Găurile negre sunt singurele corpuri cosmice capabile să atragă lumina prin gravitație. Ele sunt, de asemenea, cele mai mari obiecte din Univers. Este puțin probabil să știm ce se întâmplă în apropierea orizontului lor de evenimente (cunoscut sub numele de „punctul fără întoarcere”) în curând. Acestea sunt cele mai misterioase locuri din lumea noastră, despre care, în ciuda deceniilor de cercetări, încă se cunosc foarte puține lucruri. Acest articol conține 10 fapte care pot fi numite cele mai interesante.
Găurile negre nu absorb materie în sine
Mulți oameni își imaginează o gaură neagră ca un fel de „aspirator spațial”, atrăgând spațiul înconjurător. De fapt, găurile negre sunt obiecte spațiale obișnuite care au un câmp gravitațional excepțional de puternic.
Dacă în locul Soarelui ar apărea o gaură neagră de aceeași dimensiune, Pământul nu ar fi tras înăuntru, s-ar roti pe aceeași orbită ca și astăzi. Stelele situate lângă găurile negre își pierd o parte din masă sub formă de vânt stelar (acest lucru se întâmplă în timpul existenței oricărei stele), iar găurile negre absorb doar această materie.
Existența găurilor negre a fost prezisă de Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild a fost primul care a folosit teoria generală a relativității a lui Einstein pentru a demonstra existența unui „punct fără întoarcere”. Einstein însuși nu s-a gândit la găurile negre, deși teoria lui prezice existența lor.
Schwarzschild și-a făcut propunerea în 1915, imediat după ce Einstein și-a publicat teoria generală a relativității. În acel moment, a apărut termenul „raza Schwarzschild” - aceasta este o valoare care arată cât de mult ar trebui să comprimați un obiect pentru ca acesta să devină o gaură neagră.
Teoretic, orice poate deveni o gaură neagră dacă este comprimat suficient. Cu cât obiectul este mai dens, cu atât câmpul gravitațional pe care îl creează este mai puternic. De exemplu, Pământul ar deveni o gaură neagră dacă ar avea masa unui obiect de mărimea unei arahide.
Găurile negre pot da naștere unor noi universuri
Ideea că găurile negre pot da naștere unor noi universuri pare absurdă (mai ales că încă nu suntem siguri de existența altor universuri). Cu toate acestea, astfel de teorii sunt dezvoltate în mod activ de oamenii de știință.
O versiune foarte simplificată a uneia dintre aceste teorii este următoarea. Lumea noastră are condiții extrem de favorabile pentru apariția vieții în ea. Dacă vreuna dintre constantele fizice s-ar schimba chiar și puțin, nu am fi în această lume. Singularitatea găurilor negre depășește legile normale ale fizicii și ar putea (cel puțin în teorie) să dea naștere unui nou univers care va fi diferit de al nostru.
Găurile negre te pot transforma pe tine (și orice altceva) în spaghete
Găurile negre întind obiectele care se află în apropierea lor. Aceste obiecte încep să semene cu spaghetele (există chiar și un termen special - „spaghetificare”).
Acest lucru se întâmplă din cauza modului în care funcționează gravitația. În acest moment, picioarele tale sunt mai aproape de centrul Pământului decât capul tău, așa că sunt atrase mai puternic. Pe suprafața unei găuri negre, diferența de gravitație începe să lucreze împotriva ta. Picioarele sunt atrase de centrul găurii negre din ce în ce mai repede, astfel încât jumătatea superioară a corpului nu poate ține pasul cu ele. Rezultat: spaghetificare!
Găurile negre se evaporă în timp
Găurile negre nu numai că absorb vântul stelar, ci și se evaporă. Acest fenomen a fost descoperit în 1974 și a fost numit radiație Hawking (după Stephen Hawking, care a făcut descoperirea).
În timp, gaura neagră își poate elibera toată masa în spațiul înconjurător împreună cu această radiație și să dispară.
Găurile negre încetinesc timpul în apropierea lor
Pe măsură ce te apropii de orizontul evenimentului, timpul încetinește. Pentru a înțelege de ce se întâmplă acest lucru, trebuie să ne uităm la „paradoxul gemenului”, un experiment de gândire folosit adesea pentru a ilustra principiile de bază ale teoriei relativității generale a lui Einstein.
Unul dintre frații gemeni rămâne pe Pământ, iar al doilea zboară într-o călătorie în spațiu, mișcându-se cu viteza luminii. Întorcându-se pe Pământ, geamănul descoperă că fratele său a îmbătrânit mai mult decât el, deoarece timpul se mișcă mai încet atunci când călătorește aproape de viteza luminii.
Pe măsură ce te apropii de orizontul de evenimente al unei găuri negre, te vei mișca cu o viteză atât de mare încât timpul va încetini pentru tine.
Găurile negre sunt cele mai avansate sisteme energetice
Găurile negre generează energie mai bine decât Soarele și alte stele. Acest lucru se datorează materiei care orbitează în jurul lor. Trecând orizontul evenimentelor cu o viteză enormă, materia de pe orbita unei găuri negre se încălzește până la temperaturi extrem de ridicate. Aceasta se numește radiație de corp negru.
Pentru comparație, fuziunea nucleară transformă 0,7% din materie în energie. Lângă o gaură neagră, 10% din materie devine energie!
Găurile negre îndoaie spațiul din jurul lor
Spațiul poate fi gândit ca o placă de cauciuc întinsă cu linii desenate pe ea. Dacă puneți un obiect pe înregistrare, acesta își va schimba forma. Găurile negre funcționează în același mod. Masa lor extremă atrage totul, inclusiv lumina (ale cărei raze, pentru a continua analogia, ar putea fi numite linii pe o placă).
Găurile negre limitează numărul de stele din Univers
Stelele apar din norii de gaz. Pentru ca formarea stelelor să înceapă, norul trebuie să se răcească.
Radiațiile corpurilor negre împiedică răcirea norilor de gaz și împiedică apariția stelelor.
Teoretic, orice obiect poate deveni o gaură neagră
Singura diferență dintre Soarele nostru și o gaură neagră este forța gravitației. În centrul unei găuri negre este mult mai puternic decât în centrul unei stele. Dacă Soarele nostru ar fi comprimat la aproximativ cinci kilometri în diametru, ar putea fi o gaură neagră.
Teoretic, orice poate deveni o gaură neagră. În practică, știm că găurile negre apar doar ca urmare a prăbușirii stelelor uriașe care sunt de 20-30 de ori mai mari decât Soarele în masă.
Ipoteza existenței găurilor negre a fost formulată pentru prima dată de astronomul englez J. Michell în 1783 pe baza teoriei corpusculare a luminii și a teoriei gravitației a lui Newton. La acea vreme, teoria undelor a lui Huygens și faimosul său principiu al valurilor au fost pur și simplu uitate. Teoria valurilor nu a fost ajutată de sprijinul unor venerabili oameni de știință, în special a celebrilor academicieni din Sankt Petersburg M.V. Lomonosov și L. Euler. Logica raționamentului care l-a condus pe Michell la conceptul unei găuri negre este foarte simplă: dacă lumina constă din particule-corpuscule ale eterului luminifer, atunci aceste particule ar trebui să experimenteze, ca și alte corpuri, atracția din câmpul gravitațional. În consecință, cu cât steaua (sau planeta) este mai masivă, cu atât este mai mare atracția din partea sa pe care corpusculii ar trebui să experimenteze și cu atât este mai dificil pentru lumina să părăsească suprafața unui astfel de corp.
O logică ulterioară sugerează că în natură pot exista astfel de stele masive, a căror gravitație corpusculii nu o mai poate depăși și vor părea întotdeauna negre pentru un observator extern, deși ele însele pot străluci cu o strălucire orbitoare, precum Soarele. Din punct de vedere fizic, aceasta înseamnă că a doua viteză de evacuare pe suprafața unei astfel de stele nu ar trebui să fie mai mică decât viteza luminii. Calculele lui Michell arată că lumina nu va părăsi niciodată o stea dacă raza ei la densitatea medie solară este egală cu 500 solare. Acest tip de stea poate fi numit deja o gaură neagră.
După 13 ani, matematicianul și astronomul francez P.S. Laplace, cel mai probabil, independent de Michell, a exprimat o ipoteză similară despre existența unor astfel de obiecte exotice. Folosind o metodă de calcul greoaie, Laplace a găsit raza unei bile pentru o densitate dată, pe suprafața căreia viteza parabolică este egală cu viteza luminii. Potrivit lui Laplace, corpusculii de lumină, fiind particule gravitatoare, ar trebui să fie întârziați de stele masive care emit lumină, care au o densitate egală cu cea a Pământului și o rază de 250 de ori mai mare decât cea a Soarelui.
Această teorie a lui Laplace a fost inclusă doar în primele două ediții de viață ale celebrei sale cărți „Exposition of the World System”, publicată în 1796 și 1799. Da, poate, astronomul austriac F. K. von Zach a devenit interesat de teoria lui Laplace, publicând-o în 1798 sub titlul „Dovada teoremei că forța gravitațională a unui corp greu poate fi atât de mare încât lumina nu poate curge din el”.
În acest moment, istoria cercetării găurii negre s-a întrerupt de mai bine de 100 de ani. Se pare că Laplace însuși a abandonat în liniște o astfel de ipoteză extravagantă, deoarece a exclus-o din toate celelalte ediții de viață ale cărții sale, care a fost publicată în 1808, 1813 și 1824. Poate că Laplace nu a vrut să reproducă în continuare ipoteza aproape fantastică despre stelele colosale care nu eliberează lumină. Poate că a fost oprit de noi date astronomice privind invariabilitatea mărimii aberației luminii în diferite stele, care au contrazis unele dintre concluziile teoriei sale, pe baza cărora și-a bazat calculele. Dar cel mai probabil motiv pentru care toată lumea a uitat de misterioase obiecte ipotetice ale lui Michell-Laplace este triumful teoriei ondulatorii a luminii, al cărei marș triumfal a început în primii ani ai secolului al XIX-lea.
Începutul acestui triumf a fost pus de prelegerea Booker a fizicianului englez T. Young „The Theory of Light and Color”, publicată în 1801, unde Young cu îndrăzneală, spre deosebire de Newton și alți susținători celebri ai teoriei corpusculare (inclusiv Laplace) , a subliniat esența teoriei ondulatorii a luminii, spunând că lumina emisă constă din mișcările sub formă de undă ale eterului luminifer. Laplace, inspirat de descoperirea polarizării luminii, a început să „salveze” corpusculii prin construirea unei teorii a dublei refracții a luminii în cristale bazată pe acțiunea dublă a moleculelor de cristal asupra corpusculilor de lumină. Dar lucrările ulterioare ale fizicienilor O.Zh. Fresnel, F.D. Aragon, J. Fraunhofer și alții nu au lăsat nimic neîntors din teoria corpusculară, care a fost amintită serios abia un secol mai târziu, după descoperirea cuantelor. Toate discuțiile despre găurile negre în cadrul teoriei ondulatorii a luminii păreau ridicole la acea vreme.
Nu și-au amintit imediat despre găurile negre nici după „reabilitarea” teoriei corpusculare a luminii, când au început să vorbească despre ea la un nou nivel calitativ datorită ipotezei cuantelor (1900) și fotonilor (1905). Găurile negre au fost redescoperite pentru a doua oară abia după crearea Relativității Generale în 1916, când fizicianul teoretician și astronomul german K. Schwarzschild, la câteva luni după publicarea ecuațiilor lui Einstein, le-a folosit pentru a studia structura spațiu-timp curbat. în vecinătatea Soarelui. A ajuns să redescopere fenomenul găurilor negre, dar la un nivel mai profund.
Descoperirea teoretică finală a găurilor negre a avut loc în 1939, când Oppenheimer și Snyder au făcut prima soluție explicită a ecuațiilor lui Einstein pentru a descrie formarea unei găuri negre dintr-un nor de praf care se prăbușește. Termenul „gaură neagră” în sine a fost introdus pentru prima dată în știință de către fizicianul american J. Wheeler în 1968, în anii de renaștere rapidă a interesului pentru relativitatea generală, cosmologie și astrofizică, cauzat de realizările extra-atmosferice (în special, cu raze X) astronomie, descoperirea radiației cosmice de fond cu microunde, pulsari și quasari.
« Science-fiction poate fi utilă - stimulează imaginația și ameliorează teama de viitor. Cu toate acestea, faptele științifice pot fi mult mai surprinzătoare. Science-fiction nici măcar nu și-a imaginat existența unor lucruri precum găurile negre»
Stephen Hawking
În adâncurile universului există nenumărate mistere și secrete ascunse pentru oameni. Una dintre ele este găurile negre - obiecte pe care nici cele mai mari minți ale omenirii nu le pot înțelege. Sute de astrofizicieni încearcă să descopere natura găurilor negre, dar în acest stadiu nici măcar nu am dovedit existența lor în practică.
Regizorii de film le dedică filmele, iar printre oamenii obișnuiți găurile negre au devenit un fenomen atât de cult încât sunt identificați cu sfârșitul lumii și cu moartea inevitabilă. Sunt temuți și urâți, dar în același timp sunt idolatriți și adorați de necunoscutul pe care aceste fragmente ciudate ale Universului îl ascund în sine. De acord, să fii înghițit de o gaură neagră este un lucru atât de romantic. Cu ajutorul lor, este posibil și ei pot deveni și ghiduri pentru noi în.
Presa galbenă speculează adesea cu privire la popularitatea găurilor negre. Găsirea titlurilor în ziare legate de sfârșitul lumii din cauza unei alte coliziuni cu o gaură neagră supermasivă nu este o problemă. Mult mai rău este că partea analfabetă a populației ia totul în serios și stârnește o adevărată panică. Pentru a aduce o oarecare claritate, vom face o călătorie la originile descoperirii găurilor negre și vom încerca să înțelegem ce este și cum să o abordăm.
Stele invizibile
Se întâmplă că fizicienii moderni descriu structura Universului nostru folosind teoria relativității, pe care Einstein a oferit-o cu atenție umanității la începutul secolului al XX-lea. Găurile negre devin și mai misterioase, la orizontul de evenimente al cărora toate legile fizicii cunoscute nouă, inclusiv teoria lui Einstein, încetează să se aplice. Nu este minunat? În plus, conjectura despre existența găurilor negre a fost exprimată cu mult înainte ca Einstein însuși să se nască.
În 1783 s-a înregistrat o creștere semnificativă a activității științifice în Anglia. În acele vremuri, știința mergea cot la cot cu religia, se înțelegeau bine împreună, iar oamenii de știință nu mai erau considerați eretici. Mai mult, preoții erau angajați în cercetări științifice. Unul dintre acești slujitori ai lui Dumnezeu a fost pastorul englez John Michell, care s-a întrebat nu numai despre problemele existenței, ci și despre problemele complet științifice. Michell a fost un om de știință foarte întitulat: inițial a fost profesor de matematică și lingvistică antică la unul dintre colegii, iar după aceea a fost acceptat în Societatea Regală din Londra pentru o serie de descoperiri.
John Michell a studiat seismologia, dar în timpul liber îi plăcea să se gândească la etern și la cosmos. Așa i-a venit ideea că undeva în adâncurile Universului ar putea exista corpuri supermasive cu o gravitație atât de puternică încât pentru a depăși forța gravitațională a unui astfel de corp este necesar să se deplaseze cu o viteză egală sau mai mare. decât viteza luminii. Dacă acceptăm o astfel de teorie ca fiind adevărată, atunci nici măcar lumina nu va putea dezvolta o a doua viteză de evacuare (viteza necesară pentru a depăși atracția gravitațională a corpului care pleacă), așa că un astfel de corp va rămâne invizibil cu ochiul liber.
Michell a numit noua sa teorie „stelele întunecate” și, în același timp, a încercat să calculeze masa unor astfel de obiecte. El și-a exprimat gândurile cu privire la această problemă într-o scrisoare deschisă către Societatea Regală din Londra. Din păcate, în acele vremuri, astfel de cercetări nu aveau o valoare deosebită pentru știință, așa că scrisoarea lui Michell a fost trimisă la arhive. Doar două sute de ani mai târziu, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, a fost descoperită printre mii de alte înregistrări păstrate cu grijă în vechea bibliotecă.
Primele dovezi științifice ale existenței găurilor negre
După ce a fost publicată Teoria generală a relativității a lui Einstein, matematicienii și fizicienii au început serios să rezolve ecuațiile prezentate de omul de știință german, care trebuiau să ne spună o mulțime de lucruri noi despre structura Universului. Astronomul și fizicianul german Karl Schwarzschild a decis să facă același lucru în 1916.
Omul de știință, folosind calculele sale, a ajuns la concluzia că existența găurilor negre este posibilă. De asemenea, el a fost primul care a descris ceea ce a fost numit mai târziu expresia romantică „orizontul evenimentelor” - granița imaginară a spațiu-timpului la o gaură neagră, după trecerea căreia există un punct fără întoarcere. Nimic nu va scăpa din orizontul evenimentelor, nici măcar lumina. Dincolo de orizontul evenimentelor apare așa-numita „singularitate”, unde legile fizicii cunoscute de noi încetează să se aplice.
Continuând să-și dezvolte teoria și să rezolve ecuații, Schwarzschild a descoperit noi secrete ale găurilor negre pentru el și pentru lume. Astfel, el a putut, doar pe hârtie, să calculeze distanța de la centrul găurii negre, unde este concentrată masa acesteia, până la orizontul evenimentelor. Schwarzschild a numit această distanță raza gravitațională.
În ciuda faptului că din punct de vedere matematic, soluțiile lui Schwarzschild erau extrem de corecte și nu puteau fi infirmate, comunitatea științifică de la începutul secolului al XX-lea nu a putut accepta imediat o astfel de descoperire șocantă, iar existența găurilor negre a fost eliminată ca o fantezie, care a apărut la fiecare din când în când în teoria relativității. În următorul deceniu și jumătate, explorarea spațiului pentru prezența găurilor negre a fost lentă și doar câțiva adepți ai teoriei fizicianului german au fost implicați în ea.
Stele care dă naștere întunericului
După ce ecuațiile lui Einstein au fost sortate în bucăți, a venit timpul să folosim concluziile trase pentru a înțelege structura Universului. În special, în teoria evoluției stelare. Nu este un secret pentru nimeni că în lumea noastră nimic nu durează pentru totdeauna. Chiar și stelele au propriul lor ciclu de viață, deși mai lung decât o persoană.
Unul dintre primii oameni de știință care s-a interesat serios de evoluția stelară a fost tânărul astrofizician Subramanyan Chandrasekhar, originar din India. În 1930, a publicat o lucrare științifică care descria presupusa structură internă a stelelor, precum și ciclurile lor de viață.
Deja la începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință au ghicit despre un astfel de fenomen precum compresia gravitațională (colapsul gravitațional). La un anumit moment al vieții sale, o stea începe să se contracte cu o viteză extraordinară sub influența forțelor gravitaționale. De regulă, acest lucru se întâmplă în momentul morții unei stele, dar în timpul colapsului gravitațional există mai multe modalități de a continua existența unei mingi fierbinți.
Consilierul științific al lui Chandrasekhar, Ralph Fowler, un fizician teoretic respectat la vremea lui, a presupus că în timpul colapsului gravitațional orice stea se transformă într-una mai mică și mai fierbinte - o pitică albă. Dar s-a dovedit că studentul „a spart” teoria profesorului, care a fost împărtășită de majoritatea fizicienilor la începutul secolului trecut. Potrivit lucrării unui tânăr indian, dispariția unei stele depinde de masa sa inițială. De exemplu, doar acele stele a căror masă nu depășește de 1,44 ori masa Soarelui pot deveni pitice albe. Acest număr a fost numit limită Chandrasekhar. Dacă masa stelei a depășit această limită, atunci ea moare într-un mod complet diferit. În anumite condiții, o astfel de stea în momentul morții poate renaște într-o nouă stea neutronică - un alt mister al Universului modern. Teoria relativității ne spune o altă opțiune - compresia stelei la valori ultra-mici și de aici începe distracția.
În 1932, într-una dintre revistele științifice a apărut un articol în care geniatul fizician din URSS Lev Landau sugera că în timpul colapsului o stea supermasivă este comprimată într-un punct cu o rază infinitezimală și o masă infinită. În ciuda faptului că un astfel de eveniment este foarte greu de imaginat din punctul de vedere al unei persoane nepregătite, Landau nu era departe de adevăr. Fizicianul a mai sugerat că, conform teoriei relativității, gravitația într-un astfel de punct va fi atât de mare încât va începe să distorsioneze spațiu-timp.
Astrofizicienilor le-a plăcut teoria lui Landau și au continuat să o dezvolte. În 1939, în America, datorită eforturilor a doi fizicieni - Robert Oppenheimer și Hartland Snyder - a apărut o teorie care descria în detaliu o stea supermasivă în momentul prăbușirii. Ca urmare a unui astfel de eveniment, ar fi trebuit să apară o adevărată gaură neagră. În ciuda caracterului convingător al argumentelor, oamenii de știință au continuat să nege posibilitatea existenței unor astfel de corpuri, precum și transformarea stelelor în ele. Până și Einstein s-a distanțat de această idee, crezând că o stea nu este capabilă de astfel de transformări fenomenale. Alți fizicieni nu s-au zgârcit cu declarațiile lor, considerând absurdă posibilitatea unor astfel de evenimente.
Cu toate acestea, știința ajunge întotdeauna la adevăr, trebuie doar să așteptați puțin. Și așa s-a întâmplat.
Cele mai strălucitoare obiecte din Univers
Lumea noastră este o colecție de paradoxuri. Uneori coexistă în ea lucruri, a căror coexistență sfidează orice logică. De exemplu, termenul „gaură neagră” nu ar fi asociat de o persoană normală cu expresia „incredibil de strălucitor”, dar o descoperire la începutul anilor ’60 ai secolului trecut a permis oamenilor de știință să considere această afirmație ca fiind incorectă.
Cu ajutorul telescoapelor, astrofizicienii au putut descoperi pe cerul înstelat obiecte necunoscute până acum, care s-au comportat foarte ciudat în ciuda faptului că arătau ca stele obișnuite. În timp ce studia aceste lumini ciudate, omul de știință american Martin Schmidt a atras atenția asupra spectrografiei lor, ale cărei date au arătat rezultate diferite de la scanarea altor stele. Mai simplu spus, aceste vedete nu erau ca altele cu care suntem obișnuiți.
Dintr-o dată, Schmidt i-a dat seama și a observat o schimbare a spectrului în intervalul roșu. S-a dovedit că aceste obiecte sunt mult mai departe de noi decât stelele pe care suntem obișnuiți să le observăm pe cer. De exemplu, obiectul observat de Schmidt era situat la două miliarde și jumătate de ani lumină de planeta noastră, dar strălucea la fel de puternic ca o stea la câteva sute de ani lumină distanță. Se pare că lumina unui astfel de obiect este comparabilă cu luminozitatea unei întregi galaxii. Această descoperire a fost o adevărată descoperire în astrofizică. Omul de știință a numit aceste obiecte „cvasi-stelare” sau pur și simplu „quasar”.
Martin Schmidt a continuat să studieze noi obiecte și a descoperit că o astfel de strălucire strălucitoare poate fi cauzată doar de un singur motiv - acumularea. Acreția este procesul de absorbție a materiei înconjurătoare de către un corp supramasiv folosind gravitația. Omul de știință a ajuns la concluzia că în centrul quasarului se află o gaură neagră uriașă, care cu o forță incredibilă atrage materia care o înconjoară în spațiu. Pe măsură ce gaura absoarbe materie, particulele accelerează la viteze enorme și încep să strălucească. Un fel de cupolă luminoasă în jurul unei găuri negre se numește disc de acreție. Vizualizarea sa a fost bine demonstrată în filmul lui Christopher Nolan Interstellar, care a dat naștere la multe întrebări: „cum poate străluci o gaură neagră?”
Până în prezent, oamenii de știință au găsit deja mii de quasari pe cerul înstelat. Aceste obiecte ciudate, incredibil de luminoase sunt numite faruri ale Universului. Ele ne permit să ne imaginăm puțin mai bine structura cosmosului și să ne apropiem de momentul de la care a început totul.
Deși astrofizicienii au primit dovezi indirecte de mulți ani despre existența unor obiecte invizibile supermasive în Univers, termenul de „găură neagră” nu a existat până în 1967. Pentru a evita nume complexe, fizicianul american John Archibald Wheeler a propus denumirea acestor obiecte „găuri negre”. De ce nu? Într-o oarecare măsură sunt negre, pentru că nu le putem vedea. În plus, atrag totul, poți cădea în ele, la fel ca într-o adevărată gaură. Și conform legilor moderne ale fizicii, este pur și simplu imposibil să ieși dintr-un astfel de loc. Cu toate acestea, Stephen Hawking susține că atunci când călătorești printr-o gaură neagră, poți ajunge într-un alt Univers, o altă lume, iar aceasta este speranța.
Frica de infinit
Datorită misterului excesiv și romantizării găurilor negre, aceste obiecte au devenit o adevărată poveste de groază printre oameni. Presa tabloidă adoră să speculeze asupra analfabetismului populației, publicând povești uimitoare despre modul în care o gaură neagră uriașă se deplasează către Pământul nostru, care va devora sistemul solar în câteva ore, sau pur și simplu emite valuri de gaz toxic către planeta noastră. .
Subiectul distrugerii planetei cu ajutorul Large Hadron Collider, care a fost construit în Europa în 2006 pe teritoriul Consiliului European pentru Cercetare Nucleară (CERN), este deosebit de popular. Valul de panică a început ca o glumă stupidă a cuiva, dar a crescut ca un bulgăre de zăpadă. Cineva a lansat un zvon că s-ar putea forma o gaură neagră în acceleratorul de particule al ciocnitorului, care ar înghiți planeta noastră în întregime. Desigur, oamenii indignați au început să ceară interzicerea experimentelor la LHC, temându-se de acest rezultat al evenimentelor. Curtea Europeană a început să primească procese în care cereau închiderea ciocnitorului, iar oamenii de știință care l-au creat pedepsiți în cea mai mare măsură a legii.
De fapt, fizicienii nu neagă că atunci când particulele se ciocnesc în Large Hadron Collider, pot apărea obiecte similare ca proprietăți cu găurile negre, dar dimensiunea lor este la nivelul dimensiunii particulelor elementare și astfel de „găuri” există pentru o astfel de scurt timp în care nici măcar nu putem înregistra apariția lor.
Unul dintre principalii experți care încearcă să risipească valul de ignoranță în fața oamenilor este Stephen Hawking, un fizician teoretician celebru care, de altfel, este considerat un adevărat „guru” în ceea ce privește găurile negre. Hawking a demonstrat că găurile negre nu absorb întotdeauna lumina care apare în discurile de acreție, iar o parte din aceasta este împrăștiată în spațiu. Acest fenomen a fost numit radiație Hawking sau evaporarea găurii negre. Hawking a stabilit, de asemenea, o relație între dimensiunea unei găuri negre și rata de „evaporare” a acesteia - cu cât este mai mică, cu atât există mai puțin timp. Aceasta înseamnă că toți oponenții lui Large Hadron Collider nu ar trebui să-și facă griji: găurile negre din el nu vor putea supraviețui nici măcar o milione de secundă.
Teorie nedemonstrată în practică
Din păcate, tehnologia umană în acest stadiu de dezvoltare nu ne permite să testăm majoritatea teoriilor dezvoltate de astrofizicieni și alți oameni de știință. Pe de o parte, existența găurilor negre a fost dovedită destul de convingător pe hârtie și dedusă folosind formule în care totul se potrivește cu fiecare variabilă. Pe de altă parte, în practică, încă nu am reușit să vedem o adevărată gaură neagră cu proprii noștri ochi.
În ciuda tuturor dezacordurilor, fizicienii sugerează că în centrul fiecărei galaxii există o gaură neagră supermasivă, care adună stelele în grupuri cu gravitația sa și le obligă să călătorească în jurul Universului într-o companie mare și prietenoasă. În galaxia noastră Calea Lactee, conform diverselor estimări, există între 200 și 400 de miliarde de stele. Toate aceste stele orbitează ceva care are o masă enormă, ceva ce nu putem vedea cu un telescop. Cel mai probabil este o gaură neagră. Ar trebui să ne fie frică de ea? – Nu, cel puțin nu în următoarele miliarde de ani, dar putem face un alt film interesant despre asta.
Data publicării: 27.09.2012Majoritatea oamenilor au o idee vagă sau incorectă despre ceea ce sunt găurile negre. Între timp, acestea sunt obiecte atât de globale și puternice ale Universului, în comparație cu care Planeta noastră și întreaga noastră viață nu sunt nimic.
Esență
Acesta este un obiect cosmic cu o gravitație atât de enormă încât absoarbe tot ceea ce se încadrează în limitele sale. În esență, o gaură neagră este un obiect care nici măcar nu eliberează lumină și îndoaie spațiu-timp. Chiar și timpul se mișcă mai încet lângă găurile negre.
De fapt, existența găurilor negre este doar o teorie (și puțină practică). Oamenii de știință au presupuneri și experiență practică, dar nu au reușit încă să studieze îndeaproape găurile negre. Prin urmare, toate obiectele care se potrivesc acestei descrieri sunt numite în mod convențional găuri negre. Găurile negre au fost puțin studiate și, prin urmare, multe întrebări rămân nerezolvate.
Orice gaură neagră are un orizont de evenimente - acea limită după care nimic nu poate scăpa. În plus, cu cât un obiect este mai aproape de o gaură neagră, cu atât se mișcă mai încet.
Educaţie
Există mai multe tipuri și metode de formare a găurilor negre:
- formarea găurilor negre ca urmare a formării Universului. Astfel de găuri negre au apărut imediat după Big Bang.
- stele muribunde. Când o stea își pierde energia și reacțiile termonucleare se opresc, steaua începe să se micșoreze. În funcție de gradul de compresie, se disting stele neutronice, piticele albe și, de fapt, găurile negre.
- obtinut prin experiment. De exemplu, o gaură neagră cuantică poate fi creată într-un ciocnitor.
Versiuni
Mulți oameni de știință sunt înclinați să creadă că găurile negre ejectează toată materia absorbită în altă parte. Acestea. Trebuie să existe „găuri albe” care funcționează pe un principiu diferit. Dacă poți intra într-o gaură neagră, dar nu poți ieși, atunci, dimpotrivă, nu poți intra într-o gaură albă. Principalul argument al oamenilor de știință este exploziile ascuțite și puternice de energie înregistrate în spațiu.
Susținătorii teoriei corzilor și-au creat, în general, propriul model al unei găuri negre, care nu distruge informațiile. Teoria lor se numește „Fuzzball” – ne permite să răspundem la întrebări legate de singularitate și de dispariția informației.
Ce este singularitatea și dispariția informației? O singularitate este un punct din spațiu caracterizat de presiune și densitate infinite. Mulți oameni sunt confuzi de faptul singularității, deoarece fizicienii nu pot lucra cu numere infinite. Mulți sunt siguri că există o singularitate într-o gaură neagră, dar proprietățile acesteia sunt descrise foarte superficial.
În termeni simpli, toate problemele și neînțelegerile apar din relația dintre mecanica cuantică și gravitație. Până acum, oamenii de știință nu pot crea o teorie care să-i unească. Și de aceea apar probleme cu o gaură neagră. La urma urmei, o gaură neagră pare să distrugă informațiile, dar în același timp sunt încălcate fundamentele mecanicii cuantice. Deși destul de recent S. Hawking părea să fi rezolvat această problemă, afirmând că informațiile din găurile negre nu sunt distruse până la urmă.
Stereotipuri
În primul rând, găurile negre nu pot exista la infinit. Și totul datorită evaporării lui Hawking. Prin urmare, nu este nevoie să ne gândim că găurile negre vor înghiți, mai devreme sau mai târziu, Universul.
În al doilea rând, Soarele nostru nu va deveni o gaură neagră. Deoarece masa stelei noastre nu va fi suficientă. Soarele nostru este mai probabil să se transforme într-o pitică albă (și asta nu este un fapt).
În al treilea rând, Large Hadron Collider nu va distruge Pământul prin crearea unei găuri negre. Chiar dacă creează în mod deliberat o gaură neagră și o „eliberează”, atunci, datorită dimensiunilor sale mici, ne va consuma planeta pentru foarte, foarte mult timp.
În al patrulea rând, nu trebuie să credeți că o gaură neagră este o „gaură” în spațiu. O gaură neagră este un obiect sferic. De aici majoritatea opiniilor că găurile negre duc la un Univers paralel. Cu toate acestea, acest fapt nu a fost încă dovedit.
În al cincilea rând, o gaură neagră nu are culoare. Este detectată fie prin radiații cu raze X, fie pe fundalul altor galaxii și stele (efect de lentilă).
Datorită faptului că oamenii confundă adesea găurile negre cu găurile de vierme (care există de fapt), aceste concepte nu se disting în rândul oamenilor obișnuiți. O gaură de vierme chiar îți permite să te miști în spațiu și timp, dar până acum doar în teorie.
Lucruri complexe în termeni simpli
Este dificil să descrii un astfel de fenomen ca o gaură neagră într-un limbaj simplu. Dacă te consideri un tehnic versat în științele exacte, atunci te sfătuiesc să citești direct lucrările oamenilor de știință. Dacă doriți să aflați mai multe despre acest fenomen, atunci citiți lucrările lui Stephen Hawking. A făcut multe pentru știință, și mai ales în domeniul găurilor negre. Evaporarea găurilor negre poartă numele lui. Este un susținător al abordării pedagogice și, prin urmare, toate lucrările sale vor fi de înțeles chiar și pentru omul obișnuit.
Cărți:
- „Găuri negre și universuri tinere” 1993.
- „Lumea pe scurt 2001”.
- „Scurta istorie a Universului 2005”.
Vreau să recomand în special filmele sale de populare științifice, care vă vor spune într-un limbaj clar nu numai despre găurile negre, ci și despre Univers în general:
- „Universul lui Stephen Hawking” - o serie de 6 episoade.
- „Deep into the Universe with Stephen Hawking” - o serie de 3 episoade.
Toate aceste filme au fost traduse în rusă și sunt adesea afișate pe canalele Discovery.
Vă mulțumim pentru atenție!
Cele mai recente sfaturi din secțiunea Știință și Tehnologie:
Te-a ajutat acest sfat? Puteți ajuta proiectul donând orice sumă la discreția dumneavoastră pentru dezvoltarea lui. De exemplu, 20 de ruble. Sau mai mult:)
Atât pentru oamenii de știință din secolele trecute, cât și pentru cercetătorii timpului nostru, cel mai mare mister al cosmosului este gaura neagră. Ce se află în interiorul acestui sistem complet necunoscut fizicii? Ce legi se aplică acolo? Cum trece timpul într-o gaură neagră și de ce nici măcar cuantele de lumină nu pot scăpa de acolo? Acum vom încerca, desigur, din punct de vedere al teoriei și nu al practicii, să înțelegem ce este în interiorul unei găuri negre, de ce, în principiu, s-a format și există, cum atrage obiectele care o înconjoară.
Mai întâi, să descriem acest obiect
Deci, o gaură neagră este o anumită regiune a spațiului din Univers. Este imposibil să o desemnăm ca stea sau planetă separată, deoarece nu este nici solid, nici corp gazos. Fără o înțelegere de bază a ceea ce este spațiu-timp și cum se pot schimba aceste dimensiuni, este imposibil să înțelegem ce se află în interiorul unei găuri negre. Ideea este că această zonă nu este doar o unitate spațială. care distorsionează atât cele trei dimensiuni pe care le cunoaștem (lungime, lățime și înălțime), cât și cronologia. Oamenii de știință sunt încrezători că în regiunea orizontului (așa-numita zonă care înconjoară gaura), timpul capătă o semnificație spațială și se poate mișca atât înainte, cât și înapoi.
Să învățăm secretele gravitației
Dacă vrem să înțelegem ce se află în interiorul unei găuri negre, să aruncăm o privire mai atentă la ce este gravitația. Acest fenomen este esențial în înțelegerea naturii așa-numitelor „găuri de vierme”, din care nici măcar lumina nu poate scăpa. Gravitația este interacțiunea dintre toate corpurile care au o bază materială. Puterea unei astfel de gravitații depinde de compoziția moleculară a corpurilor, de concentrația atomilor, precum și de compoziția acestora. Cu cât se prăbușesc mai multe particule într-o anumită zonă a spațiului, cu atât forța gravitațională este mai mare. Acest lucru este indisolubil legat de teoria Big Bang, când Universul nostru avea dimensiunea unui bob de mazăre. Aceasta a fost o stare de maximă singularitate și, ca urmare a unui fulger de cuante de lumină, spațiul a început să se extindă datorită faptului că particulele se respingeau unele pe altele. Oamenii de știință descriu o gaură neagră exact invers. Ce este în interiorul unui astfel de lucru în conformitate cu TBZ? O singularitate care este egală cu indicatorii inerenți Universului nostru în momentul nașterii sale.
Cum intră materia într-o gaură de vierme?
Există o părere că o persoană nu va putea niciodată să înțeleagă ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre. Pentru că odată ajuns acolo, el va fi literalmente zdrobit de gravitație și de forța gravitației. De fapt, acest lucru nu este adevărat. Da, într-adevăr, o gaură neagră este o regiune a singularității în care totul este comprimat la maximum. Dar acesta nu este deloc un „aspirator spațial” care poate absorbi toate planetele și stelele. Orice obiect material care se găsește pe orizontul evenimentelor va observa o distorsiune puternică a spațiului și timpului (deocamdată, aceste unități stau separat). Sistemul euclidian de geometrie va începe să funcționeze defectuos, cu alte cuvinte, se vor intersecta, iar contururile figurilor stereometrice nu vor mai fi familiare. În ceea ce privește timpul, acesta va încetini treptat. Cu cât te apropii de gaură, cu atât ceasul va merge mai încet în raport cu ora Pământului, dar nu vei observa acest lucru. Când va cădea într-o gaură de vierme, corpul va cădea cu viteză zero, dar această unitate va fi egală cu infinitul. curbură, care echivalează infinitul cu zero, care în cele din urmă oprește timpul în regiunea singularității.
Reacția la lumina emisă
Singurul obiect din spațiu care atrage lumina este o gaură neagră. Ce este înăuntrul ei și sub ce formă este acolo nu se știe, dar se crede că este întuneric absolut, ceea ce este imposibil de imaginat. Cuantele de lumină, ajungând acolo, nu dispar pur și simplu. Masa lor este înmulțită cu masa singularității, ceea ce o face și mai mare și o mărește.Astfel, dacă în interiorul găurii de vierme aprindeți o lanternă pentru a privi în jur, aceasta nu va străluci. Cuantele emise se vor înmulți în mod constant cu masa găurii, iar tu, aproximativ vorbind, nu vei face decât să-ți înrăutățești situația.
Găuri negre la fiecare pas
După cum ne-am dat seama deja, baza formării este gravitația, a cărei magnitudine este de milioane de ori mai mare decât pe Pământ. O idee exactă despre ceea ce este o gaură neagră a fost oferită lumii de către Karl Schwarzschild, care, de fapt, a descoperit chiar orizontul evenimentelor și punctul de fără întoarcere și, de asemenea, a stabilit că zero într-o stare de singularitate este egal cu infinit. În opinia sa, o gaură neagră se poate forma în orice punct al spațiului. În acest caz, un anumit obiect material având formă sferică trebuie să atingă raza gravitațională. De exemplu, masa planetei noastre trebuie să se încadreze în volumul unui bob de mazăre pentru a deveni o gaură neagră. Și Soarele ar trebui să aibă un diametru de 5 kilometri cu masa sa - atunci starea sa va deveni singulară.
Orizontul formării unei lumi noi
Legile fizicii și geometriei funcționează perfect pe pământ și în spațiul cosmic, unde spațiul este aproape de vid. Dar își pierd complet semnificația la orizontul evenimentelor. Acesta este motivul pentru care, din punct de vedere matematic, este imposibil să se calculeze ce se află în interiorul unei găuri negre. Imaginile cu care poți veni dacă îndoi spațiul în conformitate cu ideile noastre despre lume sunt probabil departe de adevăr. S-a stabilit doar că timpul aici se transformă într-o unitate spațială și, cel mai probabil, la dimensiunile existente se mai adaugă câteva. Acest lucru face posibil să credem că în interiorul unei găuri negre (o fotografie, după cum știți, nu va arăta acest lucru, deoarece lumina de acolo se mănâncă singură) se formează lumi complet diferite. Aceste Universuri pot fi compuse din antimaterie, care în prezent este necunoscută oamenilor de știință. Există și versiuni conform cărora sfera fără întoarcere este doar un portal care duce fie către o altă lume, fie către alte puncte din Universul nostru.
Nașterea și moartea
Mult mai mult decât existența unei găuri negre este crearea sau dispariția acesteia. O sferă care distorsionează spațiu-timp, așa cum am aflat deja, se formează ca urmare a colapsului. Aceasta ar putea fi explozia unei stele mari, o coliziune a două sau mai multe corpuri în spațiu și așa mai departe. Dar cum a devenit materia care ar putea fi atinsă teoretic un domeniu al distorsiunii timpului? Puzzle-ul este în lucru. Dar este urmată de o a doua întrebare - de ce dispar astfel de sfere fără întoarcere? Și dacă găurile negre se evaporă, atunci de ce nu iese din ele acea lumină și toată materia cosmică pe care au absorbit-o? Când materia din zona de singularitate începe să se extindă, gravitația scade treptat. Ca urmare, gaura neagră se dizolvă pur și simplu, iar spațiul exterior obișnuit cu vid rămâne la locul său. De aici rezultă un alt mister - unde s-a dus tot ce a intrat în el?
Este gravitația cheia noastră către un viitor fericit?
Cercetătorii sunt încrezători că viitorul energetic al umanității poate fi modelat de o gaură neagră. Ce se află în interiorul acestui sistem este încă necunoscut, dar s-a stabilit că la orizontul evenimentelor orice materie este transformată în energie, dar, desigur, parțial. De exemplu, o persoană, aflându-se în apropierea punctului fără întoarcere, va renunța la 10% din materie pentru a fi procesată în energie. Această cifră este pur și simplu colosală; a devenit o senzație printre astronomi. Cert este că pe Pământ, doar 0,7% din materie este transformată în energie.
