Neohrozený vesmír je plný tajomstiev, hádaniek a paradoxov. Napriek tomu, že moderná veda urobila obrovský skok v prieskume priestoru, veľa v tomto obrovskom svete zostáva nepochopiteľné pre ľudské vnímanie sveta. Veľa vieme o hviezdach, hmlovinách, zhlukoch a planétoch. Avšak v rozľahlosti vesmíru existujú také predmety, ktorých existenciu môžeme len odhadnúť. Napríklad o čiernych dierach vieme veľmi málo. Základné informácie a poznatky o charaktere čiernych dier sú postavené na predpokladoch a dohady. Astrofyzikanti, jadroví vedci sa s touto otázkou bojujú už viac ako desať rokov. Čo je čierna diera vo vesmíre? Aká je povaha týchto objektov?
Keď už hovoríme o čiernych dierach v jednoduchom jazyku
Aby sme si predstavili, ako vyzerá čierna diera, stačí vidieť chvost vlaku v tuneli. Signalizačné svetlá na poslednom vozidle, keď vlak prechádza hlbšie do tunelu, sa zmenšujú, až kým úplne nezmiznú z pohľadu. Inými slovami, to sú predmety, v ktorých kvôli obludnej príťažlivosti zmizne aj svetlo. Elementárne častice, elektróny, protóny a fotóny nie sú schopné prekonať neviditeľnú bariéru, spadajú do čiernej priepasti, ktorá neexistuje, a preto sa takýto priestor v priestore nazýval čierny. V jej vnútri nie je ani najmenšia svetelná oblasť, masívna tmavosť a nekonečno. Čo je na druhej strane čiernej diery, nie je známe.
Tento vesmírny vysávač má obrovskú záťaž a je schopný absorbovať celú galaxiu so všetkými zhlukovami a superhrbami hviezd, s hmlovinami as temnou hmotou na boot. Ako je to možné? Zostáva len hádať. Zákony fyziky, ktoré sú v tomto prípade známe, sa od seba odlupujú a neposkytujú vysvetlenie prebiehajúceho procesu. Podstatou paradoxu je, že v tejto časti vesmíru je gravitačná interakcia tiel determinovaná ich hmotnosťou. Proces absorpcie jedným objektom iného nie je ovplyvnený ich kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením. Častice, ktoré dosiahli kritické množstvo v určitej oblasti, vstupujú do inej úrovne interakcie, kde sa gravitačné sily stávajú silami príťažlivosti. Telo, objekt, látka alebo hmotnosť pod vplyvom gravitácie sa začína zmenšovať a dosahuje obrovskú hustotu.
Približne sa takéto procesy vyskytujú počas tvorby neutrónovej hviezdy, kde sú hviezdne hmoty pod vplyvom vnútornej gravitácie stlačené v objeme. Voľné elektróny sa spájajú s protónmi a vytvárajú elektricky neutrálne častice - neutrony. Hustota tejto látky je obrovská. Častice veľkosti kusu rafinovaného cukru majú hmotnosť miliárd ton. Tu je vhodné pripomenúť všeobecnú teóriu relativity, kde priestor a čas sú nepretržité množstvá. V dôsledku toho nemožno proces kompresie zastaviť do polovice, a preto nemá žiadny limit.
Je pravdepodobné, že čierna diera vyzerá ako diera, v ktorej môže dôjsť k prechodu z jedného segmentu do druhého. Zároveň sa zmenia vlastnosti priestoru a času, ktoré sa krútia do časopriestoru. Dosiahnutím spodnej časti tejto cesty sa všetka záležitosť spája s kvantom. Čo je na druhej strane čiernej diery, táto obrovská diera? Možno existuje ďalší priestor, kde platia iné zákony a čas preteká opačným smerom.
V kontexte teórie relativity je teória čiernej diery nasledovná. Miesto priestoru, kde gravitačné sily stlačili akúkoľvek hmotu na mikroskopickú veľkosť, má obrovskú silu príťažlivosti, ktorej veľkosť sa zvyšuje až do nekonečna. Zobrazí sa časový rozvrh a priestor sa ohne a zatvára v jednom bode. Objekty absorbované čiernym otvorom nie sú schopné odolávať sile tohto monštruózneho vysávača. Dokonca aj rýchlosť svetla, ktorú kvantá vlastnia, neumožňuje elementárnym časticám prekonať silu lákania. Každé telo, ktoré sa dostalo do takéhoto bodu, prestáva byť hmotným objektom, zlúčiac sa s bublinou priestor-čas.
Čierne diery vo vede
Ak sa spýtate, ako sa tvoria čierne diery? Určitá odpoveď nebude. Existuje veľa paradoxov a rozporov vo vesmíre, ktoré sa nedajú vysvetliť z hľadiska vedy. Einsteinova teória relativity umožňuje len teoreticky vysvetliť podstatu takýchto objektov, avšak v tomto prípade kvantová mechanika a fyzika mlčia.
Snažím sa vysvetliť procesy, ktoré sa odohrávajú podľa zákonov fyziky, obrázok bude vyzerať takto. Objekt je vytvorený v dôsledku kolosálnej gravitačnej kontrakcie masívneho alebo supermasivného kozmického tela. Tento proces má vedecký názov - gravitačný kolaps. Termín "čierna diera" bol prvýkrát zaznačený vo vedeckej komunite v roku 1968, keď sa americký astronóm a fyzik John Wheeler pokúsili vysvetliť stav hviezdneho kolapsu. Podľa jeho teórie namiesto masívnej hviezdy vystavenej gravitačnému kolapsu vzniká priestorové a časové zlyhanie, v ktorom sa neustále zvyšuje kompresia. Všetko, z čoho bola hviezda vyrobená, ide vnútri seba.
Toto vysvetlenie nám umožňuje dospieť k záveru, že povaha čiernych dier nie je v žiadnom prípade spojená s procesmi vyskytujúcimi sa vo vesmíre. Všetko, čo sa deje v tomto objekte, v žiadnom prípade neodráža okolitý priestor jedným "VUT". Gravitačná sila čiernej dierky je taká silná, že ohýba priestor a núti galaxie otáčať okolo čiernych dier. Preto je jasné, prečo galaxie majú formu špirál. Ako dlho bude trvať, kým obrovská galaxia Mliečna dráha zmizne do priepasti supermasivnej čiernej diery, nie je známa. Zvedavým faktom je, že čierne diery sa môžu vyskytnúť v akomkoľvek bode vo vesmíre, kde sú pre to vytvorené ideálne podmienky. Takýto záhyb času a priestoru eliminuje obrovské rýchlosti, ktorými sa hviezdy otáčajú a pohybujú v priestore galaxie. Čas v čiernej diere preteká v inej dimenzii. V tejto oblasti nie sú žiadne zákony gravitácie interpretovateľné z hľadiska fyziky. Tento stav sa nazýva singularita čiernej diery.
Čierne diery nevykazujú žiadne vonkajšie identifikačné znaky, ich existenciu možno posúdiť správaním iných vesmírnych objektov postihnutých gravitačnými poľami. Celý obraz boja za život a smrť sa odohráva na hranici čiernej diery, ktorá je pokrytá membránou. Tento imaginárny povrch zúženia sa nazýva "horizont udalostí". Všetko, čo vidíme na tejto hranici, je hmotné a materiálne.
Scenáre s čiernou dierou
Pri vývoji teórie Johna Wheelera môžeme konštatovať, že tajomstvo čiernych dier je s najväčšou pravdepodobnosťou v procese jeho vzniku. Tvorba čiernej dierky je dôsledkom kolapsu neutronovej hviezdy. Navyše hmotnosť takého objektu musí trikrát alebo viackrát presiahnuť hmotnosť Slnka. Neutronová hviezda sa zmršťuje, kým sa jej vlastné svetlo už nedokáže zbaviť tiesne. Existuje hraničná hranica veľkosti, na ktorú sa môže hviezda zmenšiť a vzniká čierna diera. Tento polomer sa nazýva gravitačný polomer. Masívne hviezdy v záverečnej fáze ich vývoja by mali mať gravitačný polomer niekoľkých kilometrov.
Dnes vedci získali nepriamy dôkaz o prítomnosti čiernych dier v tucet binárnych hviezd röntgenových lúčov. Röntgenové hviezdy, pulzar alebo burštor nemajú pevný povrch. Navyše ich hmotnosť je väčšia ako hmotnosť troch Slnkov. Súčasný stav vesmíru v súhvezdí Cygnus - röntgenová hviezda Cygnus X-1 umožňuje sledovať tvorbu týchto zvedavých objektov.
Na základe výskumu a teoretických predpokladov dnes v oblasti vedy existujú štyri scenáre vzniku čiernych hviezd:
- gravitačný kolaps masívnej hviezdy v záverečnej fáze jej vývoja;
- zrútenie centrálnej oblasti galaxie;
- tvorba čiernych dier v procese Veľkého tresku;
- tvorba kvantových čiernych dier.
Prvý scenár je najrealistickejší, ale počet čiernych hviezd, s ktorými dnes poznáme, prevyšuje počet známych neutronových hviezd. A vek vesmíru nie je taký veľký, že toľko masívnych hviezd môže prechádzať celým procesom evolúcie.
Druhý scenár má právo na život a je tu živý príklad - supermassívna čierna diera Strelec A *, usadený v strede našej galaxie. Hmotnosť tohto objektu je 3,7 masy slnka. Mechanizmus tohto scenára je podobný scenáru gravitačného kolapsu s jediným rozdielom, že medzihviezdny plyn, namiesto hviezdy, je predmetom kolapsu. Pod vplyvom gravitačných síl je plyn komprimovaný na kritickú hmotnosť a hustotu. V kritickom okamihu sa hmota rozpadá na kvantu a vytvára čiernu dieru. Avšak táto teória je pochybná, pretože nedávno astronómovia na Kolumbijskej univerzite identifikovali satelity satelitov A * s čiernymi dierami. Ukázalo sa, že je to veľa malých čiernych dier, ktoré boli pravdepodobne vytvorené iným spôsobom.
Tretí scenár je viac teoretický a súvisí s existenciou teórie Veľkého tresku. V čase vzniku vesmíru došlo k kolísaniu časti hmoty a gravitačných polí. Inými slovami, procesy prešli iným spôsobom, nie sú spojené so známymi procesmi kvantovej mechaniky a jadrovej fyziky.
Posledný scenár sa zameriava na fyziku jadrového výbuchu. Pri zrážkach hmoty v procese jadrových reakcií pod vplyvom gravitačných síl dochádza k výbuchu, na ktorom sa vytvára čierna diera. Hmota exploduje dovnútra a absorbuje všetky častice.
Existencia a vývoj čiernych dier
S približnou predstavou o povahe takýchto zvláštnych vesmírnych objektov je zaujímavé niečo iné. Aké sú skutočné rozmery čiernych dier, ako rýchlo rastú? Veľkosti čiernych dier určuje ich gravitačný polomer. Pre čierne diery je polomer čiernej dierky určený jeho hmotnosťou a nazýva sa polomer Schwarzschild. Napríklad, ak má objekt hmotnosť rovnajúcu sa hmotnosti našej planéty, potom je polomer Schwarzschildov v tomto prípade 9 mm. Naše hlavné telo má polomer 3 km. Priemerná hustota čiernej dierky, ktorá vznikla na mieste hviezdy s hmotnosťou 108 hmotností Slnka, bude blízko hustoty vody. Polomer tohto vzdelania bude 300 miliónov kilometrov.
Je pravdepodobné, že také obrie čierne diery sú umiestnené v strede galaxií. K dnešnému dňu je známe 50 galaxií, v centre ktorých sú veľké dočasné a priestorové studne. Hmotnosť takýchto obrov je miliardami hmotnosťou Slnka. Dá sa len predstaviť, akú obrovskú a obrovskú príťažlivosť má taká diera.
Pokiaľ ide o malé otvory, ide o mini-objekty, ktorých polomer dosahuje nevýznamné hodnoty len 10 ² cm. Hmotnosť takéhoto drviny je 10 gramov. Takéto formácie vznikli v čase Veľkého tresku, avšak s časom sa zväčšili a dnes sa vo vesmíre chvália ako príšery. Podmienky, za ktorých sa vytvorili malé čierne diery, sa dnes vedci pokúšajú obnoviť v suchozemských podmienkach. Na tieto účely sa experimenty uskutočňujú v zrážadlách elektrónov, ktorými sa elementárne častice zrýchľujú na rýchlosť svetla. Prvé experimenty umožňovali získať v laboratórnych podmienkach plazmovú kvark-gluónovú hmotu, ktorá existovala na začiatku vzniku vesmíru. Takéto experimenty naznačujú, že čierna diera na Zemi je otázkou času. Ďalšou vecou je, či sa takéto dosiahnutie ľudskej vedy premení na katastrofu pre nás a pre našu planétu. Tým, že vytvoríme umelo čiernu dieru, môžeme otvoriť Pandorovu škatuľu.
Nedávne pozorovania iných galaxií umožnili vedcom objaviť čierne diery, ktorých veľkosť presahuje všetky očakávané očakávania a predpoklady. Evolúcia, ku ktorej dochádza pri takýchto objektoch, nám umožňuje lepšie pochopiť, ako čoraz väčší počet čiernych diery rastie, aký je jeho skutočný limit. Vedci dospeli k záveru, že všetky známe čierne diery sa rozrástli na skutočnú veľkosť v priebehu 13-14 miliárd rokov. Rozdiel vo veľkosti je spôsobený hustotou okolitého priestoru. Ak má čierna diera dostatok potravy v dosahu gravitácie, rastie ako kvasnice a dosahuje množstvo stoviek a tisícok slnečných hmôt. Preto gigantické rozmery takýchto objektov nachádzajúcich sa v strede galaxií. Obrovské zhluky hviezd, obrovské množstvá medzihviezdneho plynu sú hojné potraviny pre rast. Keď sa galaxie spájajú, čierne diery sa môžu zlúčiť a vytvoriť nový supermasívny objekt.
Pri posudzovaní analýzy evolučných procesov je zvykom rozlišovať dve triedy čiernych dier:
- objekty s hmotnosťou 10-násobku solárnej hmotnosti;
- masívne predmety, ktorých hmotnosť je stovky tisíc, miliardy slnečných hmôt.
Existujú čierne diery s priemernou strednou hmotnosťou 100-10 tisíc násobok hmotnosti Slnka, ale ich povaha je stále neznáma. Na galaxiu existuje približne jeden takýto objekt. Štúdium röntgenových hviezd umožnilo nájsť dve stredne veľké čierne diery naraz vo vzdialenosti 12 miliónov svetelných rokov v galaxii M82. Hmotnosť jedného objektu sa pohybuje v rozmedzí 200 až 800 síl. Ďalší predmet je oveľa väčší a má hmotnosť 10-40 tisíc slnečných hmôt. Osud týchto objektov je zaujímavý. Sú umiestnené v blízkosti hviezdnych zoskupení a postupne sa priťahujú k supermasívnej čiernej diere nachádzajúcej sa v centrálnej časti galaxie.
Naša planéta a čierne diery
Napriek hľadaniu stopy o černých dierach je vedecký svet znepokojený miestom a úlohou čiernej diery v osude galaxie Mliečnej dráhy a najmä v osude planéty Zem. Zložka času a priestoru, ktorá existuje v strede Mliečnej dráhy, postupne absorbuje všetky existujúce objekty. Milióny hviezd a biliónov ton medzihviezdneho plynu už boli absorbované do čiernej diery. Časom sa linka dostane do náručia Cygnus a Strelec, v ktorom je umiestnená solárna sústava, ktorá zažila vzdialenosť 27 000 svetelných rokov.
Ďalšia blízka supermassívna čierna diera sa nachádza v centrálnej časti galaxie Andromeda. Je to asi 2,5 milióna svetelných rokov od nás. Pravdepodobne, kým náš objekt Sagittarius A * nevráti vlastnú galaxiu, mali by sme očakávať zlúčenie dvoch susedných galaxií. V dôsledku toho dôjde k zlúčeniu dvoch supermasívnych čiernych dier do jedného celku, strašného a monštruózneho veľkosti.
Celkom iná vec - malé čierne diery. Absorpcia planéty Zem je pomerne čierna diera s polomerom pár centimetrov. Problém spočíva v tom, že čierna diera je prirodzeným objektom bez tváre. Z jeho maternice nie je vyžarované žiadne žiarenie ani žiarenie, preto je také ťažké spozorovať takýto tajomný objekt. Iba v blízkom dosahu môžeme zistiť zakrivenie pozadia svetla, čo naznačuje, že v tejto oblasti vesmíru je priestor.
Doteraz vedci zistili, že čierna diera najbližšia k Zemi je objekt V616 Monocerotis. Monster sa nachádza 3 000 svetelných rokov od nášho systému. Vo veľkosti je to veľká formácia, jej hmotnosť je 9-13 slnečných hmôt. Ďalším blízkym objektom, ktorý ohrozuje náš svet, je čierna diera Gygnus X-1. S týmto monštrom sme oddelení vzdialenosťou 6000 svetelných rokov. Čierne diery zistené v našom okolí sú súčasťou binárneho systému, t.j. existujú v tesnej blízkosti hviezdy, ktorá napája nenasiahnuteľný objekt.
záver
Existencia takých záhadných a záhadných objektov ako čierne diery nás samozrejme núti byť na stráži. Všetko, čo sa stane s čiernymi dierami, sa však zriedka vyskytuje, ak vezmeme do úvahy vek vesmíru a obrovské vzdialenosti. Počas 4,5 miliárd rokov je solárny systém v stave odpočinku, existujúcim podľa zákonov, ktoré sú nám známe. Počas tejto doby sa nič takého nevyskytlo, ani nebolo skreslené miesto ani záhyby času v blízkosti solárneho systému. Pravdepodobne tu nie sú vhodné podmienky. Táto časť Mliečnej dráhy, v ktorej žije hviezdny systém Slnka, je pokojnou a stabilnou časťou priestoru.
Vedci predpokladajú, že vzhľad čiernych dier nie je náhodný. Takéto objekty vykonávajú vo vesmíre úlohu usporiadateľov, ktorí ničia nadbytok kozmických telies. Čo sa týka osudu samotných monštier, ich vývoj ešte nie je úplne pochopený. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
