, гравитационное поле у её поверхности станет очень сильным, и тогда… свет не сможет больше выйти наружу…

Это значит, что существует… некая область пространства-времени, из которой невозможно выйти наружу и достичь удалённого наблюдателя. Такая область называется сейчас чёрной дырой».

Прежде принято было считать, что фотоны не обладают массой. (Парадоксальная частица – с энергией, но без массы, хотя по формуле Е = МС2 масса и энергия взаимно обратимы; у физиков парадокс на парадоксе). Теперь им как будто приписывают ничтожную массу, возможно, для того, чтобы они не смогли покинуть чёрную дыру.

«Предположим, – пишет С. Хокинг, – что какой-нибудь отважный астронавт находится на поверхности коллапсирующей звезды и коллапсирует внутрь вместе с ней…

Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики М87

При удалении от звезды её гравитационное притяжение ослабевает, а поэтому ноги нашего отважного астронавта всегда будут испытывать более сильное гравитационное воздействие, чем голова. Разница в величине сил приведёт к тому, что астронавт либо окажется вытянутым, как спагетти, либо разорвётся на части ещё до того, как размеры звезды сократятся до критического радиуса».

Как писали в старинных романах, жуткая картина предстала нашему взору. Единственное утешение для астронавта, попавшего в такую дыру: это событие может произойти только в воображении астрофизика-теоретика. Ничего подобного не должно произойти уже потому, что астронавту до М87 пришлось бы лететь 50 миллионов лет при скорости света, которую, согласно всё той же теории относительности, материальному телу достичь невозможно. Приходится совершать такие путешествия мнимым астронавтам.

Есть ли в природе, а не в теории чёрные дыры? Не все специалисты верят в их существование. А. Эйнштейн отзывался о них неодобрительно.

Находят чёрные дыры в небесной бездне по вихрям межзвёздного газа. Но почему бы им непременно кружить вокруг дыры? Многие галактики вращаются вокруг центрального массивного ядра.

«Кто ищет, тот всегда найдёт!» Тем более когда ищет специалист, жаждущий обнаружить где-то полюбившийся ему мнимый объект.

Приняв как истину теорию относительности, приходится соглашаться с её парадоксальными, а то и нелепыми (для непосвящённого) следствиями. Попытки опровергнуть теорию относительности и концепцию Большого взрыва расцениваются как выпады дилетантов, пытающихся состязаться с великим и могучим интеллектом профессионалов.

…В повести Юрия Тынянова «Поручик Киже» главный персонаж явился на свет благодаря описке канцеляриста. У этого мнимого офицера со временем появляется биография. Когда его арестовывают, тому, кто хотел взглянуть на Киже, «старший показал бумагу, в которой сказано, что арестант секретный и фигуры не имеет».

Не относится ли это и к гипотезе чёрных дыр? Скорее всего, чёрные дыры – это белые пятна астрофизики. (Вот и ещё парадокс!)

…Нобелевскую премию по физике 2020 года получил английский физик и математик Роджер Пенроуз «за открытие, что образование чёрной дыры является надёжным предсказанием общей теории относительности».

Выходит, престижную премию можно получить сразу и за чёрную дыру, и за белое пятно в науке.

Парадокс падения

Кто из нас не помнит школьный лабораторный эксперимент, наглядно опровергающий наш личный безусловный опыт: тяжёлый предмет падает на Землю быстрей, чем пёрышко. В философии этот факт был подкреплён мнением Аристотеля.

Галилей усомнился в столь очевидной истине. Согласно легенде, в 1589 году он поднялся на знаменитую пизанскую «Падающую башню» и сбросил с неё два шара разной массы. Они достигли земли одновременно. Так был опровергнут постулат Аристотеля о падении тел…

Хотя об этом опыте Галилея написал его ученик, никаких других сообщений о таком событии нет. Да и была ли необходимость проводить реальный эксперимент, если достаточно его продумать основательно, чтобы вывод был безупречен. Галилей привёл свои соображения в трактате «О движении» (1590). Он рассуждал так.

Есть два предмета, один из которых тяжелее другого. Мы свяжем их верёвкой и сбросим с башни. Предположим, тяжёлый предмет падает быстрее, чем лёгкий. В таком случае лёгкий предмет будет затруднять падение тяжёлого, и вместе они упадут медленнее, чем один тяжёлый предмет.

Однако, соединив два предмета, мы получили систему, которая тяжелее каждого из них. Значит, она должна падать быстрее, чем тяжёлый предмет, являющийся её частью.

Результаты получаются противоречивыми, парадоксальными. Следовательно, предположение о том, что тяжёлые предметы падают быстрее лёгких, неверно.

Почему Галилей, вопреки очевидности, решил оспорить мнение Аристотеля? По-видимому, его насторожили эксперименты с маятниками, имеющими груз разной массы. Качались маятники одинаково, хотя более тяжёлый, если бы его сильней притягивала Земля, должен был качаться медленней.

Наши личные наблюдения за падением тел разной массы и формы происходят в атмосфере, плотность которой существенно влияет на падение предметов. Даже если они одной и той же массы, но разной формы, падать будут с разной скоростью. Например, тонкий лист бумаги упадёт быстрей, если сжат в плотный комок.

Падение молотка и пера на Луне

В 1971 году американский астронавт экспедиции «Аполлон-15» Дейв Рэндольф Скотт на третий и последний день своего (вместе с Джеймсом Ирвином) пребывания на Луне решил на глазах землян провести поучительный эксперимент.

«У меня есть ещё кое-что, – сказал он, – думаю, вам будет интересно. И это займёт не больше минуты…

Итак, в левой руке я держу перо, в правой – молоток. И я думаю, тем, что мы сегодня находимся здесь, мы обязаны джентльмену по имени Галилео, который давно сделал весьма значительное открытие о падении тел в гравитационном поле. Мы решили, что лучшего места, чем Луна, для подтверждения его выводов просто не найти. И сейчас мы для вас поставим здесь опыт. Перо – это, как и подобает, соколиное перо, в честь нашего “Фолкона” (лунного модуля). И я брошу эти два предмета, и, надеюсь, они упадут на поверхность одновременно… (Он бросил.) Ну, как! Это доказывает правоту мистера Галилео!»

Произошло то, что и следовало ожидать. Перо и молоток в безвоздушном пространстве и при слабом лунном притяжении падали почти полторы секунды с одинаковым ускорением. Они прилунились практически одновременно.

Приходится говорить «практически», потому что, строго говоря, геологический молоток должен на какую-то ничтожнейшую, почти неуловимую долю секунды упасть раньше, чем перо. Почему? Вспомним формулу закона всемирного тяготения Ньютона: F = G·M·m/R2. То есть сила тяготения между двумя телами равна произведению их масс, умноженному на гравитационную постоянную и делённому на квадрат расстояния между телами.

По сравнению с массой Луны масса геологического молотка и пера настолько малы, что ими можно пренебречь. Но если предаться точным математическим расчётам, то масса Луны и молотка будет всё-таки больше,