Сельский священник, предсказавший чёрные дыры

За полтора века до Эйнштейна приходской священник из-под Лидса допустил, что бывают звёзды, свет с которых не уходит наружу. Он назвал их тёмными звёздами, посчитал нужный размер и предложил способ их искать — примерно тот же, каким чёрные дыры находят сегодня.

Священник из Торнхилла

Джон Мичелл родился в 1724 году в Икринге, графство Ноттингемшир. Больше двадцати лет он преподавал в кембриджском Куинз-колледже: древнееврейский, греческий, арифметику, богословие, геологию. В 1767 году получил приход церкви Святого Михаила в Торнхилле под Лидсом и оставался там до конца жизни.

Научных работ он опубликовал мало. Зато почти каждая опережала своё время на десятилетия.

Тёмные звёзды

В 1783 году Мичелл представил Лондонскому королевскому обществу доклад, где допустил существование звёзд с притяжением настолько сильным, что свет не может их покинуть. Он назвал их тёмными звёздами.

Рассуждение опиралось на Ньютона. Свет тогда считали потоком частиц — значит, на него действует тяготение. Мичелл рассчитал скорость, нужную, чтобы оторваться от звезды, и задал вопрос: а если для какой-то звезды она окажется больше скорости света? Тогда частицы света останутся внутри, и звезда станет невидимой. По его расчёту, такой была бы звезда с плотностью Солнца и радиусом примерно в пятьсот раз больше солнечного.

Он пошёл дальше теории и предложил, как их искать: следить за видимыми звёздами, чьё движение выдаёт притяжение невидимого соседа. Примерно этим способом их и находят — о том, чем чёрная дыра отличается от гипотетической белой, мы писали отдельно.

Магниты, землетрясения, двойные звёзды

Тёмные звёзды — не единственное, чем он занимался.

В 1750 году вышел его трактат об искусственных магнитах на восемьдесят страниц, где показано, что сила магнитных полюсов убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.

В 1755 году, после Лиссабонского землетрясения и других сильнейших толчков в истории, Мичелл заявил, что землетрясения расходятся сквозь толщу Земли волнами. Это была научная работа там, где прежде обходились рассуждениями о божьем гневе, и с неё принято отсчитывать современную сейсмологию. В 1760 году его избрали в Королевское общество.

В 1767 году он первым применил статистику к расположению звёзд. Разбирая скопления вроде Плеяд, он показал, что близкие друг к другу звёзды связаны тяготением, — первое свидетельство существования двойных систем и звёздных скоплений.

Ещё он построил крутильные весы, чтобы измерить притяжение между телами и вычислить плотность Земли. Опыт он поставить не успел. Прибор достался его другу Генри Кавендишу, который провёл измерение в 1797–1798 годах.

Почему его забыли

Корпускулярная теория света уступила волновой. Представлять, будто тяготение удерживает внутри звезды световые частицы, стало не из чего: частиц больше не было. Гипотеза потеряла опору и вышла из обращения.

Пьер-Симон Лаплас пришёл к тому же независимо. Его вывод забылся тоже.

Тот же радиус

К идее вернулись после общей теории относительности. В 1916 году Карл Шварцшильд решил уравнения Эйнштейна и получил границу, из-под которой свет не выходит, — то, что теперь называют радиусом Шварцшильда. Столкновения таких объектов сегодня регистрируют по гравитационным волнам.

А если проделать ньютоновский расчёт Мичелла, подставив в него скорость света, получается ровно тот же радиус. Физика в основании двух решений разная.

Мичелл получил это число за сто тридцать три года до Шварцшильда — пользуясь теорией, которую к тому времени уже считали неверной.