Почему существование чёрных дыр вызывает сомнение

Наиболее весомые основания для сомнений в существовании чёрных дыр даёт сравнение двух теорий гравитации - Общей теории относительности (ОТО) А. Эйнштейна и Релятивистской теории гравитации (РТГ) А.А. Логунова. Вследствие широкой популяризации ОТО о ней все, даже непрофессионалы, весьма наслышаны. Что же касается РТГ, то вполне возможно, что даже не все профессионалы с этой теорией по-настоящему знакомы. Не потому, что ОТО - предел совершенства и другие теории по этой причине рассматривать не стоит, а в силу так называемого "человеческого фактора". Что это за "человеческий фактор", хорошо поясняет цитата из книги А.Л. Шаляпина и В.И. Стукалова "Введение в классическую электродинамику и атомную физику" (2006г, с. 290):

"Предельно ясно, просто по-человечески понятно, что попытка переосмысления невероятно сложной, многокомпонентной структуры физики 20-го столетия является чудовищно сложной задачей, настолько сложной, что она способна деморализовать не только отдельных исследователей, но и сплоченный коллектив единомышленников, т.е. любую научную школу. Сотни экспериментов, теорий, университетских кафедр, Нобелевских премий, километры печатной продукции, невиданные успехи физических наук вообще и - атомной физики, в частности... No comments!"

Любопытные читатели с идеями РТГ могут легко познакомиться по небольшой популярной статье "О пространстве-времени и гравитации", написанной самим автором теории А.А. Логуновым. А не слишком любопытные могут ограничиться чтением данной статьи, где будут приводиться некоторые выдержки из этой статьи.

Обе теории - и ОТО, и РТГ - не являются в строгом смысле физическими теориями гравитации. В физической теории гравитация должна объясняться структурой и свойствами материи. В теориях же ОТО и РТГ гравитация отождествляется с геометрией пространства. Вот что по этому поводу пишет А.А. Логунов:

"Существует три типа пространств постоянной кривизны. Пространство нулевой кривизны ("плоское"), где -царствует геометрия Евклида. Вместе со временем оно образует псевдоевклидову геометрию - пространство Минковского. У пространства Лобачевского кривизна отрицательная, у пространства Римана - положительная … Согласно воззрениям ОТО гравитация отождествляется с метрикой риманова пространства".

Чтобы у читателя появился хоть какой-то зрительный образ, на рис.1 показаны примеры поверхностей с нулевой кривизной (а), с положительной кривизной (б) и с отрицательной кривизной (с).

Разумеется, поверхность не может служить образом всего трёхмерного пространства. Но, к сожалению, геометрически изобразить всё трёхмерное пространство невозможно. Ситуация с образностью на самом деле ещё более безнадёжная, так как в ОТО к трём координатам риманова пространства добавлена четвёртая координата - время, вследствие чего такое четырёхмерное пространство-время полностью теряет наглядность. К тому же математический аппарат для работы с таким объектом является очень сложным. Именно большая математическая сложность и полное отсутствие наглядности послужили причиной того, что многие годы не были замечены физические несоответствия ОТО. Вот что пишет об этом Логунов:

"На мой взгляд, к общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, о которой слышали все, так она популярна, относятся догматически даже ученые, занимающиеся гравитацией, принимая ее положения на веру.

Мне и моим коллегам посягнуть на догмы ОТО психологически было легче, так как мы пришли в теорию тяготения из физики элементарных частиц. Хотя и нам потребовалось несколько лет, чтобы прорваться к ясности".

А теперь перейдём к описанию физических несоответствий ОТО, замеченных Логуновым и его коллегами.

1. Законы сохранения. Законы сохранения - фундаментальные физические законы, подтверждаемые опытами как макромира, так и микромира. Законы сохранения массы, энергии, импульса и другие (всего их десять) во всех опытах неукоснительно выполняются, причём выполняются каждый в отдельности. Нет оснований сомневаться, что Эйнштейн проверял выполнение законов сохранения в ОТО. Однако вследствие неизменно возникающих при этом затруднений вместо отдельных законов сохранения в ОТО были введены некие их гибриды. Привожу высказывание Логунова: "…энергия и импульс - различные величины в классической физике - объединились в "вектор" энергии-импульса. Этой величиной и манипулировали ученые, но оказалось, что она равна нулю. В свое время этого никто не заметил, и с тех пор соответствующие формулы и рассуждения переходят со страниц одного учебника на страницы другого. Таким образом, в ОТО законов сохранения энергии-импульса и момента количества движения вещества и гравитационного поля вместе взятых нет в принципе. Некоторые физики до сих пор не понимают этого. Другие, наоборот, считают низвержение понятия энергии одним из основных достижений ОТО".

Исследование Логуновым описанной ситуации, показало, что законы сохранения каждый в отдельности выполняются только в плоском пространстве. А в криволинейном пространстве Римана, каковым оперирует ОТО, постоянными могут оставаться только некоторые их комбинации. Кстати, многочисленные наблюдения астрономов неизменно подтверждают, что пространство нашей вселенной действительно является плоским.

2. Равенство гравитационной и инертной масс. При построении общей теории относительности одним из постулатов являлось равенство тяжелой и инертной масс, известное ещё Ньютону с точностью до 10^-3. На сегодняшний день это равенство экспериментально проверено с точностью до 10^-13. Однако внимательный анализ, проведенный группой Логунова, выявил, что в рамках ОТО гравитационная масса отлична от инертной. Почему же это оставалось незамеченным? Да потому, что все вычисления обеих масс традиционно производятся в декартовой системе координат, то есть в плоском пространстве, не свойственном ОТО. При переходе же к криволинейным координатам для инертной массы можно получить любые, даже отрицательные, значения, что физически бессмысленно.

Как было отмечено, обе теории - ОТО и РТГ - не являются в строгом смысле физическими теориями. Это математические, а точнее геометрические теории. Такие теории принято называть математическими формализмами. То, что теория является математическим формализмом, вовсе не означает, что она в корне не верна. Построение вместо физической теории математического формализма как раз очень распространённое явление в физике. Нужно только понимать, что предсказательные возможности математического формализма ограничены. И ОТО и РТГ одинаково верно предсказывают искривление луча света вблизи массивных тел и смещение перигея планет. Эти предсказания подтверждены многочисленными наблюдениями. Но другие предсказания этих теорий расходятся. В частности расходятся предсказания по "чёрным дырам", о чём и ведётся речь в данной статье.

В ОТО чёрная дыра возникает при неограниченном гравитационном сжатии звезды, при условии что её масса превышает три солнечных массы. Звезда сжимается в точку с бесконечной плотностью и становится ненаблюдаемой. В РТГ чёрные дыры возникнуть не могут, так как сжатие массивных тел приводит к гравитационному замедлению и на некотором этапе сжатие останавливается.

Выводам какой из этих двух теорий стоит доверять больше? По-видимому, выводам той теории, у которой меньше несоответствий с хорошо проверенными законами физики. Из РТГ следует выполнение всех законов сохранения, причём каждого в отдельности, и безусловное выполнение равенства инертной и гравитационной масс. Чего нельзя сказать по отношению к ОТО. Не исключено, что дальнейшее развитие науки выявит и в РТГ какие-то недостатки. Но выводам ОТО относительно чёрных дыр есть все основания не доверять уже сегодня.

Несколько замечаний о понятии "сверхмассивная чёрная дыра". Приведём некоторые сведения из Википедии:

"Сверхмассивная чёрная дыра - это чёрная дыра с массой около 10⁵-10¹⁰ масс Солнца. Общепринятой теории образования чёрных дыр подобной массы ещё нет. Средняя плотность сверхмассивной чёрной дыры очень мала (даже меньше плотности воздуха.) В наблюдаемом списке кандидатов в чёрные дыры есть провал в распределении масс. Есть чёрные дыры звёздных масс, возникающие при коллапсе звёзд, массы которых простираются, вероятно, до 33 солнечных. Минимальная же масса сверхмассивных чёрных дыр лежит в районе 10⁵ солнечных. Между этими значениями должны лежать чёрные дыры промежуточных масс, которых не наблюдается, что является аргументом в пользу различных механизмов образования лёгких и тяжёлых чёрных дыр".

Приведенная цитата оставляет ощущение, что сверхмассивные чёрные дыры не реальный физический объект, а не очень удачная рабочая гипотеза. Основаниями для "открытия" сверхмассивных чёрных дыр послужили в основном два наблюдательных факта: скрытая масса галактик и мощные рентгеновские источники в ядрах галактик. Для объяснения наблюдаемых движений звёзд обычной барионной материи оказалось недостаточно. Поэтому было постулировано наличие в центрах галактик сверхмассивных чёрных дыр. Однако с запуском ультрафиолетовых космических телескопов выяснилось, что в галактике Млечный Путь барионной материи вполне достаточно. Просто недостающая (скрытая) масса газа излучает в УФ-диапазоне и прежними телескопами не могла быть зафиксирована. Кроме того, прямые наблюдения телескопа Хаббл показали отсутствие чёрной дыры в ядре галактики Млечный Путь. Согласно принципу заурядности и для остальных галактик следует ожидать того же. Что же касается мощного рентгеновского излучения из глубоких слоёв галактики, то оно может быть объяснено излучением при столкновениях разогнавшегося до околосветовых скоростей аккрецирующего межгалактического газа с межзвёздным газом галактики.

1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 20 марта 2013 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'

Главная страница раздела