Crna rupa: što je unutra? Zanimljivosti i istraživanja

Crne rupe su među najnevjerojatnijim i istovremeno zastrašujućim objektima našeg svemira. Oni nastaju u trenutku kada zvijezde, koje imaju veliku masu, završavaju nuklearno gorivo. nuklearni reakcije se zaustavljaju i svjetla se počinju hladiti. Tijelo zvijezde se skuplja pod djelovanjem gravitacije i postupno počinje privlačiti manje objekte sebi, pretvarajući se u crnu rupu.

Prve studije

Proučavanje crnih rupa zvijezde znanosti započelo je ne tako davno, unatoč činjenici da su se u prošlom stoljeću razvili osnovni pojmovi njihovog postojanja. Koncept „crne rupe“ uveo je 1967. J. Wheeler, iako je zaključak da se ti objekti neizbježno javljaju tijekom kolapsa masivnih zvijezda nastao tridesetih godina prošlog stoljeća. Sve unutar crne rupe - asteroidi, svjetlo koje je apsorbirao komet - jednom su se približili granicama ovog tajanstvenog objekta i nisu ih ostavili.

Granice crne rupe

Prva od granica crne rupe naziva se statička granica. To je granica tog područja, u koju strano tijelo više ne može biti u mirovanju i počinje se rotirati u odnosu na crnu rupu kako se ne bi upalo u nju. Druga granica se naziva horizont događaja. Sve unutar crne rupe, jednom je prošlo svoju vanjsku granicu i krenulo prema točki singularnosti. Prema znanstvenicima, ovdje tvar ulazi u tu središnju točku, čija gustoća teži vrijednosti beskonačnosti. Ljudi ne mogu znati koji zakoni fizike djeluju unutar objekata s takvom gustoćom, te je stoga nemoguće opisati karakteristike ovog mjesta. U doslovnom smislu riječi, to je "crna rupa" (ili, možda, "praznina") u poznavanju čovječanstva o svijetu oko njega.

Struktura crnih rupa

Obzor događaja je neprobojna granica crne rupe. Unutar ove granice postoji zona u kojoj čak ni objekti čiji je brzina kretanja jednaka ne može brzinu svjetlosti. Čak ni kvanti svjetla ne mogu napustiti horizont događaja. Budući da u ovom trenutku nijedan predmet više ne može pobjeći iz crne rupe. Činjenica da unutar crne rupe ne možemo znati po definiciji - zapravo u njezinim dubinama nalazi se tzv. Točka singularnosti koja se formira zbog ekstremne kompresije materije. Kada predmet padne unutar horizonta događaja, od tog trenutka se više nikada ne može izvući iz njega i postati vidljiv promatračima. S druge strane, oni koji su u crnim rupama ne mogu vidjeti ništa što se događa izvana.

Veličina horizonta događaja koji okružuje taj misteriozni prostorni objekt uvijek je izravno proporcionalna masi same rupe. Ako se njegova masa udvostruči, tada će vanjska granica postati dvostruko veća. Ako bi znanstvenici pronašli način da Zemlju pretvore u crnu rupu, veličina horizonta događaja bila bi samo 2 cm u poprečnom presjeku.

Glavne kategorije

Masa prosječnih crnih rupa u pravilu je približno jednaka tri ili više solarnih masa. Od dvije vrste crnih rupa razlikuju se zvjezdane i supermasivne. Njihova masa premašuje masu Sunca nekoliko stotina tisuća puta. Zvijezda nastala nakon smrti velikih nebeskih tijela. Nakon završetka životnog ciklusa velikih zvijezda pojavljuju se crne rupe obične mase. Oba tipa crnih rupa, usprkos njihovom različitom podrijetlu, imaju slična svojstva. Supermasivne crne rupe nalazi se u središtima galaksija. Znanstvenici sugeriraju da su nastali tijekom formiranja galaksija zbog spajanja bliskih susjednih zvijezda. Međutim, to je samo nagađanje, koje činjenice ne potvrđuju.

Što je unutar crne rupe: nagađanje

Neki od matematičara vjeruju da su unutar tih misterioznih objekata Svemira tzv. Crvotočine - prijelazi u druge svemire. Drugim riječima, prostor-vremenski tunel nalazi se na točki singularnosti. Ovaj koncept je poslužio izvor inspiracije za mnoge pisce i redatelje. Međutim, velika većina astronoma vjeruje da ne postoje tuneli između svemira. Međutim, čak i da jesu, osoba nema načina da sazna što se nalazi u crnoj rupi.

Postoji još jedan koncept prema kojem se na suprotnom kraju takvog tunela nalazi bijela rupa, odakle ogromna količina energije teče iz našeg svemira u drugi svijet kroz crne rupe. Međutim, u ovoj fazi razvoja znanosti i tehnologije, ova vrsta putovanja ne dolazi u obzir.

Odnos prema teoriji relativnosti

Crne rupe su jedno od najnevjerojatnijih predviđanja A. Einsteina. Poznato je da je snaga sile koja se stvara na površini bilo kojeg planeta obrnuto proporcionalna kvadratu njegovog radijusa i izravno proporcionalna njegovoj masi. Za ovo nebesko tijelo možete definirati pojam druge kozmičke brzine, koja je nužna za prevladavanje ove sile agresije. Za Zemlju je jednaka 11 km / s. Ako se masa nebeskog tijela poveća, a promjer, naprotiv, smanji, tada druga kozmička brzina s vremenom može premašiti brzinu svjetlosti. Budući da, prema teoriji relativnosti, nijedan se predmet ne može kretati brže od brzine svjetlosti, stvara se objekt koji sprječava bilo što da pobjegne izvan svojih granica.

Znanstvenici su 1963. otkrili kvazare - svemirske objekte, koji su gigantski izvori radio emisije. Nalaze se vrlo daleko od naše galaksije - njihova udaljenost je milijardama svjetlosnih godina sa zemlje. Kako bi objasnili iznimno visoku aktivnost kvazara, znanstvenici su uveli hipotezu da se unutar njih nalaze crne rupe. Ovo gledište je sada općenito prihvaćeno u znanstvenim krugovima. Studije koje su provedene tijekom proteklih 50 godina ne samo da su potvrdile tu hipotezu, već su i navele znanstvenike da zaključe da u središtu svake galaksije postoje crne rupe. U središtu naše galaksije nalazi se i takav objekt, njegova masa iznosi 4 milijuna Sunčevih masa. Ta crna rupa naziva se "Strijelac A", a budući da nam je najbliža, najzastupljeniji su je astronomi.

Hawkingova zračenja

Ova vrsta zračenja, koju je otkrio poznati fizičar Stephen Hawking, uvelike komplicira život modernih znanstvenika - zbog tog otkrića u teoriji crnih rupa pojavile su se mnoge poteškoće. U klasičnoj fizici postoji pojam vakuuma. Ova riječ označava potpunu prazninu i odsutnost materije. Međutim, s razvojem kvantne fizike, koncept vakuuma je modificiran. Znanstvenici su otkrili da je ispunjena tzv. Virtualnim česticama - pod utjecajem jakog polja mogu se pretvoriti u prave. Godine 1974. Hawking je otkrio da se takve transformacije mogu pojaviti u jakom gravitacijskom polju crne rupe - blizu njezine vanjske granice, horizonta događaja. Takvo rođenje je par - pojavljuju se čestice i antičestica. U pravilu, antičestica je osuđena da padne u crnu rupu, a čestica odleti. Kao rezultat toga, znanstvenici promatraju neko zračenje oko tih svemirskih objekata. Zvao se Hawkingovo zračenje.

Tijekom tog zračenja, tvar unutar crne rupe polako isparava. Rupa gubi masu, a intenzitet zračenja obrnuto je proporcionalan kvadratu njegove mase. Hokingov intenzitet zračenja zanemariv je kozmičkim standardima. Ako pretpostavimo da postoji rupa s masom od 10 sunaca, a niti svjetlost niti bilo koji materijalni objekti padaju na nju, tada će u tom slučaju vrijeme njegovog raspada biti monstruozno dugo. Život takve rupe će nadmašiti cijeli život našeg Svemira za 65 redova veličine.

Pitanje o spremanju informacija

Jedan od glavnih problema koji se pojavio nakon otkrića Hawkingovog zračenja je problem gubitka informacija. Povezano je s pitanjem, na prvi pogled, vrlo jednostavnim: što se događa kada crna rupa potpuno ispari? Obje teorije - i kvantna fizika i klasična fizika - bave se opisom stanja sustava. Imajući informacije o početnom stanju sustava, moguće je opisati pomoću teorije kako će se to promijeniti.

U isto vrijeme, u procesu evolucije, informacija o početnom stanju nije izgubljena - jedna vrsta zakona o očuvanju informacija. Ali ako je crna rupa potpuno isparila, onda promatrač gubi podatke o onom dijelu fizičkog svijeta koji je jednom pao u rupu. Stephen Hawking smatrao je da su informacije o početnom stanju sustava nekako obnovljene nakon što je crna rupa potpuno isparila. Ali poteškoća je u tome što je, po definiciji, iz crne rupe, prijenos informacija nemoguć - ništa ne može napustiti horizont događaja.

Što će se dogoditi ako uđete u crnu rupu?

Vjeruje se da bi, ako na neki nevjerojatan način, osoba mogla pogoditi površinu crne rupe, odmah bi je počela stezati u smjeru samog sebe. Naposljetku, osoba bi se protezala toliko da bi se pretvorila u struju subatomskih čestica koje se kreću prema točki singularnosti. Dokazati ovu hipotezu, naravno, je nemoguće, jer je malo vjerojatno da će znanstvenici ikada saznati što se događa unutar crnih rupa. Neki fizičari kažu da bi čovjek, ako bi pao u crnu rupu, imao klon. Prva njegova verzija odmah bi bila uništena strujom vrućih čestica Hawkingovog zračenja, a druga bi prošla kroz horizont događaja bez mogućnosti povratka.