algemeen

10 feiten over zwarte gaten die iedereen zou moeten kennen

Zwarte gaten zijn misschien het meest mysterieus.objecten van het universum. Tenzij, natuurlijk, ergens in de diepten dingen niet verborgen zijn, waarvan we het bestaan ​​niet kennen en niet weten, wat onwaarschijnlijk is. Zwarte gaten zijn kolossale massa en dichtheid, samengeperst in één punt van een kleine straal. De fysieke eigenschappen van deze objecten zijn zo vreemd dat ze de meest geavanceerde fysici en astrofysici dwingen om te puzzelen. Sabina Hossfender, een theoretisch fysicus, maakte een selectie van tien feiten over zwarte gaten die iedereen zou moeten kennen.

Wat is een zwart gat?

De bepalende eigenschap van een zwart gat is hethorizon. Dit is de grens, overwinnen die niets, zelfs niet licht, terug kan keren. Als een gescheiden gebied voor altijd wordt gescheiden, hebben we het over een 'gebeurtenishorizon'. Als het alleen tijdelijk wordt gescheiden, hebben we het over een 'zichtbare horizon'. Maar dit 'tijdelijk' kan ook betekenen dat het gebied veel langer zal worden gescheiden dan het huidige tijdperk van het universum. Als de horizon van een zwart gat tijdelijk is, maar lang duurt, vervaagt het verschil tussen de eerste en de tweede.

Hoe groot zijn zwarte gaten?

Je kunt je de horizon van een zwart gat als een bol voorstellenen de diameter ervan zal rechtevenredig zijn met de massa van het zwarte gat. Hoe meer massa in een zwart gat valt, hoe groter het zwarte gat wordt. In vergelijking met stellaire objecten zijn zwarte gaten echter klein, omdat massa wordt samengedrukt tot zeer kleine volumes onder invloed van onweerstaanbare zwaartekracht. De massadriehoek van het zwarte gat van planeet Aarde is bijvoorbeeld slechts enkele millimeters. Dit is 10.000.000.000 keer kleiner dan de huidige straal van de aarde.

De straal van het zwarte gat wordt de Schwarzschild-straal genoemd ter ere van Karl Schwarzschild, die voor het eerst zwarte gaten ontleende als een oplossing voor de algemene relativiteitstheorie van Einstein.

Wat gebeurt er aan de horizon?

Wanneer je de horizon oversteekt, niets om je heener gebeurt niets bijzonders. Allemaal vanwege het principe van gelijkwaardigheid van Einstein, waaruit volgt dat het onmogelijk is om het verschil te vinden tussen de versnelling in de vlakke ruimte en het zwaartekrachtveld dat de kromming van de ruimte creëert. Niettemin zal een waarnemer ver van een zwart gat, die kijkt naar iemand anders die erin valt, opmerken dat een persoon steeds langzamer beweegt, de horizon nadert. Alsof de tijd nabij de gebeurtenissenhorizon langzamer beweegt dan ver van de horizon. Er zal echter enige tijd verstrijken, en de waarnemer die in het gat valt, zal de gebeurtenishorizon passeren en binnen de straal van Schwarzschild zijn.

Wat je aan de horizon ervaart, is afhankelijk vangetijdekrachten van het zwaartekrachtsveld. Getijdekrachten aan de horizon zijn omgekeerd evenredig met het kwadraat van de massa van het zwarte gat. Dit betekent dat hoe groter en massaler het zwarte gat, hoe minder kracht. En als alleen het zwarte gat groot genoeg is, kun je de horizon overwinnen voordat je merkt dat er iets aan de hand is. Het effect van deze getijdekrachten zal je rekken: de technische term die natuurkundigen gebruiken om dit te doen, wordt 'spaghettificatie' genoemd.

In de beginperiode van de algemene relativiteitstheorie werd aangenomen dat er een singulariteit bestond aan de horizon, maar dit was niet het geval.

Wat zit er in een zwart gat?

</ p>

Niemand weet het zeker, maar zeker geen boekRegiment. De algemene relativiteitstheorie voorspelt dat er een singulariteit is in een zwart gat, een plaats waar getijdekrachten oneindig groot worden, en zodra je de gebeurtenishorizon overwint, kun je nergens anders heengaan behalve in singulariteit. Daarom is het beter om GR niet op deze plaatsen te gebruiken - het werkt simpelweg niet. Om te zeggen wat er in een zwart gat gebeurt, hebben we een theorie van kwantumzwaartekracht nodig. Het wordt algemeen erkend dat deze theorie de singulariteit met iets anders zal vervangen.

Hoe worden zwarte gaten gevormd?

We zijn momenteel op de hoogte van vier verschillendemanieren om zwarte gaten te vormen. We begrijpen het best de stellaire instorting. Een voldoende grote ster vormt een zwart gat nadat de nucleaire synthese ervan ophoudt, omdat alles dat al gesynthetiseerd kon worden gesynthetiseerd werd. Wanneer de door de synthese veroorzaakte druk ophoudt, begint de substantie naar zijn eigen zwaartekrachtcentrum te vallen, waarbij deze dichter wordt. Uiteindelijk is het zo verdicht dat niets het gravitatie-effect op het oppervlak van de ster kan overwinnen: zo ontstaat een zwart gat. Deze zwarte gaten worden "zwarte gaten van de zonnemassa" genoemd en komen het meest voor.

Het volgende veel voorkomende type zwarte gatenzijn "superzware zwarte gaten", die te vinden zijn in de centra van vele sterrenstelsels en die massa's hebben die ongeveer een miljard keer groter zijn dan zwarte gaten van zonnemassa. Het is nog niet precies bekend hoe ze worden gevormd. Er wordt aangenomen dat ze ooit begonnen als zwarte gaten van de zonnemassa, die in dichtbevolkte galactische centra vele andere sterren absorbeerden en groeiden. Niettemin lijken ze materie sneller op te nemen dan dit eenvoudige idee suggereert, en hoe ze het doen, is nog steeds het onderwerp van onderzoek.

Meer controversiële ideeën zijn primaire zwarte gaten,die door bijna elke massa in grote dichtheidsfluctuaties in het vroege heelal zou kunnen worden gevormd. Hoewel het mogelijk is, is het nogal moeilijk om een ​​model te vinden dat ze produceert zonder er een overmatige hoeveelheid van te maken.

Ten slotte is er een zeer speculatief idee datBij de Large Hadron Collider kunnen zich kleine zwarte gaten met massa's dichtbij de Higgs-bosonmassa vormen. Dit werkt alleen als ons universum aanvullende dimensies heeft. Hoewel er geen bewijs was voor deze theorie.

Hoe weten we dat zwarte gaten bestaan?

We hebben veel observationeel bewijs.het bestaan ​​van compacte objecten met grote massa's die geen licht uitstralen. Deze objecten leggen zichzelf bloot aan zwaartekracht, bijvoorbeeld door de beweging van andere sterren of gaswolken om hen heen. Ze creëren ook zwaartekrachtlensvorming. We weten dat deze objecten geen solide oppervlak hebben. Dit volgt uit observaties, omdat een substantie, die op een voorwerp met een oppervlak valt, meer deeltjes zou moeten uitzenden dan een substantie die door een horizon valt.

Waarom zei Hawking vorig jaar dat zwarte gaten niet bestaan?

Hij bedoelde dat zwarte gaten geen eeuwige horizon van gebeurtenissen hebben, maar slechts een tijdelijke schijnhorizon (zie punt één). In de strikte zin wordt alleen de gebeurtenishorizon als een zwart gat beschouwd.

Hoe zenden zwarte gaten straling uit?

Zwarte gaten zenden straling uit vanwege quantumeffecten. Het is belangrijk op te merken dat dit de kwantumeffecten van materie zijn en niet de quantumeffecten van zwaartekracht. De dynamische ruimte-tijd van een ineenstortend zwart gat verandert de definitie van een deeltje. Net als het verstrijken van de tijd, dat is vervormd naast een zwart gat, is het concept deeltjes te afhankelijk van de waarnemer. In het bijzonder, wanneer een waarnemer die in een zwart gat valt denkt dat hij in een vacuüm valt, denkt de waarnemer ver van het zwarte gat dat dit geen vacuüm is, maar een ruimte vol met deeltjes. Het is het rekken van ruimte-tijd dat dit effect veroorzaakt.

Voor het eerst ontdekt door Stephen Hawking,De straling die door een zwart gat wordt uitgezonden, wordt Hawking-straling genoemd. Deze straling heeft een temperatuur die omgekeerd evenredig is met de massa van het zwarte gat: hoe kleiner het zwarte gat, hoe hoger de temperatuur. In de stellaire en superzware zwarte gaten die we kennen, ligt de temperatuur ver onder de achtergrondtemperatuur van de magnetron en daarom niet waargenomen.

Wat is de informatieparadox?

De paradox van informatieverlies is te wijten aan stralingHawking. Deze straling is zuiver thermisch, dat wil zeggen, door toeval, en van bepaalde eigenschappen heeft het alleen temperatuur. De straling zelf bevat geen informatie over hoe het zwarte gat is ontstaan. Maar wanneer een zwart gat straling uitzendt, verliest het massa en trekt het samen. Dit alles is volledig onafhankelijk van de substantie die onderdeel is geworden van het zwarte gat of waaruit het is gevormd. Het blijkt dat alleen de laatste staat van verdamping kan worden gezegd, waaruit een zwart gat ontstond. Dit proces is "onomkeerbaar" - en het probleem is dat er geen dergelijk proces is in de kwantummechanica.

Het blijkt dat verdamping met zwart gat niet compatibel is metkwantumtheorie, ons bekend, en met deze behoefte om iets te doen. Een of andere manier elimineert inconsistenties. De meeste natuurkundigen geloven dat de oplossing is dat Hawking-straling op de een of andere manier informatie moet bevatten.

Wat biedt Hawking aan om de informatieparadox van een zwart gat op te lossen?

Het idee is dat zwarte gaten zouden moeten hebbeneen manier om informatie op te slaan die nog niet is geaccepteerd. Informatie wordt opgeslagen op de horizon van een zwart gat en kan een kleine verplaatsing van deeltjes in Hawking-straling veroorzaken. In deze kleine verschuivingen kan er informatie zijn over materie die erin is gevallen. De precieze details van dit proces zijn momenteel niet gedefinieerd. Wetenschappers wachten op een meer gedetailleerd technisch document van Stephen Hawking, Malcolm Perry en Andrew Strominger. Ze zeggen dat het eind september verschijnt.

Op dit moment zijn we zeker van die zwarte gatenbestaan, we weten waar ze zijn, hoe ze zijn gevormd en wat ze uiteindelijk zullen zijn. Maar de details van waar de informatie die binnenkomt, nog steeds een van de grootste mysteries van het universum vertegenwoordigen.