În ultimele decenii ale secolului XX, astronomii au putut să descopere o mulțime de obiecte uimitoare în vaste întinderi ale universului. Aceasta - și pulsari, quasari și stele neutronice. Dar poate cel mai frapant și misterios sunt găurile negre - regiunea spațiu-timp, în care câmpul gravitațional este puternic în măsura în care nu un singur obiect (chiar lumina) nu sunt în stare să plece.
Și termenul "găuri negre" a apărut în 1968 cu mâna ușoară a fizicianului american John Wheeler. Noul nume a intrat repede în uz științific și, în curând, a înlocuit complet termenii folosiți anterior "collapsar" și "star înghețat".
În primul rând cât mai devreme în 1795 ipoteza existenței unor stele invizibile a prezentat celebrul matematician, fizician și astronom din Franța, Pierre-Simon Laplace (1749-1827), care, printre altele, a creat teoria formării planetelor din sistemul solar al materiei rare.
În baza legii gravitației universale, deschis Isaac Newton, Laplace, pentru a concluziona că steaua care are aceeași densitate ca și cea a planetei noastre, iar diametrul - de 250 de ori mai mult decât soarele, nu permit un singur fascicul de lumină pentru a ajunge pe Pământ datorită gravitației sale. Probabil, de aceea, cele mai strălucite stele se dovedesc a fi invizibile.
De fapt, cu cât corpul cosmic este mai mare, cu atât este mai mare viteza necesară pentru a părăsi acest corp. Această viteză se numește a doua viteză cosmică, iar pentru Pământ este egală cu 11 km / sec. Dar pe Soare viteza a doua spațiu este deja de 620 km / sec. Mai mult decât atât, a doua viteză cosmică este cea mai mare, cu atât este mai mare masa și cu atât mai mică este raza corpului ceresc, deoarece cu creșterea gravitației maselor crește și, odată cu creșterea distanței față de centru, slăbește.
Prin urmare, dacă raza soarelui a ajuns la 10 km, iar masa a rămas aceeași, atunci a doua viteză cosmică ar crește la jumătate din viteza luminii, adică până la 150.000 km / sec. Dacă raza luminării noastre continuă să scadă, atunci cu aceeași masă, a doua viteză cosmică ar ajunge la 300.000 km / s sau viteza luminii!
Se pare că ipoteza lui Laplace a dovedit convingător existența unor obiecte în Univers, care din cauza gravității lor puternice nu pot fi văzute de pe Pământ. Dar, în momentul lui Laplace, ei încă nu știau că nu era pur și simplu o viteză mai mare decât viteza luminii în natură, prin urmare ideea găurilor negre era incompletă.
Și numai teoria generală a relativității, dezvoltată de Einstein, a făcut posibilă o înțelegere mai modernă a găurilor negre.
Conform legilor lui Newton, atunci când corpul este comprimat de două ori, atracția lui crește de patru ori. Dacă corpul este strâns într-o astfel de stare încât raza lui scade la zero, atunci gravitația crește, respectiv, la infinit.
Dar Einstein a demonstrat că gravitatea va crește mai repede, iar rata de creștere a acesteia cu compresia ulterioară va crește. Gravitatea va avea o valoare infinită la așa numita rază gravitațională a corpului ceresc. Pentru ao pune într-un alt mod, deși corpul nu se transformă într-un punct, adică va avea anumite dimensiuni, dar gravitatea lui va tinde spre infinit.
Din toate cele de mai sus, rezultă că raza gravitațională depinde în mod direct de masa corpului ceresc. De exemplu, raza gravitațională a Pământului este de 10 milimetri, în timp ce raza reală este de 6.400 de kilometri. Pentru Soare această rază este de 3 mii de metri, în timp ce cea existentă este de 700 mii km.
Deci, orice corp ceresc, ondulată cu raza gravitațională, încetează să mai fie o sursă de radiații, pentru că lumina sau orice alte radiații nu poate părăsi din cauza faptului că viteza de evacuare a 2, în aceste condiții va fi mai mare decât viteza luminii.
Nu este clar: ce forță poate comprima o stea cu raza gravitațională? Această întrebare de astrofizică, fără prea multă ezitare, este răspuns: steaua în sine! Faptul este că, atâta timp cât "trăiește", reacțiile termonucleare au loc în interiorul acestuia, ceea ce creează fluxuri de radiații care se grăbesc la suprafața balonului de gaze. Dar cantitatea de substanță necesară reacțiilor (de exemplu, hidrogenul) nu este nelimitată, pentru că pentru o perioadă - de la câteva zeci de milioane la miliarde de ani - este scăzută.
După aceasta, presiunea internă care susține reacțiile termonucleare dispare și steaua începe să se contracte sub influența gravitației proprii. În acest caz, unele stele se scad foarte repede - catastrofale. Ca urmare, există o așa-numită colaps gravitațional.
Descoperind teoretic existența găurilor negre, astronomii au început să caute modalități de a le vedea de la mâna întâi. Această lucrare a început cu căutarea surselor cu raze X, deoarece apare numai când gazul înconjurător este încălzit la temperaturi extrem de ridicate. Dar pentru ca o astfel de încălzire să apară, este necesar ca câmpul gravitațional să fie foarte puternic. Și astfel de câmpuri au comprimat stele: pitici albi, stele neutronice și .... găuri negre! Dar dacă piticii albi pot fi observați direct, atunci cu găurile negre, problema devine mai complicată. Dar astronomii au reușit să rezolve această problemă.
După ce a aflat că, dacă corpul are o masă care este de două ori masa solară, atunci poate să pretindă destul de bine rolul unei găuri negre. Măsurarea masei unui obiect ceresc este relativ ușoară dacă are o pereche sub forma unui alt corp ceresc.
În final, un astfel de sistem dublu, care, de asemenea, radiază în raze X, a descoperit astronomii în constelația Cygnus. Obiectul a fost numit Cygnus X-1, iar el a devenit primul candidat pentru găurile negre.
Acesta este situat la o distanță de 6 mii de ani-lumină de la planeta noastră și constă din două corpuri: o stea gigantică normală, cu o masă de aproximativ 20 de soare și un obiect invizibil cu o masă de 10 Sunuri care emite radiații în raza X.
Cu toate acestea, dacă nu poate scăpa nimic dintr-o gaură neagră, atunci cum se poate radia? Se dovedește o situație paradoxală. Dar, se pare, gaura neagra nu radia, ci numai substanta care se incadreaza pe ea. Datorită radiației sale se determină prezența unei găuri negre.
Având o gravitate puternică, o gaură neagră ia de la tovarășul său o parte a substanței care se îndreaptă spre ea într-o spirală. Și cu cât această substanță este mai aproape de gaura neagră, cu atât este mai puternică că este încălzită. În cele din urmă, la un moment dat începe să radieze în gama de raze X, care este fixată de observatorii terestre.
Găurile negre, ca și stelele obișnuite, sunt foarte diverse, mai ales în mărimea lor. Prin urmare, astronomii le împart în trei tipuri.
Primul dintre acestea include găuri negre, a căror masă este de aproximativ 10 mase ale Soarelui. Ele sunt formate din stele masive, atunci când reacțiile termonucleare se opresc în acelea.
Al doilea tip este reprezentat de găuri negre supermassive în centrele galaxiilor: masele lor sunt de la un milion la miliarde de galaxii solare. Acestea, de regulă, se află în centrele de galaxii - insulele stelare ale Universului.
În plus, monștrii spațiali au un apetit incredibil. Mărește tot timpul masa lor, au "mâncat" deja toată materia înconjurătoare, masa cărora este egală cu milioane de Soare. Cu toate acestea, ei nu încetează să absoarbă în mod activ cel mai apropiat mediu, mărind astfel "dimensiunile" lor.
Meniul permanent al găurii negre include: gaze, praf, planete și stele, dar uneori chiar și ele se bucură de rudele lor cele mai apropiate - obiecte masive compacte, cum ar fi găurile negre de masă stelară. Nici nu privează atenția stelelor neutronice și a piticelor albi, prinse accidental în câmpul lor gravitațional. Aceste obiecte sunt mai puternice decât toate "țipând" în raze X și gama, când o gaură neagră le absoarbe.
Și, în final, al treilea tip include găurile negre primare care au apărut la începutul evoluției universului. Acestea pot fi considerate pitici printre găurile negre, deoarece masele lor sunt comparabile cu greutatea asteroizilor mari.
În ceea ce privește găurile negre pentru o lungă perioadă de timp avizul predominat în comunitatea științifică că acestea sunt, probabil, cele mai misterioase obiecte din nimic univers unul de altul nu diferă, adică, omenește vorbind, toate acestea arata la fel.
Dar cercetările efectuate la începutul secolului XXI de către oamenii de știință din America, această idee bine stabilită de găuri negre a fost complet respinsă. Sa dovedit că sunt aproape la fel de oameni ca oamenii. Mai mult decât atât, ele pot fi nu numai diferențele, dar, de asemenea, determina lor „biografia“ lung, asta este ceea ce sa întâmplat cu ei în trecut. Desigur, doar teoretic.
Astfel de date interesante despre găurile negre au fost primite de un grup de astrofiziciști americani, sub conducerea profesorului Samir Matura. Acești cercetători au reușit să dezvolte o nouă teorie a structurii găurilor negre, care, potrivit oamenilor de știință, va oferi o oportunitate de a rezolva problema de lungă durată a fizicii: așa-numitul paradox informativ.
Esența acestui paradox este după cum urmează. În conformitate cu modelul general acceptat de o gaură neagră, și nu contează din care a fost construit și în ce proporție - de protoni sau electroni din gaz, planete sau stele, - gravitația colosală transformă tot acest material într-o structură complet omogenă.
Din aceasta, la rândul său, rezultă că structura internă a tuturor găurilor negre este aproape aceeași. Ele diferă unul de celălalt numai prin masele lor gigantice și diametrul orizontului evenimentului, în care să scape din tornada unei găuri negre, nimic nu mai poate.
Anterior, conform calculelor faimosului fizician Stephen Hawking, sa dovedit că particula găsită în gaura neagră nu avea nici o influență asupra ei. Singurul lucru pe care îl poate face este să crească masa acestui monstru cosmic.
Dar această teorie, oamenii de știință au descoperit un dezavantaj: este contrar uneia dintre legile mecanicii cuantice - legea reversibilității, care prevede că calculele teoretice trebuie explicate nu numai prin procesul asociat cu formarea unei găuri negre, dar du-te înapoi la termenii originali că acest mecanism educație "inclusă".
Aceasta a însemnat că, dacă am lua ca bază construcția lui Hawking, din care rezultă că toate găurile negre sunt aceleași, atunci chiar și teoretic nu se putea trasa "istoria" cel puțin a unuia până la începutul său unic. Adică, orice informație despre particulele care au creat o gaură neagră a fost pierdută în ea pentru totdeauna.
În această situație, Mathur sa îndoit odată. Și, pentru a respinge acest concept, el a folosit teoria corzilor binecunoscute în epoca noastră, care presupune că toate particulele fundamentale constau din obiecte numite șiruri de caractere.
În conformitate cu construcțiile teoretice existente, șirurile se pot comporta într-o varietate de moduri: pot fi împletite, suturate în inele și formează spirale. Noi, la scara noastră, percepem aceste combinații de corzi ca particule care alcătuiesc lumea.
Deci, Mathur a încercat să calculeze cum s-au comportat șirurile într-un obiect foarte masiv și extins, un fel de "particule elementare" uriașe. Pentru a rezolva această sarcină grandioasă, fizicianul a durat câțiva ani. În același timp, el a lucrat nu pe el însuși, ci într-un grup cu mai mulți oameni de știință din diferite țări.
În cursul acestui studiu, sa stabilit că corzile pot forma o structură elastică și elastică destul de complexă, de lungime gigantică. În același timp, crescând treptat masa materiei în structura ei teoretică, Mathur a "creat" în cele din urmă o gaură neagră. Și ceea ce este cel mai interesant în modelul Matura, din punct de vedere al diametrului, "gaura neagră" teoretică corespunde exact diametrului orizontului evenimentului pentru o gaură neagră de aceeași masă, dar calculată conform modelului clasic.
Noua structură a oamenilor de știință cu gaură neagră numită "Încurcătura pufoasă". La ce, după cum au arătat calculele suplimentare, în diferite găuri negre, această încurcătură poate avea o varietate de forme: cum ar fi flori pe o pajiște sau frunze pe un copac. Astfel, profesorul Mathur a demonstrat că găurile negre nu sunt impersonale, dar în realitate ele sunt unice și irepetabile. Prin urmare, rezoluția "paradoxului informațional", care, apropo, în anul 2000, sub numărul 8 a fost inclusă în primele zece probleme ale fizicii din mileniul al treilea.
Deci, în găurile negre nimic nu dispare fără urmă, iar în intercalarea complicată a șirurilor rămâne informații despre particulele care au dat naștere la această structură misterioasă a universului.
Lumea ciudată a găurilor negre
Aflând cum arată acest monstru cosmic, astrofizicii încearcă, de asemenea, să privească în interiorul gaurii negre. Și au reușit să obțină niște informații. Desigur, cu ajutorul modelelor teoretice.
Deci, cercetătorii au reușit să afle că gaura neagră este o pâlnie rotundă uriașă și, de asemenea, că găurile negre emit valuri acustice asemănătoare unui buzz monoton.
În plus, în modelele lor, fizicienii au încercat să evalueze ceea ce se întâmplă în interiorul gaurii negre prin ochii persoanei capturate în această pâlnie. Și primul lucru pe care o astfel de persoană obișnuită îl putea vedea era un număr mare de stele care se încadrau în acest abis. Mulți dintre ei, care se ciocnesc unul cu celălalt, se vor sfărâma și se vor rupe în fragmente.
De asemenea, putea vedea cum din marginile pâlniei întunecate apar strălucirea luminii, iar pe versantul ei strălucesc fantani strălucitori și strălucitori. Acest disc, care frontierează pâlnia, se numește disc de acumulare. Se rotește la o viteză extraordinară: aproximativ 18 milioane km / h. Acest disc constă din gaz și praf, care, căzând în jos "spirala morții", cad într-o gaură neagră.
Aceeași gaură neagră este ca un dinam gigant, în jurul căruia apare un câmp magnetic puternic. Când tensiunea atinge o anumită valoare critică, gaura neagră "se descarcă". Și apoi, ca un spray dintr-un cazan fierbinte, au izbucnit jeturi de gaz și praf, numite jeturi. Ei sunt îndepărtați aproape la viteza luminii. La ceea ce adesea se întinde pe un milion de ani lumină și strălucește ca sute de miliarde de soare.
Deci, tot ceea ce se mișcă mai încet decât particulele de lumină, mai devreme sau mai târziu se scufundă în întuneric și dispare pentru totdeauna în falcile insatisabile ale găurilor negre. Și numai razele de lumină vor înconjura în mod constant și monoton marginea discului, de-a lungul aceleiași linii, fără a se mișca nicăieri.
Când este scufundat într-o gaură neagră sub influența gravitației în creștere, timpul începe să curgă mai lent și mai încet.
Dar în afara timpului gaurii negre zboară ca un uragan. Și în inima unui monstru spațial, timpul pare să explodeze. Pentru o secundă secundă, soarele se răcește și cerul este acoperit de noi galaxii.
Timpul se transformă într-un punct: vine o așa-numită singularitate, adică o stare în care substanța are o densitate infinită și o temperatură infinită. Cu toate acestea, ceea ce reprezintă cu adevărat o singularitate în centrul unei găuri negre este că nimeni nu poate spune. Trebuie să fie încălcate legile fizicii, iar timpul și spațiul tind să fie zero. Timpul se oprește.
Dar acesta este doar rezultatul modelelor matematice.
Cu toate acestea, în 1976, Freeman Dyson a presupus că informațiile din universul nostru ar putea curge într-un alt univers. Tunelul care duce acolo se deschide în mijlocul unei găuri negre. Această idee parea lui Dyson însuși atât de neștiințifică încât nu a publicat-o. Dar până la același gând au apărut Stephen Hawking și cosmologul american Lee Smolin.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: