Текст книги "Космические рубежи теории относительности"

Автор книги: Уильям Кауфман

сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 20 страниц)

В начале нашего века, когда физики начали серьёзно задумываться над тем, что представляют собой атомы, электроны, протоны и другие субатомные частицы, они считали эти частицы, в сущности, маленькими кусочками обычного вещества. В первых грубых моделях атома было общепринятым, например, рассматривать электроны как крошечные бильярдные шары. Такое представление об субатомных частицах опиралось на законы в классической физике XIX в. (рис. 17.5, вверху).

РИС. 17.5. Субатомная частица. С точки зрения классической физики XIX в. такие частицы, как электроны или протоны, рассматривались по аналогии с маленькими бильярдными шарами. Но разработанная в XX в. квантовая механика описывает субатомные частицы с помощью волновых пакетов.

В ходе развития атомной и ядерной физики стало ясно, что представление о частицах как о бильярдных шарах чересчур ограниченно и потому имеет слишком узкие пределы применимости. Так, Вернер Гейзенберг обнаружил, что при рассмотрении весьма малых расстояний (порядка внутриатомных) невозможно точно определить, где в действительности находится такая частица, как электрон, если точно известна её скорость. Такая невозможность точного установления положения любой субатомной частицы при знании её скорости и наоборот легла в основу принципа неопределённости Гейзенберга. Суть его в том, что физик может говорить о вероятности того, что частица находится в определённый момент времени в данной точке пространства. Поэтому физики пришли к выводу, что гораздо полезнее и правильнее представлять себе субатомные частицы как волновые пакеты, изображение одного из которых приведено на рис. 17.5, внизу. Именно такая волновая модель частицы лежит в основе той области физики, которая называется квантовой механикой.

На основе квантовомеханического подхода оказалось возможным понять много явлений, совершенно необъяснимых с точки зрения старой модели бильярдных шаров. Хорошим примером может служить действие транзисторов и диодов в электронных устройствах. В некоторых типах диодов электрическое поле создаёт потенциальный барьер, настолько сильный, что он должен был бы воспрепятствовать электронам переходить с одной стороны диода на другую. В этом смысле потенциальный барьер можно представлять себе как «стенку». В прежней модели электрона (бильярдный шар) он должен был бы попросту отскочить от такой стенки, как это показано на рис. 17.6, вверху. Однако если представлять себе электрон как волновой пакет, то существует определённая вероятность того, что он проникнет за потенциальный барьер. Такое явление называют туннельным эффектом, оно схематически изображено на рис. 17.6, внизу.

РИС. 17.6. Туннельный эффект. С классической точки зрения электрон никогда не может преодолеть высокий потенциальный барьер. Однако с точки зрения квантовой механики субатомные частицы способны просочиться с одной стороны барьера на другую.

Окружающее чёрную дыру гравитационное поле можно представить себе как потенциальный барьер, запрещающий в классической теории чему бы то ни было выходить из дыры. В том случае, когда чёрная дыра очень массивна, её сильное гравитационное поле простирается на такое большое расстояние, что потенциальный барьер оказывается очень толстым. Вероятность того, что частица сможет благодаря туннельному эффекту пройти сквозь толстый потенциальный барьер, практически равна нулю (см. рис. 17.7, вверху). Но в маленькой первичной чёрной дыре гравитационное поле оказывается сильным лишь в очень небольшой области. Это означает, что окружающий маленькую чёрную дыру потенциальный барьер является очень тонким, в результате чего существует заметная вероятность того, что частицы смогут пройти сквозь него в окружающую Вселенную (рис. 17.7, внизу). Итак, частицы и античастицы, рожденные внутри горизонта событий, могут пройти сквозь тонкий потенциальный барьер маленькой чёрной дыры и выйти из неё! Это замечательное открытие, что вещество способно выходить из чёрной дыры, означает, что чёрные дыры ведут себя как белые дыры. Развивая эту мысль, Хоукинг смог в 1975 г. доказать, что маленькие чёрные дыры совершенно неотличимы от маленьких белых дыр!

РИС. 17.7. Выход из чёрной дыры благодаря туннельному эффекту. Гравитационное поле массивной чёрной дыры простирается на столь далекие расстояния, что создаваемый им потенциальный барьер оказывается очень толстым. Поэтому частицам почти невозможно пройти сквозь него в окружающую Вселенную. Если же чёрная дыра мала, то её потенциальный барьер достаточно тонок, и вещество может вырваться из дыры.

Тот факт, что чёрные дыры испускают вещество и излучение, означает, что чёрной дыре на основе законов термодинамики можно приписать температуру. Температура чёрной дыры – это непосредственная мера того, с какой скоростью дыра испускает частицы и излучение. Так как потенциальный барьер массивных чёрных дыр толст, то вероятность прохода любого объекта сквозь него близка к нулю. Значит, температура массивной чёрной дыры должна быть близка к абсолютному нулю. Например, температура чёрной дыры, возникающей при смерти массивной звезды, будет менее 1/10000000 градуса выше абсолютного нуля. Поэтому квантовомеханические эффекты, предсказанные Хоукингом, совершенно несущественны для массивных чёрных дыр. На рис. 17.8 приведен график, связывающий температуру и массу больших чёрных дыр. Те чёрные дыры, масса которых превышает массу Земли, обладают температурой менее 1/10 градуса выше абсолютного нуля.

РИС. 17.8. Большие чёрные дыры являются холодными. Так как частицам почти невозможно пройти сквозь толстый потенциальный барьер, окружающий большие чёрные дыры, температура последних является очень низкой.

Большие чёрные дыры являются холодными, так как их окружает толстый потенциальный барьер, практически не дающий ничему из них уходить сквозь горизонт событий. Маленькие чёрные дыры (разумеется, если они вообще существуют) должны обладать тонкими потенциальными барьерами. Согласно квантовой механике, частицы и излучение могут выходить из этих дыр, а значит, они должны обладать заметной температурой. На рис. 17.9 показан график, связывающий температуру и массу маленьких чёрных дыр. Как видно, чёрная дыра с массой порядка массы среднего астероида должна обладать температурой около 100000 К.

РИС. 17.9. Маленькие чёрные дыры являются горячими. Чёрные дыры малой массы окружены тонким потенциальным барьером. Чем меньше масса, тем тоньше потенциальный барьер. Частицы и излучение могут проходить сквозь него благодаря туннельному эффекту, и поэтому температура маленьких чёрных дыр может быть достаточно велика.

Очень маленькие чёрные дыры должны обладать исключительно тонкими потенциальными барьерами, через которые сможет легко выходить в окружающую Вселенную и излучение, и частицы. Поэтому температура очень малых чёрных дыр должна быть поистине огромна. Чёрная дыра с массой 1 000 000 т испускает столько вещества и энергии, что её температура равняется квадрильону (10¹⁵) градусов. При массе в 1 т температура чёрной дыры равна 10²¹ (миллиард триллионов) градусам. На рис. 17.10 представлен ход температур чёрных дыр в очень широком диапазоне масс.

РИС. 17.10. Температура чёрных дыр. Чем меньше масса чёрной дыры, тем выше её температура. Температура очень маленьких чёрных дыр может быть крайне высокой.

При испускании очень малой чёрной дырой вещества и излучения её масса должна уменьшаться. Если чёрная дыра испускает 1 кг вещества, её масса должна уменьшиться в точности на 1 кг. Этот простой факт влечёт за собой очень важные следствия. Испуская вещество и излучение, чёрная дыра теряет свою массу. При уменьшении массы чёрной дыры потенциальный барьер вокруг неё становится тоньше, её температура растет, и соответственно дыра начинает испускать всё больше частиц и энергии. И чем больше она излучает, тем меньше становится, а чем меньше становится, тем больше излучает. Таким образом чёрная дыра буквально съедает сама себя – она испаряется, причем процесс испарения самоускоряется по мере уменьшения массы дыры. Это ускорение настолько усиливается, что очень маленькие чёрные дыры в последние секунды своего существования просто взрываются. Полное количество энергии, выделяемое за последнюю секунду испарения чёрной дырой, эквивалентно взрыву водородной бомбы мощностью миллиард мегатонн!

Если нашей Вселенной уже 18 миллиардов лет и если первичные чёрные дыры образовались во время Большого Взрыва, то на сегодня все очень маленькие чёрные дыры уже давно испарились. Очень маленькие чёрные дыры должны быть такими горячими и испускать так много вещества, что им просто невозможно было бы просуществовать сколько-нибудь долгое время. Поэтому можно говорить о времени жизни чёрной дыры. Чёрная дыра, возникшая из 100 т вещества, должна быть настолько горячей, что смогла бы просуществовать всего 1/10000 с до того, как полностью испариться. Чёрной дыре с массой 1 миллион тонн для полного испарения требуется около 3 лет. Чёрная дыра с массой 1 миллиард тонн продержится около 3 миллиардов лет. На рис. 17.11 приведены времена жизни для чёрных дыр различных масс.

РИС. 17.11. Время жизни чёрных дыр. По мере того как чёрная дыра испускает частицы и излучение, её масса уменьшается. По мере уменьшения массы чёрная дыра испускает всё больше частиц и излучения, так как её температура растет. Этот самоускоряющийся процесс приводит к тому, что в конце концов все чёрные дыры испаряются. За последние несколько микросекунд такого испарения чёрная дыра выделяет количество энергии, эквивалентное взрыву миллиарда мегатонных водородных бомб! Так как возраст Вселенной составляет около 18 миллиардов лет, все чёрные дыры с массами менее нескольких миллиардов тонн должны к нашим дням уже испариться.

Так как время жизни первичной чёрной дыры определяется её начальной массой, ясно, что самые маленькие чёрные дыры, возникшие при большом взрыве, уже должны были испариться. До наших дней могли сохраниться лишь те из первичных чёрных дыр, массы которых превышали несколько миллиардов тонн (10 ¹⁵ г). Значит, если учёным и удастся когда-нибудь обнаружить в космосе первичные чёрные дыры, то они будут не менее массивны, чем средний астероид, хотя, вероятно, их размеры не будут превышать размеров атома. Обнаружить эти весьма малые объекты было бы возможно по испускаемой ими огромной энергии, вероятно, в виде очень жестких гамма-лучей.

Проблема возможного обнаружения первичных чёрных дыр в космосе самым непосредственным образом связана с тем, сколько же таких дыр должно было образоваться во время Большого Взрыва? В конце 1975 г. Бернард Карр, несколько лет работавший с Хоукингом, выдвинул серьёзные доводы в пользу того, что первичных чёрных дыр должно быть довольно много. Карр имел в виду, что в центре галактик возможно присутствие массивных первичных чёрных дыр (с массами более миллиона масс Солнца). Если это так, то, быть может, рядом с нашей Солнечной системой или даже в её составе найдутся две-три маленькие первичные чёрные дыры. Возможно (хотя и маловероятно), что маленькая чёрная дыра обращается по орбите около Солнца, не замечаемая нами.

Если бы в нашей Солнечной системе или вблизи неё была обнаружена первичная чёрная дыра, отсюда следовали бы выводы большой важности. Я думаю, что сейчас мы располагаем уже техникой, позволяющей отправиться на ловлю такой чёрной дыры с тем, чтобы доставить её на Землю. Если поместить эту дыру на орбиту около Земли, то энергию, которую она испаряет, можно передавать на Землю пучком микроволн, получая таким образом огромное количество энергии без загрязнения среды. Это повлекло бы за собой большие экономические и социальные последствия. Мы не только перестали бы зависеть от ископаемых в виде горючего, но и термоядерное оружие оказалось бы бесполезной игрушкой, если бы на околоземной орбите оказалась чёрная дыра. Поэтому не исключено, что заумные математические расчёты горстки астрофизиков-теоретиков окажут серьёзное воздействие на весь ход истории человечества.

ПОСЛЕДНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, КАСАЮЩИЕСЯ ПЕРВИЧНЫХ ЧЁРНЫХ ДЫР

В конце 1976 г., когда рукопись этой книги отправлялась в типографию, были получены некоторые важные теоретические результаты, касающиеся возможности существования большого числа первичных чёрных дыр, разбросанных по всей Вселенной. Я рад, что мне удалось включить в книгу эти краткие замечания.

В начале 1970-х годов Стивен Хоукинг показал, что во время Большого Взрыва могло образоваться множество маленьких чёрных дыр. К середине 1970-х годов он заключил, что вследствие квантовомеханических эффектов эти первичные чёрные дыры должны испускать частицы и излучение. В результате такого процесса испускания вещества и энергии первичные чёрные дыры испаряются и взрываются. Во время взрыва первичной чёрной дыры вся её масса преобразуется в весьма краткую и мощную вспышку гамма-лучей очень высокой энергии. Как упоминалось в конце гл. 17, все первичные чёрные дыры малой массы теперь должны уже были испариться. Дожить до наших дней могли лишь первичные чёрные дыры умеренной массы, т.е. те из них, масса которых превышает несколько миллиардов тонн (5-10¹⁴ г).

В 1975 г. Джордж Ф. Чаплин заметил, что по наблюдаемому фону гамма-лучей можно оценить максимальное число первичных чёрных дыр, существующих сейчас во Вселенной. Если предположить, что всё наблюдаемое гамма-излучение космического фона вызывается испарением чёрных дыр, то, как показал Дон Н. Пейдж, внутри галактик не может быть более чем 300 миллионов первичных чёрных дыр на каждый кубический световой год, если считать, что все дыры находятся именно в галактиках. (Этот «верхний предел» снижается до значения 300 первичных чёрных дыр на кубический световой год, если дыры распределены во Вселенной равномерно.) Конечно, значительная часть фонового гамма-излучения может быть обусловлена иными эффектами, а не испарением первичных чёрных дыр, так что число этих чёрных дыр, существующих сегодня, должно быть намного меньше, чем приведенный выше верхний предел.

В октябре 1976 г. Д. Н. Ч. Лин, Б. Дж. Карр и С. М. Фолл, разрабатывавшие эту проблему, опубликовали результаты своих вычислений. Они показали, что наблюдаемое фоновое гамма-излучение не обязательно ограничивает верхний предел числа первичных чёрных дыр, которые могли бы существовать в наше время. Лин, Карр и Фолл доказали, что при некоторых обстоятельствах очень малые первичные чёрные дыры, образовавшиеся во время Большого Взрыва, могут так сильно вырасти, что превратятся в первичные чёрные дыры умеренной массы (т. е. в дыры, имеющие массу порядка миллиардов тонн) ещё до того, как пройдет 1/10000 с с момента рождения Вселенной. Если это действительно имело место, то в космосе могут быть рассеяны большие количества первичных чёрных дыр умеренной массы. Так как они ещё не испарились полностью и не взорвались, их присутствие остаётся незамеченным и они ещё не внесли своего вклада в фоновое гамма-излучение.

Маленькие первичные чёрные дыры смогут превратиться в дыры умеренной массы, лишь если на самых ранних этапах существования Вселенной давление будет достаточно велико. Точнее говоря, рост масс первичных чёрных дыр зависит от уравнения состояния, характеризующего Вселенную на ранних этапах. Уравнение состояния выражает связь между давлением и плотностью материи. Если давление настолько велико, что равно плотности, то уравнение состояния называют «жестким». Обычно же давление меньше, чем плотность, и уравнение состояния характеризуется как «мягкое». Если сразу же после Большого Взрыва условия во Вселенной были такими, что её уравнение состояния было «жестким», то давление (по сравнению с плотностью) могло оказаться настолько большим, что вещество под действием этого давления спрессовывалось в маленькие первичные чёрные дыры. Затем по той же причине эти чёрные дыры очень быстро вырастали, становясь чёрными дырами умеренной массы.

Когда возраст Вселенной превысил 1/10000 с, уравнение состояния должно было стать «мягким» и оставаться таким всегда. Начиная с этого момента, материя во Вселенной стала достаточно рассеянной для того, чтобы уравнение состояния уже никогда не смогло стать «жестким». Вопрос о том, было ли уравнение состояния для Вселенной до возраста 1/10000 с «жестким», остаётся очень спорным. Однако Лин, Карр и Фолл доказали, что если уравнение состояния для Вселенной было «жестким» только в течение первой одной триллион-триллионной секунды (10^-24 с) после Большого Взрыва, то давление должно было оставаться в течение достаточно длительного периода столь высоким, чтобы все первичные чёрные дыры приобрели умеренное значение массы (т.е. чтобы масса каждой из них превысила несколько миллиардов тонн). Ни одна из таких первичных чёрных дыр не стала бы достаточно малой, чтобы полностью испариться до наших дней. Все они должны были бы сохраниться до сих пор, а некоторые, может быть, находятся где-то здесь, в нашей Солнечной системе!

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Аберрация (света звёзд). Явление, при котором вследствие движения наблюдателя изображение звезды смещается в сторону движения.

Абсолютная звёздная величина. Мера истинной яркости звезды. Согласно определению, это та видимая звёздная величина, которую имела бы данная звезда с расстояния 10 парсек.

Абсолютно удалённое. Область пространства-времени, абсолютно недостижимая для материальных объектов из вершины светового конуса.

Абсолютный нуль температуры. Температура 0 градусов Кельвина (0 К), т. е. примерно минус 273°С. Самая низкая из возможных температур.

Азимутальный угол. Здесь угол, отсчитываемый от оси вращения тела чёрной дыры.

Аккреция. Процесс, при котором массивный объект «засасывает» окружающее вещество вследствие своего тяготения.

Антигравитация. Такое гравитационное поле, которое отталкивает вещество и световые лучи.

Астероид. Малая планета; большое число астероидов обращается вокруг Солнца, обычно в промежутке между орбитами Марса и Юпитера.

Атом. Наименьшая частица химического элемента, которая ещё обладает свойствами, характерными для этого элемента.

Афелий. Точка орбиты тела, обращающегося вокруг Солнца, которая находится на наибольшем удалении от Солнца (для орбиты тела, обращающегося вокруг Земли, аналогичная точка называется апогеем).

Белая дыра. Область мощного гравитационного поля, включающая сингулярность и горизонт событий, откуда выбрасываются вбщество и энергия. Соответствует чёрной дыре, обращенной во времени.

Белый карлик. Очень маленькая и горячая звезда, приблизившаяся к концу своей эволюции.

Большой Взрыв. Первичный взрыв, из которого, согласно современным представлениям, возникла наблюдаемая Вселенная.

Будущее. Та область пространства-времени, куда идут мировые линии материальных объектов.

Взрыв чёрной дыры. Катастрофический завершающий этап испарения первичной чёрной дыры.

Виртуальная пара. Пара частица-античастица в вакууме, которая ещё не превратилась в реальные частицу-античастицу.

Внутренняя точка Лагранжа. В двойной системе звёзд – точка между двумя частями предельной кривой (поверхности) Роша.

Возмущение. Малое отклонение от нормального состояния, вызванное внешними причинами.

Волновое уравнение. Уравнение, описывающее процесс распространения волны.

Волновой пакет. Квантовомеханическая модель частицы как сгустка волн.

Временноиодобная бесконечность будущего (I⁺). Та область пространства-времени в очень далёком будущем, куда идут мировые линии частиц вещества.

Временноподобная бесконечность прошлого (I^-) Та область пространства-времени в удалённом прошлом, откуда пришли все мировые линии частиц вещества.

Временноподобная мировая линия. Мировая линия («траектория») в пространстве-времени, образующая с осью времени угол менее 45°.

Вселенная с антигравитацией. Вселенная, в которой гравитация носит характер отталкивания, Вселенная по «ту» сторону кольцевой сингулярности керровской чёрной дыры.

Вторичные космические лучи. Вторичные частицы, возникшие при взаимодействии между частицами первичных космических лучей, пришедшими из космоса, и ядрами атомов атмосферы Земли.

Гамма-лучи. Фотоны с энергией, превышающей энергию фотонов рентгеновских лучей. Это самая высокоэнергичная форма электромагнитного излучения.

Геодезическая. Кратчайший путь (мировая линия) между двумя событиями в искривлённом пространстве-времени. В плоском пространстве-времени геодезическая – это прямая линия.

Гипербола. Одно из конических сечений – кривая, которую можно получить, рассекая конус плоскостью.

Гиперповерхность. Двумерный срез (чаще трёхмерный срез) через четырёхмерное пространство-время.

Гиперсфера. «Сфера» в гипотетическом многомерном пространстве.

Главная последовательность. Совокупность звёзд на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, основным источником энергии которых является термоядерное «сжигание» водорода.

«Голая» сингулярность. Пространственно-временная сингулярность, не окруженная горизонтом событий.

Горизонт событий. Совокупность тех мест в пространстве-времени, где, с точки зрения удалённого наблюдателя, время останавливается. Горизонт событий является поверхностью, окружающей чёрную дыру.

Гравитационная антенна. Устройство, предназначенное для обнаружения гравитационных волн.

Гравитационная волна. «Рябь» пространства-времени, бегущая со скоростью света.

Гравитационная линза. Искажение изображения объекта или образование его множественных изображений под действием сильного гравитационного поля.

Гравитационное красное смещение. Эффект замедления времени в гравитационном поле, предсказываемый общей теорией относительности.

Гравитация. Явление притяжения материальных объектов друг другом.

Давление вырожденного нейтронного газа. Давление нейтронов, которое возникает в силу принципа запрета Паули; оно противостоит усиливающемуся сжатию вещества звезды на стадии нейтронной звезды.

Давление вырожденною электронного газа. Давление электронов, которое возникает в силу принципа запрета Паули; оно противостоит усиливающемуся сжатию вещества звезды на стадии белого карлика.

Двойная звезда. Система двух звёзд, обращающихся вокруг общего центра масс.

Деферент. В геоцентрической системе Птолемея – окружность, по которой движутся эпициклы.

Диаграмма вложения. Изображение пространственноподобной гиперповерхности, представляющей собой срез четырёхмерного искривлённого пространства-времени.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Диаграмма, выражающая связь между светимостями и температурами звёзд.

Диаграмма Крускала-Секереша. Диаграмма пространства-времени шварцшильдовской чёрной дыры, описывающая всю геометрию дыры.

Диаграмма Пенроуза. Конформная карта, охватывающая всё пространство-время.

Диск аккреции. Диск вещества, вращающийся вокруг чёрной дыры.

Длина волны. Расстояние между двумя последовательными горбами (или впадинами) волны.

Доплеровское смещение. Смещение линий спектра вследствие доплер – эффекта.

Доплер-эффект. Явление, состоящее в том, что длины волн любого излучения изменяют своё значение вследствие относительного движения источника и наблюдателя.

Закон Хаббла. Связь между величиной красного смещения для далеких галактик и расстоянием до них.

Законы Кеплера. Сформулированные Иоганном Кеплером три закона, которые описывают движение планет вокруг Солнца.

Законы Ньютона. Законы механики и тяготения, сформулированные Исааком Ньютоном.

Замедление времени. Явление, состоящее в том, что с точки зрения покоящегося наблюдателя часы движущегося наблюдателя отстают.

Затмение. Явление, при котором весь свет от одного тела или часть его заслоняется другим телом, проходящим между первым телом и наблюдателем. Пример – солнечные затмения.

Затменная двойная (звезда). Двойная звезда, орбиты компонентов которой расположены так, что, если смотреть с Земли, каждая из двух звёзд поочередно проходит перед другой.

Звезда главной последовательности. Звезда, которая изображается на диаграмме Герцшпрунга-Рассела точкой, находящейся на главной последовательности.

Звёздная величина видимая. Мера наблюдаемого блеска звезды на небе.

Звёздный ветер. Поток протонов и электронов, постоянно испускаемых звездой (например, Солнцем) и обладающих большими скоростями.

Изотропия. Свойство обладать одинаковыми характеристиками во всех направлениях.

Инвариант. Величина, значение которой одинаково для всех наблюдателей независимо от их состояния движения.

Интервал. «Расстояние» в пространстве-времени между двумя событиями.

Интерференционные полосы. Темные и светлые полосы, возникающие при взаимном уничтожении или усилении волн в двух световых пучках, когда они смешиваются.

Интерферометр Майкельсона. Прибор, изобретенный Альбертом А. Майкельсоном и первоначально предназначавшийся для наблюдения движения Земли относительно мирового «эфира».

Испарение чёрной дыры. Процесс, в ходе которого чёрная дыра испускает частицы и излучение.

Каталог Мессье. Каталог незвёздных объектов, составленный Шарлем Мессье в 1787 г.

Квазар. Звездоподобные объекты, находящиеся, как полагают, на огромном расстоянии от нашей Галактики; часто являются мощными источниками радиоизлучения.

Квантовая механика. Область физики, изучающая свойства и поведение атомов и субатомных частиц.

Керровская чёрная дыра. Чёрная дыра, обладающая массой и моментом количества движения, – электрически нейтральная вращающаяся чёрная дыра.

Коллапс. Явление катастрофического сжатия тела под действием его собственного гравитационного поля.

Кольцевая сингулярность. Сингулярность в керровской чёрной дыре.

Комета. Небольшой объект, состоящий из пыли, газа и льда и обычно движущийся по сильно вытянутой эллиптической (или даже параболической или гиперболической) орбите вокруг Солнца.

Конические сечения. Семейство кривых, которые можно получить как линии пересечения поверхности конуса и плоскости, когда последняя образует разные углы с осью конуса. Частные случаи конических сечений: окружность, эллипс, парабола, гипербола, прямая.

Конус убегания. Воображаемый конус у поверхности коллапсирующей звезды, с помощью которого можно определить, какие лучи света способны уйти от звезды на бесконечность.

Конформная карта. Диаграмма пространства-времени, построенная по определённому математическому рецепту таким образом, чтобы охватывать все области пространства-времени сразу.

Конформное отображение. Метод построения конформных карт пространства-времени.

Координатное время. Время, которое измеряет наблюдатель, находящийся в плоском пространстве-времени далеко от всех источников тяготения (иногда определяется просто как переменная, описывающая течение времени, но в остальном совершенно произвольная).

Космические лучи. Приходящие на Землю из космоса с очень большой скоростью частицы (в основном протоны и электроны).

Космологическая модель Большого Взрыва. Космологическая модель Вселенной, в основу которой положено предположение о первичном взрыве как начале существования наблюдаемой Вселенной.

Красное смещение. Увеличение длины волны электромагнитного излучения при движении источника излучения от наблюдателя.

Красный гигант. Очень большая по размерам звезда с низкой (~ 3000 К) температурой поверхности.

Массивная чёрная дыра. Чёрная дыра с массой примерно от 100 до 1000 масс Солнца.

Машина времени. Гипотетическое устройство, с помощью которого можно путешествовать в далёкое будущее или в прошлое.

Маятниковая круговая орбита. Разновидность круговой орбиты для света, характерная для отрицательного пространства керровской чёрной дыры.

Механизм Пенроуза. Способ извлечения энергии из вращающейся чёрной дыры.

«Миксмастер»-Вселенная. Теоретическая модель Вселенной, испытывающая попеременно сильное сжатие и расширение во всевозможных направлениях (что приводит к перемешиванию её содержимого).

Мировая линия. «Траектория» объекта в пространстве-времени.

Модель звезды. Результат теоретического расчёта физических условий внутри звезды.

Момент количества движения. Мера количества движения вращающегося тела; для материальной точки равен произведению её массы на линейную скорость и на расстояние от оси вращения.

Нейтрон. Субатомная частица, у которой нет электрического заряда, а масса приблизительно равна массе протона.

Нейтронная звезда. Сильно сжатая звезда, которую поддерживает в равновесии давление вырожденного нейтронного газа. Состоит в основном из нейтронов.

Неправильная галактика. Галактика несимметричной формы.

Новая звезда. Звезда, проходящая стадию резкого выброса вещества и временно увеличившая свою светимость в сотни или тысячи раз.

Общая теория относительности. Теория гравитации, выражающая тяготение через геометрию пространства-времени.

Оптическая двойная система. Двойная звезда, оба компонента которой поддаются наблюдению.

Опыт Майкельсона-Морли. Опыт, впервые выполненный в 1888 г. Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом У. Морли и показавший, что «эфира» в действительности не существует.

Орбита. Траектория тела, обращающегося вокруг другого тела или вокруг некоторой точки.

Отрицательное пространство. Область пространства «по ту сторону» кольцевой сингулярности керровской чёрной дыры.

Парабола. Одно из конических сечений – кривая, которая получается, если пересечь конус плоскостью, параллельной одной из образующих конуса (точнее, параллельной какой-либо из плоскостей, касательных к конусу).

Парадокс близнецов. Кажущийся парадокс, связанный с представлением, что вследствие эффекта замедления времени два релятивистских путешественника, когда-то расставшиеся, а затем встретившиеся вновь, должны утверждать, что каждый из них провел в путешествии больше времени, чем другой.

Параллакс. Кажущийся сдвиг объекта при движении наблюдателя.

Параллакс звезды. Кажущийся сдвиг достаточно близкой звезды при движении Земли вокруг Солнца (вследствие наблюдения с разных концов диаметра земной орбиты).

Парсек. Единица длины, равная 3,26 светового года. Параллакс звезды, которая находилась бы на расстоянии 1 пс от Земли, равнялся бы 1".

Первичная чёрная дыра. Очень маленькая чёрная дыра (с массой менее одной массы Солнца), которая могла бы образоваться в период Большого Взрыва.

Первичные космические лучи. Частицы космических лучей, приходящие извне земной атмосферы (в противоположность вторичным космическим лучам, частицы которых образуются при столкновениях первичных космических лучей с молекулами газов атмосферы Земли).

Первичный огненный шар. Чрезвычайно горячий газ (состоящий из элементарных частиц и излучения), из которого, как полагают, состояла вся наблюдаемая Вселенная сразу после Большого Взрыва.