Jump to content
Форум - Замок

Черные дыры - мифы и реальность...


Recommended Posts

Чёрная дыра́ — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света.

 

Граница этой области называется горизонтом событий, а её радиус (если она сферически симметрична) — гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда:

 

 

Существование чёрных дыр следует из точных решений уравнений Эйнштейна, первое из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1916 году. Сам термин был придуман Джоном Арчибальдом Уилером в конце 1967 года и впервые употреблён в публичной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное (Our Universe: the Known and Unknown)» 29 декабря 1967 года.[1] Ранее подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звёзды» или «коллапсары» (от англ. collapsed stars), а также «застывшие звёзды» (англ. frozen stars).

 

 

Изображение, полученное с помощью телескопа «Хаббл»: Активная галактика M87. В ядре галактики, предположительно, находится чёрная дыра. На снимке видна релятивистская струя длиной около 5 тысяч световых лет.Вопрос о реальном существовании чёрных дыр в соответствии с данным выше определением во многом связан с тем, насколько верна теория гравитации, из которой существование таких объектов следует. В современной физике стандартной теорией гравитации, лучше всего подтверждённой экспериментально, является общая теория относительности (ОТО), хотя существование чёрных дыр возможно и в рамках других (не всех) теоретических моделей гравитации (см.: Теории гравитации). Поэтому наблюдательные данные анализируются и интерпретируются, прежде всего, в её контексте, хотя, строго говоря, эта теория не является экспериментально подтверждённой для условий, соответствующих области пространства-времени в непосредственной близости от чёрной дыры. Поэтому утверждения о непосредственных доказательствах существования чёрных дыр, в том числе и в этой статье ниже, строго говоря, следовало бы понимать в смысле подтверждения существования объектов, таких плотных и массивных, а также обладающих некоторыми другими наблюдаемыми свойствами, что их можно интерпретировать как чёрные дыры общей теории относительности.

 

Кроме того, чёрными дырами часто называют объекты, не строго соответствующие данному выше определению, а лишь приближающиеся по своим свойствам к такой чёрной дыре ОТО, например, коллапсирующие звёзды на поздних стадиях коллапса. В современной астрофизике этому различию не придаётся большого значения, так как наблюдательные проявления «почти сколлапсировавшей» («замороженной») звезды и «настоящей» чёрной дыры практически одинаковы.

Link to post
Share on other sites

Основные свойства

Опубликованное фото

 

Рисунок художника: аккреционный диск горячей плазмы, вращающийся вокруг чёрной дыры.Две важнейшие черты, присущие чёрным дырам в модели Шварцшильда — это наличие горизонта событий (он по определению есть у любой чёрной дыры) и сингулярности, которая отделена этим горизонтом от остальной вселенной.

 

Решением Шварцшильда описывается изолированная невращающаяся, незаряженная и не испаряющаяся чёрная дыра (это сферически симметричное решение уравнений гравитационного поля (уравнений Эйнштейна) в вакууме). Её горизонт событий — это сфера, радиус которой называется гравитационным радиусом или радиусом Шварцшильда.

 

Все характеристики решения Шварцшильда однозначно определяются одним параметром — массой. Так, гравитационный радиус чёрной дыры массы M равен

 

 

где G — гравитационная постоянная, а c — скорость света. Чёрная дыра с массой, равной массе Земли, обладала бы радиусом Шварцшильда в 9 миллиметров (то есть Земля могла бы стать чёрной дырой, если бы кто-либо смог сжать её до такого размера). Для Солнца радиус Шварцшильда составляет примерно 3 километра.

 

Объекты, размер которых наиболее близок к своему радиусу Шварцшильда, но которые ещё не являются чёрными дырами, — это нейтронные звёзды.

 

Можно ввести понятие «средней плотности» чёрной дыры, поделив её массу на объём, заключённый под горизонтом событий:

 

 

Средняя плотность падает с ростом массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью, превышающей ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 109 солнечных масс (существование таких чёрных дыр подозревается в квазарах) обладает средней плотностью порядка 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды!

 

Таким образом, чёрную дыру можно получить не только сжатием имеющегося объёма вещества, но и экстенсивным путём, накоплением огромного количества материала.

 

Для точного описания реальных чёрных дыр необходим учёт квантовых поправок, а также наличия момента импульса. Около горизонта событий сильны квантовые эффекты, связанные с материальными полями (электромагнитное, нейтринное и т. д.). Учитывающую это, теорию (то есть ОТО, в которой правая часть уравнений Эйнштейна есть среднее по квантовому состоянию от тензора энергии-импульса) обычно называют «полуклассической гравитацией».

Link to post
Share on other sites

«Чёрная звезда» Мичелла

 

Концепция массивного тела, гравитационное притяжение которого настолько велико, что скорость, необходимая для преодоления этого притяжения (вторая космическая скорость), равна или превышает скорость света, впервые была высказана в 1784 году Джоном Мичеллом в письме, которое он послал в Королевское общество. Письмо содержало расчёт, из которого следовало, что для тела с радиусом в 500 солнечных радиусов и с плотностью Солнца вторая космическая скорость на его поверхности будет равна скорости света.[2] Таким образом, свет не сможет покинуть это тело, и оно будет невидимым. Мичелл предположил, что в космосе может существовать множество таких недоступных наблюдению объектов. В 1796 году Лаплас включил обсуждение этой идеи в свой труд «Exposition du Systeme du Monde», однако в последующих изданиях этот раздел был опущен

Link to post
Share on other sites

После Лапласа, до Шварцшильда

На протяжении XIX века идея тел, невидимых вследствие своей массивности, не вызывала большого интереса у учёных. Это было связано с тем, что в рамках классической физики скорость света не имеет фундаментального значения. Однако в конце XIX — начале XX века было установлено, что сформулированные Дж. Максвеллом законы электродинамики, с одной стороны, выполняются во всех инерциальных системах отсчёта, а с другой стороны, не обладают инвариантностью относительно преобразований Галилея. Это означало, что сложившиеся в физике представления о характере перехода от одной инерциальной системы отсчёта к другой нуждаются в значительной корректировке.

 

В ходе дальнейшей разработки электродинамики Г. Лоренцем была предложена новая система преобразований пространственно-временных координат (известных сегодня как преобразования Лоренца), относительно которых уравнения Максвелла оставались инвариантными. Развивая идеи Лоренца, А. Пуанкаре предположил, что все прочие физические законы также инвариантны относительно этих преобразований.

 

В 1905 году А. Эйнштейн использовал концепции Лоренца и Пуанкаре в своей специальной теории относительности (СТО), в которой роль закона преобразования инерциальных систем отсчёта окончательно перешла от преобразований Галилея к преобразованиям Лоренца. Классическая (галилеевски-инвариантная) механика была при этом заменена на новую, лоренц-инвариантную релятивистскую механику. В рамках последней скорость света оказалась предельной скоростью, которую может развить физическое тело, что радикально изменило значение чёрных дыр в теоретической физике.

 

Однако ньютоновская теория тяготения (на которой базировалась первоначальная теория чёрных дыр) не является лоренц-инвариантной. Поэтому она не может быть применена к телам, движущимся с околосветовыми и световыми скоростями. Лишённая этого недостатка релятивистская теория тяготения была создана, в основном, А. Эйнштейном (сформулировавшим её окончательно к концу 1915 года) и получила название общей теории относительности (ОТО). Именно на ней и основывается современная теория чёрных дыр.

 

По своему характеру ОТО является геометрической теорией. Она предполагает, что гравитационное поле представляет собой проявление искривления пространства-времени (которое, таким образом, оказывается псевдоримановым, а не псевдоевклидовым, как в специальной теории относительности, СТО). Связь искривления пространства-времени с характером распределения и движения заключающихся в нём масс даётся основными уравнениями теории — уравнениями Эйнштейна.

Link to post
Share on other sites

Искривление пространства

(Псевдо)римановыми называются пространства, которые в малых масштабах ведут себя «почти» как обычные (псевдо)евклидовы. Так, на небольших участках сферы теорема Пифагора и другие факты евклидовой геометрии выполняются с очень большой точностью. В своё время это обстоятельство и позволило построить евклидову геометрию на основе наблюдений над поверхностью Земли (которая в действительности не является плоской, а близка к сферической). Это же обстоятельство обусловило и выбор именно псевдоримановых (а не каких-либо ещё) пространств в качестве основного объекта рассмотрения в ОТО: свойства небольших участков пространства-времени не должны сильно отличаться от известных из СТО.

 

Однако в больших масштабах римановы пространства могут сильно отличаться от евклидовых. Одной из основных характеристик такого отличия является понятие кривизны. Суть его состоит в следующем: евклидовы пространства обладают свойством абсолютного параллелизма: вектор X', получаемый в результате параллельного перенесения вектора X вдоль любого замкнутого пути, совпадает с исходным вектором X. Для римановых пространств это уже не всегда так, что может быть легко показано на следующем примере. Предположим, что наблюдатель встал на пересечении экватора с нулевым меридианом лицом на восток и начал двигаться вдоль экватора. Дойдя до точки с долготой 180°, он изменил направление движения и начал двигаться по меридиану к северу, не меняя направления взгляда (то есть теперь он смотрит вправо по ходу). Когда он таким образом перейдёт через северный полюс и вернётся в исходную точку, то окажется, что он стоит лицом к западу (а не к востоку, как изначально). Иначе говоря, вектор, параллельно перенесённый вдоль маршрута следования наблюдателя, «прокрутился» относительно исходного вектора. Характеристикой величины такого «прокручивания» и является кривизна.

Link to post
Share on other sites

Падение в чёрную дыру

Представим себе, как должно выглядеть падение в шварцшильдовскую чёрную дыру. Тело, свободно падающее под действием сил тяжести, находится в состоянии невесомости. Падающее тело будет испытывать действие приливных сил, растягивающих тело в радиальном направлении и сжимающих — в тангенциальном. Величина этих сил растёт и стремится к бесконечности при . В некоторый момент собственного времени тело пересечёт горизонт событий. С точки зрения наблюдателя, падающего вместе с телом, этот момент ничем не выделен, однако возврата теперь нет. Тело оказывается в горловине (её радиус в точке, где находится тело и есть ), сжимающейся столь быстро, что улететь из неё до момента окончательного схлопывания (это и есть сингулярность) уже нельзя, даже двигаясь со скоростью света.

 

Рассмотрим теперь процесс падения тела в чёрную дыру с точки зрения удалённого наблюдателя. Пусть, например, тело будет светящимся и, кроме того, будет посылать сигналы назад с определённой частотой. Вначале удалённый наблюдатель будет видеть, что тело, находясь в процессе свободного падения, постепенно разгоняется под действием сил тяжести по направлению к центру. Цвет тела не изменяется, частота детектируемых сигналов практически постоянна. Однако, когда тело начнёт приближаться к горизонту событий, фотоны, идущие от тела, будут испытывать всё большее и большее гравитационное красное смещение. Кроме того, из-за гравитационного поля как свет, так и все физические процессы с точки зрения удалённого наблюдателя будут идти всё медленнее и медленнее. Будет казаться, что тело — в чрезвычайно сплющенном виде — будет замедляться, приближаясь к горизонту событий и, в конце концов, практически остановится. Частота сигнала будет резко падать. Длина волны испускаемого телом света будет стремительно расти, так что свет быстро превратится в радиоволны и далее в низкочастотные электромагнитные колебания, зафиксировать которые уже будет невозможно. Пересечения телом горизонта событий наблюдатель не увидит никогда и в этом смысле падение в чёрную дыру будет длиться бесконечно долго. Есть, однако, момент, начиная с которого повлиять на падающее тело удалённый наблюдатель уже не сможет. Луч света, посланный вслед этому телу, его либо вообще никогда не догонит, либо догонит уже за горизонтом.

 

Аналогично будет выглядеть для удалённого наблюдателя и процесс гравитационного коллапса. Вначале вещество ринется к центру, но вблизи горизонта событий оно станет резко замедляться, его излучение уйдёт в радиодиапазон, и, в результате, удалённый наблюдатель увидит, что звезда погасла.

Link to post
Share on other sites

Модель на базе теории струн

Теория струн позволяет выстраивание исключительно плотных и мелкомасштабных структур из самих струн и других описываемых теорией объектов, часть из которых имеют более трёх измерений.

 

Количество способов организации струн внутри чёрных дыр огромно. И, что характерно, эта величина совпадает с величиной энтропии чёрной дыры, которую Хокинг и его коллега Бекенштейн прогнозировали в семидесятые годы.

 

В 2004 году команда Самира Матура из университета Огайо взялась за прояснение вопроса возможного расположения струн внутри чёрной дыры.[4] Выяснилось, что почти всегда струны соединяются так, что образуют единую — большую и очень гибкую — струну, но куда большего размера, нежели точечная сингулярность.

 

Группа Самира Матура рассчитала размеры нескольких моделей чёрных дыр по своей методике. Полученные результаты совпадали с размерами «горизонта событий» в традиционной теории.

 

В связи с этим Матур предположил, что горизонт событий на самом деле представляет собой пенящуюся массу струн, а не жёстко очерченную границу.

 

Следовательно, согласно этой модели, чёрная дыра на самом деле не уничтожает информацию потому что никакой сингулярности в чёрных дырах нет. Масса струн распределяется по всему объёму до горизонта событий, и информация может храниться в струнах и передаваться исходящим излучением Хокинга (а следовательно выходить за горизонт событий).

 

Однако, авторы признают, что эта картина носит весьма предварительный характер. Им ещё предстоит проверить, как модель подходит к крупным чёрным дырам, или понять, как чёрные дыры эволюционируют.

 

Ещё один вариант предложил Гэри Горовиц из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре и Хуан Малдасена из принстоновского Института передовых исследований. По мнению этих исследователей, сингулярность в центре чёрной дыры существует, однако информация в неё просто не попадает: материя уходит в сингулярность, а информация — путём квантовой телепортации — отпечатывается на излучении Хокинга.

Link to post
Share on other sites

Чёрные дыры во Вселенной

Со времени теоретического предсказания чёрных дыр оставался открытым вопрос об их существовании, так как наличие решения типа «чёрная дыра» ещё не гарантирует, что существуют механизмы образования подобных объектов во Вселенной. Известны, однако, механизмы, которые могут приводить к тому, что некоторая область пространства-времени будет иметь те же свойства (ту же геометрию), что и соответствующая область у чёрной дыры. Так, например, в результате коллапса звезды может сформироваться пространство-время, показанное на рисунке.

 

 

Коллапс звезды. Метрика за пределами затенённой области нам неизвестна (или неинтересна)Изображённая тёмным цветом область заполнена веществом звезды и метрика её определяется свойствами этого вещества. А вот светло-серая область совпадает с соответствующей областью пространства Шварцшильда, см. рис. выше. Именно о таких ситуациях в астрофизике говорят, как об образовании чёрных дыр, что с формальной точки зрения является некоторой вольностью речи.[5] Снаружи, тем не менее, уже очень скоро этот объект станет практически неотличим от чёрной дыры по всем своим свойствам, поэтому данный термин применим к получающейся конфигурации с очень большой степенью точности.

 

По современным представлениям, есть четыре сценария образования чёрной дыры:

 

Гравитационный коллапс (катастрофическое сжатие) достаточно массивной звезды (более чем 3,6 масс Солнца) на конечном этапе её эволюции.

Коллапс центральной части галактики или пра-галактического газа. Современные представления помещают огромную () чёрную дыру в центр многих, если не всех, спиральных и эллиптических галактик. Например в центре нашей Галактики находится чёрная дыра Стрелец A* массой .

Формирование чёрных дыр в момент Большого Взрыва в результате флуктуаций гравитационного поля и/или материи. Такие чёрные дыры называются первичными.

Возникновение чёрных дыр в ядерных реакциях высоких энергий — квантовые чёрные дыры.

Link to post
Share on other sites

Чёрные дыры звёздных масс

Чёрные дыры звёздных масс образуются как конечный этап жизни звезды, после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведёт к уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под действием гравитации. Сжатие может остановиться на определённом этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс. В зависимости от массы звезды и вращательного момента возможны следующие конечные состояния:

 

Погасшая очень плотная звезда, состоящая в основном, в зависимости от массы, из гелия, углерода, кислорода, неона, магния, кремния или железа (основные элементы перечислены в порядке возрастания массы остатка звезды).

Белый карлик, масса которого ограничивается сверху пределом Чандрасекара.

Нейтронная звезда, масса которой ограничена пределом Оппенгеймера — Волкова.

Чёрная дыра.

По мере увеличения массы остатка звезды происходит движение равновесной конфигурации вниз по изложенной последовательности. Вращательный момент увеличивает предельные массы на каждой ступени, но не качественно, а количественно (максимум в 2—3 раза).

 

Условия (главным образом, масса), при которых конечным состоянием эволюции звезды является чёрная дыра, изучены недостаточно хорошо, так как для этого необходимо знать поведение и состояния вещества при чрезвычайно высоких плотностях, недоступных экспериментальному изучению. Дополнительные сложности представляет моделирование звёзд на поздних этапах их эволюции из-за сложности возникающего химического состава и резкого уменьшения характерного времени протекания процессов. Достаточно упомянуть, что одни из крупнейших космических катастроф, вспышки сверхновых, возникают именно на этих этапах эволюции звёзд. Различные модели дают нижнюю оценку массы чёрной дыры, получающейся в результате гравитационного коллапса, от 2,5 до 5,6 масс Солнца. Радиус чёрной дыры при этом очень мал — несколько десятков километров.

 

Впоследствии чёрная дыра может разрастись за счёт поглощения вещества — как правило, это газ соседней звезды в двойных звёздных системах (столкновение чёрной дыры с любым другим астрономическим объектом очень маловероятно из-за её малого диаметра). Процесс падения газа на любой компактный астрофизический объект, в том числе и на чёрную дыру, называется аккрецией. При этом из-за вращения газа формируется аккреционный диск, в котором вещество разгоняется до релятивистских скоростей, нагревается и в результате сильно излучает, в том числе и в рентгеновском диапазоне, что даёт принципиальную возможность обнаруживать такие аккреционные диски (и, следовательно, чёрные дыры) при помощи рентгеновских телескопов. Основной проблемой является малая величина и трудность регистрации отличий аккреционных дисков нейтронных звёзд и чёрных дыр, что приводит к неуверенности в идентификации астрономических объектов с чёрными дырами.

 

Столкновение чёрных дыр с другими звёздами, а также столкновение нейтронных звёзд, вызывающее образование чёрной дыры, приводит к мощнейшему гравитационному излучению, которое, как ожидается, можно будет обнаруживать в ближайшие годы при помощи гравитационных телескопов. В настоящее время есть сообщения о наблюдении столкновений в рентгеновском диапазоне

Link to post
Share on other sites

Сверхмассивные чёрные дыры

Разросшиеся очень массивные чёрные дыры, по современным представлениям, образуют ядра большинства галактик. В их число входит и массивная чёрная дыра в ядре нашей галактики.

 

В настоящее время существование чёрных дыр звёздных и галактических масштабов считается большинством учёных надёжно доказанным астрономическими наблюдениями.[7]

 

 

Первичные чёрные дыры

Первичные чёрные дыры в настоящее время носят статус гипотезы. Если в начальные моменты жизни Вселенной существовали достаточной величины отклонения от однородности гравитационного поля и плотности материи, то из них путём коллапса могли образовываться чёрные дыры. При этом их масса не ограничена снизу, как при звёздном коллапсе — их масса, вероятно, могла бы быть достаточно малой. Обнаружение первичных чёрных дыр представляет особенный интерес в связи с возможностями изучения явления испарения чёрных дыр (см. выше).

 

 

Квантовые чёрные дыры

Предполагается, что в результате ядерных реакций могут возникать устойчивые микроскопические чёрные дыры, так называемые квантовые чёрные дыры. Для математического описания таких объектов необходима квантовая теория гравитации. Однако из общих соображений весьма вероятно, что спектр масс чёрных дыр дискретен и существует минимальная чёрная дыра — планковская чёрная дыра. Её масса порядка 10−5 г, радиус — 10−35 м. Комптоновская длина волны планковской чёрной дыры по порядку величины равна её гравитационному радиусу.

 

Таким образом, все «элементарные объекты» можно разделить на элементарные частицы (их длина волны больше их гравитационного радиуса) и чёрные дыры (длина волны меньше гравитационного радиуса). Планковская чёрная дыра является пограничным объектом, для неё можно встретить название максимон, указывающее на то, что это самая тяжёлая из возможных элементарных частиц. Другой иногда употребляемый для её обозначения термин — планкеон.

 

Даже если квантовые дыры существуют, время их существования крайне мало, что делает их непосредственное обнаружение очень проблематичным.

 

В последнее время предложены эксперименты с целью обнаружения свидетельств появления чёрных дыр в ядерных реакциях. Однако для непосредственного синтеза чёрной дыры в ускорителе необходима недостижимая на сегодня энергия 1026 эВ. По-видимому, в реакциях сверхвысоких энергий могут возникать виртуальные промежуточные чёрные дыры.

Link to post
Share on other sites

Ученые заглянули в черную дыру

04:09 «Вести.Ru»

 

Новости из пока что нереального. Проблема существования Чёрных Дыр во вселенной, которая мучает учёных уже не одно десятилетие, привела к любопытным результатам.

 

А именно, как передает «Вести», специалисты попытались воспроизвести, что бы видел человек, если бы он попал в мощное гравитационное поле Звёздного Убийцы. Из серии – не пытайтесь это сделать сами. Итак, для примера взяли Чёрную дыру Шварцшильда в центре нашей Галактики. Она весит, по расчётам, примерно 5 миллионов масс Солнца. И смоделировали последнее, что бы увидел человек, перед тем, как его сначала распылило на атомы, а потом поглотило бы туда, где нет ни пространства, ни времени. Похоже на движение выпуклой линзы по поверхности стола. Это — то самое искривление пространства. В конце оно из трёхмерного превращается в двухмерное. Так это происходит на самом деле или нет — сказать сложно. По крайней мере, проверить это пока никто не может.

Link to post
Share on other sites
  • 2 years later...

«То, что мы наблюдаем, – это не сама природа, а природа, которая выступает в том виде, в каком она выявляется благодаря нашему способу постановки вопросов», – заметил однажды Вернер Гейзенберг, один из создателей квантовой механики, лауреат Нобелевской премии. Таким образом, познавая природу (задавая вопросы), мы создаем Вселенную по своему образу и подобию.

 

Итак, «способ постановки вопросов»...

 

Английского физика-теоретика Стивена Хокинга в его 67 лет (Хокинг родился 8 января 1942 года) сравнивают не иначе как с Ньютоном и Эйнштейном. При этом Хокинг уже почти 40 лет прикован к инвалидному креслу (страшный неизлечимый недуг с каким-то несерьезным названием – боковой амиотрофический склероз).

 

«Мы можем с достаточной уверенностью говорить о том, что знаем историю Вселенной, начиная с первой секунды после Большого взрыва, – подчеркивает в одной из своих статей Хокинг. – Может, никакой особой точки и не было. Исходного материала <для Большого взрыва> тоже не требуется. Сильные гравитационные поля могут создавать материю». Роль одного из важных «инструментов» в этом гравитационном конструировании мироздания современная наука отводит, пожалуй, самым загадочным объектам Вселенной – черным дырам.

 

В цикле работ, выполненном Хокингом вместе со своим многолетним коллегой, профессором Роджером Пенроузом в 1965–1970 годах, было показано, что в черной дыре должна быть так называемая сингулярность – состояние пространственно-временного континуума, в котором плотность и кривизна этого самого пространства-времени становится бесконечной. Другими словами, масса и тяготение черной дыры настолько колоссальны, что даже луч света (а фотоны, как известно, самые быстрые частицы Вселенной) не в силах вырваться за пределы черной дыры, преодолеть ее тяготения. А это, в свою очередь, означает, что и мы, внешние наблюдатели, никакими способами не можем получить информацию о том, что же происходит в черной дыре. Она для нас становится как бы невидимой. Единственный способ хоть что-то узнать о черных дырах – наблюдать воздействие их гравитационного поля на другие космические тела.

 

И вот на днях, как сообщает агентство Би-би-си, Хокинг выдвинул новую теорию, которая кардинально меняет прежние наши представления о черных дырах. Выступая на научной конференции в Дублине, он заявил, что прежде ошибался, утверждая, что черные дыры уничтожают все, что в них попадает. Теперь Хокинг уверен: черные дыры способны «выпускать» информацию…

 

Тут необходимо вернуться в 1973 год. Именно тогда Хокинг выдвинул и теоретически обосновал одну из главных своих гипотез: черные дыры не такие уж и «черные», они могут испускать частицы. «Это происходит в рамках квантового процесса «рождения виртуальных пар», при котором частицы и античастицы постоянно создаются из вакуума – как правило, лишь на мгновение, чтобы тут же аннигилировать, исчезнув без следа, – пишет в своей знаменитой книге «Новый ум короля» Роджер Пенроуз. – Если есть черная дыра, она может «проглотить» одну из частиц такой пары до того, как произойдет аннигиляция, и вторая частица может покинуть черную дыру. Хокинговское излучение как раз и состоит из этих убежавших частиц».

 

В результате такого процесса черная дыра как бы испаряется, и в конечном счете возможно, что от ее первоначальной массы ничего не останется. Хокинг утверждает, что эта потеря невосполнима. Вернее, утверждал до самого последнего времени.

 

Теперь Хокинг пришел к мнению, что не все находящееся в пределах черной дыры навсегда теряется для остальной Вселенной. В соответствии все с теми же законами квантовой физики информация не может быть потеряна полностью, подчеркивает ученый.

 

«Я размышлял над этой проблемой 30 лет и теперь нашел ответ», – цитирует Стивена Хокинга агентство Би-би-си. – Мне жаль расстраивать поклонников научной фантастики. Но если вы упадете в черную дыру, энергия вашей массы вернется в нашу вселенную в измененной форме».

 

Другими словами, черные дыры все-таки не годятся в кандидаты для использования в качестве машины времени или как «ворота» в параллельные вселенные. «Излучение Хокинга» все-таки содержит информацию, и черная дыра, таким образом, не создает принципиальной проблемы для постижения прошлого и будущего.

 

Судя по всему, такой вывод действительно непросто дался выдающемуся физику нашего времени. Еще совсем недавно, в 1994 году, в лекции по общей теории относительности, прочитанной им в Институте математических наук имени Исаака Ньютона при Кембриджском университете, Стивен Хокинг подчеркивал: «Черные дыры, кажется, имеют внутреннюю энтропию и теряют информацию из нашей области вселенной. Я должен сказать, что эти требования весьма спорны: много ученых, работающих в области квантовой гравитации, включая почти всех тех, кто пришел в нее из физики элементарных частиц, инстинктивно отклоняют идею, что информация о состоянии квантовой системы может быть утеряна. Однако такая точка зрения не привела к большому успеху в объяснении того, каким образом информация может покидать черную дыру. В конечном счете я полагаю, что они будут вынуждены принять мое предложение, что информация безвозвратно теряется, так же как они были вынуждены согласиться, что черные дыры излучают, что противоречит всем их предубеждениям».

Как бы там ни было, но, несмотря на все эти теоретические «передряги», черные дыры как объекты Вселенной, не перестают потрясать воображение и ученых, и обывателей.

Link to post
Share on other sites
  • 10 months later...

Ученые: черные дыры поглощают в основном половинки двойных звезд (Источники: Lenta.ru)

 

Астрономы определили, что во время роста сверхмассивные черные дыры питаются преимущественно половинками двойных звезд, а не газом, пылью или одиночными светилами, как считалось до сих пор. Статья ученых появилась в журнале The Astrophysical Journal, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Университета Юты.

 

По современным представлениям, сверхмассивные черные дыры в центрах галактик вырастают из черных дыр звездной массы (то есть, образовавшихся в результате гравитационного коллапса массивной звезды) в результате постепенного поглощения материи. Один из основных недостатков этой теории - то, что механизм поглощения материи ясен не до конца. В частности, не очень понятно, как дыры так быстро (по космическим меркам) набирают массу.

 

В рамках работы ученые использовали численное моделирование процессов в окрестности черной дыры. Ранее уже было известно, что высокая скорость роста может объясняться поглощением звезд, а не пыли и газа. Моделирование позволило установить, что захватить отдельную звезду гравитационным полем и поглотить ее дыре достаточно трудно.

 

Вместе с тем, если в окрестность дыры попадает двойная звезда, то эффективность процесса поглощения заметно вырастает. Одна из звезд обычно выбрасывается под воздействием гравитации, а другая падает на черную дыру. Таким образом, скорость роста черной дыры определяется количеством двойных систем в ее окрестности.

 

По словам ученых, для проверки новой гипотезы нужно получить более точные данные о спектре излучения окрестностей дыры. Кроме того, необходимо оценить популяцию двойных систем в окрестности дыры. Все эти задачи могут быть реализованы на телескопах следующего поколения.

 

Напомним, ранее ученые предложили гипотезу, описывающую эволюцию двойной системы, состоящей из необычно тусклой звезды массой около 70 солнечных и черной дыры, масса которой сравнима с массой 16 Солнц.

 

http://ukranews.com/ru/news/technics/2012/04/02/67546

Link to post
Share on other sites
  • 3 weeks later...

МОСКВА, 26 мар - РИА Новости.

Столкновение Земли и черной дыры не приведет к глобальной катастрофе, а вызовет лишь землетрясение небольшой силы - его характерные особенности могут помочь ученым "поймать" такое событие, если оно действительно произойдет, выяснили американские ученые.

 

В статье, принятой к печати в Astrophysical Journal, Шраван Ханасоуг (Shravan Hanasoge) и Ян Ло (Yang Luo) из Принстонского университета и их коллеги приводят результаты математического моделирования столкновения Земли и черной дыры малой массы, так называемой примордиальной черной дыры.

 

Черные дыры - области, гравитационное притяжение которых настолько велико, что их не может покинуть даже свет - делятся на два типа. Дыры звездной массы, возникающие при коллапсе массивных звезд, весят примерно в 10 раз тяжелее Солнца, а сверхмассивные, которые находятся в центре галактик - от миллионов до миллиардов солнечных масс.

 

Однако ученые полагают, что черные дыры массой значительно меньше солнечной могли формироваться на ранних стадиях развития Вселенной в результате флуктуаций плотности - отклонений от однородности гравитационного поля и плотности материи при рождении Вселенной. При этом, в отличие от "классических" черных дыр, минимальная масса образования примордиальных черных дыр ничем не ограничена, хотя "слишком легкие" должны были за время существования Вселенной уже испариться за счет излучения Хокинга.

 

По словам авторов статьи, такие черные дыры могут считаться одним из кандидатов на роль холодной темной материи - загадочной субстанции, которая проявляет себя только через гравитацию, но природа которой до сих пор неизвестна.

 

"Обнаружение их (примордиальных черных дыр) может пролить свет на условия, существовавшие в ранней Вселенной", - говорится в статье.

 

Ученые предлагают очень простой способ "засечь" пролет черной дыры - нужно всего лишь следить за сейсмическими колебаниями.

 

Они смоделировали "путешествие" сквозь Землю черной дыры массой 10 в 12-й степени килограмм (столько весит один кубический километр воды). Сама дыра такой массы будет иметь размер примерно 1,5 фемтометра (10 в минус 15 степени метра), что всего лишь в два раза больше диаметра протона.

 

Результаты показали, что встреча с такой дырой приведет к относительно небольшому землетрясению магнитудой 4. В эпицентре такого землетрясения могут колебаться стекла окон, слегка дрожать здания, но никаких разрушений как правило не происходит.

 

"Мы предсказываем (при таком землетрясении) появление двух уникальных признаков, а именно - приход сейсмической волны почти одновременно во все точки поверхности Земли и специфическая сфероидальная форма этой волны", - говорится в статье.

 

Впрочем, вероятность такого события крайне низка: даже если вся темная материя во Вселенной состоит из примордиальных черных дыр, такая встреча может произойти лишь один раз примерно за 10 миллионов лет.

 

"К счастью, столкновение с большей по размеру, угрожающей Земле, черной дырой еще менее вероятно", - отмечают авторы.

 

Ранее группа Ханасоуга моделировала "солнцетрясения", которые могут возникнуть при столкновении Солнца и черной дыры.

 

Источник http://ria.ru/science/20120326/606771737.html

Link to post
Share on other sites
  • 1 month later...

«Охотник за черными дырами» NuSTAR выведен на орбиту

 

 

На околоземную орбиту выведен еще один высокоточный научно-исследовательский прибор — рентгеновский телескоп NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) Национального аэрокосмического агентства США.

 

Запуск был осуществлен при помощи ракеты Pegasus XL, закрепленной под днищем самолета L-1011 Stargazer, который поднялся в воздух с атолла Кваджалейн. После отделения от борта самолета ракета вывела аппарат на расчетную геоцентрическую орбиту высотой около 550 км. По прошествии 13 минут после отделения от ракеты телескоп развернул солнечные панели для подзарядки батарей, отчитавшись позднее о том, что все системы функционируют нормально. В ближайший месяц специалисты будут заниматься проверкой всех бортовых систем аппарата, после чего начнется первая стадия научной программы.

 

Основной задачей телескопа NuSTAR станет изучение черных дыр и квазаров. Благодаря высокой чувствительности оборудования — в 100 раз выше, чем у таких аппаратов, как Chandra и XMM-Newton — телескоп сможет «разглядывать» ближайшие окрестности черных дыр. Вещество, которое притягивает черная дыра, образует вокруг нее диск аккреции, температура которого рядом с черной дырой достигает миллионов градусов. Эти области диска является источником мощного рентгеновского излучения, которое и будет фиксировать телескоп.

 

Кроме того, NuSTAR сможет наблюдать за остатками взрывов сверхновых звезд — нейтронными звездами и черными дырами звездной массы, а также фиксировать гамма-всплески и взрывы сверхновых. Вторая задача телескопа NuSTAR — изучение рентгеновских вспышек, происходящих на Солнце, которые являются одним из главных проявлений активности нашего светила.

 

Источник http://www.tv.net.ua/news/other/1050705304...-na-orbitu.html

Link to post
Share on other sites
  • 1 year later...

Физики предполагают, что наша Вселенная существует внутри черной дыры

(«Познавательная статья из мира науки»)

 

Эта странная теория, над которой физики работают уже ни одно десятилетие, может пролить свет на многие вопросы, на которые не в состоянии ответить знаменитая теория Большого взрыва.

 

Согласно теории Большого взрыва, до того, как Вселенная начала расширяться, она пребывала в сингулярном состоянии, то есть в бесконечно малой точке пространства содержалась бесконечно высокая концентрация материи. Эта теория позволяет объяснить, например, почему невероятно плотная материя ранней Вселенной начала расширяться в пространстве с огромной скоростью и образовала небесные тела, галактики и скопления галактик.

Но в то же время, она оставляет без ответа и большое количество важных вопросов. Что спровоцировало сам Большой взрыв? Каков источник таинственной темной материи?

 

Теория о том, что наша Вселенная находится внутри черной дыры, может дать ответы на эти и многие другие вопросы. И к тому же в ней объединены принципы двух центральных теорий современной физики: общей теории относительности и квантовой механики.

 

Общая теория относительности описывает Вселенную в самых крупных масштабах и объясняет, как гравитационные поля таких массивных объектов, как Солнце, искривляют время-пространство. А квантовая механика описывает Вселенную в самых мелких масштабах — на уровне атома. Она, например, учитывает такую важную характеристику частиц, как спин (вращение).

 

Идея состоит в том, что спин частицы взаимодействует с космическим временем и передает ему свойство, называемое «торсион». Чтобы понять, что такое торсион, представьте космическое время в виде гибкого прута. Сгибание прута будет символизировать искривление космического времени, а скручивание — торсион пространства-времени.

Если прут очень тонкий, вы можете его согнуть, но разглядеть, скручен он или нет, будет очень сложно. Торсион пространства-времени может быть заметен только в экстремальных условиях — на ранних стадиях существования Вселенной, либо в черных дырах, где он будет проявляться как сила отталкивания, противоположная гравитационной силе притяжения, исходящей от кривизны пространства-времени.

 

Как следует из общей теории относительности, очень массивные объекты заканчивают свое существование, сваливаясь в черные дыры — области космоса, от которых не может ускользнуть ничего, даже свет.

 

В самом начале существования Вселенной гравитационное притяжение, вызванное искривлением пространства, будет превосходить силу отталкивания торсиона, благодаря чему материя будет сжиматься. Но затем торсион станет сильнее и начнет препятствовать сжатию материи до бесконечной плотности. А поскольку энергия обладает способностью превращаться в массу, то чрезвычайно высокий уровень гравитационной энергии в этом состоянии приведет к интенсивному образованию частиц, отчего масса внутри черной дыры будет нарастать.

 

Таким образом, механизм скручивания предполагает развитие поразительного сценария: каждая черная дыра должна порождать внутри себя новую Вселенную.

 

Если эта теория верна, то материя, из которой состоит наша Вселенная, тоже привнесена откуда-то извне. Тогда наша Вселенная тоже должна быть образована внутри черной дыры, существующей в другой Вселенной, которая приходится нам «родительской».

 

Движение материи при этом всегда происходит только в одном направлении, чем обеспечивается направление времени, которое мы воспринимаем как движение вперед. Стрелка времени в нашей Вселенной, таким образом, тоже унаследована из «родительской» Вселенной.

Link to post
Share on other sites
  • 1 year later...
Черные дыры не уничтожают информацию, заявляют астрофизики

Черные дыры, возникающие в результате гравитационного коллапса массивных звезд, обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света.
1056659243.jpg
© Фото: ESO/M. Kornmesser

МОСКВА, 4 апр – РИА Новости. Информация о состоянии материи, вопреки представлениям многих физиков и космологов, не исчезает полностью при ее попадании в черную дыру — ее следы можно найти в знаменитом излучении Хокинга, если его следы удастся обнаружить, заявляют астрофизики в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Черные дыры, возникающие в результате гравитационного коллапса массивных звезд, обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, которая получила название "горизонт событий".

Знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг предсказал, что судьба частиц, рождающихся рядом с горизонтом событий, может сильно отличаться — одна из пары может попасть за него и исчезнуть из нашего мира, а вторая может остаться "на свободе". Таким образом, черные дыры должны являться источником потока элементарных частиц, который и получил название "излучение Хокинга". Благодаря этому излучению черные дыры могут постепенно "испаряться".

Как рассказывает Деян Стойкович (Dejan Stojkovic) из университета Баффало (США), о природе этого излучения ученые спорят уже почти четыре десятилетия. Проблема заключается в том, что если черные дыры действительно ведут себя так, как их описывает Хокинг, то тогда информация о состоянии материи, попадающая в них вместе с поглощаемой "пищей", будет безвозвратно теряться по мере их испарения, что напрямую противоречит законам квантовой механики.

Часть астрофизиков считает, что излучение Хокинга может нести в себе информацию об устройстве черной дыры и о том, как породившая его материя попала в нее, что может разрешить этот "информационный парадокс". Другие ученые полагают, что этого не происходит, и что нам нужна другая физика для объяснения природы этих объектов и процесса их испарения.

Стойкович и его коллеги по университету показали, что излучение Хокинга действительно может переносить информацию из черной дыры во внешнюю среду. Им удалось это показать благодаря новой математической модели черной дыры, которая воспроизводила не только то, как рождается излучение Хокинга, но и то, как взаимодействуют порождаемые им частицы.

Она однозначно показала, что наблюдатель, стоящий у горизонта событий и изучающий свойства излучения Хокинга, сможет увидеть во взаимодействии порождаемых им частиц следы внутреннего мира черной дыры. По словам физиков, излучение Хокинга содержит в себе информацию о гравитационных взаимодействиях внутри черной дыры, обмену фотонами и прочим "корреляциям", как называют их ученые. Подобные корреляции будут видны далеко не сразу, и для их обнаружения потребуется много времени, однако постепенно картинка будет становиться все яснее и яснее.

"Наши коллеги знали об этих корреляциях, но игнорировали их, так как они казались им маленькими и статистически незначимыми. Наши точные расчеты показывают, что, хотя они и являются крайне малыми по началу, постепенно они растут и становятся значимыми", — объясняет физик.

Таким образом, как считает Стойкович, его научной группе удалось разрешить парадокс потери информации внутри черной дыры. В качестве следующего шага астрофизики попытаются построить новую версию модели, в которой наблюдатель будет не парить над черной дырой, а падать в нее.

РИА Новости http://ria.ru/space/20150404/1056659529.html#ixzz3WRniUuoR

Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
×
×
  • Create New...