Может ли Земля стать черной дырой
С появлением Большого адронного коллайдера некоторые люди стали переживать, что побочным эффектом его работы станет возникновение черной дыры и разрушение всей планеты. Но возможно ли это? И может ли Земля стать черной дырой?
Как рождаются черные дыры
Этапы эволюции звезды
Паниковать рано, ведь для того, чтобы стать черной дырой, придется сильно потрудиться. По сути, нужно сжать до крайне маленьких размеров невероятное количество массы. Подобное, в основном, под силу лишь умирающим массивным звездам. Также есть вариант коллапса центрального галактического участка или большого скопления протогалактического газа.
Как понимаете, даже нашему гиганту Юпитеру (хоть это далеко не самая большая планета во Вселенной) не удастся стать черной дырой. Чтобы лучше понять ситуацию, следует рассмотреть гравитационный радиус.
Радиус Шварцшильда
Карл Шварцшильд за работой
Это понятие в 1916 году ввел немецкий исследователь Карл Шварцшильд. Это определенный радиус, характерный для любого физического объекта, наделенного массой. То есть, перед нами некая сфера с горизонтом событий. Важно понимать, что этот радиус значительно уступает по размеру параметрам самого тела.
В теории любой объект способен стать черной дырой, если его массу сжать до черты гравитационного радиуса. К примеру, для Солнца это будет около 2.95 км. Для расчетов нужно удвоить массу объекта, умножив на универсальную гравитационную постоянную и поделив на квадрат скорости света.
Проделайте эти манипуляции и для Земли получите гравитационный радиус в 8.7-9 мм. Снова повторяем, что в теории подобное сжатие массы позволит создать искажение пространства и времени, где даже свету не удастся спастись (перед вами черная дыра). Однако на практике все иначе. Ведь из-за физических законов и звездной эволюции даже Солнце не сможет пройти сквозь эту трансформацию (об этом можно прочесть в статье «Станет ли Солнце черной дырой?»).
Создаем черную дыру на Земле
Хорошо, если естественным путем не получается, то можно создать искусственную черную дыру на Земле или трансформировать планету? Итак, нам нужно взять Землю и сжать ее до 9 мм. Но это крайне сложная задача, поэтому возьмем лучшие земные технологии и создадим хотя бы 1-миллиметровую черную дыру в лабораторных условиях.
Сфера влияния этого чудовища будет в радиусе охватывать 1/3 земного. Оставим ее где-то на поверхности и будем наблюдать, как вся материя начнет падать внутрь центра планеты и погибать. По некоторым сведениям, на полное поглощение Земли уйдет 5 млрд. лет, после чего наступит критическая точка. В течение пары часов планета превратилась бы в груду осколков и бурлящей лавы.
Новая Земля будет представлять из себя черную дыру (относительно безопасную), вокруг которой продолжит вращаться Луна. Но при этом лунная орбита станет сильно эллиптической.
Ничего не выйдет
Выглядит жутко, но ничего такого ожидать не стоит. У нас нет таких продвинутых технологий сжатия массы до гравитационного радиуса. Вы просто не сможете трансформировать планету. Конечно, многие косо смотрят на Большой адронный коллайдер (БАК), ожидая от него опасной подножки. Но это всего лишь беспочвенные слухи.
Работа БАК не способна создать черную дыру, пусть даже и супер-крошечную. Более того, исследователи говорят, что если подобное случится (как в фантастическом сценарии), то черная дыра тут же испарится за счет эффекта излучения Хокинга.
Постскриптум
Как видите, Земля никогда не станет черной дырой. На это не смогут повлиять известные нам физические законы и человеческая деятельность. Однако некоторые все еще сомневаются. Сейчас ведется разработка по увеличению БАК, да и технологии развиваются. Не будем забывать о возможных коварных пришельцах. Что скажете?
Источник
Что произойдет, если Земля столкнется с черной дырой.
Представим себе, что небольшая черная дыра с массой, равной двум массам Солнца, вдруг окажется на траектории, пересекающейся с траекторией Земли. Вероятность этого невероятно мала, но сценарий развития событий можно выстроить достаточно точно.
Черная дыра движется навстречу Земле со скоростью несколько километров в секунду. Первые признаки появятся еще за несколько тысячелетий до самого столкновения.
Когда такая небольшая черная дыра будет проходить через облако Оорта, то она сместит кометы облака со своих орбит. Некоторые окажутся выкинутыми из Солнечной системы, другие попадут на орбиту вокруг самой черной дыры, третьи отправятся внутрь Солнечной системы.
Затем станут меняться орбиты дальних планет. То, что в Солнечную систему вторгается не звезда, а именно черная дыра будет понятно сразу. Так как, если бы звезда с массой в два раза больше Солнечной пересекла бы облако Оорта, то для нас она выглядела бы как яркий фонарь.
Когда черная дыра пройдет орбиту Плутона, траектории планет начнут очень сильно отклоняться от правильных. В конечном итоге Нептун и Сатурн вылетят в межзвездное пространство, а Юпитер и Уран будут захвачены черной дырой. Выброшенным планетам придется странствовать в одиночку триллионами лет.
Как только черная дыра приблизится с обратной стороны Солнца, кончина Земли будет происходить очень быстро. Черная дыра начнет толкать Солнце к Земле, солнце сильно приблизится, растают ледники. Планета начнет сильно деформироваться. шкалы Рихтера не хватит, чтобы описать те землетрясения, которые разорвут планету.
Земля превратится в диск испаряющегося камня, который затягивает в черную дыру и при этом выделяется серьезная энергия.
Источник
Что будет если Солнце станет черной дырой?
Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нам нужно посмотреть, что такое черные дыры и как они работают. Черная дыра — это то, что остается, когда умирает массивная звезда. У массивной звезды обычно есть ядро, которое, по крайней мере, в три раза больше массы Солнца. Звезды — огромные, удивительные реакторы слияния. Поскольку звезды настолько велики и сделаны из газа, интенсивное гравитационное поле всегда пытается разрушить звезду. Реакции слияния, происходящие в ядре, подобны гигантской термоядерной бомбе, которая пытается взорвать звезду. Баланс между гравитационными силами и взрывными силами — это то, что определяет размер звезды.
Когда звезда умирает, реакции ядерного синтеза прекращаются, потому что топливо для этих реакций истощается. В то же время гравитация звезды тянет материал внутрь и сжимает ядро. По мере сжатия ядра оно нагревается и в итоге создает взрыв сверхновой, в результате которого материал и излучение вырываются в космос. Остается очень сжатое и чрезвычайно массивное ядро.
Этот объект теперь является черной дырой. И буквально исчезает из поля зрения. Поскольку сила тяжести ядра настолько сильна, ядро погружается в ткань пространства-времени, создавая отверстие. Основная часть исходной звезды становится центральной частью черной дыры — она называется сингулярностью. Открытое отверстие называется горизонтом событий.
Типы черных дыр
Вы можете думать о горизонте событий, как о рте черной дыры. Как только что-то проходит через горизонт событий, оно пропадает навсегда. Когда-то внутри горизонта событий все события (точки в пространстве-времени) останавливаются, и ничто — даже свет — не может исчезнуть. Существует два типа черных дыр:
— Черная дыра Шварцшильда — простейшая черная дыра, в которой сердечник не вращается. Этот тип черной дыры имеет только сингулярность и горизонт событий.
— Черная дыра Керра, которая, вероятно, является более распространенной формой в природе, вращается, потому что звезда, из которой она была сформирована, вращалась. Когда вращающаяся звезда рушится, ядро продолжает вращаться, и это свойство переносится в черную дыру. Черная дыра Керра имеет следующие части:
1. Сингулярность — свернутое ядро;
2. Горизонт событий — открытое отверстие;
3. Эргосфера — область в форме яйца искаженного пространства вокруг горизонта событий (вызванная вращением черной дыры, которая взбалтывает пространство вокруг нее)
4. Статический предел — граница между эргосферой и нормальным пространством
Черные дыры не будут потреблять все вокруг. Если объект переходит в эргосферу, его все равно можно выкинуть из черной дыры, из-за вращения отверстия. Однако если объект пересекает горизонт событий, он будет всасываться в черную дыру и никогда не покинет ее. То, что происходит внутри черной дыры, неизвестно.
Итак, что, если Солнце должно стать черной дырой? Оказывается, шансов на это на самом деле мало. Ядро Солнца недостаточно велико, чтобы оно вообще стало черной дырой. Когда Солнце умрет, около 5 миллиардов или около того лет спустя, ученые полагают, что оно расширится до красного гиганта. Поскольку это произойдет, Солнце увеличится в размерах и, скорее всего, поглотит Меркурий и Венеру и, возможно, Землю. В конце концов, миллионы лет спустя, в Солнце буквально закончится газ. Когда это произойдет, образуется планетарная туманность, оставляя за собой очень плотное, в основном углеродное ядро размером с Землю. В этот момент Солнце станет белым карликом. По мере того как его температура продолжает остывать, в конечном итоге оно станет черным карликом.
Теперь, ради аргумента, предположим, что Солнце стало черной дырой, а Земле и другим планетам удалось пережить трансформацию. Поскольку Солнце является вращающейся звездой, его ядро будет продолжать вращаться, делая его черной дырой Керра с эргосферой. Поскольку ядро Солнца очень мало, эргосфера также была бы небольшой — настолько малой, на самом деле, что планеты, вероятно, просто продолжат орбиту обычным образом. Черная дыра имела бы такую же массу и, следовательно, такую же тяжесть, как и исходное солнце. Орбитальные планеты не заметят никакой разницы.
Очевидно, если бы это произошло, жизнь, как мы ее знаем, изменилась бы резко — но по другой причине. Черная дыра не излучает света. Тьма поглотила бы Землю, и было бы очень холодно. Океаны, вероятно, замерзнут, и любые существующие формы жизни вымрут довольно быстро. Если бы люди могли укрыться в убежище с хорошим способом генерации электричества и тепла, они могли бы выжить. Но было бы довольно мрачно на поверхности.
Источник
Поглотит ли чёрная дыра Млечный Путь и все солнечные системы в нашей галактике, если её не остановить?
Чёрная дыра в космологии — это, по сути, совокупность сильно сжатой массы. Проще говоря, если добавлять всё больше и больше массы к звезде или планете, или чему-то ещё — природа гравитации создаст притяжение настолько сильное, что даже лёгкие частицы не смогут ускользнуть.
Точка, откуда свет уже не может уйти, называется «горизонтом событий» чёрной дыры. Через этот горизонт или границу не может пройти никакая информация. Так сказать, дальнейших событий нет.
Самый центр чёрной дыры, где вся масса имеет наибольшее сжатие, называется сингулярностью.
Что означает «просто» сжатая масса? Если бы мы заменили наше Солнце чёрной дырой аналогичной массы, как это повлияло бы на нашу Землю? Загорать бы мы уже не смогли, но, в остальном, изменилось бы немного. Фактически, Земля продолжала бы вращаться по орбите, как будто ничего не произошло. И так продолжалось бы вечно, пока что-то не нарушило бы этот баланс.
Чёрные дыры и их гравитация не так уж и отличаются от других небесных тел. Небесные тела имеют массу. Чёрные дыры — это просто наиболее экстремальные скопления массы. Как правило, говорят о трёх видах чёрных дыр.
- Звёздная чёрная дыра — самая популярная и известная форма. Мы определяем их как средние по размеру. Их масса обычно примерно в 20 раз больше массы Солнца, а объём составляет около 15 км в диаметре. Такие чёрные дыры образуются, когда массивная звезда «схлопывается» сама по себе. Этот коллапс может вызвать сверхновую, которая выкинет часть вещества звезды в космос. Но в её прежнем центре вы найдете нашего новорождённого друга.
- Сверхмассивная чёрная дыра — это те объекты, которые вы найдёте в центре большинства галактик, и их размер варьируется. Они значительно массивнее звёздных черных дыр — по крайней мере, в сто тысяч раз или около того, или даже в миллиард раз. Они образуются одновременно с формированием окружающей их галактики. Но механизм их образования до сих пор не совсем понятен. Возможно, они возникают как звёздные черные дыры, а затем быстро продолжают питаться окружающим хаосом.
- Первичная чёрная дыра — самая маленькая. Мы называем их так, потому что их расцвет пришёлся на начало Большого взрыва. Их гипотетическое существование является следствием всего произошедшего хаоса. Они могли быть размером не больше атома, с массой большой горы или среднего человека.
Мы не можем с научной уверенностью сказать, что происходит в центре чёрных дыр. Что бы там ни было, наша физика не может этого описать или предсказать.
Это не значит, что сингулярность волшебна. Рассуждения о червоточинах или межпространственных воротах чаще всего бессмысленны и необоснованны. Наше понимание геометрии Вселенной бессильно в этих сингулярностях. Вероятно, это пока неизвестная категория сжатия массы, экзотическая форма материи или другое логическое продолжение наших нынешних представлений.
Решение этой проблемы придёт в уравнениях великого объединения, так сказать «теории всего». Мы найдем это с помощью комбинации квантовой механики и общей теории относительности. Эти теории — короли в описании квантового мира и макромира, но попытка их скомбинировать вместе пока терпит неудачу. Некоторые из наиболее популярных кандидатов на «теорию всего» — теория струн и теория квантовой гравитации.
Излучение Хокинга
Представьте себе пару виртуальных частиц, случайно возникающих где-то в космосе. Это происходит постоянно, что описывается тем, что мы называем квантовыми флуктуациями. Это реальное явление с наблюдаемыми (и подтверждёнными) эффектами. Пара является аннигиляторами друг друга. Это отрицательная и положительная энергия, равная нулю.
Если это происходит на краю черной дыры — на горизонте событий — эти пары частиц разделяются, прежде чем у них появляется шанс уничтожить друг друга. Одна из них падает в чёрную дыру, а другая улетает. Та, что улетает — это положительная энергия, а та, что падает — отрицательная энергия (антиматерия). Это и есть излучение Хокинга.
Улетевшие частицы будут обнаруживаемым излучением. Пока обнаружение безуспешно, но считается, что в конечном итоге это подтвердится.
Это явление приведёт к чистому отрицательному энергетическому воздействию на дыру — дыра получает отрицательную энергию. Это фактически означает, что черная дыра будет терять энергию, несмотря на то, что получает одну из расщеплённых частиц. Со временем этот чистый отрицательный эффект уменьшит дыру до точки, в которой она полностью исчезнет. Дыры испаряются.
Это излучение Хокинга — единственное, что во Вселенной может разрушить чёрную дыру. Это займёт много времени (триллионы лет), но, согласно этой ещё не подтверждённой гипотезе, это неизбежно.
Поглотит ли какая-нибудь чёрная дыра Вселенную?
Ответ состоит в том, что геометрическое расширение пространства может происходить как внутри дыры, так и снаружи. Это не окажет на нас воздействия, пока мы «слоняемся» вне дыры. Точно так же, как мы слоняемся в саду с очень глубоким колодцем.
Другой ответ, в настоящее время поддерживаемый нашими теориями, гласит, что чёрные дыры углубляют свои «колодцы» и растягивают пространство-время вместе с ними. Это в некоторой степени изменяет их горизонт событий, но не каким-либо экспоненциально неконтролируемым образом. Держитесь подальше от колодца, и всё будет хорошо.
Представьте себе вселенную всего с двумя объектами и ничего больше: бейсбольным мячом и бейсбольной битой. Оставьте их на противоположных концах известной Вселенной. На расстоянии 93 миллиарда световых лет друг от друга. Оставьте их в покое, достаточно надолго. И в конце концов они притянутся и встретятся друг с другом.
Если Закон всемирного тяготения работает с бейсбольной битой, почему чёрные дыры не сделают то же самое?
Современные космологи говорят нам, что Вселенная расширяется быстрее, чем гравитация стягивает самые дальние углы вместе. Это расширение подпитывается тем, что мы называем тёмной энергией, и это расширение превышает скорость света.
Следовательно, в реальной вселенной упомянутые мяч и бита никогда не встретятся, потому что пространство расширяется быстрее, чем работает сила притяжения. Однако внутри и вокруг галактик сила гравитации побеждает. Здесь она самая сильная. Вне галактик начинает побеждать расширение пространства.
Если экстраполировать это дальше, мы получим вечно расширяющуюся Вселенную с бесчисленными черными дырами там, где раньше были галактики. Или у нас будут галактики, которые имеют орбиты вокруг чёрных дыр. Кроме того, межзвездные кометы, планеты-изгои и так далее могут оставаться таковыми навсегда, если их пути находятся в стороне от притяжения галактик.
Источник