Črna luknja: kaj je notri? Zanimiva dejstva in raziskave

Črne luknje so med najbolj neverjetnimi in hkrati zastrašujočimi predmeti našega vesolja. Pojavljajo se v trenutku, ko se zvezde, ki imajo ogromno maso, končajo jedrskega goriva. Jedrska reakcije se ustavijo in svetila začnejo hladiti. Telesno telo se skrči pod dejanjem gravitacije in postopoma začne pritegniti manjše predmete k sebi in se preobraziti v črno luknjo.

Prve študije

Znanost o črnih luknjah je začela preučevati šele nedolgo, kljub temu, da so se osnovni pojmi njihovega obstoja razvili v zadnjem stoletju. Koncept »črne luknje« je leta 1967 uvedel J. Wheeler, čeprav je bil sklep, da se ti predmeti neizogibno pojavljajo med razpadom velikih zvezd, naredil v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Vse v črni luknji - asteroidi, svetloba, ki jo absorbira komet - se je nekoč približala mejam tega skrivnostnega objekta in jih ni zapustila.

Meje črne luknje

Prva meja črne luknje se imenuje statična meja. To je meja območja, v katero se tuji predmet ne more več ustaviti in se začne vrteti glede na črno luknjo, da ne bi padel v to. Druga meja se imenuje obzorje dogodkov. Vse znotraj črne luknje je nekoč prešlo svojo zunanjo mejo in se pomaknilo proti točki singularnosti. Po mnenju znanstvenikov tu snov pretaka v to osrednjo točko, katere gostota teži k vrednosti neskončnosti. Ljudje ne morejo vedeti, kateri zakoni fizike delujejo znotraj objektov s tako gostoto, zato ni mogoče opisati značilnosti tega kraja. V dobesednem pomenu besede je to »črna luknja« (ali morda »vrzel«) v poznavanju človeštva o svetu okoli njega.

Struktura črnih lukenj

Obzorje dogodkov je nepropustna meja črne luknje. V tej meji je območje, ki ga niti predmeti, katerih hitrost gibanja je enako, ne morejo hitrost svetlobe. Tudi kvanti svetlobe ne morejo zapustiti obzorja dogodkov. Ker na tej točki noben predmet ne more več pobegniti iz črne luknje. Dejstvo, da znotraj črne luknje ne moremo vedeti po definiciji - pravzaprav je v njenih globinah tako imenovana točka singularnosti, ki se oblikuje zaradi ekstremne kompresije snovi. Kadar predmet pade v obzorje dogodkov, se od tega trenutka nikoli več ne more izogniti in postati opazen opazovalcem. Po drugi strani tisti, ki so v črnih luknjah, ne vidijo ničesar, kar se dogaja zunaj.

Velikost obzorja dogodkov, ki obkroža ta skrivnostni prostorski objekt, je vedno neposredno sorazmeren masi same luknje. Če se bo njegova masa podvojila, bo zunanja meja postala dvakrat večja. Če bi znanstveniki lahko našli način, da spremenijo Zemljo v črno luknjo, bi bila velikost obzorja dogodka le 2 cm v preseku.

Glavne kategorije

Praviloma je masa povprečnih črnih lukenj približno enaka treh ali več sončnih mas. Od dveh vrst črnih lukenj se razlikujejo tako zvezdne kot supermasivne. Njihova masa presega maso Sonca več sto tisočkrat. Zvezdna tvorjena po smrti velikih nebesnih teles. Po zaključku življenjskega cikla velikih zvezd se pojavijo črne luknje navadne mase. Obe vrsti črnih lukenj imata kljub različnemu izvoru podobne lastnosti. Supermasivne črne luknje v centrih galaksij. Znanstveniki kažejo, da so nastali med nastajanjem galaksij zaradi združitve tesno sosednjih zvezd. Vendar pa je to le ugibanje, ki ga dejstva ne potrjujejo.

Kaj je v črni luknji: ugibanje

Nekateri matematiki verjamejo, da so v teh skrivnostnih objektih vesolja tako imenovane črvine - prehodi v druga vesolja. Z drugimi besedami, prostorsko-časovni predor se nahaja na točki singularnosti. Ta koncept je služil vir navdiha za mnoge pisce in režiserje. Vendar pa velika večina astronomov verjame, da med vesolji ne obstajajo predori. Toda tudi če bi res bili, človek nima načina, da bi izvedel, kaj je v črni luknji.

Obstaja še en koncept, po katerem je na nasprotnem koncu takšnega tunela bela luknja, od koder iz črne luknje iz našega vesolja teče velika količina energije v drug svet. Vendar pa na tej stopnji razvoja znanosti in tehnologije tovrstno potovanje ne pride v poštev.

Povezava s teorijo relativnosti

Črne luknje so ena najbolj neverjetnih napovedi A. Einsteina. Znano je, da je moč sile, ki se ustvari na površini katerega koli planeta, obratno sorazmerna s kvadratom njegovega polmera in je neposredno sorazmerna njeni masi. Za to nebesno telo lahko definirate pojem druge kozmične hitrosti, ki je potrebna za premagovanje te sile agresije. Za Zemljo je enaka 11 km / s. Če se masa nebesnega telesa poveča in se premer, nasprotno, zmanjša, lahko druga kozmična hitrost s časom preseže hitrost svetlobe. In ker se v skladu s teorijo relativnosti noben predmet ne more premikati hitreje od svetlobne hitrosti, se oblikuje predmet, ki preprečuje, da bi karkoli ušlo preko svojih meja.

Leta 1963 so znanstveniki odkrili kvazare - vesoljske objekte, ki so ogromni viri radijskih emisij. Nahajajo se zelo daleč od naše galaksije - njihova razdalja je milijarde svetlobnih let iz zemlje. Da bi pojasnili izjemno visoko aktivnost kvazarjev, so znanstveniki predstavili hipotezo, da so v njih črne luknje. To stališče je zdaj splošno sprejeto v znanstvenih krogih. Študije, ki so bile izvedene v zadnjih 50 letih, niso samo potrdile te hipoteze, temveč so tudi vodile znanstvenike, da so ugotovili, da v središču vsake galaksije obstajajo črne luknje. V središču naše galaksije je tudi tak objekt, njegova masa je 4 milijone sončnih mas. Ta črna luknja se imenuje "Strelec A", in ker se nam nahaja najbližje, jo najbolj preučujejo astronomi.

Hawkingovo sevanje

Ta vrsta sevanja, ki jo je odkril slavni fizik Stephen Hawking, močno oteži življenje sodobnih znanstvenikov - zaradi tega odkritja v teoriji črnih lukenj so se pojavile številne težave. V klasični fiziki obstaja koncept vakuuma. Ta beseda pomeni popolno praznino in odsotnost snovi. Vendar pa se je z razvojem kvantne fizike spremenil koncept vakuuma. Znanstveniki so ugotovili, da so polni tako imenovanih virtualnih delcev - pod vplivom močnega polja se lahko spremenijo v resnične. Leta 1974 je Hawking ugotovil, da se takšne transformacije lahko pojavijo v močnem gravitacijskem polju črne luknje - blizu njene zunanje meje, obzorja dogodkov. Takšno rojstvo je par - pojavijo se delci in antipartikle. Praviloma je antičestnik obsojen, da pade v črno luknjo in delci odletijo. Kot rezultat, znanstveniki opazujejo nekaj sevanja okoli teh vesoljskih objektov. Imenoval se je Hawkingovo sevanje.

Med tem sevanjem snov v črni luknji počasi izhlapi. Luknja izgubi maso, intenzivnost sevanja pa je obratno sorazmerna s kvadratom njegove mase. Intenzivnost Hawkingovega sevanja je s kozmičnimi standardi zanemarljiva. Če predpostavimo, da je luknja z maso 10 sonc, in ne pade niti svetloba niti materialni predmeti, potem bo tudi v tem primeru čas razpadanja monstruozno dolg. Življenje takšne luknje bo preseglo 65-kratno življenjsko dobo našega vesolja.

Vprašanje o shranjevanju informacij

Eden glavnih problemov, ki so se pojavili po odkritju Hawkingovega sevanja, je problem izgube informacij. Povezano je z vprašanjem, ki je na prvi pogled zelo preprosto: kaj se zgodi, ko črna luknja popolnoma izhlapi? Obe teoriji - tako kvantna fizika kot klasična fizika - obravnavata opis stanja sistema. Če imamo informacije o začetnem stanju sistema, je mogoče s pomočjo teorije opisati, kako se bo spremenila.

Hkrati se v procesu evolucije informacije o začetnem stanju ne izgubijo - nekakšen zakon o ohranjanju informacijskih aktov. Če pa se črna luknja popolnoma izhlapi, opazovalec izgubi informacije o tistem delu fizičnega sveta, ki je nekoč padel v luknjo. Stephen Hawking je verjel, da so informacije o začetnem stanju sistema nekako obnovljene, potem ko je črna luknja popolnoma izhlapela. Težava pa je v tem, da je prenos informacij po definiciji iz črne luknje nemogoč, nič ne more zapustiti obzorja dogodkov.

Kaj se zgodi, če prideš v črno luknjo?

Verjame se, da če bi človek na nek način neverjetno udaril po površini črne luknje, bi ga takoj začel zategniti v smeri samega sebe. Navsezadnje se bo oseba raztegnila toliko, da bi se spremenila v tok subatomskih delcev, ki se premikajo proti točki singularnosti. Dokazovanje te hipoteze je seveda nemogoče, saj znanstveniki verjetno ne bodo nikoli izvedeli, kaj se dogaja v črnih luknjah. Nekateri fiziki pravijo, da če bi človek padel v črno luknjo, bi imel klon. Prve njegove različice bi takoj uničil tok vročih delcev Hawkingovega sevanja, drugi pa bi šel skozi obzorje dogodkov brez možnosti vrnitve.