10 факти за черни дупки, които всеки трябва да знае

Черните дупки са може би най-загадъчните.обекти на Вселената. Ако, разбира се, някъде в дълбините не се крият нещата, съществуването на което не знаем и не можем да знаем, което е малко вероятно. Черните дупки са колосална маса и плътност, компресирани в една точка с малък радиус. Физическите свойства на тези обекти са толкова странни, че принуждават най-сложните физици и астрофизици да озадачат. Сабина Хосфендер, физик-теоретик, направи селекция от десет факти за черните дупки, които всеки трябва да знае.

Какво е черна дупка?

Определящото свойство на черната дупка е неговотохоризонт. Това е границата, преодоляваща която нищо, дори светлината, не може да се върне обратно. Ако отделената зона се отдели завинаги, ние говорим за „хоризонт на събитията“. Ако тя е само временно разделена, ние говорим за "видим хоризонт". Но това „временно“ може също да означава, че областта ще бъде разделена много по-дълго от сегашната епоха на Вселената. Ако хоризонтът на черната дупка е временен, но дълготраен, разликата между първото и второто се размазва.

Колко големи са черните дупки?

Можете да си представите хоризонта на черна дупка като сфераи диаметърът му ще бъде право пропорционален на масата на черната дупка. Следователно, колкото повече маса попада в черна дупка, толкова по-голяма става черната дупка. В сравнение със звездните обекти обаче черните дупки са малки, защото масата се пресова в много малки обеми под въздействието на неудържимо гравитационно налягане. Масовият радиус на черната дупка от планетата Земя например е само няколко милиметра. Това е 10 000 000 000 пъти по-малко от сегашния радиус на Земята.

Радиусът на черната дупка се нарича радиус на Шварцшилд в чест на Карл Шварцшилд, който първо произвежда черни дупки като решение на общата теория на относителността на Айнщайн.

Какво се случва на хоризонта?

Когато прекосите хоризонта, нищо около васнищо специално не се случва. Всичко се дължи на принципа на еквивалентност на Айнщайн, от който следва, че е невъзможно да се намери разликата между ускорението в плоското пространство и гравитационното поле, което създава кривината на пространството. Независимо от това, наблюдател, далеч от черна дупка, който наблюдава някой друг да попадне в нея, ще забележи, че човек ще се движи все по-бавно, приближавайки се до хоризонта. Като че ли времето близо до хоризонта на събитието се движи по-бавно, отколкото далеч от хоризонта. Обаче ще мине известно време и наблюдателят, който попада в дупката, ще пресече хоризонта на събитието и ще бъде вътре в радиуса на Шварцшилд.

От това, което преживяваш на хоризонта, зависиприливни сили на гравитационното поле. Приливните сили на хоризонта са обратно пропорционални на квадрата на масата на черната дупка. Това означава, че колкото по-голяма и по-масивна е черната дупка, толкова по-малко енергия. И ако само черната дупка е достатъчно масивна, можете да преодолеете хоризонта, преди да забележите, че нещо се случва. Ефектът от тези приливни сили ще ви разтегне: техническият термин, който физиците използват, за да направят това, се нарича „спагеттификация“.

В ранните дни на общата теория на относителността се е смятало, че на хоризонта съществува сингулярност, но това не е така.

Какво е вътре в черна дупка?

</ P>

Никой не знае със сигурност, но определено не е книгаПолк. Общата теория на относителността предсказва, че в една черна дупка е налице сингулярност, място, където приливните сили стават безкрайно големи и веднага след като преодолеете хоризонта на събитията, вече не можете да отидете никъде освен в сингулярност. Съответно, по-добре е да не се използва GR на тези места - просто не работи. За да кажем какво се случва в черна дупка, се нуждаем от теория за квантовата гравитация. Общопризнато е, че тази теория ще замени сингулярността с нещо друго.

Как се образуват черните дупки?

Понастоящем знаем за четири различниначини за образуване на черни дупки. Най-добре разбираме звездния колапс. Достатъчно голяма звезда образува черна дупка след като ядреният синтез престане, защото всичко, което вече може да се синтезира, е синтезирано. Когато налягането, създадено от синтеза, престане, веществото започва да пада в собствения си гравитационен център, ставайки по-плътно. Накрая, тя е толкова уплътнена, че нищо не може да преодолее гравитационния ефект върху повърхността на звездата: така се ражда черна дупка. Тези черни дупки се наричат ​​„черни дупки на слънчевата маса“ и са най-често срещани.

Следващият често срещан тип черни дупкиса "свръхмасивни черни дупки", които могат да бъдат намерени в центровете на много галактики и които имат около милиард пъти по-големи маси от черните дупки на слънчевата маса. Все още не е известно точно как се формират. Смята се, че веднъж започнали като черни дупки на слънчевата маса, които в гъсто населените галактически центрове поглъщали много други звезди и нараствали. Въпреки това те изглежда по-бързо усвояват материята, отколкото предполага тази проста идея, и как те го правят, все още е предмет на изследване.

По-спорни идеи са основните черни дупки,които могат да се образуват от почти всяка маса при големи колебания на плътността в ранната Вселена. Въпреки че е възможно, е доста трудно да се намери модел, който да ги произвежда, без да създава прекомерно количество от тях.

И накрая, има една много спекулативна идеяВ Големия адронен колайдер могат да се образуват малки черни дупки с маси, близки до масата на бозона на Хигс. Това работи само ако нашата вселена има допълнителни измерения. Макар да няма доказателства в полза на тази теория.

Откъде знаем, че съществуват черни дупки?

Имаме много наблюдения.съществуването на компактни обекти с големи маси, които не излъчват светлина. Тези обекти се налагат на гравитационно привличане, например, поради движението на други звезди или газови облаци около тях. Те също така създават гравитационно лещиране. Знаем, че тези обекти нямат солидна повърхност. Това следва от наблюденията, защото вещество, падащо върху обект с повърхност, трябва да излъчва повече частици, отколкото вещество, падащо през хоризонта.

Защо Хокинг каза миналата година, че черните дупки не съществуват?

Той имаше предвид, че черните дупки нямат вечен хоризонт на събитията, а само временен привиден хоризонт (вж. Точка първа). В строгия смисъл само хоризонтът на събитията се счита за черна дупка.

Как черните дупки излъчват радиация?

Черните дупки излъчват радиация поради квантовата стойностефекти. Важно е да се отбележи, че това са квантовите ефекти на материята, а не квантовите ефекти на гравитацията. Динамичното пространство-време на свиващата се черна дупка променя самото определение на частица. Подобно на преминаването на времето, което е изкривено до черна дупка, понятието за частици е твърде зависимо от наблюдателя. По-специално, когато наблюдател, попаднал в черна дупка, мисли, че попада във вакуум, наблюдателят далеч от черната дупка смята, че това не е вакуум, а пространство, пълно с частици. Това разтягане на пространството-време причинява този ефект.

Първо открит от Стивън Хокинг,Излъчването, излъчвано от черна дупка, се нарича излъчване на Хокинг. Тази радиация има обратно пропорционална на масата температура на черната дупка: колкото по-малка е черната дупка, толкова по-висока е температурата. В звездните и супермасивни черни дупки, които знаем, температурата е доста под температурата на микровълновия фон и следователно не се наблюдава.

Какъв е информационният парадокс?

Парадоксът от загуба на информация се дължи на радиацияХокинг. Тази радиация е чисто термична, т.е. случайно, а от някои свойства има само температура. Самото излъчване не съдържа информация за това как се образува черната дупка. Но когато черната дупка излъчва радиация, тя губи маса и контракти. Всичко това е напълно независимо от субстанцията, която е станала част от черната дупка или от която е била образувана. Оказва се, знаейки само крайното състояние на изпарение, не може да се каже, от което се образува черна дупка. Този процес е "необратим" - и схватката е, че няма такъв процес в квантовата механика.

Оказва се, че изпаряването на черна дупка е несъвместимо сквантовата теория, която ни е позната, и с това трябва да направим нещо. Някак си елиминирате несъответствията. Повечето физици смятат, че решението е, че радиацията на Хокинг трябва по някакъв начин да съдържа информация.

Какво предлага Хокинг за решаване на информационния парадокс на черна дупка?

Идеята е, че черните дупки трябва да иматначин за съхраняване на информация, която все още не е приета. Информацията се съхранява на хоризонта на черна дупка и може да причини малко изместване на частици в лъчението на Хокинг. В тези малки компенсации може да има информация за материя, която е попаднала в нея. Точните подробности за този процес понастоящем не са дефинирани. Учените очакват по-подробна техническа хартия от Стивън Хокинг, Малкълм Пери и Андрю Стромгингър. Те казват, че ще се появи в края на септември.

В момента сме сигурни, че черните дупкисъществуват, ние знаем къде се намират, как се формират и какви ще бъдат в края. Но подробностите за това къде идва информацията, която идва в тях, все още представляват една от най-големите загадки на Вселената.