В таблице 6 приведены массы галактик, которые были определены первым или вторым методом.
Таблица 6. Массы галактик
Рис. 53. NGC 4486 — самая массивная из галактик, массы которых измерены
У карликовых галактик I и II типов очень малая масса. У одной из таких галактик масса равна всего двум миллионам солнечных масс. У другой масса в десять раз больше. Очень мала масса у эллиптического спутника NGC 221 туманности Андромеды.
Самая большая масса у эллиптической галактики NGC 4486 типа ЕО. Эта галактика не имеет видимого сжатия. Ее масса
равна одному триллиону масс Солнца. Эта галактика (рис. 53) окружена богатейшей системой шаровых скоплений. Общее их число достигает 400.
В таблице 6 приведены также отношения масс галактик к их светимости.
Плотности эллиптических галактик значительно больше плотности спиральных галактик. У тех и других разная эволюция, автобиография. Высокая плотность вещества в эллиптических галактиках свидетельствует о том, что они были более плотными и на стадии протогалактики, еще до образования звезд. Чем больше плотность вещества в протогалактике, тем интенсивнее протекает процесс звездообразования. Полагают, что скорость массового звездообразования пропорциональна квадрату плотности вещества. В эллиптических галактиках еще в самом начале все газовое вещество сконцентрировалось в звезды. Эти звезды имели в дальнейшем достаточно времени для того, чтобы пройти длительную эволюцию.
В заключение в таблицах 7,8 и 9 приведем некоторые сведения о звездах.
ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ И ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
Между всеми телами действуют силы тяготения. И. Ньютон установил закон, которому эти силы подчиняются. Он определил, что силы тяготения прямо пропорциональны произведению масс взаимодействующих сил и обратно пропорциональны квадрату расстояния между взаимодействующими телами. Это значит, что чем больше масса тел, тем с большей силой они притягивают друг друга. Но эта сила притяжения тем меньше, чем больше расстояние между взаимодействующими телами. Если это расстояние увеличится в два раза, то сила уменьшится в четыре раза (два в квадрате). Любые проводимые измерения всегда подтверждали абсолютную справедливость закона Ньютона. Но оказалось, что этот закон тяготения на самом деле не точен. Его неточность и, более того, неправильность проявляют себя в условиях, которые отличаются от наших, земных. Любопытно, что это было установлено не путем наблюдений, измерений, а теоретически, путем
Таблица 7. Двадцать ближайших звезд
Таблица 8. Двадцать ярчайших звезд
Таблица 9. Десять звезд с самым большим собственным движением
логических рассуждений, путем анализа. Это открытие сделал Альберт Эйнштейн. Он изложил его в своей теории относительности.
До Эйнштейна пространство, время и силы притяжения рассматривались независимо. Например, считалось, что время течет одинаково быстро независимо от того, где мы находимся, в какой точке пространства, на Земле или на сверхмассивной звезде в далеком космосе. Что касается сил притяжения, гравитации, то они считались независимыми как от пространства, так и от времени. Эйнштейн показал теоретически, что пространство, время и поле гравитации жестко связаны друг с другом. Поэтому изменение одной из этих величин обязательно вызовет изменение двух других. Так, гравитация действует на время. Вблизи массивных небесных тел время течет по-иному, оно замедляет свой ход. Это и сейчас трудно постичь — и не только потому, что тысячи лет люди считали, что время течет само по себе, но и потому, что в нашей земной жизни изменение скорости времени просто не происходит. Мы находимся в условиях действия слабых сил притяжения. Еще Аристотель считал, что существует абсолютное время. В своей книге «Физика» Аристотель писал: «Время, протекающее в двух подобных и одновременных движениях, одно и то же. Если бы оба промежутка времени не протекали одновременно, они все-таки были бы одинаковы… Следовательно, движения могут быть разные и независимые друг от друга. И в том и в другом случае время абсолютно одно и то же». И. Ньютон практически утверждал то же самое: «Абсолютное, истинное, математическое время, взятое само по себе, без отношения к какому-нибудь телу, протекает единообразно, соответственно своей собственной природе».
Конечно, и другие мыслители интуитивно чувствовали, что время изменчиво. Так, еще в I веке до н. э. Лукреций Кар в своей книге «О природе вещей» писал: «Время существует не само по себе… Нельзя понимать время само по себе, независимо от состояния покоя и движения тел».
Кстати, Лукреций Кар попал прямо в десятку, сказав, что время зависит от движения. Именно это и показал в своей теории относительности Эйнштейн. Он доказал, что никакого абсолютного времени нет. Нет потому, что течение времени зависит от движения (а в природе все движется). Оно зависит и от тяготения. В сильном поле тяготения все процессы (скорость течения времени определяется скоростью течения какого-либо процесса) замедляются. Значит, замедляется и время.
Но от поля тяготения зависит не только время, но и пространство. Оно меняет свои геометрические свойства, искривляется. Геометрия, которую мы изучали в школе, является геометрией неискривленного пространства. В таком пространстве плоскость есть плоскость. Но если это пространство находится вблизи очень массивного космического тела, то эта плоскость может превратиться в сачок.
Считая, что время является одним и тем же, абсолютным, ни от чего не зависимым, Ньютон не мог допустить, чтобы менялось пространство. Он писал: «Абсолютное пространство, по своей собственной природе независимое от всякого отношения к внешним предметам, остается неизменным и неподвижным». Ньютон представлял себе время чем-то вроде бесконечной «сцены», на которой разыгрываются разные события, от которых время (сцена) не зависит. Что же касается искривления пространства и свойств различных геометрических фигур в таком пространстве, то Н. Лобачевский создал для таких условий особую геометрию. В этой геометрии две параллельные прямые могут пересекаться. Это возможно потому, что они находятся не в плоскости, а в искривленном пространстве. Так, они могут находиться на поверхности сферы.
Поскольку пространство и время очень тесно взаимосвязаны, то есть смысл объединить их в одно понятие «пространство — время». Пространство имеет три измерения — длину, ширину и высоту. А тут добавляется еще одно измерение — время. Поэтому говорят о четырехмерном пространстве.
Все сказанное выше хорошо иллюстрируется условиями вблизи черной дыры. Черная дыра, как и любое другое тело, обладающее массой, притягивает к себе другие тела. Поскольку масса черной дыры очень большая, то сила притяжения к центру черной дыры также очень большая. Если определять эту силу по формуле (закону) Ньютона, то в центре черной дыры сила притяжения окажется бесконечно большой. Это надо понимать так. Если мы мысленно приближаем данное тело к центру черной дыры, то расстояние между ними стремится к нулю. Если какое-либо число делить на нуль, то получится бесконечность. Значит, в центре черной дыры (как, собственно, и в центре любой звезды или вообще любого тела) сила притяжения бесконечно велика. Но если пользоваться формулой Эйнштейна, то сила притяжения становится бесконечной еще до того, как тело достигнет центра черной дыры, то есть на определенном расстоянии от этого центра. Это расстояние назвали гравитационным радиусом. Величина этого радиуса зависит от массы небесного тела. Чем меньше масса тела, тем меньше этот радиус. Для Земли гравитационный радиус равен одному сантиметру. Для Солнца он равен трем километрам, тогда как радиус Солнца составляет 700 тысяч километров. В обычных, рядовых случаях (как для Земли или даже Солнца) результаты, полученные по Ньютону и Эйнштейну, отличаются очень мало. Однако в случае очень массивного тела это различие очень большое.