Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна
Шрифт:
КИП ТОРН
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
и складки времени
Дерзкое наследие Эйнштейна
Перевод с английского под редакцией чл.-корр. РАН В. Б. Брагинского
ББК 22.632 Т 59
УДК 16.5.6
КИП С. ТОРН. Черные дыры и складки времени: Дерзкое наследие Эйнштейна. Перевод с англ, под ред. чл.-корр.
Предлагаемая монография является популярным изложением новейших достижений в области астрофизики и гравитации, которые тесно связаны с фундаментальными предсказаниями А. Эйнштейна. Читатель найдет в книге много интересного о вкладе ученых разных стран в эту область науки, а также в близких к ней областях.
Эта книга переведена с английского на французкий, немецкий, японский, китайский, польский, греческий языки. Несколько глав ее были ранее переведены на русский и опубликованы в журнале «Природа».
Книга рассчитана на широкий круг читателей, включая школьников старших классов.
©
ISBN 9875-94052-144-4
Перевод на русский язык, Издательство физико-математической литературы,
2007
BLACK HOLES
AND
TIME WARPS
Einstein’s Outrageous Legacy
KIP S. THORNE
THE FEYNMAN PROFESSOR OF THEORETICAL PHYSICS CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
A volume of
THE COMMONWEALTH FUND BOOK PROGRAM under the editorship of Lewis Thomas, M.D.
W • W • NORTON & COMPANY
London
New York
Copyright (D 1994 by Kip S. Thorne All rights reserved
Printed in the United States of America
The text of this book is composed in Walbaum, with the display set in Walbaum display.
Composition and manufacturing by the Haddon Craftsmen, Inc.
Book design by Jacques Chazaud.
Illustrations by Matthew Zimet.
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Thome, Kip S.
From black holes to time warps : Einstein’s outrageous legacy / Kip S. Thorne.
p. cm.
Includes bibliographical references.
1. Physics—Philosophy. 2. Relativity (Physics) 3. Astrophysics. 4. Black holes (Astronomy)
I. Title.
QC6.T526 1993
530.1'1—dc20 93-2014
ISBN 0-393-31276-3
W. W. Norton & Company, Inc., 500 Fifth Avenue, New York, N.Y. 10110 W. W. Norton & Company Ltd., 10 Coptic Street, London WClA 1PU
34567890
От редактора перевода
Вниманию читателей предлагается книга «Черные дыры и складки времени: дерзкое наследие Эйнштейна» (Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy. — New York City: W.W. Norton Publishers, 1994), написанная профессором Калифорнийского технологического института К.С.Торном, выдающимся американским физиком-теоретиком. Ему принадлежат фундаментальные исследования в области релятивистской астрофизики и гравитации, квантовых измерений и теории гравитационных антенн. Он член Национальной академии наук США, иностранный член Российской Академии наук, а также ряда других академий, почетный доктор Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Основная цель книги Торна заключается в том, чтобы в популярной форме рассказать о появлении и развитии новых идей в той области физики, которую обычно называют релятивистской гравитацией.
При написании книги оказалось, что во многих случаях эта задача может быть решена лишь в виде параллельного
Мне кажется, что предлагаемая книга должна заинтересовать читателей, если, конечно, они, как и автор этих строк, считают, что популяризация научных достижений и идей — один из важнейших для человечества методов борьбы с разными видами обскурантизма и астроложества.
В.Б.Брагинский, Член-корреспондент РАН Москва
ПРЕДИСЛОВИЕ
Эта книга о революции в наших представлениях о пространстве и времени и о замечательных следствиях этой революции, некоторые из которых неизвестны до сих пор. В то же время это потрясающее свидетельство человека, который находится в самой гуще событий, о борьбе и редких успехах в поисках понимания того, что является наиболее таинственным объектом во Вселенной — о черных дырах.
Когда-то считалось очевидным, что поверхность Земли плоская: она либо бесконечная, либо имеет край, за который вы можете упасть, если будете настолько неосторожны, что отправитесь в дальнее путешествие к этому краю. Успешное возвращение Магеллана и других кругосветных путешественников, в конце концов, убедило людей, что поверхность Земли замыкается на себя, образуя сферу1.
Однако само собой разумеющимся считалось, что сфера существует в плоском пространстве, плоском в том смысле, что к нему применима геометрия Евклида: параллельные линии никогда не пересекаются. Однако в 1915 г. Эйнштейн выдвинул теорию, объединяющую пространство и время в нечто, называемое пространством-временем. Оно уже не является плоским, а искривляется или сворачивается под действием заключенного в нем вещества или энергии. Поскольку вблизи нас пространство-время почти плоское, эта кривизна не имеет никакого значения в нормальных ситуациях. Но последствия этой теории для более отдаленных от нас областей Вселенной были настолько удивительны, что даже Эйнштейн не мог предположить. Так, например, у звезды под действием ее собственной гравитации может начаться коллапс, в результате которого пространство вокруг нее становится настолько искривленным, что звезда просто исчезает из Вселенной. Сам Эйнштейн не верил, что такой
коллапс возможен, однако, многие ученые показали, что это неизбежное следствие его собственной теории.
Рассказ о том, как они это сделали и как были обнаружены особые свойства черных дыр в пространстве, и составляет основу этой книги. Это история научного открытия и процесса его совершения, написанная одним из участников, такая же, как книга Джеймса Уотсона «Двойная спираль», рассказывающая об открытии структуры ДНК, которое привело к пониманию генетического кода. Но в отличие от истории ДНК, здесь не было никаких экспериментальных данных, которые направляли бы исследователей. Вместо этого была развита теория черных дыр, до того, как появились какие-либо свидетельствующие об их реальном существовании наблюдения. Я не знаю какого-либо другого примера в науке, когда такие великие экстраполяции были успешно сделаны только силой мысли. В этом и состоит замечательная мощь и глубина теории Эйнштейна.