В последнее время внимание астрономов привлекло одно из самых странных в мире открытий. В соответствии с общей теорией относительности в космосе должны существовать объекты, которые обладают столь сильными гравитационными полями, что планеты, звезды, астероиды и другие любые тела, затянутые в них, просто разрушаются. Еще более странно то, что, попав в такое поле, никто и ничто не может оттуда выбраться и перестает существовать в нашей Вселенной. Такие объекты называют черными дырами.

В последние годы проблема черных дыр вызывает огромный интерес, хотя сама идея не нова, ей уже около 200 лет. Английский астроном Джон Митчелл еще в 1784 году доказал, что если масса звезды будет достаточно велика, то свет не сможет покинуть ее, т. е. для нас она будет невидима. Через несколько лет к такому же выводу пришел французский ученый Пьер Лаплас.

Обнаружение черных дыр изумило научную общественность и побудило известного американского физика-теоретика К. Торна написать следующие строки: «Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое – это образ черной дыры – отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей настолько сильным гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой; дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, черная дыра кажется более уместной в фантастических романах или в мифах древности, чем в реальной Вселенной. И, тем не менее, законы современной физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали»[2].

Черные дыры должны играть значительную роль во Вселенной. Так, по предварительным подсчетам, только в нашей Галактике насчитывается около миллиарда черных дыр. Предполагают, что в центрах шаровых скоплений звезд, а также в центре Галактики находятся черные дыры. Есть гипотезы, согласно которым необычно высокое излучение квазаров и так называемый парадокс масс объясняются влиянием черных дыр. И вообще астрофизики все чаще начинают объяснять различные загадочные космические явления действием черных дыр.

Не исключено, что черные дыры могут активно влиять и на дела земные. Эти экзотические космические тела могут «подсказать» людям принципиально новые источники энергии. Так, например, при падении вещества в черную дыру на единицу массы выделяется энергия, имеющая величину на порядок большую, чем в ядерных реакциях. Или другой пример, связанный с эффектом испарения черных дыр. Этот эффект имеет существенное значение для микрочерных дыр, характеризующихся мизерными размерами (порядка размеров элементарных частиц и меньше), но довольно ощутимой по земным масштабам массой (около 1 млрд. т.). На последней стадии испарения, когда масса черной дыры становится равной примерно 1 тыс. т., за одну десятую доли секунды выделяется энергия, равная энергии взрыва миллиона мегатонных термоядерных бомб!

Пока еще трудно конкретно что-либо сказать о практических путях использования энергии черных дыр. Не исключено, что в будущем черные дыры смогут послужить человечеству не только как самые мощные и компактные источники энергии, но и как наиболее экологически чистые, поглощающие отработанное вещество.

Физика и астрофизика черных дыр получили широкое признание научной общественности. Им посвящено множество статей, десятки монографий, проблемы черных дыр активно обсуждаются на научных конференциях. Фактом признания важности этих проблем для науки в целом было присуждение в 1983 г. Нобелевской премии американскому ученому С. Чандрасекару за цикл работ по эволюции звезд[3].

Черные дыры являются абсолютно поглощающими объектами: они только вбирают в себя вещество и излучение, но ничто, даже свет, не может вырваться из них. Чёрные дыры образуются в результате коллапса гигантских звёзд массой более трёх масс Солнца.

Джон Мичел в 1783 г. представил в журнал «Философские труды Лондонского Королевского общества» свою работу, в которой он указывал на то, что достаточно массивная и компактная звезда должна иметь столь сильное гравитационное поле, что свет не сможет выйти за его пределы: любой луч света, испущенный поверхностью такой звезды, не успев отойти от нее, будет, втянут обратно ее гравитационным притяжением[4]. Мичел считал, что таких звезд может быть очень много. Несмотря на то, что их нельзя увидеть, так как их свет не может до нас дойти, мы, тем не менее, должны ощущать их гравитационное притяжение. Подобные объекты называют сейчас черными дырами, и этот термин отражает их суть: темные бездны в космическом пространстве.

Чтобы понять, как возникает черная дыра, надо вспомнить о том, каков жизненный цикл звезды.

В первой половине ХХ в. были заложены основы теории эволюции звезд и сделан вывод о том, что конечным продуктом их эволюции могут быть объекты, имеющие размеры своего гравитационного радиуса, а именно - черные дыры.

Звездные объекты в своей эволюции проходят три качественно различные стадии: протозвезды – звезды – постзвезды. На каждой стадии происходит необратимая потеря энергии. Звезды образуются из так называемых протозвезд, которым предшествуют сжимающиеся облака вещества[5].

Когда сжимающееся облако станет непрозрачным для своего инфракрасного излучения, его излучательность резко уменьшится. Облако продолжает сжиматься, но несколько медленнее. Одновременно большая часть освобождающейся в результате сжатия потенциальной энергии идет на нагрев облака. Такой объект нельзя назвать облаком: это уже настоящая протозвезда (до-звезда).

Протозвезда – эмбрион, зародыш настоящей звезды. Эмбриональный период в развитии звезды длится десятки миллионов лет. В течение данного периода плотность протозвезды увеличивается, а температура повышается до уровня, достаточного для протекания термоядерных реакций в ее центральных областях.

В результате образования протозвезды из диффузного облака потенциальная гравитационная энергия переходит в тепловую, которая затем излучается. Протозвезда самопроизвольно не может стать облаком, так как необходимая энергия рассеяна. Нужен некоторый дополнительный источник энергии, чтобы вещество протозвезды могло рассеяться в космическое пространство.