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
Черные дыры
Впервые о черных дырах заговорил Альберт Эйнштейн в 1916 году, когда создал общую теорию относительности. Сам термин возник в 1967 году благодаря Джону Уилеру. А первую черную дыру «заметили» в 1971 году.
Классификация черных дыр включает три типа: черные дыры звездной массы, сверхмассивные и черные дыры средней массы. Обязательно посмотрите видео про черные дыры, чтобы узнать много интересных фактов и познакомиться с этими загадочными космическими формированиями поближе.
Интересные факты
- Если вы оказались внутри черной дыры, то гравитация будет вас растягивать. Но бояться не нужно, ведь вы умрете еще до того, как достигнете сингулярности. Исследования 2012 года предположили, что квантовые эффекты превращают горизонт событий в огненную стену, сделавшую из вас кучку пепла.
- Черные дыры не «всасывают». Этот процесс вызывается вакуумом, которого нет в этом образовании. Так что материал просто падает.
- Первой черной дырой стал Лебедь Х-1, найденный ракетами со счетчиками Гейгера. В 1971 году ученые получили сигнал радиоизлучения от Лебедя Х-1. Этот объект стал предметом спора между Кипом Торном и Стивеном Хокингом. Последний считал, что это не черная дыра. В 1990 году он признал свое поражение.
- Крошечные черные дыры могли появиться сразу после Большого Взрыва. Стремительно вращающееся пространство сжимало некоторые области в плотные дыры, с меньшей массивностью, чем у Солнца.
- Если звезда подойдет слишком близко, то ее может разорвать.
- По общим подсчетам, существует примерно до миллиарда звездных черных дыр с массой втрое больше солнечной.
- Если сравнивать теорию струн и классическую механику, то первая порождает больше разновидностей массивных гигантов.
Опасность
Когда у звезды заканчивается топливо, она может запустить процесс саморазрушения. Если ее масса была втрое больше солнечной, то оставшееся ядро станет нейтронной звездой или белым карликом. Но более крупная звезда трансформируется в черную дыру.
Зависимость между массой черной дыры и массой балджа
Такие объекты маленькие, но обладают невероятной плотностью. Представьте, что перед вами объект, размером в город, но его масса в три раза больше солнечной. Это создает невероятно огромную гравитационную силу, которая притягивает пыль и газ, увеличивая ее размеры. Вы удивитесь, но в Млечном Пути может располагаться несколько сотен миллионов звездных черных дыр.
Сверхмассивные черные дыры
Конечно, ничто во Вселенной не сравнится с устрашающими сверхмассивными черными дырами. Они превосходят солнечную массу в миллиарды раз. Полагают, что такие объекты есть практически в каждой галактике. Ученые пока не знают всех тонкостей процесса формирования. Скорее всего, они вырастают за счет накапливания массы из окружающего пыли и газа.
Размер крупнейшей из известных черных дыр
Возможно, они обязаны своим масштабам слиянию тысячи небольших черных дыр. Или же могло разрушиться целое звездное скопление.
Промежуточные черные дыры
Не так давно ученые нашли новый вид — черные дыры средней массы (промежуточные). Они могут формироваться, когда звезды в скоплении сталкиваются, поддавшись цепной реакции. В итоге, падают в центр и формируют сверхмассивную черную дыру.
Рост черных дыр
В 2014 году астрономы обнаружили промежуточный тип в рукаве спиральной галактики. Их очень сложно найти, потому что могут располагаться в непредсказуемых местах.
Теория черных дыр
Черные дыры — чрезвычайно массивные объекты, но охватывают сравнительно скромный объем пространства. Кроме того, обладают огромной гравитацией, не позволяя объектам (и даже свету) покинуть их территорию. Однако, напрямую увидеть их невозможно. Исследователям приходится обращаться к излучению, появляющемуся, когда черная дыра питается.
Черные дыры в сливающихся галактиках
Интересно, но бывает так, что вещество, направляющееся к черной дыре, отскакивает от горизонта событий и выбрасывается наружу. При этом формируются яркие струи материала, передвигающиеся на релятивистских скоростях. Эти выбросы можно зафиксировать на больших дистанциях.
Черные дыры – удивительные объекты, в которых сила тяжести настолько огромна, что может сгибать свет, деформировать пространство и искажать время.
В черных дырах можно выделить три слоя: внешний и внутренний горизонт событий и сингулярность.
Горизонт событий черной дыры – граница, где у света пропадают все шансы на бегство. Как только частичка переходит этот рубеж, она не сможет уйти. Внутренняя область, где находится масса черной дыры, называется сингулярностью.
Черная дыра Млечного Пути может являться источником высокоэнергетических нейтрино
Если мы говорим с позиции классической механики, то ничто не может покинуть черную дыру. Но квантовая вносит свою поправку. Дело в том, что у каждой частицы есть античастица. Они обладают одинаковыми массами, но разным зарядом. Если пересеклись, то могут аннигилировать друг друга.
Когда такая пара возникает за пределами горизонта событий, то одна из них может втянуться, а вторая оттолкнется. Из-за этого горизонт способен уменьшиться, а черная дыра разрушиться. Ученые все еще пытаются изучить этот механизм.
Наиболее известные черные дыры
Часто задаваемые вопросы о черных дырах
Если более емко, то черная дыра — определенный участок в космосе, в котором сконцентрировано такое огромное количество массы, что ни одному объекту не удается избежать гравитационного влияния. Когда речь идет о гравитации, мы полагаемся на общую теорию относительности, предложенную Альбертом Эйнштейном. Чтобы разобраться в деталях изучаемого объекта, будем двигаться поэтапно.
Давайте представим, что вы находитесь на поверхности планеты и подбрасываете булыжник. Если вы не обладаете мощью Халка, то не сможете приложить достаточно силы. Тогда камень поднимется на определенную высоту, но под давлением гравитации рухнет обратно. Если же у вас есть скрытый потенциал зеленого силача, то вы способны придать объекту достаточное ускорение, благодаря которому он полностью покинет зону гравитационного воздействия. Это называется «скорость убегания».
Если разбить на формулу, то эта скорость зависит от планетарной массы. Чем она больше, тем мощнее гравитационный захват. Скорость вылета будет полагаться на то, где именно вы находитесь: чем ближе к центру, тем проще выбраться. Скорость вылета нашей планеты – 11.2 км/с, а вот Луны – 2.4 км/с.
Приближаемся к самому интересному. Допустим у вас есть объект с невероятной концентрацией массы, собранной в крошечном месте. В таком случае скорость убегания превышает скорость света. А мы знаем, что ничто не движется быстрее этого показателя, а значит, никто не сможет преодолеть такую силу и сбежать. Даже световому лучу это не под силу!
Еще в 18 веке Лаплас размышлял над чрезвычайной концентрацией массы. После общей теории относительности Карл Шварцшильд смог найти математическое решение для уравнения теории, чтобы описать подобный объект. Дальше свою лепту внесли Оппенгеймер, Волькофф и Снайдер (1930-е гг.). С того момента люди начали обсуждать эту тему всерьез. Стало ясно: когда у массивной звезды заканчивается топливо, она не способна противостоять силе гравитации и обязана рухнуть в черную дыру.
В теории Эйнштейна гравитация выступает проявлением кривизны в пространстве и времени. Дело в том, что обычные геометрические правила здесь не работают и массивные объекты искажают пространство-время. Черная дыра обладает причудливыми свойствами, поэтому ее искажение видно отчетливее всего. Например, у объекта есть «горизонт событий». Это поверхность сферы, отмечающая черту дыры. То есть, если вы перешагнете этот предел, то назад пути нет.
Если буквально, то это место, где скорость убегания приравнивается к световой. Вне этого места скорость убегания уступает скорости света. Но если ваша ракета способна разогнаться, то энергии хватит на побег.
Сам горизонт довольно странный с точки зрения геометрии. Если вы расположены далеко, то вам покажется, что смотрите на статическую поверхность. Но если подойти ближе, то приходит осознание, что она движется наружу со световой скоростью! Теперь понятно, почему легко войти, но так сложно сбежать. Да, это очень запутанно, ведь фактически горизонт стоит на месте, но одновременно и мчится со скоростью света. Это как в ситуации с Алисой, которой нужно было бежать максимально быстро, чтобы просто остаться на месте.
При попадании в горизонт, пространство и время переживают такое сильное искажение, что координаты начинают описывать роли радиального расстояния и времени переключения. То есть «r», отмечающая дистанцию от центра, становится временной, а за «пространственность» теперь отвечает «t». В итоге, вы не сможете перестать передвигаться с меньшим показателем r, как и не способны в обычном времени попасть в будущее. Вы придете к сингулярности, где r = 0. Можно выбрасывать ракеты, запускать двигатель на максимум, но вам не убежать.
Термин «черная дыра» придумал Джон Арчибальд Уилер. До этого их называли «остывшими звездами».
Существует два способа вычислить, насколько что-то велико. Можно назвать массу или какую величину занимает участок. Если брать первый критерий, то нет конкретного предела массивности черной дыры. Можно использовать любое количество, если вы способны сжать ее до необходимой плотности.
Большая часть этих образований появилась после смерти массивных звезд, поэтому можно ожидать, что их вес должен быть равнозначен. Типичная масса для такой дыры должна быть в 10 раз больше солнечной – 10 31 кг. Кроме того, в каждой галактике должна проживать центральная сверхмассивная черная дыра, чья масса превосходит солнечную в миллион раз – 10 36 кг.
Сравнительный размер сверхмассивной черной дыры TON 618
Чем массивнее объект, тем больше массы охватывает. Радиус горизонта и масса прямо пропорциональны, то есть, если черная дыра весит в 10 раз больше другой, то и ее радиус в 10 раз крупнее. Радиус дыры с солнечной массивностью равняется 3 км, а если в миллион раз больше, то 3 миллиона км. Кажется, что это невероятно массивные вещи. Но не будем забывать, что для астрономии это стандартные понятия. Солнечный радиус достигает 700000 км, а у черной дыры у в 4 раза больше.
Что случится, если вы упадете в черную дыру?
Допустим, что вам не повезло и ваш корабль неумолимо движется к сверхмассивной черной дыре. Нет смысла бороться. Вы просто выключили двигатели и идете навстречу неизбежному. Чего ожидать?
Начнем с невесомости. Вы пребываете в свободном падении, поэтому экипаж, корабль и все детали невесомы. Чем ближе подходите к центру отверстия, тем сильнее ощущаются приливные гравитационные силы. Например, ваши ноги ближе к центру, чем голова. Тогда вам начинает казаться, что вас растягивают. В итоге, вас просто разорвет на части.
Эти силы неприметны, пока вы не подойдете на удаленность в 600000 км от центра. Это уже после черты горизонта. Но мы говорим об огромном объекте. Если вы падаете в дыру с солнечной массой, то приливные силы охватили бы вас в 6000 км от центра и разорвали до того, как вы подошли к горизонту (поэтому мы отправляем вас в большую, чтобы смогли умереть уже внутри дыры, а не на подходе).
Что внутри? Не хочется разочаровывать, но ничего примечательного. Некоторые объекты могут искажаться по внешнему виду и больше ничего необычного. Даже после перехода горизонта вы будете видеть вещи вокруг себя, так как они движутся с вами.
Сколько на все это уйдет времени? Все завит от вашей удаленности. Например, вы начали с точки покоя, где сингулярность в 10 раз больше радиуса дыры. Для подхода к горизонту понадобится лишь 8 минут, а затем еще 7 секунд, чтобы войти в сингулярность. Если падаете в маленькую черную дыру, то все произойдет быстрее.
Как только перешагнете горизонт, можете стрелять ракетами, кричать и плакать. На все это у вас 7 секунд, пока не попадете в сингулярность. Но ничего уже не спасет. Поэтому просто насладитесь поездкой.
Что увидит мой друг с безопасного расстояния?
Допустим, вы обречены и падаете в дыру, а ваш друг/подруга наблюдает за этим издалека. Ну, он увидит все по-другому. Заметит, что ближе к горизонту вы замедлите свой ход. Но даже если человек просидит сотню лет, он так и не дождется, когда вы достигнете горизонта.
Попробуем объяснить. Черная дыра могла появиться из коллапсирующей звезды. Так как материал разрушается, то Кирилл (пусть будет вашим другом) видит его уменьшение, но никогда не заметит подхода к горизонту. Именно поэтому их называли «замороженными звездами», ведь кажется, будто они замерзают с определенным радиусом.
В чем же дело? Назовем это оптической иллюзией. Для формирования дыры не нужна бесконечность, как и для перехода через горизонт. По мере вашего подхода свету требуется больше времени, чтобы добраться к Кириллу. Если точнее, то излучение в реальном времени от вашего перехода зафиксируется у горизонта навечно. Вы уже давно перешагнули за линию, а Кирилл все еще наблюдает световой сигнал.
Или же можно подойти с другой стороны. Время тянется дольше возле горизонта. Например, вы обладаете супермощным кораблем. Вам удалось приблизиться к горизонту, побыть там пару минут и выбраться живым к Кириллу. Кого же вы увидите? Старика! Ведь для вас время текло намного медленнее.
Что тогда верно? Иллюзия или игра времени? Все зависит от используемой системы координат при описании черной дыры. Если полагаться на координаты Шварцшильда, то при пересечении горизонта временная координата (t) приравнивается к бесконечности. Но показатели этой системы предоставляют размытое представление того, что происходит возле самого объекта. У линии горизонта все координаты искажаются (сингулярность). Но вам можно использовать обе системы координат, поэтому два ответа имеют силу.
В реальности вы просто станете невидимкой, и Кирилл перестанет вас видеть еще до того, как пройдет много времени. Не стоит забывать о красном смещении. Вы излучаете наблюдаемый свет на определенной волне, но Кирилл увидит его на более длинной. Волны удлиняются по мере приближения к горизонту. Кроме того, не стоит забывать, что излучение происходит в определенных фотонах.
Например, в момент перехода вы отправите последний фотон. Он достигнет Кирилла в определенное конечное время (примерно час для сверхмассивной черной дыры).
А не может ли черная дыра поглотить все вещество во Вселенной?
Конечно, нет. Не забывайте про существование горизонта событий. Только из этой области вы не можете выбраться. Достаточно просто не приближаться к ней и чувствуйте себя спокойно. Более того, с безопасного расстояния вам этот объект будет казаться самым обычным.
Что будет, если наша звезда станет черной дырой?
Не паникуйте, так как Солнцу никогда не трансформироваться в подобный объект, потому что ему просто не хватит массы. Тем более, что оно будет сохранять свой теперешний внешний вид еще 5 миллиардов лет. Затем перейдет к этапу красного гиганта, поглотив Меркурий, Венеру и хорошо поджарив нашу планету, а затем станет обычным белым карликом.
Но давайте предадимся фантазии. Итак, Солнце стало черной дырой. Начнем с того, что сразу нас укутает темнота и холод. Земля и прочие планеты не будут всасываться в дыру. Они продолжат вращаться вокруг нового объекта по обычным орбитам. Почему? Потому что горизонт будет достигать всего 3 км, и гравитация ничего не сможет с нами сделать.
Есть доказательства существования черных дыр?
Да. Естественно, мы не можем полагаться на видимое наблюдение, так как свету не удается вырваться. Но есть косвенные улики. Например, вы видите участок, в котором может быть черная дыра. Как это проверить? Начните с измерения массы. Если видно, что в одной области ее слишком много или она как бы незаметна, то вы на верном пути. Есть две точки поиска: галактический центр и двойные системы с рентгеновским излучением.
Таким образом, в 8 галактиках нашли массивные центральные объекты, чья масса ядер колеблется от миллиона до миллиарда солнечных. Массу вычисляют через наблюдение за скоростью вращения звезд и газа вокруг центра. Чем быстрее, тем больше должна быть масса, чтобы удержать их на орбите.
Эти массивные объекты считают черными дырами по двум причинам. Ну, больше просто нет вариантов. Нет ничего массивнее, темнее и компактнее. К тому же есть теория, что у всех активных и крупных галактиках в центре прячется такой монстр. Но все же это не 100% доказательства.
Но в пользу теории говорят две последних находки. У ближайшей активной галактики заметили систему «водяного мазера» (мощный источник микроволнового излучения) возле ядра. При помощи интерферометра ученые отобразили распределение газовых скоростей. То есть, они измерили скорость в пределах половины светового года в галактическом центре. Это помогло им понять, что внутри расположен массивный объект, чей радиус достигает половины светового года.
Вторая находка убеждает еще больше. Исследователи при помощи рентгена наткнулись на спектральную линию галактического ядра, указывающую на присутствие рядом атомов, скорость движения которых невероятно высокая (1/3 световой). Кроме того, излучение соответствовало красному смещению, что отвечает горизонту черной дыры.
Еще один класс можно найти в Млечном Пути. Это звездные черные дыры, формирующиеся после взрыва сверхновой. Если бы они существовали отдельно, то даже вблизи мы бы вряд ли ее заметили. Но нам везет, ведь большинство существуют в двойных системах. Их легко отыскать, так как черная дыра будет тянуть массу своего соседа и влиять на него гравитацией. «Вырванный» материал формирует аккреционный диск, в котором все нагревается, а значит, создает сильное излучение.
Предположим, вам удалось найти двойную систему. Как понять, что компактный объект представляет собою черную дыру? Снова обращаемся к массе. Для этого измерьте орбитальную скорость соседней звезды. Если масса невероятно огромная при таких малых размерах, то вариантов больше не остается.
Это сложный механизм. Подобную тему Стивен Хокинг затронул еще в 1970-х годах. Он говорил, что черные дыры не совсем «черные». Там присутствуют квантово-механические эффекты, заставляющие ее создавать излучение. Постепенно дыра начинает сжиматься. Скорость излучения растет с уменьшением массы, поэтому дыра излучает все больше и ускоряет процесс сжатия, пока не растворится.
Однако, это лишь теоретическая схема, ведь никто не может точно сказать, что происходит на последнем этапе. Некоторые думают, что остается небольшой, но стабильный след. Современные теории не придумали пока ничего лучше. Но сам процесс невероятен и сложен. Приходится вычислять параметры в искривленном пространстве-времени, а сами результаты не поддаются проверке в привычных условиях.
Здесь можно воспользоваться Законом сохранения энергии, но только для коротких продолжительностей. Вселенная может создавать энергию и массу с нуля, но только они должны быстро исчезать. Одно из проявлений – вакуумные флуктуации. Пары частиц и античастиц вырастают из ниоткуда, существуют определенный недолгий срок и гибнут во взаимном уничтожении. При их появлении энергетический баланс нарушается, но все восстанавливается после исчезновения. Кажется фантастикой, но этот механизм подтвержден экспериментально.
Допустим, одна из вакуумных флуктуаций действует возле горизонта черной дыры. Возможно, одна из частиц падает внутрь, а вторая убегает. Сбежавшая забирает с собою часть энергии дыры и может попасть на глаза наблюдателю. Ему покажется, что темный объект просто выпустил частицу. Но процесс повторяется, и мы видим непрерывный поток излучения из черной дыры.
А не может ли черная дыра испариться до того, как я туда попаду?
Мы уже говорили, что Кириллу кажется, будто вам нужна бесконечность, чтобы перешагнуть через линию горизонта. Кроме того, упоминалось, что черные дыры испаряются через конечный временной промежуток. То есть, когда вы достигнете горизонта, дыра исчезнет?
Нет. Когда мы описывали наблюдения Кирилла, мы не говорили о процессе испарения. Но, если этот процесс присутствует, то все меняется. Ваш друг увидит, как вы перелетите через горизонт именно в момент испарения. Почему?
Над Кириллом властвует оптическая иллюзия. Излучаемому свету в горизонте событий нужно много времени, чтобы добраться к другу. Если дыра длится вечно, то свет может идти бесконечно долго, и Кирилл не дождется перехода. Но, если дыра испарилась, то свет уже ничто не остановит, и он доберется к парню в момент взрыва излучения. Но вам уже все равно, ведь вы давно погибли в сингулярности.
В формулах общей теории относительности есть интересная особенность – симметричность во времени. Например, в любом уравнении вы можете представить, что время течет назад и получите другое, но все же правильно, решение. Если применить этот принцип к черным дырам, то рождается белая дыра.
Черная дыра – определенная область, из которой ничто не может выбраться. Но второй вариант, это белая дыра, в которую ничто не может упасть. Фактически, она все отталкивает. Хотя, с математической точки зрения, все выглядит гладко, но это не доказывает их существование в природе. Скорее всего, их нет, как и способа это выяснить.
Что такое червоточина?
До этого момента мы говорили о классике черных дыр. Они не вращаются и лишены электрического заряда. А вот в противоположном варианте начинается самое интересное. Например, вы можете попасть внутрь, но избежать сингулярности. Более того, ее «внутренность» способна контактировать с белой дырой. То есть, вы попадете в своеобразный туннель, где черная дыра – вход, а белая – выход. Подобную комбинацию называют червоточиной.
Интересно, что белая дыра может находиться в любом месте, даже в другой Вселенной. Если уметь управлять такими червоточинами, то мы обеспечим быструю транспортировку в любую область пространства. А еще круче – возможность путешествий во времени.
Но не пакуйте рюкзак, пока не узнаете несколько моментов. К сожалению, велика вероятность, что таких формирований нет. Мы уже говорили, что белые дыры – вывод из математических формул, а не реальный и подтвержденный объект. Да и все наблюдаемые черные дыры создают падение материи и не формируют червоточин. И конечная остановка – сингулярность.
Но даже реальная червоточина лишена стабильности. Небольшое нарушение (например, ваше путешествие) может привести к коллапсу. Не верите? Тогда как насчет безопасности? Стабильная червоточина не обеспечит вам комфортного передвижения. Излучение внутри нее (реликтовое, звездное и т.д.) пребывает в синхронности на высоких частотах. Войти в такое место – это добровольное согласие поджариться.
Источник