Шаг первый: Экспериментальное опровержение гипотезы о существовании чёрных дыр

 

Давайте рассмотрим, при каких условиях чёрные дыры могут существовать, а при каких – нет.

Полная энергия тела массы m равна:

E = mc ² (8.1)

Пусть это тело находится на поверхности огромной массы М, имеющей радиус r. Потенциальная энергия тела массы m равна:

U = (8.2)

И если:

E + U < 0, (8.3)

то тело m ни при каких условиях не сможет вылететь из поля тяготения массы М. Даже если это тело, в результате каких-то внутренних процессов, проаннигилирует, то есть превратиться в свет, то этот свет также не сможет вылететь за пределы гравитационного поля массы М, потому что ему не хватит для этого энергии.

Преобразуем неравенство (8.3), учитывая (8.1) и (8.2):

или:

(8.4)

Если масса М достаточно велика, а его радиус r – мал, то на первый взгляд кажется, что неравенство (8.4) будет выполняться с неизбежностью. И именно поэтому многие астрономы и физики уверены, что чёрные дыры реально существуют во Вселенной.

Однако это не так. Потому что мы не знаем, как влияет гравитация на скорость света. Если скорость света будет оставаться постоянной в гравитационном поле или уменьшаться, то при определённых условиях будет выполнено неравенство (8.4), и, следовательно, чёрные дыры могут существовать. Но если величина скорости света будет возрастать в гравитационном поле таким образом, что всегда будет выполняться неравенство:

, (8.4)

то в таком случае чёрные дыры не будут существовать.

Поэтому прежде, чем тратить силы и средства на поиски чёрных дыр, необходимо выяснить, как влияет гравитация на скорость света.

На первый взгляд кажется, что выяснить это нетрудно. Для этого достаточно измерять скорость света с высокой степенью точности в течение года. Потому что Земля движется вокруг Солнца по эллипсу, вследствие чего расстояние между ними изменяется в пределах 5 миллионов километров. И, следовательно, если гравитация влияет на скорость света, то величина скорости света должна плавно изменяться в течение года [194,с.43], см. рис. 31.

 

 

 

Рис. 31. Земля движется вокруг Солнца по эллипсу. Если гравитация влияет на скорость света, то величина скорости света будет зависеть от расстояния между Землёй и Солнцем, и поэтому будет изменяться в течение года.

 

К сожалению, этот простой эксперимент не осуществим. Для того чтобы измерить скорость света, нам необходимо воспользоваться эталоном длины и высокоточными часами.

Но если гравитация влияет на скорость света, то, скорее всего, она также влияет и на размер эталона длины и на скорость хода часов. Более того, метр в современной физике определяется как длина, проходимая плоской электромагнитной волной за 1/299 792 458 секунды [100]. А секунда, в свою очередь, определяется как период, в течение которого происходит 9 192 631 770 колебаний, совершаемых электромагнитной волной, возникающей при определённом атомном переходе [135]. Таким образом, и метр, и секунда в современной физике определяются через свойства электромагнитной волны. Поэтому если скорость электромагнитной волны изменится в гравитационном поле, то это повлечёт за собой изменение эталонов времени и длины. И измеренная с помощью новых эталонов скорость света, останется той же самой. Мы не сможем обнаружить изменение скорости света, так как наши эталоны сами основаны на этой скорости.

И, тем не менее, всё-таки можно выяснить, влияет или нет гравитация на скорость света.

Допустим, мы измеряем скорость света в течение года с помощью высокоточных атомных часов и в результате убеждаемся, что величина скорости света остаётся постоянной в течение года. Теперь нам необходимо выяснить, как изменяется скорость хода атомных часов в гравитационном поле. Если скорость хода часов повышается, то, следовательно, скорость света возрастает и наоборот.

Чтобы выяснить, как влияет гравитация на скорость хода атомных часов (а, значит, и на скорость протекания электромагнитных процессов), нужно провести следующий эксперимент (рис. 32).

Двое высокоточных идентичных атомных часов устанавливаются на нижнем и верхнем этажах высотного здания. Согласно общей теории относительности быстрее должны идти часы, расположенные на верхнем этаже. Однако, используя уравнения квантовой механики для частоты излучения атома, можно рассчитать (см. параграф 3.1), что быстрее будут идти часы, расположенные на нижнем этаже.

Эксперимент с атомными часами очень подробно обсуждается в [194,195]. Этот эксперимент является ключевым для понимания такого явления как гравитация. И мне трудно поверить в то, что такой простой эксперимент до сих пор не был проведён. Мне кажется гораздо более вероятным, что он всё-таки проводился и притом неоднократно. Но его результаты оказались настолько шокирующими, что их просто не решались опубликовать.

 

 

 

Рис. 32. Двое стандартных идентичных высокоточных атомных часов находятся на верхнем и нижнем этажах здания. На среднем этаже здания находится счётчик импульсов. Снизу вверх каждую наносекунду (по нижним часам) посылается на счётчик кратковременный электромагнитный импульс. И сверху вниз каждую наносекунду (по верхним часам) посылается на счётчик кратковременный электромагнитный импульс. От тех часов, которые идут быстрее, импульсы будут приходить на счётчик чаще. Не следует путать этот эксперимент с экспериментом по измерению гравитационного смещения спектральных линий, как это часто делается в научной литературе (подробности в [195]).

 

Ведь все без исключения специалисты по гравитации абсолютно уверены, что атомные часы, находящиеся на нижнем этаже, должны идти медленнее. Потому что в подавляющем большинстве научных и научно-популярных книг по общей теории относительности говорится о замедлении времени в гравитационном поле (вблизи большой массы), как о твёрдо установленном экспериментальном факте. И экспериментатору, который вдруг обнаружит, что нижние часы всё-таки почему-то идут быстрее, психологически намного легче поверить, что он допустил какую-то систематическую ошибку при проведении эксперимента, чем выступить против авторитета общей теории относительности. Да и в большинстве современных научных журналов не опубликуют статью, с какой бы то ни было критикой в адрес общей теории относительности.

В современном научном мире существует миф о замедлении времени вблизи большой массы (эта тема обсуждается в [195]). И этот миф гораздо более вреден для развития науки, чем даже миф о существовании чёрных дыр. Простой эксперимент с атомными часами мог бы разрушить сразу оба мифа.

Действительно, что является наиболее важной чертой чёрной дыры? – то, что при приближении к ней время (ход физических процессов) замедляется всё сильней и сильней. А по достижению гравитационного радиуса время полностью останавливается. Согласно общей теории относительности частота излучения атома, а, значит, и скорость хода атомных часов будет тем меньше, чем глубже в гравитационном поле находится атом или атомные часы. Поэтому экспериментальное доказательство ускорения времени (хода атомных часов) вблизи земли будет не только опровержением общей теории относительности, но и также прямым доказательством того, что чёрные дыры не существуют.

Итак, первый и самый важный шаг, который необходимо сделать в самое ближайшее время, – это провести эксперимент с атомными часами. После того как он будет проведён, вся космология развернётся на 180 градусов.