Каждый из нас когда-либо в жизни видел дверь. Она может быть даже без традиционного дверного полотна – представляющая собой просто вход. Ту дверь, о которой пойдет речь сейчас, не видел никто из ныне живущих. И куда она ведет, не знают наверняка даже величайшие умы человечества. Таких загадочных проемов очень много, возможно, гораздо больше, нежели мы можем предположить.
Черная, холодная и бесконечная дыра – подходят ли эти традиционные эпитеты непонятому нами входу в другие миры?
Никодем Поплавски – ученый из американского университета Нью-Хейвена пришел к ошеломляющему выводу, который не только переворачивает представления о знакомом мире в целом, но и на корню рушит самое святое для многих наших подписчиков и любителей науки – стройные теории Эйнштейна. Формулы легендарного ученого ломаются, как неудачно составленный карточный домик, а понятия им введенные, превращаются в бессмысленный, цифробуквенный набор. Как же посмел Поплавски посягнуть на «вечные» астрофизические постулаты? Это еще раз доказывает истинность известного правила о двух знающих о том, что некий процесс невозможен и третьем, который этого не знал, поэтому сделал открытие.
Митио Каку: «Мы наконец выяснили, что находится внутри черной дыры.»
Источник: vladimirkrym.livejournal.com
Что мы знаем о черных дырах
Доказательства существования черных дыр найдены около полувека назад, однако воочию запечатлеть их ученым до сих пор не удалось.
erid: LjN8Jzc3Y
ООО «ИТ Медиа»
erid: LjN8K7fA6
ООО «ИТ Медиа»
Когда открыли черные дыры Как мы понимаем черные дыры сегодня Черные дыры в массовой культуре
Сейчас каждый школьник знает о существовании черных дыр — космических объектов с уникальными физическими свойствами. Но еще сравнительно недавно даже в ученом мире многие считали их выдумкой, несмотря на то что первые попытки рационально объяснить физические процессы, порождающие это явление, датированы XVIII веком. Однако современная наука все исправила.
Когда открыли черные дыры В 1783 году профессор Кембриджского университета Джон Мичелл (John Michell) решился на смелый по меркам своего времени шаг. Будучи ярым приверженцем идей Исаака Ньютона (Isaac Newton), он попытался объединить две разные науки — механику и оптику.
Решив, что раз свет представляет собой скопление мелких частиц (согласно Ньютону), то на них действуют законы механики, а, следовательно, в космосе существуют ловушки для света, которые невозможно наблюдать в телескоп. Применив аналогию с пушечным ядром, Мичелл предположил, что при определенной скорости можно преодолеть тяготение и покинуть пределы планеты (сейчас мы называем это второй космической скоростью или скоростью убегания).
Что внутри черной дыры?
Соответственно, если гравитация небесного тела столь сильна, что скорость убегания больше скорости света, то ни одна световая частица (ни излученная, ни отраженная) не сможет покинуть ее пределы, а значит, никогда не достигнет глаз наблюдателя. Ученый даже вывел формулу, оценивающую радиус такой планеты, и сопоставил с массой Солнца.
Впоследствии к аналогичным выводам пришел французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас (Pierre-Simon de Laplace), не постеснявшийся включить их в свой труд «Изложение системы мира», опубликованный в 1796, а затем в 1799 и 1808 годах. Что забавно, в последнем издании нет ни слова о черных дырах. Почему же автор открестился от собственных убеждений?
Все просто: в ту пору появилась теория о волновой природе света, которую поддержали все физики, и Лаплас побоялся, что коллеги его заклюют (ведь волновая теория не могла объяснить существования черных дыр). В итоге тему закрыли, объявив объект обсуждения курьезом.
Более века спустя, в 1915 году, Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) сформулировал общую теорию относительности, которой незамедлительно воспользовался его коллега по Берлинской академии наук Карл Шварцшильд (Karl Schwarzschild). Он предложил рабочую теорию расчета метрики пространства-времени вне и внутри невращающихся космических объектов (звезд) и вывел уравнения, описывающие размеры таких объектов с высокой точностью.
Его же заслуга — расчет так называемого гравитационного радиуса (радиус Шварцшильда). Казалось бы, наконец-то наука восторжествовала. Однако ученый мир продолжал отрицать существование злосчастных дыр и даже Эйнштейн заявлял, что готов доказать сей факт математически.
И только во второй половине ХХ века (1960–1970 гг.) усилиями ученых многих стран удалось построить точную математическую модель гравитационных коллапсаров, впоследствии названных «черными дырами». Появлением термина наука обязана американскому физику Джону Арчибальду Уилеру (John Archibald Wheeler): именно он, выступая в 1967 году с докладом, назвал завершение процесса формирования «ненормальной звезды» переходом коллапса в «состояние черной дыры».
Как мы понимаем черные дыры сегодня В недрах любой звезды происходят термоядерные реакции, и запас этого топлива не бесконечен. Как только резерв иссякнет, светило начнет терять внешнюю оболочку и сжиматься – коллапсировать.
На определенном этапе вещество полностью разрушится и преобразуется в гравиконцентрат – огромное количество поля, замкнутое в бесконечно малом объеме. Подобная сингулярность у вращающейся звезды образует кольцо, а у неподвижной — сферу. Радиус последней и есть тот самый радиус Шварцшильда, а внешнюю поверхность принято называть «горизонтом событий».
Горизонт событий — это воображаемая граница, отделяющая область, способную испускать видимое стороннему наблюдателю излучение, от внутреннего всепоглощающего континуума, который не может покинуть ни один атом. Впрочем, известный физик-теоретик Стивен Хокинг (Stephen William Hawking) подверг сомнению существование горизонта событий как непроницаемой границы.
Согласно его теории (названной эффектом Хокинга), рождение пары частиц может сопровождаться их случайным разделением, при котором одна окажется снаружи, а вторая внутри коллапсара. Именно так звезда теряет в массе и температуре и в итоге взрывается, превращаясь в так называемый максимон (идея принадлежит российскому ученому, академику Моисею Маркову, 1965 г.).
Насколько прав Хокинг, выяснить невозможно. Впрочем, благодаря методике суперструн все эти процессы подвергаются моделированию. Черные дыры в массовой культуре То, что многие годы ученые не верили в существование черных дыр, сказалось на популяризации этого явления в массмедиа.
Ситуация начала исправляться с 1960 годов: в комиксах и научной фантастике черные дыры появлялись сплошняком. Правда, называли их по-разному, но описание вполне узнаваемо. Возьмите того же Ларри Нивена («Дырявый»), Станислава Лема («Фиаско»), Дэна Симмонса («Гиперион», «Эндимион»). Вокруг черной дыры развивается сюжет «500 лет до Катастрофы» Владимира Ильина.
А в книгах Роджера Аллена («Кольцо Харона», «Разбитая Сфера») и Ивана Ефремова («Час Быка») астронавты используют для перемещений в пространстве «червоточины» – по сути те самые дыры. Не упустили своего шанса и кинематографисты. Так, в аниме “Gunbuster” черную дыру создают из планеты Юпитер, а в “Treasure Planet” экипаж корабля чудом избегает гибели в недрах образующейся гравитационной аномалии. Выводы Определять приблизительное положение черных дыр по косвенным признакам ученые научились. Правда, практическая польза от таких исследований пока что сомнительна, но для развития науки и упражнения ума тема более чем благодатная.
Показать комментарии (0)
Источник: www.it-world.ru
Черные дыры для «чайников»: структура, виды, объяснение
Черные дыры будоражат воображение многих – как ученых, так и людей далеких от мира науки. Причем не все понимают, что такое черная дыра.
На нашем телеграм-канале вы найдете много полезной и интересной информации для учащихся.
Если говорить откровенно, на 100% никто на Земле не знает, что это за объект. Черная дыра поглощает свет, а значит, на нее нельзя просто так посмотреть. Другими словами, непосредственное наблюдение невозможно.
Существование этих загадочных областей пространства-времени было предсказано в рамках общей теории относительности и пока что остается гипотетическим, хотя практически все ученые сходятся во мнении, что черные дыры действительно существуют.
Черная дыра – область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой столь велико, что ни один объект (даже двигаясь со скоростью света) не может его преодолеть.
Черная дыра обладает очень высокой плотностью. Так, черная дыра с массой Земли имела бы радиус всего 9 миллиметров. Хотите превратить Землю в черную дыру? Сожмите ее до размеров шарика с диаметром 18 миллиметров. Объект с такой плотностью начнет поглощать свет, который падает на него.
Как «увидеть» черную дыру? Только по косвенным признакам. Например, если черная дыра входит в состав системы с видимой звездой, газ звезды будет притягиваться под действием гравитации. При этом нагретый газ станет источником интенсивного рентгеновского излучения, уже можно зарегистрировать.
Фактически вопрос существования черных дыр и в настоящее время остается открытым, так как экспериментальных подтверждений существования черных дыр нет.
Структура черной дыры
Для лучшего понимания самого понятия черной дыры рассмотрим случай так называемой шварцшильдовской черной дыры. Это упрощенная модель — сферически симметричная черная дыра, которая характеризуется только массой.
Такая черная дыра может быть порождена гипотетической умирающей звездой, лишенной как электрического заряда, так и магнитного поля. К тому же, эта звезда не должна вращаться. Для наглядности представим структуру черной дыры на рисунке ниже:
Как видим, черную дыру окружает фотонная сфера, состоящая из лучей света, захваченных дырой и движущихся по неустойчивым круговым орбитам вокруг нее. Внутри фотонной сферы находится горизонт событий. Горизонт событий – это точка невозврата из черной дыры.
Материя и информация, попавшие за горизонт событий, уже никогда не смогут вырваться за пределы этой односторонне пропускающей поверхности.
Наконец, в центре черной дыры находится сингулярность – область бесконечно сильно искривленного пространства-времени. Все то, что проваливается за горизонт событий, засасывается в сингулярность, где прекращает свое существование в привычном нам виде.
Виды черных дыр во Вселенной
Современная астрофизика рассматривает три типа черных дыр во Вселенной: звездные, сверхмассивные и реликтовые.
Звездные черные дыры
Это черные дыры со звездными массами. Они возникают как результат жизни массивных звезд. Отметим, что черные дыры образуются только из звезд, масса которых превышает массу Солнца в 20-40 раз.
Другой вариант образования звездной черной дыры — аккреция газа.
Аккреция — это падение вещества из окружающего пространства на космическое тело.
Газ «падает» на нейтронную звезду до тех пор, пока масса последней не превзойдет максимально возможной массы для нейтронных звезд. В таком случае нейтронная звезда коллапсирует в маломассивную черную дыру.
Кстати! Для всех наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы.
Сверхмассивные черные дыры
Предпологают, что такие черные дыры находятся в центрах галактик. Их масса может составлять до 10 в девятой степени масс Солнца. Эти выводы сделаны на основании анализа движения звезд около центров галактик.
Существует также гипотеза, согласно которой сверхмассивные черные дыры находятся в центрах квазаров – малоизученных и самых далеких из тех космических объектов, которые можно наблюдать с Земли. Квазары представляют собой ядра галактик и в своем центре имеют черную дыру.
Квазары обладают невероятно сильной светимостью и небольшими размерами, их можно наблюдать на расстоянии в 10 млрд световых лет. Эти объекты выделяют огромную энергию во всех областях спектра электромагнитных волн, а особенно — в инфракрасной области.
Первичные или реликтовые черные дыры
Самые маленькие черные дыры, образование которых происходило на ранних стадиях развития Вселенной. Появившиеся вследствие неоднородности Большого Взрыва сгустки вещества могли сжиматься до состояния черных дыр, пока остальная часть вещества расширялась.
Черная дыра — это не всегда что-то очень большое и тяжелое. Ученые предполагают, что размер некоторых первичных черных дыр может быть значительно меньше размера протона.
В другой нашей статье вы можете узнать, как работает ядерный реактор. А если понадобится помощь с учебой — обращайтесь в студенческий сервис №1.
Источник: zaochnik.ru