10 fapte despre găurile negre pe care toată lumea ar trebui să le știe

Găurile negre sunt probabil cele mai misterioase.obiecte ale universului. Dacă, bineînțeles, undeva în adâncuri lucrurile nu sunt ascunse, a căror existență nu o știm și nu o putem cunoaște, ceea ce este puțin probabil. Găurile negre sunt masă și densitate colosală, comprimate într-un punct de o rază mică. Proprietățile fizice ale acestor obiecte sunt atât de ciudate, încât îi forțează pe cei mai sofisticați fizicieni și astrofizicieni să se gândească. Sabina Hossfender, fizician teoretic, a făcut o selecție de zece fapte despre găurile negre pe care toată lumea ar trebui să le cunoască.

Ce este o gaură neagră?

Proprietatea definitorie a unei găuri negre este a luiorizont. Aceasta este granița, depășind care nimic, nici măcar lumină, nu se poate întoarce. Dacă o zonă separată este separată pentru totdeauna, vorbim despre un "orizont al evenimentului". Dacă este doar temporar separat, vorbim despre un "orizont vizibil". Dar acest "temporar" poate însemna și că zona va fi separată mult mai mult decât actuala epocă a Universului. Dacă orizontul unei găuri negre este temporar, dar cu durată lungă de viață, diferența dintre prima și cea de-a doua neclaritate.

Cât de mari sunt găurile negre?

Vă puteți imagina orizontul unei găuri negre ca o sferăiar diametrul său va fi direct proporțional cu masa găurii negre. Prin urmare, cu cât mai multă masă cade într-o gaură neagră, cu atât devine mai mare gaura neagră. În comparație cu obiectele stelare, totuși, găurile negre sunt mici, deoarece masa este comprimată în volume foarte mici sub influența presiunii gravitationale irezistibile. Raza de masă a gaurii negre de pe planeta Pământ, de exemplu, este de doar câțiva milimetri. Aceasta este de 10.000.000.000 de ori mai mică decât raza prezentă a Pământului.

Raza gaurii negre este numită raza Schwarzschild în onoarea lui Karl Schwarzschild, care a derivat primele găuri negre ca soluție pentru teoria generală a relativității lui Einstein.

Ce se întâmplă la orizont?

Când traversezi orizontul, nimic din jurul tăunu se întâmplă nimic special. Toate din cauza principiului echivalenței lui Einstein, din care rezultă că este imposibil să găsești diferența dintre accelerația în spațiul plat și câmpul gravitațional care creează curbura spațiului. Cu toate acestea, un observator departe de o gaură neagră, care se uită la altcineva care se încadrează în el, va observa că o persoană se va mișca din ce în ce mai încet, apropiindu-se de orizont. Ca și cum timpul din apropierea orizontului evenimentului se va mișca mai încet decât de la orizont. Cu toate acestea, va trece ceva timp, iar observatorul care intră în orificiu va traversa orizontul evenimentului și se va afla în raza Schwarzschild.

Ceea ce experimentați pe orizont depinde deforțele de maree ale câmpului gravitațional. Forțele de maree pe orizont sunt invers proporționale cu pătratul masei gaurii negre. Aceasta înseamnă că gaura neagră mai mare și mai masivă, cu atât mai puțină putere. Și dacă numai gaura neagră este suficient de masivă, puteți depăși orizontul înainte de a observa că se întâmplă ceva. Efectul acestor forțe de maree vă va întinde: termenul tehnic pe care fizicienii îl folosesc pentru a face acest lucru se numește "spaghettiție".

În primele zile ale teoriei generale a relativității, sa crezut că la orizont exista o singularitate, dar acest lucru nu era cazul.

Ce este în interiorul unei găuri negre?

</ p>

Nimeni nu știe cu siguranță, dar cu siguranță nu este o carteRegimentul. Teoria generală a relativității prezice faptul că există o singularitate într-o gaură neagră, un loc în care forțele de maree devin infinit de mari și, de îndată ce depășiți orizontul evenimentelor, nu mai puteți merge nicăieri, cu excepția singularității. În consecință, este mai bine să nu folosiți GR în aceste locuri - pur și simplu nu funcționează. Pentru a spune ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre, avem nevoie de o teorie a gravitației cuantice. Este general recunoscut faptul că această teorie va înlocui singularitatea cu altceva.

Cum se formează găurile negre?

În prezent știm despre patrumoduri de a forma găuri negre. Cel mai bine înțelegem colapsul stelar. O stea suficient de mare formează o gaură neagră după ce sinteza sa nucleară încetează, pentru că sintetiza tot ce se putea deja sintetiza. Când presiunea creată prin sinteză încetează, substanța începe să cadă în propriul centru gravitațional, devenind mai densă. În final, este atât de compactat încât nimic nu poate depăși efectul gravitațional pe suprafața stelei: așa se naște o gaură neagră. Aceste găuri negre se numesc "găuri negre ale masei solare" și sunt cele mai frecvente.

Următorul tip comun de găuri negresunt "găuri negre supermassive", care se găsesc în centrele multor galaxii și care au mase cam de un miliard de ori mai mari decât găurile negre ale masei solare. Încă nu se știe exact cum sunt formate. Se crede că odată ce au început ca găuri negre de masă solară, care în centrele galactice dens populate au absorbit multe alte stele și au crescut. Cu toate acestea, ele par să absoarbă materia mai repede decât sugerează această idee simplă și cum o fac este în continuare subiectul cercetării.

Idei mai controversate sunt găurile negre primare,care ar putea fi formate de aproape orice masă în fluctuații de densitate mare în universul timpuriu. Deși este posibil, este destul de dificil să găsim un model care să le producă fără a crea o cantitate excesivă din ele.

În cele din urmă, există o idee foarte speculativăLa Colliderul Large Hadron, se pot forma mici găuri negre cu mase apropiate de masa bosonului Higgs. Aceasta funcționează numai dacă universul nostru are dimensiuni suplimentare. Deși nu existau dovezi în favoarea acestei teorii.

De unde știm că există găuri negre?

Avem multe dovezi observaționale.existența unor obiecte compacte cu mase mari care nu emit lumină. Aceste obiecte se impun asupra atracției gravitaționale, de exemplu, datorită mișcării altor stele sau nori de gaz în jurul lor. Ele creează, de asemenea, lentism gravitațional. Știm că aceste obiecte nu au o suprafață solidă. Acest lucru rezultă din observații, deoarece o substanță, care se încadrează pe un obiect cu o suprafață, ar trebui să emită mai multe particule decât o substanță care se încadrează într-un orizont.

De ce a spus Hawking anul trecut că găurile negre nu există?

El a vrut să spună că găurile negre nu au un orizont veșnic de evenimente, ci doar un orizont aparent temporar (a se vedea punctul 1). În sensul strict, numai orizontul evenimentului este considerat o gaură neagră.

Cum gaurile negre emit radiații?

Găurile negre emit radiații din cauza cuantumuluiefecte. Este important de observat că acestea sunt efectele cuantice ale materiei și nu efectele cuantice ale gravitației. Timpul-spațiu dinamic al unei găuri negre care se prăbușește schimbă însăși definiția unei particule. Ca și trecerea timpului, care este distorsionată lângă o gaură neagră, conceptul de particule este prea dependent de observator. În special, atunci când un observator care se încadrează într-o gaură neagră consideră că se află într-un vid, observatorul departe de gaura neagră consideră că nu este un vid, ci un spațiu plin de particule. Este întinderea spațiului-timp care provoacă acest efect.

În primul rând descoperit de Stephen Hawking,Radiațiile emise de o gaură neagră se numesc radiații Hawking. Această radiație are o temperatură invers proporțională cu masa gaurii negre: cu cât este mai mică gaura neagră, cu atât este mai mare temperatura. În găurile negre stelare și supermassive pe care le cunoaștem, temperatura este cu mult sub temperatura ambientală a microundelor și, prin urmare, nu a fost observată.

Care este paradoxul informațiilor?

Paradoxul pierderii informației se datorează radiațiilorHawking. Această radiație este pur termică, adică din întâmplare și a anumitor proprietăți are doar o temperatură. Radiația însăși nu conține informații despre modul în care sa format gaura neagră. Dar când o gaură neagră emite radiații, pierde masa și contractează. Toate acestea sunt complet independente de substanța care a devenit parte a găurii negre sau din care a fost formată. Se pare că, știind doar starea finală de evaporare nu se poate spune, din care a format o gaură neagră. Acest proces este "ireversibil" - și încurcătura este că nu există un astfel de proces în mecanica cuantică.

Se pare că evaporarea gaurii negre este incompatibilă cuteoria cuantică, cunoscută de noi, și cu această nevoie de a face ceva. Cumva eliminați neconcordanțele. Majoritatea fizicienilor cred că soluția este că radiația Hawking trebuie să conțină informații cumva.

Ce oferă Hawking pentru a rezolva paradoxul informațional al unei găuri negre?

Ideea este că găurile negre ar trebui să aibăo modalitate de a stoca informații care nu au fost încă acceptate. Informațiile sunt stocate la orizontul unei găuri negre și pot cauza o deplasare mică a particulelor în radiația Hawking. În aceste mici compensări pot exista informații despre materia care a căzut în ea. Detaliile exacte ale acestui proces nu sunt definite în prezent. Oamenii de știință așteaptă o lucrare tehnică mai detaliată de la Stephen Hawking, Malcolm Perry și Andrew Strominger. Ei spun că va apărea la sfârșitul lunii septembrie.

În momentul de față suntem siguri că găurile negreexistă, știm unde sunt, modul în care sunt formate și ce vor fi în cele din urmă. Dar detaliile în care informațiile care sosesc în ele continuă să reprezinte una dintre cele mai mari mistere ale Universului.