Majoritatea 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. De fapt, 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 ipoteze 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.
Dacă vorbim într-un limbaj simplu, atunci 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), unii oameni normali aceste concepte nu sunt diferite. 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”.
- « Scurt istoric Univers 2005"
Vreau să recomand în special filmele sale de știință populară, 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!
Ultimele sfaturi 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:)
O gaură neagră este o regiune specială în spațiu. Aceasta este o anumită acumulare de materie neagră, capabilă să atragă în sine și să absoarbă alte obiecte din spațiu. Fenomenul găurilor negre încă nu este. Toate datele disponibile sunt doar teorii și presupuneri ale oamenilor de știință astronomi.
Denumirea „gaura neagră” a fost inventată de omul de știință J.A. Wheeler în 1968 la Universitatea Princeton.
Există o teorie conform căreia găurile negre sunt stele, dar sunt neobișnuite, precum cele cu neutroni. O gaură neagră - - pentru că are o densitate de luminiscență foarte mare și nu emite absolut nicio radiație. Prin urmare, nu este invizibil nici în infraroșu, nici în raze X, nici în raze radio.
Astronomul francez P. Laplace a descoperit această situație cu 150 de ani înaintea găurilor negre. Conform argumentelor sale, dacă are o densitate egală cu densitatea Pământului și un diametru de 250 de ori mai mare decât diametrul Soarelui, atunci nu permite razelor de lumină să se răspândească în tot Universul datorită gravitației sale și, prin urmare, rămâne invizibil. Astfel, se presupune că găurile negre sunt cele mai puternice obiecte emitente din Univers, dar nu au o suprafață solidă.
Proprietățile găurilor negre
Toate presupusele proprietăți ale găurilor negre se bazează pe teoria relativității, derivată în secolul XX de A. Einstein. Orice abordare tradițională a studierii acestui fenomen nu oferă nicio explicație convingătoare pentru fenomenul găurilor negre.
Principala proprietate a unei găuri negre este capacitatea de a îndoi timpul și spațiul. Orice obiect în mișcare prins în câmpul său gravitațional va fi inevitabil atras, deoarece... în acest caz, în jurul obiectului apare un vârtej gravitațional dens, un fel de pâlnie. În același timp, conceptul de timp este transformat. Oamenii de știință, prin calcul, sunt încă înclinați să concluzioneze că găurile negre nu sunt corpuri cerești în sensul general acceptat. Acestea sunt într-adevăr un fel de găuri, găuri de vierme în timp și spațiu, capabile să le schimbe și să le compacteze.
O gaură neagră este o regiune închisă a spațiului în care materia este comprimată și din care nimic nu poate scăpa, nici măcar lumina.
Conform calculelor astronomilor, cu câmpul gravitațional puternic care există în interiorul găurilor negre, niciun obiect nu poate rămâne nevătămat. Va fi rupt instantaneu în miliarde de bucăți înainte de a intra chiar înăuntru. Cu toate acestea, acest lucru nu exclude posibilitatea de a schimba particule și informații cu ajutorul lor. Și dacă o gaură neagră are o masă de cel puțin un miliard de ori mai mare decât masa Soarelui (supermasivă), atunci teoretic este posibil ca obiectele să se miște prin ea fără a fi rupte de gravitație.
Desigur, acestea sunt doar teorii, deoarece cercetările oamenilor de știință sunt încă prea departe de a înțelege ce procese și capacități ascund găurile negre. Este foarte posibil ca ceva asemanator sa se intample in viitor.
GAURĂ NEAGRĂ
o regiune din spațiu rezultată din prăbușirea gravitațională completă a materiei, în care atracția gravitațională este atât de puternică încât nici materia, nici lumina, nici alți purtători de informații nu o pot părăsi. Prin urmare, interiorul unei găuri negre nu este conectat cauzal cu restul universului; Procesele fizice care au loc în interiorul unei găuri negre nu pot influența procesele din afara acesteia. O gaură neagră este înconjurată de o suprafață cu proprietatea unei membrane unidirecționale: materia și radiația cad liber prin ea în gaura neagră, dar nimic nu poate scăpa de acolo. Această suprafață este numită „orizontul evenimentelor”. Deoarece există încă doar indicii indirecte ale existenței găurilor negre la distanțe de mii de ani lumină de Pământ, prezentarea noastră ulterioară se bazează în principal pe rezultate teoretice. Găurile negre, prezise de teoria generală a relativității (teoria gravitației propusă de Einstein în 1915) și alte teorii mai moderne ale gravitației, au fost fundamentate matematic de R. Oppenheimer și H. Snyder în 1939. Dar proprietățile spațiului și timpul în apropierea acestor obiecte s-a dovedit a fi atât de neobișnuit, încât astronomii și fizicienii nu le-au luat în serios timp de 25 de ani. Cu toate acestea, descoperirile astronomice de la mijlocul anilor 1960 au adus găuri negre la suprafață ca o posibilă realitate fizică. Descoperirea și studiul lor ne pot schimba fundamental ideile despre spațiu și timp.
Formarea găurilor negre.În timp ce reacțiile termonucleare au loc în intestinele stelei, ele mențin temperatura și presiunea ridicate, împiedicând stele să se prăbușească sub influența propriei gravitații. Cu toate acestea, în timp, combustibilul nuclear se epuizează, iar steaua începe să se micșoreze. Calculele arată că, dacă masa unei stele nu depășește trei mase solare, atunci aceasta va câștiga „bătălia cu gravitația”: colapsul gravitațional va fi oprit de presiunea materiei „degenerate”, iar steaua se va transforma pentru totdeauna într-un pitică albă sau stea neutronă. Dar dacă masa stelei este mai mare de trei solare, atunci nimic nu poate opri prăbușirea ei catastrofală și va trece rapid sub orizontul evenimentelor, devenind o gaură neagră. Pentru o gaură neagră sferică de masă M, orizontul evenimentelor formează o sferă cu un cerc la ecuator de 2p ori mai mare decât „raza gravitațională” a găurii negre RG = 2GM/c2, unde c este viteza luminii și G este constanta gravitațională. O gaură neagră cu o masă de 3 mase solare are o rază gravitațională de 8,8 km.
Dacă un astronom observă o stea în momentul transformării ei într-o gaură neagră, atunci la început va vedea cum steaua se comprimă din ce în ce mai repede, dar pe măsură ce suprafața ei se apropie de raza gravitațională, compresia va începe să încetinească până când se oprește complet. În același timp, lumina care vine de la stea se va slăbi și se va înroși până se va stinge complet. Acest lucru se întâmplă pentru că, în lupta împotriva forței gigantice a gravitației, lumina pierde energie și durează din ce în ce mai mult timp până ajunge la observator. Când suprafața stelei atinge raza gravitațională, lumina care o părăsește va dura o perioadă infinită de timp pentru a ajunge la observator (iar fotonii își vor pierde toată energia). În consecință, astronomul nu va aștepta niciodată acest moment, cu atât mai puțin va vedea ce se întâmplă cu steaua de sub orizontul evenimentelor. Dar teoretic acest proces poate fi studiat. Calculul colapsului sferic idealizat arată că un timp scurt steaua se contractă până la un punct în care sunt atinse valori infinit de mari ale densității și gravitației. Un astfel de punct se numește „singularitate”. Mai mult, generalul analiză matematică arată că, dacă a apărut un orizont de evenimente, atunci chiar și un colaps nesferic duce la o singularitate. Totuși, toate acestea sunt adevărate numai dacă relativitatea generală se aplică la scari spațiale foarte mici, de care nu suntem încă siguri. Legile cuantice operează în microlume și teoria cuantica gravitația nu a fost încă creată. Este clar că efectele cuantice nu pot opri prăbușirea unei stele într-o gaură neagră, dar ar putea preveni apariția unei singularități. Teoria modernă a evoluției stelare și cunoștințele noastre despre populația stelară a galaxiei indică faptul că printre cele 100 de miliarde de stele ale sale ar trebui să se formeze aproximativ 100 de milioane de găuri negre în timpul prăbușirii celor mai masive stele. În plus, găurile negre sunt foarte masa mare poate fi situat în nucleele galaxiilor mari, inclusiv ale noastre. După cum sa menționat deja, în epoca noastră, doar o masă mai mare de trei ori masa solară poate deveni o gaură neagră. Totuși, imediat după Big Bang, din care cca. Cu 15 miliarde de ani în urmă, a început expansiunea Universului, se puteau naște găuri negre de orice masă. Cele mai mici dintre ele, din cauza efectelor cuantice, ar fi trebuit să se evapore, pierzându-și masa sub formă de radiații și fluxuri de particule. Dar „găurile negre primare” cu o masă mai mare de 1015 g ar putea supraviețui până în prezent. Toate calculele colapsului stelar sunt făcute în ipoteza unei ușoare abateri de la simetria sferică și arată că se formează întotdeauna un orizont de evenimente. Cu toate acestea, cu o abatere puternică de la simetria sferică, prăbușirea unei stele poate duce la formarea unei regiuni cu gravitație infinit de puternică, dar neînconjurată de un orizont de evenimente; se numește „singularitatea goală”. Aceasta nu mai este o gaură neagră în sensul pe care l-am discutat mai sus. Legile fizice în apropierea unei singularități goale pot lua o formă foarte neașteptată. În prezent, o singularitate goală este considerată un obiect improbabil, în timp ce majoritatea astrofizicienilor cred în existența găurilor negre.
Proprietățile găurilor negre. Pentru un observator din exterior, structura unei găuri negre pare extrem de simplă. În timpul prăbușirii unei stele într-o gaură neagră într-o mică fracțiune de secundă (conform ceasului unui observator de la distanță), toate caracteristicile sale externe asociate cu neomogenitatea stelei originale sunt emise sub formă de gravitație și undele electromagnetice. Gaura neagră staționară rezultată „uită” toate informațiile despre steaua originală, cu excepția a trei cantități: masa totală, momentul unghiular (asociat cu rotația) și incarcare electrica. Studiind o gaură neagră, nu se mai poate ști dacă steaua inițială era alcătuită din materie sau antimaterie, dacă avea forma unui trabuc sau a unei clătite etc. În condiții astrofizice reale, o gaură neagră încărcată va atrage particule de semn opus față de mediul interstelar, iar sarcina sa va deveni rapid zero. Obiectul staționar rămas va fi fie o „gaură neagră Schwarzschild” care nu se rotește, care este caracterizată doar de masă, fie o „gaură neagră Kerr” rotativă, care se caracterizează prin masă și moment unghiular. Unicitatea tipurilor de găuri negre staționare de mai sus a fost dovedită în cadrul teoriei generale a relativității de către W. Israel, B. Carter, S. Hawking și D. Robinson. Conform teoriei generale a relativității, spațiul și timpul sunt curbate de câmpul gravitațional al corpurilor masive, cea mai mare curbură având loc în apropierea găurilor negre. Când fizicienii vorbesc despre intervale de timp și spațiu, se referă la numere citite de la un ceas fizic sau o riglă. De exemplu, rolul unui ceas poate fi jucat de o moleculă cu o anumită frecvență de vibrație, al cărei număr între două evenimente poate fi numit „interval de timp”. Este remarcabil că gravitația afectează toate sistemele fizice în același mod: toate ceasurile arată că timpul încetinește, iar toate riglele arată că spațiul se întinde lângă o gaură neagră. Aceasta înseamnă că gaura neagră îndoaie geometria spațiului și a timpului în jurul ei. Departe de gaura neagră, această curbură este mică, dar aproape de ea este atât de mare încât razele de lumină se pot mișca în jurul ei într-un cerc. Departe de o gaură neagră, câmpul său gravitațional este descris exact de teoria lui Newton pentru un corp de aceeași masă, dar aproape de acesta, gravitația devine mult mai puternică decât prezice teoria lui Newton. Orice corp care cade într-o gaură neagră va fi sfâșiat cu mult înainte de a traversa orizontul evenimentelor de puternice forțe gravitaționale ale mareelor care decurg din diferențele de gravitație la diferite distanțe de centru. O gaură neagră este întotdeauna gata să absoarbă materia sau radiația, crescându-și astfel masa. Interacțiunea sa cu lumea exterioară este determinată de un simplu principiu Hawking: aria orizontului de evenimente al unei găuri negre nu scade niciodată, cu excepția cazului în care se ia în considerare producția cuantică de particule. J. Bekenstein în 1973 a sugerat că găurile negre se supun acelorași legi fizice ca și corpuri fizice, care emit și absorb radiații (modelul „corp absolut negru”). Influențat de această idee, Hawking a arătat în 1974 că găurile negre pot emite materie și radiații, dar acest lucru va fi vizibil doar dacă masa găurii negre în sine este relativ mică. Astfel de găuri negre s-ar putea naște imediat după Big Bang, care a început expansiunea Universului. Masele acestor găuri negre primare nu trebuie să depășească 1015 g (ca un asteroid mic), iar dimensiunea lor ar trebui să fie de 10-15 m (precum un proton sau neutron). Câmpul gravitațional puternic din apropierea unei găuri negre produce perechi particule-antiparticule; una dintre particulele fiecărei perechi este absorbită de orificiu, iar a doua este emisă spre exterior. O gaură neagră cu o masă de 1015 g ar trebui să se comporte ca un corp cu o temperatură de 1011 K. Ideea „evaporării” găurilor negre contrazice complet conceptul clasic al acestora ca corpuri care nu sunt capabile de radiind.
Caută găuri negre. Calculele din cadrul teoriei generale a relativității a lui Einstein indică doar posibilitatea existenței găurilor negre, dar nu dovedesc deloc prezența lor în lumea reala; descoperirea unei adevărate găuri negre ar fi un pas important în dezvoltarea fizicii. Găsirea găurilor negre izolate în spațiu este iremediabil de dificilă: nu vom putea observa un mic obiect întunecat pe fundalul întunericului cosmic. Dar există speranță de a detecta o gaură neagră prin interacțiunea cu corpurile astronomice din jur, prin influența sa caracteristică asupra lor. Găurile negre supermasive pot locui în centrele galaxiilor, devorând continuu stele acolo. Concentrate în jurul găurii negre, stelele ar trebui să formeze vârfuri centrale de luminozitate în nucleele galactice; Căutarea lor este acum în desfășurare activă. O altă metodă de căutare este măsurarea vitezei stelelor și a gazului în jurul unui obiect central din galaxie. Dacă distanța lor față de obiectul central este cunoscută, atunci masa acestuia poate fi calculată și densitate medie. Dacă depășește semnificativ densitatea posibilă pentru clusterele stelare, atunci se crede că este o gaură neagră. Folosind această metodă, în 1996 J. Moran și colegii săi au stabilit că în centrul galaxiei NGC 4258 există probabil o gaură neagră cu o masă de 40 de milioane solare. Cea mai promițătoare este căutarea unei găuri negre în sistemele binare, unde aceasta, împreună cu o stea normală, poate orbita în jurul unui centru de masă comun. Prin deplasarea periodică Doppler a liniilor din spectrul unei stele, se poate înțelege că aceasta orbitează în tandem cu un anumit corp și chiar se poate estima masa acestuia din urmă. Dacă această masă depășește 3 mase solare, iar radiația corpului în sine nu poate fi detectată, atunci este foarte posibil să fie o gaură neagră. Într-un sistem binar compact, gaura neagră poate capta gaz de la suprafața unei stele normale. Mișcându-se pe orbită în jurul găurii negre, acest gaz formează un disc și, pe măsură ce se îndreaptă spre gaura neagră, devine foarte fierbinte și devine o sursă de radiație puternică de raze X. Fluctuațiile rapide ale acestei radiații ar trebui să indice că gazul se mișcă rapid pe o orbită cu rază mică în jurul unui obiect minuscul și masiv. Începând cu anii 1970, mai multe surse de raze X au fost descoperite în sisteme binare cu semne clare de găuri negre. Cel mai promițător este binarul cu raze X V 404 Cygni, a cărui masă componentei invizibile este estimată a fi nu mai puțin de 6 mase solare. Alți candidați remarcabili pentru găuri negre sunt în sistemele binare de raze X Cygnus X-1, LMCX-3, V 616 Monoceros, QZ Chanterelles și novae cu raze X Ophiuchus 1977, Mucha 1981 și Scorpio 1994. Excepția este LMCX- 3, situate în Norul Bolshoi Magellanic, toate sunt situate în Galaxia noastră la distanțe de aproximativ 8000 de ani lumină. ani de Pământ.
Vezi si
COSMOLOGIE;
GRAVITATIE;
PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ;
RELATIVITATE;
ASTRONOMIE EXTRA-ATMOSFERĂ.
LITERATURĂ
Cherepashchuk A.M. Masele de găuri negre în sisteme binare. Advances in Physical Sciences, vol. 166, p. 809, 1996
Enciclopedia lui Collier. - Societate deschisă. 2000 .
Sinonime:Vezi ce este „GAURA NEGRA” în alte dicționare:
GAURA NEGRA, zona localizata spațiul cosmic, din care nu pot scăpa nici materia, nici radiația, cu alte cuvinte, prima viteză cosmică depășește viteza luminii. Limita acestei zone se numește orizont de evenimente.... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic
Cosmic un obiect care ia naștere ca urmare a comprimării unui corp de către gravitație. forțe la dimensiuni mai mici decât raza gravitațională rg=2g/c2 (unde M este masa corpului, G este constanta gravitațională, c este valoarea numerică a vitezei luminii). Predicția despre existența... ... Enciclopedie fizică
Substantiv, număr de sinonime: 2 stele (503) necunoscut (11) Dicționar de sinonime ASIS. V.N. Trishin. 2013… Dicţionar de sinonime
« Science-fiction poate fi utilă - stimulează imaginația și ameliorează teama de viitor. in orice caz fapte științifice se poate dovedi a fi mult mai uimitor. 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 își dedică filmele lor și printre oameni normali găurile negre au devenit un fenomen atât de iconic încât sunt identificate cu sfârșitul lumii și cu moartea iminentă. 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 tratăm.
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 dezvoltăm o a doua viteza de evacuare(viteza necesară pentru a depăși atracția gravitațională a corpului care pleacă) nici măcar lumina nu poate, așa că un astfel de corp va rămâne invizibil cu ochiul liber.
Ale mele noua teorie Michell le-a numit „stele întunecate” și, în același timp, a încercat să calculeze masa unor astfel de obiecte. Și-a exprimat gândurile despre această chestiune în scrisoare deschisă 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 evolutie stelar, a devenit un tânăr astrofizician Subramanyan Chandrasekhar, originar din India. În 1930 a eliberat munca stiintifica, care a descris 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. Chiar 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 ridicolă 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 va fi asociat persoana normala cu expresia „incredibil de strălucitor”, dar descoperirea de la începutul anilor 60 ai secolului trecut a permis oamenilor de știință să considere această afirmație 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. A evita nume complexe, fizicianul american John Archibald Wheeler a propus denumirea unor astfel de 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. Presei galbene îi place să speculeze asupra analfabetismului populației, publicând povești uimitoare despre modul în care o uriașă gaură neagră se îndreaptă spre Pământul nostru, care în câteva ore va înghiți. sistem solar, 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 faptul că atunci când particulele se ciocnesc în Large Hadron Collider, pot apărea obiecte similare ca proprietăți cu găurile negre, dar dimensiunea lor este la același nivel cu particule elementare, iar astfel de „găuri” există pentru o perioadă atât de scurtă încât nici măcar nu putem detecta 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 Potrivit diferitelor 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, de... macar nu în următoarele miliarde de ani, dar putem face un alt film interesant despre asta.
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 multe locuri misterioase 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 atras, 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 exclusiv conditii favorabile pentru ca viața să apară 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 articole încep să semene cu spaghetele (există chiar și 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 către călătorie în spațiu, deplasându-se cu viteza luminii. Întorcându-se pe Pământ, geamănul descoperă că fratele său a îmbătrânit mai mult decât el, deoarece timpul se mișcă mai lent atunci când călătorește aproape de viteza luminii.
Pe măsură ce vă apropiați de orizontul de evenimente al unei găuri negre, vă veți mișca într-un asemenea ritm de mare viteză acel timp 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. Depășind orizontul evenimentelor cu o viteză enormă, materia de pe orbita unei găuri negre se încălzește până la temperaturi extrem de ridicate. temperaturi mari. 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 de la corpurile negre absolute interferează nori de gaz se răcește și previne 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 colapsului stele imense, depășind în masă Soarele de 20-30 de ori.
