Тёмные звёзды: теоретические объекты ньютоновской механики
Dark star (Newtonian mechanics)
Тёмные звёзды: теоретические объекты Ньютоновской механики с огромной массой и скоростью убегания, равной или превышающей скорость света. История и расчеты Джона Мичелла.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Объект, скорость убегания которого превышает скорость света, астрономические объекты, описываемые ньютоновской механикой.
Object with escape velocity exceeding the speed of light
astronomical objects described by Newtonian mechanics
Тёмная звезда — это теоретический объект, совместимый с ньютоновской механикой, который из-за своей большой массы обладает поверхностной скоростью убегания, равной или превышающей скорость света. Неясно, подвержен ли свет гравитации в рамках ньютоновской механики, но если бы он ускорялся так же, как и другие тела, любой свет, испущенный с поверхности тёмной звезды, был бы удержан её гравитацией, делая её невидимой, отсюда и название. Тёмные звёзды аналогичны чёрным дырам в общей теории относительности.
A dark star is a theoretical object compatible with Newtonian mechanics that, due to its large mass, has a surface escape velocity that equals or exceeds the speed of light. Whether light is affected by gravity under Newtonian mechanics is unclear but if it were accelerated the same way as projectiles, any light emitted at the surface of a dark star would be trapped by the star's gravity, rendering it dark, hence the name. Dark stars are analogous to black holes in general relativity.
Джон Мишель и темные звезды
В 1783 году геолог Джон Мишель написал письмо Генри Кавендишу, в котором описал ожидаемые свойства тёмных звёзд, опубликованное Королевским обществом в их томе за 1784 год. Мишель вычислил, что если скорость убегания с поверхности звезды равна или превышает скорость света, то испускаемый свет будет гравитационно захвачен, и звезда станет невидимой для далёкого астронома. Идея Мишеля о расчёте количества таких "невидимых" звёзд предвосхитила работы астрономов XX века: он предположил, что поскольку в определённой пропорции двойных звёздных систем можно ожидать наличие как минимум одной "тёмной" звезды, следует искать и каталогизировать как можно больше двойных звёздных систем, выявляя случаи, когда видна лишь одна обращающаяся звезда. Это позволило бы получить статистическую основу для оценки количества невидимой звёздной материи, которая может существовать помимо видимых звёзд.
During 1783 geologist John Michell wrote a letter to Henry Cavendish outlining the expected properties of dark stars, published by The Royal Society in their 1784 volume. Michell calculated that when the escape velocity at the surface of a star was equal to or greater than lightspeed, the generated light would be gravitationally trapped so that the star would not be visible to a distant astronomer. Michell's idea for calculating the number of such "invisible" stars anticipated 20th century astronomers' work: he suggested that since a certain proportion of double star systems might be expected to contain at least one "dark" star, we could search for and catalogue as many double star systems as possible, and identify cases where only a single circling star was visible. This would then provide a statistical baseline for calculating the amount of other unseen stellar matter that might exist in addition to the visible stars.
Темные звезды и гравитационные сдвиги
Мишель также предположил, что будущие астрономы смогут определить поверхностную гравитацию далёкой звезды, наблюдая, насколько смещается свет звезды к красному концу спектра – это было предвестием аргумента Эйнштейна о гравитационном смещении 1911 года. Однако Мишель ссылался на Ньютона, который считал, что синий свет менее энергичен, чем красный (Ньютон полагал, что более массивные частицы соответствуют большей длине волны), поэтому предсказанные Мишелем спектральные сдвиги имели неверное направление. Сложно сказать, было ли аккуратное упоминание Мишелем позиции Ньютона по этому вопросу отражением его собственных сомнений в правоте Ньютона или просто академической добросовестности.
Michell also suggested that future astronomers might be able to identify the surface gravity of a distant star by seeing how far the star's light was shifted to the weaker end of the spectrum, a precursor of Einstein's 1911 gravity shift argument. However, Michell cited Newton as saying that blue light was less energetic than red (Newton thought that more massive particles were associated with bigger wavelengths), so Michell's predicted spectral shifts were in the wrong direction. It is difficult to tell whether Michell's careful citing of Newton's position on this may have reflected a lack of conviction on Michell's part over whether Newton was correct or just academic thoroughness.
Волновая теория света
В 1796 году математик Пьер Симон Лаплас независимо от Мишеля выдвинул ту же идею в первом и втором изданиях своей книги «Изложение системы мира». В связи с развитием волновой теории света Лаплас, вероятно, исключил её из более поздних изданий, поскольку свет стал рассматриваться как безмассовая волна, а значит, не подверженная влиянию гравитации. В итоге, большинство физиков отказались от этой идеи, хотя немецкий физик, математик и астроном Иоганн Георг фон Зольднер продолжал придерживаться корпускулярной теории света Ньютона вплоть до 1804 года.
In 1796, the mathematician Pierre Simon Laplace promoted the same idea in the first and second editions of his book Exposition du système du Monde, independently of Michell. Because of the development of the wave theory of light, Laplace may have removed it from later editions as light came to be thought of as a massless wave, and therefore not influenced by gravity and as a group, physicists dropped the idea although the German physicist, mathematician, and astronomer Johann Georg von Soldner continued with Newton's corpuscular theory of light as late as 1804.