30 удивительных фактов о черных дырах, которые вы должны знать
Самая интригующая, самая вдохновляющая и самая неуловимая вещь во всей Вселенной, известная человечеству, — это Черная дыра. Есть сотни вопросов о черных дырах, на которые еще предстоит ответить.
На некоторые из них астрономы уже ответили, в то время как другие все еще находятся в теоретических рамках и продолжают порождать многочисленные научные фантастики, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Итак, что же это за черные дыры?
Что мы знаем об этих сущностях? Вот 30 удивительных фактов о черных дырах, которые заставят ваши челюсти упасть, но прежде чем мы дадим вам краткое изложение, необходимо начать с основного вопроса «что такое черная дыра?»
Черные дыры — не что иное, как остатки мертвых звезд. Не все звезды превращаются в черные дыры. Наше Солнце никогда не станет одной из них! Только звезды, которые в 10-15 раз больше Солнца, становятся Черными дырами.
Мы не будем пытаться объяснить, что на самом деле происходит, но мы только скажем, что более крупные звезды взрываются в конце своей жизни (то есть, когда выгорает все топливо, которое у них есть), и это явление известно как взрыв сверхновой.
Когда звезда умирает и происходит этот взрыв, большая часть всей массы звезды выбрасывается в пустоту пространства, в то время как только холодный остаток остается обратно.
В типичной звезде ядерный синтез отвечает за выработку энергии и давления. Это внешнее давление, которое нейтрализует гравитационное притяжение, создаваемое собственной массой звезды. После взрыва сверхновой реакция синтеза полностью отсутствует. Это означает, что никакого внешнего давления не создается.
В результате холодный остаток начинает разрушаться из-за своей собственной массы. Поскольку ничто не противостоит этому гравитационному притяжению, холодный остаток со временем разрушается и становится бесконечно плотным.
В этот момент гравитационное притяжение становится настолько интенсивным, что даже свет не выходит из него. Поскольку свет не может уйти, он становится совершенно темным и невидимым, порождая то, что мы называем Черной дырой.
Теперь, когда у нас есть четкое представление о том, как образуется черная дыра, настало время узнать некоторые интересные факты о черных дырах. Вы готовы?
№1. Сила гравитации в черных дырах настолько велика, что приводит к гравитационному замедлению времени. Это явление, когда время замедляется из-за гравитационного притяжения. Интересным фактом является то, что замедление времени также может происходить при увеличении скорости. Это известно как замедление времени скорости и обычно испытывается астронавтами. Мы рассмотрим это в каком-нибудь другом списке. Возвращаясь к Черным дырам, время полностью останавливается в центре Черных дыр.
№2. У черных дыр есть нечто, известное как горизонт событий! За этим стоит какое-то серьезное научное объяснение, но давайте сформулируем это простыми словами. Горизонт событий относится к «точке невозврата». У каждой черной дыры есть граница. Любой объект за пределами этой границы совершенно безопасен. Но если объект пересекает горизонт событий, у него не будет другого выбора, кроме как упасть в Черную дыру. После засасывания этот объект больше никогда не появится.
№3. Черные дыры — это буквально самые плотные объекты во Вселенной (по крайней мере, это то, что известно людям). Итак, насколько плотной может быть черная дыра? Представьте, какую плотность вы получите, если попытаетесь втиснуть всю массу Земли в маленькую (мы имеем в виду крошечную) сферу с ДИАМЕТРОМ 9 миллиметров! Это тот тип плотности, о котором мы говорим.
№4. Черные дыры могут продолжать расти, потому что все (газ, жидкость или твердое вещество), попадающее в горизонт событий, засасывается. Таким образом, черные дыры могут расти бесконечно большими, и они известны как сверхмассивные черные дыры.
№5. Стивен Хокинг предположил, что даже черные дыры испускают что-то и излучают радиацию. Это излучение испускается массой черных дыр. По словам Хокинга, черные дыры продолжают терять свою массу в виде излучений, и в конечном итоге они испаряются!
№6. Черные дыры в конечном итоге сжимаются до размера, меньшего, чем размер электрона (субатомная частица). На этом этапе он достигает размера, который известен как длина Планка. Эта длина на самом деле является пределом квантового размера. Теоретически ничто не может стать меньше, чем это, и на самом деле нет доступных инструментов, которые могут измерить длину Планка. Значение длины Планка составляет 1,61619926 х 10 в минус 35 степени метров.
№7. Горизонт событий — это только начало Черной Дыры. Это не ядро черной дыры. Ядро Черной Дыры называется Сингулярностью. Эта точка Сингулярности является конечной точкой разрушения. Абсолютно ничто не может выжить в этой точке.
№8. Ближе к Черной Дыре, вещи просто искажаются. Огромное гравитационное притяжение Черных Дыр способно исказить даже пространство. Это искажение становится глубоким, потому что черные дыры быстро вращаются. Это искажение — не что иное, как бесконечный регресс искажений.
№9. Звезды вращаются, и они продолжают делать это даже после своей смерти. Это означает, что они продолжают вращаться, даже когда становятся Черными дырами, и эти Черные дыры, в свою очередь, продолжают вращаться быстрее и быстрее, поскольку они продолжают испаряться и в конечном итоге сокращаются до длины Планка. Даже когда они достигают длины Планка, они продолжают вращаться. Наряду с этим вращением и их гравитационной силой они искажают все вокруг себя (фактически в пределах своего горизонта событий).
№10. Если что-то путешествует быстрее света, оно может на самом деле избежать Черной Дыры. К сожалению, человечество не знает ничего подобного.
№11. В точке Сингулярности законы физики не существуют, потому что буквально невозможно представить что-либо, что будет иметь бесконечную плотность, но нулевой объем.
№12. Размер и масса черной дыры прямо пропорциональны. Размер Чёрной Дыры не измерим. Но есть альтернативный способ измерения его. Он известен как радиус Шварцшильда. Это радиус горизонта событий Чёрной Дыры. Чем больше радиус, тем больше черная дыра. Чем больше Черная Дыра, тем она плотнее. Это означает, что точка сингулярности большей черной дыры имеет большую массу, чем черная дыра, которая сравнительно меньше (то есть с меньшим радиусом Шварцшильда).
№13. Существуют некоторые научные уравнения, которые в конечном итоге предполагают, что каждая черная дыра содержит одну Вселенную. Если это правда (это еще не доказано), все, что мы знаем о Черных Дырах, изменится. И, если это правда, мы сейчас живем в Черной дыре. «Мы» здесь относится ко всей Вселенной, которая все время ускользает от нас!
№14. Весьма вероятно, что сверхмассивные черные дыры существуют в центре почти каждой галактики. Галактики имеют неприятную привычку время от времени сталкиваться друг с другом и Черные дыры делают то же самое!
№15. Черная дыра, которая находится ближе всего к нашей Земле, находится в 16 квадриллионах километров от нашей планеты. На самом деле это 1600 световых лет (один световой год — это расстояние, пройденное светом за один год).
№16. Наша галактика Млечный Путь (галактика, частью которой является наша Солнечная система) имеет сверхмассивную Черную дыру в центре. Она известна как Стрелец A *. Насколько она велика? Ну, её точка Сингулярности имеет массу, эквивалентную массе 4 миллионов солнечных масс! Одна солнечная масса — это общая масса нашего старого доброго Солнца. Этот гигант находятся на очень безопасном расстоянии от нас -около 30 000 световых лет.
№17. Черная дыра в центре нашего Млечного Пути, по мнению ученых, ожила после взрыва звезды 2 миллиона лет назад! Это событие называется Seyfret Flare.
№18. Излучение от Seyfret Flare 2 миллиона лет назад было в 100 миллионов раз мощнее, чем остальное излучение, которое мы испытываем сегодня. Ученые утверждают, что взрыв был настолько велик, что его действительно было видно с Земли!
№19. По словам ученых, черные дыры также выделяют материал. Скорость этого излучения почти равна скорости света. Это просто теория? На самом деле некоторые ученые действительно нашли Черную Дыру, излучающую материал. Эта Черная дыра находится на расстоянии 1,5 миллиардов световых лет от нашей Земли и находится в другой галактике. Это открытие было сделано с использованием множества современных радиотелескопов. Струя настолько мощная, что испускаемый Черной дырой материал вылетает прямо из галактики.
№20. Недавние исследования показали, что даже сверхмассивная Черная дыра, живущая в центре нашей галактики, Млечный Путь, испускает материал. Эти материалы — не что иное, как энергетические частицы, которые выбрасываются в космос вдоль оси вращения Черной Дыры, создавая впечатление прямого луча прямо через центр Черной Дыры.
№21. Черные дыры очень похожи на сферы, а не воронки, как показано во многих учебниках.
№22. Если человек упадет в Черную дыру, он вряд ли будет раздавлен до смерти. Он или она, скорее всего, растянутся до смерти. Зачем? Это происходит потому, что любая часть тела человека, попадающая в горизонт событий, будет испытывать огромное гравитационное притяжение, которое ускоряет скорость падения этой части по сравнению со скоростью остальной части тела. Это приведет к растяжению и, следовательно, смерти!
№23. По мнению многих современных астрономов, не все черные дыры похожи. На самом деле, эти астрономы пришли к трем различным классификациям (основанным на количестве энергии, выделяемой черными дырами, когда они искажают пространство): простые вращающиеся черные дыры, электрические черные дыры и вращающиеся электрические черные дыры.
№24. Черные дыры ужасно шумные. Это правда, что звуковые волны не могут проходить через космический вакуум. Итак, как можно утверждать, что черные дыры шумят? Ученые говорят, что использование специальных инструментов покажет статический звук внутри горизонта событий. Этот звук появляется, когда огромное гравитационное притяжение увеличивает скорость частиц (которые появляются, когда объект разбивается на субатомные частицы после входа в горизонт событий) почти до скорости света. Частицы, движущиеся с такой скоростью, издают статический звук.
№25. Любое вещество, попадающее в горизонт событий черной дыры, разбивается на субатомные частицы. Эти частицы, по мнению ученых, обладают способностью создавать жизненно важные элементы, такие как углерод и железо.
№26. Поскольку гравитационное замедление времени происходит около Черных дыр, если кто-то может взять космический корабль и обойти орбиту вокруг Черной дыры (конечно, вдоль горизонта событий), а затем отправиться обратно на Землю, человек действительно увидит будущее. Это происходит потому, что время, близкое к Черной дыре, проходит очень медленно по сравнению с земным, и к тому времени, когда человек возвращается на Землю, он или она фактически переживет свое настоящее (время, когда человек покинул Землю)!
№27. Нет необходимости, чтобы только звезды рождали черные дыры. Любой объект, который может бесконечно сжиматься сам по себе в бесконечно малую точку, в конечном итоге получит гравитационное притяжение, которое является смехотворно высоким и, следовательно, станет Черной дырой. Посмотрите внимательно на ключи от вашей машины, даже они могут претендовать на это!
№28. Некоторые ученые говорят, что Черные дыры на самом деле ограничивают количество звезд, присутствующих во всей Вселенной. Эта теория вытекает из того факта, что Черные дыры фактически всасывают газ и все другие известные вещества, и поскольку газ жизненно важен для образования звезд, количество Черных дыр ограничивает количество звезд.
№29. Черные дыры — присоски, и они очень, очень реальны. Некоторые ученые считают, что если есть чёрные дыры, которые притягивают, может быть что-то прямо противоположное, что будет бесконечно выбрасывать материю в эту Вселенную. Эти объекты известны как белые дыры. Было время, когда белые дыры были чистым мифом и 100% гипотетическими. Однако в 2006 году ученые наблюдали необычные вспышки гамма-излучения от объекта где-то в нашей Вселенной. Этот объект может быть первым свидетельством настоящей белой дыры.
№30. Альберт Эйнштейн на самом деле не обнаружил Черных дыр. В 1916 году Эйнштейн только возродил теорию, которая была разработана давным-давно ученым по имени Джон Митчелл. В 1783 году Митчелл фактически изложил теорию Чёрных Дыр после того, как начал задаваться вопросом, может ли существовать гравитационная сила, которая могла бы препятствовать выходу даже легких частиц из-под контроля.
Источник
10 фактов о черных дырах, которые должен знать каждый
Черные дыры — это, пожалуй, самые загадочные объекты Вселенной. Если, конечно, где-то в глубинах не скрываются вещи, о существовании которых мы не знаем и знать не можем, что вряд ли. Черные дыры — это колоссальная масса и плотность, сжатая в одну точку небольшого радиуса. Физические свойства этих объектов настолько странные, что заставляют ломать голову самых искушенных физиков и астрофизиков. Сабина Хоссфендер, физик-теоретик, сделала подборку десяти фактов о черных дырах, которые должен знать каждый.
Возможно так и выглядит черная дыра
Что такое черная дыра?
Схматичное изображение устройства черной дыры
Определяющим свойством черной дыры является ее горизонт. Это граница, преодолев которую ничто, даже свет, не сможет вернуться обратно. Если отделенная область становится отделенной навсегда, мы говорим о «горизонте событий». Если же она только временно отделена, мы говорим о «видимом горизонте». Но это «временно» также может означать, что область будет отделенной гораздо дольше нынешнего возраста Вселенной. Если горизонт черной дыры является временным, но долгоживущим, разница между первым и вторым расплывается.
Насколько большие черные дыры?
Выглядит впечатляюще, согласны?
Можно представить горизонт черной дыры как сферу, и ее диаметр будет прямо пропорциональным массе черной дыры. Поэтому чем больше массы падает в черную дыру, тем больше становится черная дыра. По сравнению со звездными объектами, впрочем, черные дыры крошечные, потому что масса сжимается в очень малые объемы под действием непреодолимого гравитационного давления. Радиус черной дыры массой с планету Земля, например, всего несколько миллиметров. Это в 10 000 000 000 раз меньше настоящего радиуса Земли.
Радиус черной дыры называется радиусом Шварцшильда в честь Карла Шварцшильда, который впервые вывел черные дыры как решение для общей теории относительности Эйнштейна.
Что происходит на горизонте?
Так называемый эффект «спагетти»
Когда вы пересекаете горизонт, вокруг вас ничего особенного не происходит. Все из-за принципа эквивалентности Эйнштейна, из которого следует, что нельзя найти разницу между ускорением в плоском пространстве и гравитационным полем, создающим кривизну пространства. Тем не менее наблюдатель вдали от черной дыры, который наблюдает за тем, как кто-то другой падает в нее, заметит, что человек будет двигаться все медленнее и медленнее, подходя к горизонту. Будто бы время вблизи горизонта событий движется медленнее, чем вдали от горизонта. Однако пройдет некоторое время, и падающий в дыру наблюдатель пересечет горизонт событий и окажется внутри радиуса Шварцшильда.
То, что вы испытываете на горизонте, зависит от приливных сил гравитационного поля. Приливные силы на горизонте обратно пропорциональны квадрату массы черной дыры. Это означает, что чем больше и массивнее черная дыра, тем меньше силы. И если только черная дыра будет достаточно массивна, вы сможете преодолеть горизонт еще до того, как заметите, что что-то происходит. Эффект этих приливных сил растянет вас: технический термин, который для этого используют физики, называется «спагеттификация».
В первые дни общей теории относительности считалось, что на горизонте существует сингулярность, но это оказалось не так.
Что внутри черной дыры?
Никто не знает наверняка, но точно не книжная полка. Общая теория относительности прогнозирует, что в черной дыре сингулярность, место, в котором приливные силы становятся бесконечно большими, и как только вы преодолеваете горизонт событий, вы уже не можете попасть куда-либо еще, кроме как в сингулярность. Соответственно, ОТО лучше не использовать в этих местах — она попросту не работает. Чтобы сказать, что происходит внутри черной дыры, нам нужна теория квантовой гравитации. Общепризнанно, что эта теория заменит сингулярность чем-то другим.
Как образуются черные дыры?
В настоящее время мы знаем о четырех разных способах образования черных дыр. Лучше всего понимаем связанный со звездным коллапсом. Достаточно большая звезда образует черную дыру после того, как ее ядерный синтез прекращается, потому что все, что уже можно было синтезировать, было синтезировано. Когда давление, создаваемое синтезом, прекращается, вещество начинает проваливаться к собственному гравитационному центру, становясь все более плотным. В конце концов, оно настолько уплотняется, что ничто не может преодолеть гравитационное воздействие на поверхность звезды: так рождается черная дыра. Эти черные дыры называются «черными дырами солнечной массы» и наиболее распространены.
А вы когда-нибудь задумывались, что произойдет, если рядом с Землей появится Черная Дыра?
Следующим распространенным типом черных дыр являются «сверхмассивные черные дыры», которые можно найти в центрах многих галактик и которые имеют массы примерно в миллиард раз больше, чем черные дыры солнечной массы. Пока доподлинно неизвестно, как именно они формируются. Считается, что когда-то они начинались как черные дыры солнечной массы, которые в густонаселенных галактических центрах поглощали множество других звезд и росли. Тем не менее они, похоже, поглощают вещество быстрее, чем предполагает эта простая идея, и как именно они это делают — все еще остается предметом исследований.
Более спорной идеей стали первичные черные дыры, которые могли быть сформированы практически любой массой в крупных флуктуациях плотности в ранней Вселенной. Хотя это возможно, достаточно трудно найти модель, которая производит их, при этом не создавая чрезмерное их количество.
На нашем канале Яндекс.Дзен выходят эксклюзивные материалы, которых нет на сайте
Наконец, есть очень умозрительная идея о том, что на Большом адронном коллайдере могут образовываться крошечные черные дыры с массами, близкими массе бозона Хиггса. Это работает только в том случае, если у нашей Вселенной имеются дополнительные измерения. Пока не было никаких подтверждений в пользу этой теории.
Откуда мы знаем, что черные дыры существуют?
Черные дыры до сих пор не изучены, и вряд ли будут изучены ближайшие десятки лет
У нас есть много наблюдательных доказательств существования компактных объектов с крупными массами, которые не излучают свет. Эти объекты выдают себя по гравитационному притяжению, например, за счет движения других звезд или газовых облаков вокруг них. Они также создают гравитационное линзирование. Мы знаем, что у этих объектов нет твердой поверхности. Это вытекает из наблюдений, потому что вещество, падая на объект с поверхностью, должно вызывать выброс большего числа частиц, чем вещество, падающее сквозь горизонт.
Почему в прошлом году Хокинг сказал, что черные дыры не существуют?
Так существуют ли черные дыры на самом деле?
Он имел в виду, что черные дыры не имеют вечного горизонта событий, а только временный кажущийся горизонт (см. пункт первый). В строгом смысле только горизонт событий считается черной дырой.
Как черные дыры испускают излучение?
Черные дыры испускают излучение, каким бы безумным это не казалось
Черные дыры испускают излучение за счет квантовых эффектов. Важно отметить, что это квантовые эффекты вещества, а не квантовые эффекты гравитации. Динамическое пространство-время коллапсирующей черной дыры меняет само определение частицы. Подобно течению времени, которое искажается рядом с черной дырой, понятие частиц слишком зависимо от наблюдателя. В частности, когда наблюдатель, падающий в черную дыру, думает, что падает в вакуум, наблюдатель далеко от черной дыры думает, что это не вакуум, а полное частиц пространство. Именно растяжение пространства-времени вызывает этот эффект.
Здесь можно почитать о самой большой Черной Дыре, которую удалось обнаружить на данный момент
Впервые обнаруженное Стивеном Хокингом, испускаемое черной дырой излучение называется «излучением Хокинга». Это излучение имеет температуру, обратно пропорциональную массе черной дыры: чем меньше черная дыра, тем выше температура. У звездных и сверхмассивных черных дыр, которые мы знаем, температура значительно ниже температуры микроволнового фона и поэтому не наблюдается.
Что такое информационный парадокс?
Парадокс потери информации обусловлен излучением Хокинга. Это излучение сугубо термическое, то есть случайно и из определенных свойств имеет только температуру. Излучение само по себе не содержит никакой информации о том, как сформировалась черная дыра. Но когда черная дыра испускает излучение, она теряет массу и сокращается. Все это совершенно не зависит от вещества, которое стало частью черной дыры или из которого она образовалась. Выходит, зная только конечное состояние испарения нельзя сказать, из чего сформировалась черная дыра. Этот процесс «необратим» — и загвоздка в том, что в квантовой механике нет такого процесса.
Выходит, испарение черной дыры несовместимо с квантовой теории, известной нам, и с этим нужно что-то делать. Каким-то образом устранить несогласованность. Большинство физиков считают, что решение состоит в том, что излучение Хокинга должно каким-то образом содержать информацию.
Что предлагает Хокинг для решения информационного парадокса черной дыры?
Идея состоит в том, что у черных дыр должен быть способ хранить информацию, который до сих пор не приняли. Информация хранится на горизонте черной дыры и может вызывать крошечные смещения частиц в излучении Хокинга. В этих крошечных смещения может быть информация о попавшей внутрь материи. Точные детали этого процесса в настоящее время не определены. Ученые ждут более подробного технического документа от Стивена Хокинга, Малькома Перри и Эндрю Строминджера. Говорят, он появится в конце сентября.
На данный момент мы уверены, что черные дыры существуют, знаем, где они находятся, как образуются и чем станут в итоге. Но детали того, куда девается поступающая в них информация, до сих пор представляют одну из самых больших загадок Вселенной.
Давайте обсудим Черные Дыры в нашем Telegram-канале?
Источник