Новоселов Ю.И.
Понятие черной дыры, как космического объекта, уже давно крепко утвердилось в научном сообществе. Положение о том, что черные дыры являются таковыми вследствие того, что их колоссальная гравитация не выпускает даже фотонное излучение, стало классическим. Однако, существуют предпосылки для сомнений по поводу правильности гравитационной модели черных дыр.
Такую предпосылку дает анализ расчетов величины радиуса Шварцшильда (гравитационного радиуса) для звездных объектов.
Выражение для расчета гравитационного радиуса выглядит следующим образом:
2· G· M / с2; (1)
где: G – гравитационная постоянная,
М – масса звездного объекта,
С – скорость света.
Данное выражение было получено, исходя из Закона всемирного тяготения. Т.е. при его выводе было сделано допущение о том, что взаимодействие происходит только в поле гравитационных сил и воздействие других сил не рассматривалось.
Правильно ли это? О чем мы забыли? Мы забыли об излучении звездных объектов, которое также действует на притягиваемые тела. И действие излучения звездных объектов противоположно направлению воздействия гравитационных сил.
Закономерно возникает вопрос о соотношении указанных сил. Настолько ли значительно воздействие фотонного излучения (в данной статье рассматриваем только фотонное излучение звездных объектов), чтобы учитывать его при рассмотрении процессов взаимодействия космических объектов?
Для ответа на этот вопрос целесообразно провести несложный расчет на примере солнечной системы.
Допустим, на расстоянии от Солнца, равном радиусу орбиты Земли находится парус из водородной материи размером 1 м2, который обращен своей плоскостью к Солнцу. При плотности жидкого водорода, равной 70,8 кг/м3 и толщине паруса в один атом его масса составит 3,75 ·10-9 кг. Согласно Закону всемирного тяготения такой парус будет притягиваться Солнцем с силой, определяемой выражением:
Fg = G·М·m / R2; (2)
где: G – гравитационная постоянная, 6,674 30(15)⋅10⁻¹¹ м³·кг⁻¹·с⁻²;
М – масса первого объекта (в данном случае масса Солнца, 1,99·1030 кг);
m – масса вторго объекта (в данном случае масса паруса, 3,75 ·10-9 кг);
R – расстояние между телами (в данном случае радиус орбиты Земли, 1,5· 1011 м).
При таких исходных данных сила гравитационного взаимодействия паруса с Солнцем составит 2,21·10-11 Н.
Теперь необходимо рассчитать силу давления фотонного излучения Солнца на парус. Давление электромагнитного излучения на поверхность объекта определяется выражением (при допущении, что все излучение поглощается объектом, парусом):
p = E / c; (3)
где: p – давление, Н / м2;
Е – плотность потока энергии электромагнитного излучения, Дж · м-2 · с-1 ;
с - скорость света, 3 · 108 м/с.
Плотность потока солнечного излучения на орбите Земли составляет 1353 Дж · с-1 · м-2 и давление на парус будет равным 4,51·10-6 Н.
Таким образом, отталкивающее действие солнечного излучения в 200 000 раз больше притягивающего действия солнечной гравитации на частицы водорода. Такое соотношение сохраняется при изменении расстояния, поскольку величина гравитационного воздействия, как и величина плотности потока излучения обратнопропорциональны квадрату расстояния между объектами.
Необходимо заметить, что допущение о том, что вся энергия электромагнитного излучения поглощается частицами рассматриваемого объекта – весьма грубое и приведенный расчет дает только «верхнюю» оценку исследуемого соотношения сил. Кроме того, такое соотношение сил будет характерно только для частиц водорода. Для более тяжелых элементов и для объектов, представляющих массивы материи, соотношение изменится в пользу гравитационных сил.
Но, все же, приведенный расчет показывает, что воздействие излучения необходимо учитывать при рассмотрении взаимодействия звездных объектов с окружающей средой.
Также при рассмотрении процессов эволюции звезд необходимо учитывать, что гравитационный коллапс звезд приводит к повышению их светимости за счет того, что при коллапсе гравитационные силы совершают работу, энергия которой влечет повышение температуры, а, значит, и повышение плотности потока излучения. Кроме того, свой вклад в повышение плотности потока излучения дают и начинающиеся при коллапсе новые ядерные реакции.
Таким образом, при коллапсе звезд баланс противоборствующих сил гравитационного притяжения и отталкивающих сил воздействия излучения получает значительны сдвиг в сторону приоритета давления излучения.
При учеты указанных факторов становится совершенно закономерным такое явление, как сброс внешних слоем звезд при вспышке сверхновых. Резкое повышение температуры влечет за собой увеличение плотности потока излучения, который срывает изнутри внешние слои.
На основании результатов расчета можно сделать следующие выводы:
1. При рассмотрении взаимодействия звездных объектов с окружающей средой необходимо учитывать воздействия излучения звездных объектов;
2. Расчеты гравитационного радиуса (радиуса Шварцшильда), проведенные без учета сил воздействия излучения звездных объектов, не могут являться базовыми для модели черной дыры;
3. Существуют предпосылки для пересмотра модели возникновения черных дыр.
Возможно, причиной возникновения явления черных дыр является не гравитация, а другой вид взаимодействия. Такое предположение рассматривается в статье [1].
Источники информации:
1. О фотонных взаимодействиях в магнитном поле черной дыры или почему черные дыры – черные. Ресурс: https://vk.com/doc12532809_506311225?hash=f899b3bc2c1876a2ab&dl=a5c2753a1f725f806a