Айзък Азимов
Гравитационната гибел на вселената (12) (Колапсиращата вселена или историята на черните дупки)

Звездите

Става ясно, че всички обекти с размери поне като тези на Юпитер са стабилни благодарение на електромагнитните сили.

Започвайки от отделните газови молекули и преминавайки през малките частици прах, по-големите частици с размери на речни камъчета, заоблените каменни грамади и планините, всичко това съществува в свързано състояние само заради действието на електромагнитните сили. Гравитационната сила на такива малки тела е толкова незначителна, че може да се пренебрегне въобще.

Когато имахме работа с обекти, чиито размери са от порядъка на големите астероиди, разбрахме, че гравитационните полета на тези обекти са вече в състояние да привличат веществото навътре със забележима сила. Следователно вътрешните области на тези обекти се уплътняват забележимо под действието на гравитацията и това все по-ясно се проследява при нарастване размерите на разглежданите обекти: Луна — Земя — Сатурн — Юпитер. Във всички случаи атомите на обектите се уплътняват до достигане на такова ниво на компресия, когато насочената навън уравновесяваща сила е в състояние да балансира действуващото навътре гравитационно привличане.

Така установеното равновесие е постоянно във времето.

Да си представим едно тяло като Земята или Юпитер, което е съвсем само във Вселената. В такъв един свят гравитационните и електромагнитните сили ще останат непроменени вечно и, доколкото знаем, материалната структура на самото тяло ще остане завинаги такава, каквато е. Може би ще има слаби разтърсвания, подобни на земетръсите, когато планетното вещество се намества на мястото си малко по малко. Планетата бавно ще изстива, докато не й остане топлина нито на повърхността, нито в центъра, и нейните океани и атмосфера ще замръзнат, но всички тези промени от астрономична гледна точка могат да се нарекат тривиални.

Равновесието не е равновесие между равностойни партньори. Въпреки че електромагнитната сила е невъобразимо по-голяма от гравитационната, точно тя ще загуби борбата.

Електромагнитната сила независимо от своята големина действува само посредством отделния атом. А всеки отделен атом дълбоко в недрата на планетата се уплътнява и, така да се каже, не вика за помощ съседите си, които са уплътнени по същия начин. Когато този атом достигне максималната си способност да се съпротивлява на компресията, това се случва и на всички други атоми, намиращи се при същото налягане. Ако налягането продължи да нараства, всеки атом поотделно и всички те заедно изчерпват възможностите си за съпротива.

А гравитационната сила, колкото и да е слаба първоначално, ще се усилва неограничено в процеса на натрупване на веществото на едно място, понеже всяко късче вещество добавя своето гравитационно поле към общото. Докато съпротивата срещу уплътняването има своите предели, то силите, предизвикващи това уплътняване, могат да нарастват неограничено.

Електромагнитната сила противодействува на уплътняването и издържа (представете си какви големи усилия й струва това) на натиска на земните пластове, предизвикан от гравитационното поле на Земята. Тя издържа върху себе си (с агонизиращи усилия, както бихме могли да си представим в нашата фантазия) много по-големия натиск на много по-масивните недра на Юпитер, привличани от неговото значително по-мощно гравитационно поле.

Добре тогава, какво би станало, ако на едно място струпаме повече вещество, отколкото има в Юпитер? Няма ли да дойде момент, когато гравитационното поле ще стане достатъчно интензивно и налягането в центъра достатъчно голямо, за да колапсират съпротивляващите се атоми — точно както масата в един момент се счупва под действието на прекалено голямата тежест върху нея?

Можем ли наистина да твърдим, че е възможно съществуванието на материални струпвания, по-големи от Юпитер? Може би има някакви причини, поради които в природата обектите не могат да нарастват повече от размерите, които има Юпитер.

Не, разбира се. Юпитер може да е най-голямата планета, която наблюдаваме, но ние имаме близо до нас един далеч по-голям от него обект — Слънцето.

Слънцето е толкова по-голямо от Юпитер, колкото Юпитер от Земята. Неговият диаметър е 1 391 400 km, което е 9,74 пъти повече от диаметъра на Юпитер. Ние трябва да наредим една до друга почти 10 планети като Юпитер, за да покрием слънчевия диаметър. Сравнете това с 11-те земни размера, които са необходими за получаването на диаметъра на Юпитер.

И ако Юпитер е 317,9 пъти по-масивен от Земята, то масата на Слънцето е 1049 пъти по-голяма от тази на Юпитер.

Друг факт, който потвърждава огромния размер на Слънцето в сравнение с която и да е планета, дори и с Юпитер, е неговата повърхностна гравитация. Гравитационното поле на видимата повърхност на Слънцето е точно 28,0 пъти по-силно от това на земната повърхност и 10,6 пъти по-силно от полето на повърхността на Юпитер.

Скоростта на избягване от повърхността на Слънцето е 617 km/s или 55 пъти по-голяма от тази на Земята и 10,2 пъти от тази на Юпитер. Фактически дори на разстояние 149,5 милиона километра от центъра на Слънцето скоростта на избягване от Слънцето все още остава 40,6 km/s.

Тъй като разстоянието от 149,5 милиона километра всъщност е разстоянието между Земята и Слънцето, то следва, че скоростта на избягване от Слънцето от мястото, където е Земята, е значително по-висока от скоростта на избягване от самата Земя. Това означава, че когато се праща спътник до Луната, Марс или Венера и скоростта му е достатъчна, за да го освободи от земната гравитация, тази скорост не е непременно достатъчна, за да освободи спътника и от слънчевата гравитация. Такъв спътник може да не обикаля вече около Земята, но ще остане в орбита около Слънцето.

Досега само два направени от ръката на човека обекта са достигнали такива скорости, които да ги освободят както от земната, така и от слънчевата гравитация и да могат да напуснат Слънчевата система.^[1] Става дума за двете изпратени към Юпитер сонди „Пайъниър-10“ и „Пайъниър-11“. Това бе осъществено при прелитането им покрай Юпитер, за да може неговото гравитационно поле да ги ускори по подходящ начин (във всеки случай скоростта на избягване от Слънцето там, където е Юпитер, е по-малка от тази при Земята).

Има и по-съществени разлики между Слънцето и Юпитер. Юпитер е много по-голям от Земята, но той все още е планета. И Юпитер, и Земята, поне що се отнася до повърхностите им, са студени и биха били тъмни, ако не отразяваха слънчевата светлина.

Слънцето обаче е звезда. То свети със своя собствена светлина, ослепителна и огнена.

Не е ли просто едно съвпадение това, че Слънцето е много по-масивно от всички планети, които са ни известни, и това, че то ни ослепява със собствена светлина? Или и двете са взаимосвързани?

Бихме могли да поспорим дали големината и собствената светлина вървят заедно, като направим това по следния начин.

Както видяхме по-рано в книгата, при формирането си всеки свят превръща кинетичната енергия от падането на образуващото го вещество в топлина. Колкото по-голям е този свят, толкова повече е вътрешната топлина. Земята е нажежена до бяло в центъра си, а Юпитер е далеч по-горещ.

Тогава Слънцето, което е по-голямо от Юпитер, ще бъде също така и много по-горещо в центъра си — може би достатъчно горещо, за да не могат горните слоеве на Слънцето да изолират добре повърхността му и тя да не може да остава повече, студена. Бихме могли да поспорим дали вътрешната топлина на обект с големината на Слънцето е достатъчна, та при изтичането си навън да поддържа слънчевата повърхност нагрята до бяло с температура 6000°C.

Неприятното на този възглед за структурата на Слънцето е това, че лесно може да се покаже, неговата несъстоятелност.

В крайна сметка Слънцето щедро „излива“ енергия с огромен темп и със сигурност е правило това и през цялото време на писаната история на човечеството. Изглежда, че това е ставало и през много от вече отминалите милиони години, за което съдим от следите, оставени от живота през епохите. И все пак, ако цялата енергия на Слънцето е била получена от кинетичната енергия по време на образуването му, то Слънцето просто не би имало достатъчно енергия, за да бъде такова, каквото го познаваме.

През 1853 г. немският физик Херман Лудвиг Фердинанд фон Хелмхолц (1821–1894) се опитал да пресметне какво количество кинетична енергия ще е необходимо, за да се поддържа излъчването на Слънцето. Той получил, че Слънцето би трябвало да се свива около 25 милиона години от кълбо с първоначални размери 300 милиона километра до кълбо със сегашните му размери, за да генерира енергията, изразходвана от него през цялото това време.

Но при диаметър 300 милиона километра Слънцето би запълнило цялата орбита на Земята и следователно тя не би могла да бъде по-стара от 25 милиона години. Но това не е възможно. Биолозите и геолозите били съвсем сигурни, че Земята е много по-стара.

Това означавало, че в действителност Слънцето черпи енергия от някакъв друг източник, а не от собственото си свиване; че то е разпръсквало тази енергия във вид на светлина и топлина през цялата история на Земята, без да се охлади ни най-малко. През целия XIX век обаче не бил известен такъв енергиен източник, който би могъл да осигури енергията на Слънцето, без да бъдат предизвикани трудности при обясняване на механизма му.

Обратът дойде с началото на нашия век, когато бе изяснен строежът на атома. Бе открито атомното ядро и стана ясно, че в него се крие енергия, много по-голяма от енергията на електроните, откъдето ние извличаме познатите ни форми на енергия.

Следователно Слънцето изобщо не е едно обикновено огнено кълбо. То е, така да се каже, кълбо от ядрен огън. Някъде в неговия център съществува енергия, освободена по някакъв начин от ядрените сили, чиято маса е хиляди пъти по-голяма от тази на електромагнитните.