შავი ხვრელი ყველასათვის გასაგებ ენაზე

 დავიწყოთ იქედან, რომ ფარდობითობის ზოგადი თეორია ყველაზე კარგად ხსნის გრავიტაციის არსს. ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონი ამტკიცებს, რომ ნებისმიერ მასიურ სხეულებს შორის მოქმედებს მიზიდულობის ძალა. ამ ძალითაა გამოწვეული დედამიწის მოძრაობაც მზის გარშემო.

 ფარდობითობის ზოგადი თეორია კი მზე-დედამიწის სისტემას სხვაგვარად წარმოგვიდგენს. ამ თეორიის მიხედვით, ისეთი მასიური სხეულის, როგორიც მზეა, გრავიტაციული ზემოქმედებით სივრცე-დრო თითქოს იზნიქება და მისი ერთგვაროვნება ირღვევა. წარმოვიდგინოთ ელასტიური ბატუტი, რომელზეც მძიმე სფერო დევს (მაგალითადб ბოულინგის ბურთი). დაჭიმული ნაჭერი მის ქვეშ ჩაიზნიქება და გარშემო უფრო გაიშვიათებულ გარემოს ქმნის (ნაჭრის უჯრები უფრო შორს არის ერთმანეთისგან, ვიდრე სხვა ადგილებში) ასეთნაირად აწვება მზე სივრცე-დროის ქსოვილს თავის გარშემო.

ამ შემთხვევაში დედამიწა, მზის გარშემო წარმოქმნილი ორმოს გვერდებზე მოძრაობს (იმისგან განსხვავებით, რომ ასეთ ორმოზე მოძრავი პატარა ბურთულა იმოძრავებს სპირალურად და საბოლოოდ, დიდ ბურთულაზე დაეცემა). ასე რომ, ის რასაც ჩვენ მიზიდულობის ძალას ვეძახით არის სივრცე-დროის გეომეტრიის ცვლილება და არა ძალა ნიუტონისეული გაგებით. ამ დროისათვის, გრავიტაციის ყველაზე საუკეთესო ახსნა ფარდობითობის ზოგადი თეორიით ხდება, უფრო ზუსტი განმარტება ჯერ არავის მოუგონია.

 ახლა კი წარმოვიდგინოთ, რა მოხდება, თუ წარმოდგენილი სურათის ჩარჩოებში, დავიწყებთ მასიური სფეროს კიდევ უფრო დამძიმებას ფიზიკური ზომების ცვლილების გარეშე? არის რა აბსოლუტურად ელასტიური, ორმო კიდევ უფრო გაღრმავდება იქამდე, სანამ მისი ნაპირები სფეროს თავზე ერთმანეთს შეუერთდება და სფერო ჩვენთვის სრულიად უხილავი გახდება. რეალურ სამყაროში, დააგროვა რა საჭირო მასა და სიმკვრივე, მატერია თავის გარშემო კეტავს ჩაღრმავებას და კარგავს ყველანაირ კავშირს დანარჩენ სამყაროსთან, ანუ ხდება უხილავი. ასეთნაირად ჩნდება შავი ხვრელი.

შავი ხვრელის უმთავრესი თვისებაა – რაც არ უნდა მოხვდეს მასში, უკან ვერ დაბრუნდება. ეს ეხება სინათლესაც, აი რატომ მიიღეს ხვრელებმა ასეთი სახელი: სხეული, რომელიც მასზე დაცემულ სინათლეს მთლიანად შთანთქავს და თვითონაც არ ასხივებს, არის აბსოლუტურად შავი.

 ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, თუ სხეული შავი ხვრელის ცენტრს კრიტიკულ მანძილამდე მიუახლოვდება (შვარცშილდის რადიუსი), ვეღარასოდეს დაბრუნდება უკან.  სიდიდით, გრავიტაციული რადიუსი სფერულად სიმეტრიული სხეულის რადიუსს ემთხვევა, რომლის ზედაპირზე, კლასიკური მექანიკის მიხედვით, ე.წ. მეორე კოსმოსური სიჩქარე (რომლის განვითარების შემთხვევაში ამ სხეულის გრავიტაციის დაძლევა იქნება შესაძლებელი) სინათლისას უტოლდება (რაც შეუძლებელია, რადგან სინათლეზე (იგივე, ელქტრომაგნიტური ურთიერთქმედება) სწრაფად ვერაფერი იმოძრავებს).

 შვარცშილდის სფეროს,იგივე სფერულად სიმეტრიული შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტს, გრავიტაციულ რადიუსად წოდებული ზომა გააჩნია. გრავიტაციული რადიუსი m მასის პროპორცილულია  და ასეთი ფორმულით გამოითვლება – , ასტროფიზიკოსებისთვის უფრო მოსახერხებელია – , სადაც M – მზის მასაა.

კარლ შვარცშილდი(1873–1916).

 მზის მასისთვის ეს რადიუსი 3 კილომეტრის ტოლია, ანუ მზე შავ ხვრელად რომ გადაიქცეს, მისი სიმკვრივე იქამდე უნდა გავზარდოთ, სანამ მნათობი პატარა ქალაქის ზომებს მიიღებს!

 შვარცშილდის რადიუსს შიგნით, თეორია კიდევ უფრო უცნაურ მოვლენებს წინასწარმეტყველებს: შავი ხვრელის მთელი მასა უსასრულოდ პატარა წერტილში იყრის თავს – მათემატიკოსები ასეთ ობიექტს სინგულარულ შეშფოთებას უწოდებენ. რეალურად, ცნობილი არაა ხდება თუარა ეს ყველაფერი ასე, რადგან ექსპერიმენტის ჩატარება შეუძლებელია, ყველაფერი რაც შვარცშილდის რადიუსს მიღმა მოხვდება, უკან ვეღარ დაბრუნდება.

არ გვაქვს რა საშუალება დავინახოთ შავი ხვრელი ამ სიტყვის პირდაპირი გაგებით, ჩვენ ასეთი ობიექტების აღმოჩენა ირიბი მეთოდებით შეგვიძლია. მათ არსებობას ადასტურებს ის ზემძლავრი გარავიტაცია, რომელიც შავი ხვრელის გარშემო არსებულ მატერიაზე მოქმედებს.
შავი ხვრელის არსებობაზე, მის ახლო სივრცეში მიმდინარე პროცესები მიუთითებს. ხშირად, შავი ხვრელი კომპანიონ ვარსკვლავთან ერთად ორმაგ სისტემაშია გაერთიანებული. ისინი გრავიტაციით არიან დაკავშირებული და საერთო წარმოსახვითი ღერძის გარშემო ბრუნავენ.

შავი ხვრელის არსებობას გვატყობინებს ის მატერია, რომელიც მოყვა ხვრელის კოლოსალურ გრავიტაციულ ველში და ჯერ კიდევ არ გადაულახავს მოვლენათა ჰორიზონტი. ეს ის გაზია, რომელიც კომპანიონი ვარსკვლავიდან ხვრელში გადაედინება, თითქმის სინათლის სხივის სიჩქარით მოძრაობს და რენტგენის სხივებს ასხივებს. სწორედ ეს რენტგენის გამოსხივბა ფიქსირდება ასტრონომთა მიერ, რაც შავი ხვრელის არსებობაზე მიუთითებს.