Santrauka šia tema:
„Juodosios visatos skylės“
Vladivostokas
2000
Turinys:
Juodosios visatos skylės___________________________________3
Hipotezės ir paradoksai______________________________6
Išvada_________________________________________________________14
Naudotos literatūros sąrašas_________________15
Visatos juodosios skylės
Atrodė, kad šiame reiškinyje yra tiek daug nepaaiškinamo, beveik mistiško, kad net Albertas Einšteinas, kurio teorijos iš tikrųjų sukėlė juodųjų skylių idėją, tiesiog netikėjo jų egzistavimu. Šiandien astrofizikai vis labiau įsitikina, kad juodosios skylės yra realybė.
Matematiniai skaičiavimai rodo, kad yra nematomų milžinų. Prieš ketverius metus grupė amerikiečių ir japonų astronomų nukreipė savo teleskopą į Canes Venatici žvaigždyną, ten esantį spiralinį ūką M106. Ši galaktika yra nutolusi nuo mūsų 20 milijonų šviesmečių, tačiau ją galima pamatyti net su mėgėjišku teleskopu. Daugelis manė, kad tai yra tas pats, kas tūkstančiai kitų galaktikų. Kruopščiai ištyrus paaiškėjo, kad M106 ūkas tokį turi reta savybė- jo centrinėje dalyje yra natūralus kvantinis generatorius - maseris. Tai yra dujų debesys, kuriuose molekulės dėl išorinio „siurbimo“ skleidžia radijo bangas mikrobangų srityje. Maseris padeda tiksliai nustatyti debesies, o galiausiai ir kitų dangaus kūnų vietą bei greitį.
Japonų astronomas Makoto Mionis ir jo kolegos, stebėdami M106 ūką, aptiko keistą jo kosminio maserio elgesį. Paaiškėjo, kad debesys sukasi aplink kažkokį centrą, esantį 0,5 šviesmečio atstumu nuo jų. Astronomus ypač suintrigavo šio sukimosi ypatumas: periferiniai debesų sluoksniai judėjo keturis milijonus kilometrų per valandą! Tai rodo, kad centre yra sutelkta milžiniška masė. Remiantis skaičiavimais, ji prilygsta 36 milijonams saulės masių.
M106 nėra vienintelė galaktika, kurioje įtariama juodoji skylė. Andromedos ūke greičiausiai taip pat yra maždaug tokia pati masė - 37 milijonai saulių. Spėjama, kad M87 galaktikoje – itin intensyviame radijo spinduliuotės šaltinyje – buvo aptikta juodoji skylė, kurioje sutelkta 2 milijardai Saulės masių! Ryžiai. 1 Galaxy M87
Tik radijo bangų pasiuntinys gali būti juodoji skylė, dar ne visiškai uždaryta lenktos erdvės „kapsulė“. Sovietų fizikas Jakovas Zeldovičius ir jo kolega amerikietis Edvinas Salpeteris pranešė apie savo sukurtą modelį. Modelis parodė, kad juodoji skylė pritraukia dujas iš supančios erdvės ir iš pradžių susirenka į diską šalia jos. Dėl dalelių susidūrimų dujos įkaista, praranda energiją ir greitį ir ima spirale suktis juodosios skylės link. Iki kelių milijonų laipsnių įkaitintos dujos sudaro piltuvo formos sūkurį. Jo dalelės veržiasi 100 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Galiausiai dujų sūkurys pasiekia „įvykių horizontą“ ir amžiams dingsta juodojoje skylėje.
Mazeris M106 galaktikoje, apie kurį buvo kalbama pačioje pradžioje, yra dujų diske. Visatoje atsirandančios juodosios skylės, sprendžiant iš to, ką amerikiečių ir japonų astronomai pastebėjo spiraliniame ūke M106, turi nepalyginamai didesnę masę nei aprašytos Oppenheimerio teorijoje. Jis svarstė vienos žvaigždės, kurios masė ne didesnė kaip trys saulės, žlugimo atvejį. Kol kas nėra paaiškinimo, kaip susidaro tokie milžinai, kuriuos jau stebi astronomai.
Naujausi kompiuteriniai modeliai parodė, kad besiformuojančios galaktikos centre esantis dujų debesis gali pagimdyti didžiulę juodąją skylę. Tačiau galimas ir kitas vystymosi kelias: susikaupusios dujos pirmiausia skyla į daug mažesnių debesų, kurie suteiks gyvybę didelis skaičiusžvaigždės Tačiau abiem atvejais dalis kosminių dujų, veikiama savo gravitacijos, galiausiai baigs savo evoliuciją juodosios skylės pavidalu.
Remiantis šia hipoteze, juodoji skylė yra beveik kiekvienoje galaktikoje, įskaitant mūsų, kažkur Paukščių Tako centre.
 |
Vadinamųjų dvigubų žvaigždžių sistemų stebėjimai, kai pro teleskopą matoma tik viena žvaigždė, leidžia manyti, kad nematoma partnerė yra juodoji skylė. Šios poros žvaigždės yra taip arti viena kitos, kad nematoma masė „išsiurbia“ matomos žvaigždės materiją ir ją sugeria. Kai kuriais atvejais galima nustatyti žvaigždės apsisukimo aplink nematomą partnerį laiką ir atstumą iki nematomo partnerio, o tai leidžia apskaičiuoti nuo stebėjimo paslėptą masę.
Pirmoji kandidatė į tokį modelį yra pora, atrasta 70-ųjų pradžioje. Jis yra Cygnus žvaigždyne (nurodytas Cygnus XI indeksu) ir skleidžia rentgeno spindulius. Čia sukasi karšta mėlyna žvaigždė ir, greičiausiai, juodoji skylė, kurios masė lygi 16 Saulės masių. Kitos poros (V404) nematoma masė yra 12 Ryžiai. 2 Cygnus XI saulėta Kita įtariama pora yra devynių saulės masių rentgeno šaltinis (LMCX3), esantis Didžiajame Magelano debesyje.
Visi šie atvejai gerai paaiškinti Johno Michello diskusijoje apie tamsios žvaigždės“ 1783 m. jis rašė: „Jei šviečiantys kūnai sukasi aplink nematomą daiktą, tada iš šio besisukančio kūno judėjimo turėtume su tam tikra tikimybe padaryti išvadą apie šio centrinio kūno egzistavimą“.
Hipotezės ir paradoksai
Bendroji reliatyvumo teorija garsiai numatė, kad masė sulenkia erdvę. Ir praėjus vos ketveriems metams po Einšteino darbo paskelbimo, šį efektą atrado astronomai. Pilnai saulės užtemimas Stebėdami teleskopu, astronomai pamatė žvaigždes, kurias iš tikrųjų užstojo juodo Mėnulio disko kraštas, dengiantis Saulę. Saulės gravitacijos įtakoje žvaigždžių vaizdai pasikeitė. (Matavimo tikslumas čia taip pat nuostabus, nes jie pasislinko mažiau nei viena tūkstantąja laipsnio!)
Astronomai dabar tikrai žino, kad veikiant „gravitacijos lęšiui“, kurį vaizduoja sunkios žvaigždės ir, svarbiausia, juodosios skylės, tikroji daugelio dangaus kūnų padėtis iš tikrųjų skiriasi nuo tų, kurias matome iš Žemės. Tolimos galaktikos mums gali pasirodyti beformės ir „kapsulės“ formos. Tai reiškia: gravitacija tokia stipri, o erdvė taip susukta, kad šviesa keliauja ratu. Tikrai ten galite pamatyti, kas vyksta už kampo.
Įsivaizduokime kažką visiškai neįtikėtino: tam tikras drąsus astronautas nusprendė nusiųsti savo laivą į juodąją skylę, kad sužinotų jos paslaptis. Ką jis pamatys šioje fantastiškoje kelionėje?
Laikrodžiui artėjant prie taikinio, erdvėlaivio laikrodis vis labiau atsiliks – tai išplaukia iš reliatyvumo teorijos. Artėdamas prie tikslo, mūsų keliautojas atsidurs vamzdyje, tarsi juodąją skylę supančiame žiede, tačiau jam atrodys, kad jis skrenda visiškai tiesiu tuneliu, o visai ne ratu. Tačiau astronauto laukia dar daugiau nuostabus reiškinys: kai jis pasieks „įvykių horizontą“ ir judės vamzdžiu, pamatys nugarą, pakaušį...
Bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad sąvokos „išorė“ ir „vidus“ neturi objektyvios reikšmės, kaip ir nuorodos „kairėn“ ar „dešinėn“, „aukštyn“ ar „žemyn“. Visa ši paradoksali painiava su nuorodomis labai prastai dera su mūsų kasdieniais vertinimais.
Kai laivas kirs juodosios skylės sieną, žmonės Žemėje nebegalės nieko matyti iš to, kas ten vyks. Ir laikrodis laive sustos, visos spalvos susimaišys link raudonos: šviesa praras dalį energijos kovodama su gravitacija. Visi objektai įgaus keistas, iškreiptas formas. Ir galiausiai, net jei ši juodoji skylė būtų tik du kartus sunkesnė už mūsų Saulę, gravitacija būtų tokia stipri, kad ir laivas, ir jo hipotetinis kapitonas būtų sutraukti į virvę ir netrukus suplėšyti. Juodosios skylės viduje įstrigusi medžiaga negalės atsispirti jėgoms, traukiančioms ją link centro. Tikėtina, kad materija suirs ir pateks į išskirtinę būseną. Remiantis kai kuriomis idėjomis, ši suirusi medžiaga taps kokios nors kitos Visatos dalimi – juodosios skylės jungia mūsų erdvę su kitais pasauliais.
 |
Kaip ir visi gamtos kūnai, žvaigždės nelieka nepakitusios, jos gimsta, vystosi ir galiausiai „miršta“. Sekti gyvenimo keliasžvaigždės ir norėdami suprasti, kaip jos sensta, turite žinoti, kaip jos atsiranda. Anksčiau tai atrodė kaip didelė paslaptis; šiuolaikiniai astronomai jau gali labai užtikrintai apibūdinti kelius, vedančius į pasirodymą ryškios žvaigždės mūsų naktiniame danguje.
Neseniai astronomai manė, kad žvaigždei iš tarpžvaigždinių dujų ir dulkių susidaryti prireikė milijonų metų. Bet į pastaraisiais metais Buvo padarytos nuostabios nuotraukos iš dangaus srities, kuri yra Didžiojo Oriono ūko dalis, kur per kelerius metus atsirado nedidelis žvaigždžių spiečius. Įjungta 3 pav. Didysis Oriono ūkas nuotraukos iš 1947 m šioje vietoje buvo matoma trijų į žvaigždes panašių objektų grupė. Iki 1954 m kai kurios iš jų tapo pailgos, o iki 1959 m. šie pailgi dariniai suskilo į atskiras žvaigždes – pirmą kartą žmonijos istorijoje žmonės stebėjo žvaigždžių gimimą tiesiogine prasme prieš mūsų akis, šis precedento neturintis įvykis astronomams parodė, kad žvaigždės gali gimti per trumpą laiko tarpą ir anksčiau atrodė; Keistas samprotavimas, kad žvaigždės dažniausiai atsiranda grupėmis arba žvaigždžių spiečiais, pasirodė teisingi.
Renginiai
Juodosios skylės vis dar lieka paslaptimi astronomams. Jie ne tik įsiurbia viską aplinkui, bet ir gali deformuoti erdvės-laiko kontinuumą. Ištempus, jie sudaro mažą pjūvį apačioje. Daugelis astronomų norėtų sužinoti, kas slypi už šio pjūvio. Einšteinas ir jo kolega Rosenas tai pasiūlė Vienos juodosios skylės plyšimas siejamas su kitos. Siūlomas jungiamasis siūlas buvo vadinamas Einšteino-Roseno tiltu. Nors Visatoje nieko panašaus nepastebėta, ši teorija siūlo bendrojo reliatyvumo problemos sprendimą derinant juodosios ir baltosios skylės modelius.
Nikodemas Poplawskis, teorinis fizikas iš Indianos universiteto, pasiūlė mūsų Visatos atsiradimo tarpo scenarijų, dar vadinamą Einšteino-Roseno tiltu. Poplavskis naudojo Euklido koordinačių sistemą– izotropinės koordinatės – juodosios skylės gravitaciniam laukui apibūdinti ir modeliuoti radialinį didelės dalelės judėjimą juodojoje skylėje.
Ištyręs dalelės judėjimą ties dviejų tipų juodųjų skylių – Einsteino-Roseno ir Schwarzschildo – ribomis, Poplawskis pažymėjo, kad judėjimą pačios skylės viduje galima tirti tik eksperimentiniu būdu. Astronomai nemato, kas vyksta juodojoje skylėje o dalelių elgseną galite tyrinėti tik tada, kai patys į ją patenkate.
Kaip sako Poplawskis, tai būtų įmanoma, jei mūsų Visata būtų juodojoje skylėje, kuri egzistuoja Visatoje, didesnio dydžio nei mūsų. Jei dėl to galėtų susidaryti juodoji skylė gravitacinis materijos plyšimas, tada galimas ir atvirkštinis procesas. Šį procesą galima apibūdinti kaip baltosios skylės sprogimą: materija, išnyranti iš juodosios skylės spindulio, tarsi besiplečianti visata.
Teoriškai baltoji skylė yra sujungta su juodąja skyle per Einšteino-Roseno tiltą ir hipotetiškai yra laikina juodosios skylės priešingybė. Savo darbe Poplawskis tai pasiūlė visos juodosios skylės turi tiltus Einsteinas-Rosenas, kurių kiekvienas turi savo visatą, susiformavo tuo pačiu metu kaip ir juodoji skylė.
„Pasirodo, kad mūsų visata galėjo susiformuoti kitos visatos juodojoje skylėje“, – sakė Poplavskis.
Jei toliau tirsime gravitacinį dalelių naikinimą ir pritaikysime juos tiriant kitų tipų juodąsias skyles, galbūt visatos atsiradimo Einšteino-Roseno juodojoje skylėje teorijoje. bus mažiau prieštaravimų nei ankstesniuose. Pavyzdžiui, daug problemų ir neatitikimų kyla dėl Didžiojo sprogimo teorijos ir informacijos praradimo prie juodosios skylės spindulio teorijos, kuri teigia, kad visa informacija apie materiją prarandama, kai ji praeina už juodosios skylės spindulio.
Naujasis visatos modelis leidžia apsieiti be kvantinio singuliarumo ir kosmologinės infliacijos.
Pagrindinis kosmologijos klausimas gali būti suformuluotas pažodžiui trimis žodžiais: iš kur atsirado Visata? Standartiniam atsakymui pakanka dviejų: iš kvantinio singuliarumo. Taip jie vadina ypatinga sąlyga materija, kur nėra nei erdvės, nei laiko ir negalioja žinomi fizikiniai dėsniai. Visuotinai pripažįstama, kad ji pasirodė esanti nestabili ir dėl to atsirado trimatė erdvė, užpildyta kvantiniais laukais ir jų generuojamomis dalelėmis. Šis išėjimas iš singuliarumo vadinamas Didžiuoju sprogimu ir laikomas Visatos amžiaus pradžia.
Niekas iš tikrųjų nežino, kas yra šis išskirtinumas. Jei kosmologines lygtis „žaisime“ laiku atgal iki nulinio taško, energijos tankis ir temperatūra nukris iki begalybės ir praras. fizinę reikšmę. Singuliarumas paprastai apibūdinamas kaip chaotiškas kvantinis vakuumo svyravimas, dėl kurio atsirado gravitacija ir kiti fizikiniai laukai. Teoretikai įdėjo daug pastangų, kad tiksliai suprastų, kaip tai gali nutikti, tačiau kol kas nesėkmingai.
Ne sprogimas, o griūtis
Kai kurie kosmologiniai modeliai visiškai neapsieina be singuliarumo, tačiau jie yra mažuma. Tačiau neseniai trys Kanados mokslininkai sugalvojo labai įdomų Didžiojo sprogimo modelį, kuriam nereikia kvantinio chaoso hipotezės. Vaterlo universiteto fizikos ir astronomijos profesorius Robertas Mannas ir jo kolegos pripažįsta, kad mūsų Visata galėjo atsirasti kaip kosminės materijos gravitacinio susitraukimo, pasibaigusio juodosios skylės gimimu, šalutinis produktas. Pagrindinė jų idėja yra ta, kad ši materija egzistavo ne trijų, o keturių matmenų erdvėje. Naujagimio skylė, vėlgi keturmatė, apsupo save trimačiu apvalkalu, kuris tapo Visatos užuomazga. Ji pasiskolino iš savo motinos keturmačio ne tik gravitacijos, bet ir kitų laukų bei dalelių, kurios įgavo savarankišką trimatį gyvenimą. Taigi mūsų pasaulis atsirado ne iš Didžiojo sprogimo, o iš jo priešingybės – Didžiojo žlugimo!
Iš kur atsirado šis apvalkalas? „Įprastą“ juodąją skylę supa uždaras dvimatis paviršius – įvykių horizontas. Į horizontą patekusi dalelė nebegalės sugrįžti, o net ir iš po horizonto esantys fotonai neįveiks ir šios nepraeinamos kliūties. Jei skylė stacionari, horizontas yra sferinis, tačiau besisukančioms skylėms ši sfera yra išlyginta ties ašigaliais. Kadangi horizonto storis lygus nuliui, jo viduje natūraliai nėra jokios medžiagos. Bet tai yra trimatėje erdvėje. Keturių matmenų skylė taip pat turi įvykių horizontą, kurio matmuo yra vienu mažesnis už savo. Todėl jo horizontas yra trimatė erdvė. Remiantis Kanados fizikų hipoteze, tai gali sukelti mūsų Visatą.
Vaterlo universiteto (Kanada) profesorius:
„GR lygtys yra prasmingos erdvėms su savavališkais didelis skaičius matmenys, ir visais atvejais jie turi sprendimus, vedančius į singuliarumų atsiradimą. Iš to išplaukia, kad jei materijos tankis uždaroje keturių dimensijų srityje viršija tam tikrą kritinę ribą, ji subyra ir susidaro juodoji skylė. Fizinės savybės Tokios medžiagos turėtų labai skirtis nuo tų, kurias stebime mūsų pasaulyje. Tačiau visai logiška manyti, kad šiame pasaulyje dominuos gravitacija: jeigu keturmačio pasaulio materijos dalelės deformuoja erdvėlaikį pagal bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis, jos traukia viena kitą ir sukelia juodą spalvą. skyles“.
Keturmatėje erdvėje esančiai medžiagai, įstrigtai juodosios skylės horizonte, ši trimatė sritis būtų vienintelis pasaulis, visiškai atskirtas nuo keturmatės aplinkos. Galima daryti prielaidą, kad į horizontą įtraukta materija elgsis pagal visus trijų dimensijų dėsnius. Naujasis modelis pašalina bendrą kosmologinės infliacijos hipotezę, pasiūlytą devintojo dešimtmečio pradžioje, kuri vis dar susiduria su rimtomis neišspręstomis problemomis. Visų pirma, neaiškus fizinio lauko, kuris, kaip manoma, paskatino spartėjantį naujagimio Visatos plėtimąsi, pobūdis.
Pasaulio atšokimas
Bet jei nepaisysime kvantinių efektų, trimatės skylės horizontas yra stabilus, o mūsų Visata plečiasi. Manno modelis taip pat paaiškina tai: „Gravitacinė kolapsas keturmatėje erdvėje ne tik sukels juodąją skylę, bet ir privers į ją nepatekusią materiją „atšokti“ ir išsisklaidyti į visas puses. Kažkas panašaus nutinka per supernovų sprogimus, kurie išsklaido savo apvalkalus po visą aplinkinę erdvę. Skaičiavimai rodo, kad ši materija aplink horizontą gali sukurti trimatį sluoksnį, kuris plėsis ir kartu su juo trauks patį horizontą. Dėl to atsiras viena besiplečianti mūsų Visatos erdvė. Modelį galima modifikuoti taip, kad jis numatytų šio plėtimosi pagreitį, o tai standartinė kosmologija paaiškina tamsiosios energijos požiūriu.
Naujasis modelis leidžia atlikti eksperimentinius bandymus. Keturių dimensijų gravitacinė įtaka mūsų Visatai turėtų sukelti tam tikrus kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės svyravimus, kurių spektrą galima numatyti.
Pasaulis tau nieko neskolingas – jis buvo čia prieš tave.
- Markas Tvenas
Skaitytojas klausia:
Kodėl Visata iškart po Didžiojo sprogimo nesugriuvo į juodąją skylę?
Jei atvirai, aš pats apie tai daug galvojau. Ir todėl.
Šiais laikais visata yra pilna visko. Mūsų galaktika yra kietas žvaigždžių, planetų, dujų, dulkių, didelis kiekis tamsioji medžiaga, kurioje yra nuo 200 iki 400 milijardų žvaigždžių, sveriančių trilijoną kartų daugiau nei visa mūsų Saulės sistema. Tačiau mūsų galaktika yra tik viena iš trilijonų panašaus dydžio galaktikų, išsibarsčiusių visoje Visatoje.
Bet kad ir kokia masyvi būtų Visata, ši masė pasiskirsto didžiulėje erdvėje. Stebimos Visatos dalies skersmuo yra apie 92 milijardus šviesmečių, o tai lyginama su mūsų ribomis. saulės sistema Sunku įsivaizduoti. Plutono ir kitų Kuiperio juostos objektų orbita yra 0,06% šviesmečių. Todėl turime didžiulę masę, paskirstytą didžiuliame tūryje. Ir aš norėčiau įsivaizduoti, kaip jie susiję vienas su kitu.
Na, mūsų Saulė sveria 2*10^30 kg. Tai reiškia, kad jame yra 10^57 protonai ir neutronai. Jei atsižvelgsime į tai, kad Visatoje yra 10^24 saulės masės įprastos materijos, paaiškėtų, kad sferoje, kurios spindulys yra 46 milijardai kilometrų, yra 10^81 nukleonas. Jei skaičiuosi vidutinis tankis Visata, jis bus lygus maždaug dviem protonams vienam kubinis metras. Ir tai yra Šykštuolis!
Todėl, jei pradėsite galvoti apie Ankstyva stadija mūsų Visatos vystymąsi, kai visa materija ir energija buvo surinktos į labai maža erdvė, kuris buvo daug mažesnis net už mūsų saulės sistemą, turime pagalvoti apie mūsų skaitytojo klausimą.
Kai po Didžiojo sprogimo Visata buvo vienos pikosekundės senumo, visa ši medžiaga, dabar esanti Visatos žvaigždėse, galaktikose, klasteriuose ir superspiečiuose, buvo mažesniame nei rutulio tūryje, kurio spindulys lygus dabartiniam Žemės orbitos spinduliui.
Ir, nepažeidžiant teorijos, kad visa Visata telpa į tokį mažą tūrį, tarkime, kad žinome jau egzistuojančias juodąsias skyles, kurių masė yra daug mažesnė už Visatos masę, o jų dydis yra daug didesnis nei minėtas tūris!
Priešais jus yra milžiniška elipsės formos galaktika Mesjė 87, didžiausia galaktika, esanti 50 milijonų šviesmečių atstumu nuo mūsų, o tai sudaro 0,1% stebimos Visatos spindulio. Jos centre yra supermasyvi juodoji skylė, kurios masė siekia 3,5 milijardo saulės. Tai reiškia, kad jis turi Schwarzschild spindulį – arba spindulį, iš kurio šviesa negali išeiti. Jis yra maždaug 10 milijardų kilometrų, o tai 70 kartų didesnis už atstumą nuo Žemės iki Saulės.
Taigi, jei tokia masė tokio mažo tūrio veda prie juodosios skylės atsiradimo, kodėl 10^14 kartų didesnė masė, būdama dar mažesnio tūrio, neprivedė prie juodosios skylės atsiradimo, bet, aišku, lėmė mūsų Visatos atsiradimą?
Taigi ji beveik neatnešė. Visata laikui bėgant plečiasi, o jos plėtimosi greitis mažėja, kai judame į ateitį. Tolimoje praeityje, pirmosiomis Visatos pikosekundėmis, jos plėtimosi greitis buvo daug, daug didesnis nei dabar. Kiek daugiau?
Šiandien Visata plečiasi maždaug 67 km/s/Mpc greičiu, o tai reiškia, kad kiekvienam megaparsekui (apie 3,26 mln. šviesmečių), kuris yra toli nuo mūsų, atstumas tarp mūsų ir to objekto plečiasi tokiu greičiu. 67 kilometrai per sekundę. Kai visatos amžius buvo pikosekundės, šis greitis buvo artimesnis 10^46 km/s/MPc. Kalbant apie tai perspektyvoje, dėl šiandieninio plėtimosi greičio kiekvienas Žemės materijos atomas taip greitai nutoltų nuo kitų, kad atstumas tarp jų padidėtų šviesmečiais kas sekundę!
Šis plėtinys apibūdina aukščiau pateiktą lygtį. Vienoje jo pusėje yra H, Visatos plėtimosi greitis Hablo, o kitoje yra daugybė dalykų. Tačiau svarbiausias yra kintamasis ρ, kuris reiškia Visatos energijos tankį. Jei H ir ρ yra idealiai subalansuoti, Visata gali išgyventi labai ilgai. Tačiau net ir nedidelis disbalansas sukels vieną iš dviejų labai nemalonių pasekmių.
Jei Visatos plėtimosi greitis būtų šiek tiek mažesnis, palyginti su jos masės ir energijos kiekiu, mūsų Visata susidurtų beveik akimirksniu. Transformacija į juodąją skylę arba Big Crunch įvyktų labai greitai. Ir jei plėtimosi greitis būtų tik šiek tiek didesnis, atomai visiškai nesusijungtų vienas su kitu. Viskas išsiplėstų taip greitai, kad kiekviena subatominė dalelė egzistuotų savo visatoje, neturėdama su kuo bendrauti.
Kiek turėjo skirtis plėtimosi tempai, kad būtų gauti tokie skirtingi rezultatai? Ant 10%? 1%? 0,1%?
Pakelk jį aukščiau. Reikėtų mažesnio nei 1/10^24 skirtumo, kad Visata išliktų 10 milijardų metų. Tai yra, net 0,00000001% skirtumo nuo įvykusio plėtimosi greičio pakaktų, kad Visata sugriūtų atgal greičiau nei per sekundę, jei plėtimasis būtų per lėtas. Arba neleisti susidaryti net vienam helio atomui, jei plėtimasis būtų per didelis.
Bet mes to neturime: turime Visatą, kuri yra beveik tobulos pusiausvyros tarp materijos plėtimosi ir tankio bei spinduliuotės pavyzdys ir yra kitokia. Dabartinė būsena nuo idealios pusiausvyros tik labai maža nenuline kosmologine konstanta. Kol kas negalime paaiškinti, kodėl jis egzistuoja, bet galbūt jums patiks studijuoti tai, kas to nepaaiškina!
Fiodoras Dergačiovas
Visatos masės juodoji skylė?
Lyginant juodųjų skylių fiziką ir Didžiojo sprogimo procesus, man iškilo klausimas. Noriu į tai išsamiai pažvelgti vienoje iš tolesnių savo naujojo straipsnio dalių. "Žemė ir Visata" , kurį jis pradėjo skelbti „LiveJournal“:
dalis 1
Iš aukščiau pateikto palyginimo paaiškėja, kad per pirmąsias sekundes po Didžiojo sprogimo materija, sudaranti stebimą Visatos dalį, buvo tokiomis sąlygomis, kaip aprašyta juodųjų skylių teorijoje!
Bet neatmetu, kad formuluodamas klausimą į kažką neatsižvelgiau. Laukiu atsakymų...
Juodosios skylės
„Jei padariniai specialioji teorija reliatyvumas išryškėja esant dideliam kūnų judėjimo greičiui, tada bendroji reliatyvumo teorija atsiranda tada, kai kūnai turi labai didelė masė ir sukelti stiprų erdvės ir laiko kreivumą.
...Per Pirmąjį pasaulinį karą vokiečių astronomo Karlo Schwarzschildo atradimas, kai jis, 1916 m. būdamas Rusijos fronte, tarpais skaičiuodamas artilerijos sviedinių trajektorijas, susipažino su Einšteino pasiekimais gravitacijos srityje. Nuostabu, kad praėjus vos keliems mėnesiams po to, kai Einšteinas užbaigė bendrosios reliatyvumo teorijos tašką, Schwarzschildas sugebėjo pasinaudoti šia teorija, kad gautų išsamų ir tikslų vaizdą apie tai, kaip erdvė ir laikas lenkiasi šalia tobulai sferinės žvaigždės. Schwarzschildas savo rezultatus iš Rusijos fronto nusiuntė Einšteinui, kuris, jo nurodymu, pristatė juos Prūsijos akademijai.
Be patvirtinimo ir matematiškai tikslaus kreivumo skaičiavimo, kurį mes schematiškai parodėme Fig. 3.5, Schwarzschildo darbas – dabar žinomas kaip „Schwarzschild sprendimas“ – atskleidė vieną ryškų bendrojo reliatyvumo pasekmę. Įrodyta, kad jei žvaigždės masė yra sutelkta pakankamai mažoje sferinėje srityje (kai žvaigždės masės ir spindulio santykis neviršija tam tikros kritinės reikšmės), tai susidaręs erdvės-laiko kreivumas bus toks reikšmingas, kad 2010 m. joks objektas (įskaitant šviesą), kuris pakankamai priartėja prie žvaigždės, negalės ištrūkti iš šių gravitacinių spąstų. Kadangi net šviesa negali ištrūkti iš tokių „suspaustų žvaigždžių“, jos iš pradžių buvo vadinamos tamsiosiomis arba sušalusiomis žvaigždėmis. (Šis pavadinimas priklauso sovietų mokslininkams Ya. B. Zeldovich ir I. D. Novikovui. – Red.) Patrauklesnį pavadinimą po metų pasiūlė Johnas Wheeleris, pavadinęs jas juodosiomis skylėmis – juodosiomis, nes negali skleisti šviesos, o skylėmis, nes bet koks objektas, priartėjęs prie jų per trumpu atstumu, niekada negrįžta atgal. Šis vardas yra tvirtai įsitvirtinęs ir įsitvirtinęs. Schwarzschildo sprendimas pavaizduotas paveiksle. Nors žinoma, kad juodosios skylės yra „godžios“, pro jas saugiu atstumu praeinantys kūnai nukrypsta taip pat, kaip juos nukreiptų įprasta žvaigždė, ir toliau keliauja. Tačiau bet kokios prigimties kūnai, priartėję per arti, arčiau nei atstumas, vadinamas juodosios skylės įvykių horizontu, yra pasmerkti – jie nuolat kris link juodosios skylės centro, veikiami vis intensyvesnių ir galiausiai destruktyvių gravitacinių deformacijų..
Juodoji skylė iškreipia supančios erdvės-laiko struktūrą toks stiprus, kad bet koks objektas, kertantis jo „įvykių horizontą“, kurį rodo juodas apskritimas, negali ištrūkti iš gravitacinių spąstų. Niekas tiksliai nežino, kas vyksta juodųjų skylių gelmėse.
Pavyzdžiui, jei pirmiausia plaukiate link juodosios skylės pėdų centro, peržengdami įvykių horizontą pajusite didėjantį diskomforto jausmą. Juodosios skylės gravitacinė trauka padidės tiek, kad ji daug stipriau trauks jūsų kojas nei galva (juk jūsų kojos bus kiek arčiau juodosios skylės centro nei galva), tiek, kad tai gali greitai suplėšyti jūsų kūną į gabalus.
Jei keliaudami aplink juodąją skylę esate atsargūs ir neperžengsite jos įvykių horizonto, galite panaudoti juodąją skylę, kad atliktumėte nepaprastą triuką. Pavyzdžiui, įsivaizduokite, kad aptinkate juodąją skylę, kurios masė yra 1000 kartų didesnė už Saulės masę, ir slenkate žemyn, kaip Džordžas nusileido į Saulę, į 3 cm aukštį virš įvykių horizonto. Kaip jau pastebėjome, dėl gravitacinių laukų laikas deformuojasi, o tai reiškia, kad jūsų kelionė laiku sulėtės. Tiesą sakant, kadangi juodosios skylės turi tokius stiprius gravitacinius laukus, jūsų laikas labai sulėtės. Jūsų laikrodis veiks maždaug dešimt tūkstančių kartų lėčiau nei jūsų draugo, grįžusio į Žemę, laikrodis. Jei kabėsite virš juodosios skylės įvykių horizonto šioje pozicijoje vienerius metus, o tada užlipsite laidu atgal į tą, kuris jūsų laukia netoliese erdvėlaivis trumpai, bet maloniai kelionei namo, tada grįžę pamatysite, kad nuo jūsų išvykimo praėjo daugiau nei dešimt tūkstančių metų. Galite naudoti juodąją skylę kaip savotišką laiko mašiną, kuri leis jums keliauti į tolimą Žemės ateitį.
Norėdami pajusti šių reiškinių masto milžiniškumą, pažymime, kad žvaigždė, turinti masę vienoda masė Saulė taps juodąja skyle, jei jos spindulys bus ne stebimas dydis (apie 700 000 km), o tik apie 3 km. Įsivaizduokite, kad visa mūsų Saulė susitraukė iki Manheteno dydžio. Arbatinis šaukštelis tokios suspaustos Saulės medžiagos svertų tiek pat, kiek Everesto kalnas. Kad mūsų Žemė būtų juodoji skylė, turime ją suspausti į rutulį, kurio spindulys mažesnis nei centimetras. Ilgą laiką fizikai skeptiškai vertino tokių ekstremalių materijos būsenų galimybę, daugelis jų manė, kad juodosios skylės tėra pervargusių teoretikų laukinės vaizduotės vaisiai.
Tačiau per pastarąjį dešimtmetį sukaupta gana daug stebėjimų duomenų, patvirtinančių juodųjų skylių egzistavimą. Žinoma, kadangi jie yra juodi, jų negalima stebėti tiesiogiai, tyrinėjant dangų teleskopu. Vietoj to, astronomai bando aptikti juodąsias skyles pagal neįprastą paprastų šviesą skleidžiančių žvaigždžių, esančių netoli juodosios skylės įvykių horizonto, elgesį. Pavyzdžiui, kai dulkių ir dujų dalelės iš išorinių paprastų žvaigždžių sluoksnių, esančių šalia juodosios skylės, veržiasi link juodosios skylės įvykių horizonto, jos įsibėgėja beveik iki šviesos greičio. Esant tokiam greičiui, dėl trinties įkvepiamos medžiagos dujų-dulkių sūkuryje išsiskiria didžiulis šilumos kiekis, todėl dujų ir dulkių mišinys švyti, skleisdamas įprastą matomą šviesą ir rentgeno spindulius. Kadangi ši spinduliuotė generuojama už įvykių horizonto, ji gali išvengti patekimo į juodąją skylę. Ši spinduliuotė sklinda erdvėje ir gali būti tiesiogiai stebima bei tiriama. Bendroji reliatyvumo teorija detaliai numato tokių rentgeno spindulių charakteristikas; šių numatomų savybių stebėjimas suteikia tvirtų, nors ir netiesioginių, juodųjų skylių egzistavimo įrodymų. Pavyzdžiui, daugėja įrodymų, kad mūsų Galaktikos centre yra labai didžiulė juodoji skylė, du su puse milijono kartų didesnė už mūsų Saulės masę. Tačiau net ir šios šlykščios juodosios skylės nublanksta prieš tas, kurios, astronomų nuomone, yra stulbinančiai ryškių kvazarų, išsibarsčiusių visame kosmose, centruose. Tai juodosios skylės, kurių masė milijardus kartų didesnė už Saulės masę.
Schwarzschildas mirė praėjus vos keliems mėnesiams po to, kai rado sprendimą. Jis mirė nuo odos liga, kurią jis sudarė Rusijos fronte. Jam buvo 42 metai. Jo tragiškai trumpas susidūrimas su Einšteino gravitacijos teorija atskleidė vieną ryškiausių ir paslaptingiausių gyvenimo Visatoje aspektų. (" ", 31 psl.),
Teorinė tikrovė, vadinama „juodąja skyle“, kuriai atrodo lyginimas su pragaru, iš esmės išlieka teorinė, nors astronomai susidarė gana harmoningą, iš pirmo žvilgsnio, vaizdą apie juodųjų skylių fiziką, jų susidarymo priežastis ir poveikis erdvės ir laiko kontinuumui.
Iš esmės Juodoji skylė astronomai vadina ne jokį fizinį objektą, o erdvėlaikio sritį, kurioje gravitacinė trauka tokia stipri, kad niekas, net šviesa, negali prasiskverbti į išorę – už „įvykių horizonto“.
Dominuojanti teorija teigia, kad juodosios skylės atsiranda vietoje sudegusių masyvių žvaigždžių: kai žvaigždė griūva, medžiagos tankis tampa toks didelis, kad gravitacinis potraukis šioje srityje pradeda traukti aplinkinę medžiagą.. (« » ).
„Kaip žinoma, kol kas stebėjimais užfiksuotos tik dviejų tipų juodosios skylės – žvaigždžių masė(susidarė dėl masyvių žvaigždžių gravitacinio žlugimo) ir supermasyvios(kurie, remiantis viena hipoteze, yra pirmųjų sujungimo rezultatas). Jokios hipotezėssupermasyvių juodųjų skylių susidarymas nėra daugiau ar mažiau pagrįstas, t.susijungimo hipotezė, kurios įrodymui reikalingas bent vienas patikimai žinomasvidutinės masės juodoji skylė“.(2008 m. rugpjūčio mėn.)
Juodosios skylės yra masyvių žvaigždžių gravitacinio žlugimo rezultatas. Jie pakankamai išsamiai aprašyti mokslinėje ir populiariojoje literatūroje.
„Spąstų“ mechanizmas yra erdvės laiko kreivumas, veikiamas monstriškos gravitacijos jėgų. "IRErdvės laiko kreivė bus tokia reikšminga, kad joks objektas (įskaitant šviesą), kuris pakankamai arti žvaigždės, negalės ištrūkti iš šios gravitacinės spąstų.
Didysis sprogimas „juodųjų skylių“ teorijos požiūriu
„Pasak visų egzistuojančios teorijos Didysis sprogimas, iš pradžių Visata buvo be galo mažo tūrio erdvės taškas, kurio tankis ir temperatūra buvo be galo didelis.(„The Big Problems of the Big Bang. The Problematic Singularity“).
„Nepaisant didžiulės sėkmės, Didžiojo sprogimo teorijos horizontai toli gražu nėra be debesų...
Neaišku, kodėl tuo pačiu atstumu spiralinės galaktikos visada turi didesnį „raudonąjį poslinkį“ nei elipsinės galaktikos(plačiau žr. knygą V.P. Čečevas, Ya.M. Kramarovskis „Radioaktyvumas ir visatos raida“. M., „Nauka“, 1978).
Pagaliau neseniai paaiškėjo galaktikų greičiai, palyginti su CMB fonu labai mažas.Jie matuojami ne tūkstančiai ir dešimtys tūkstančių kilometrų per sekundę, kaip išplaukia iš besiplečiančios Visatos teorijos, betvos šimtus kilometrų per sekundę . Pasirodo, galaktikos praktiškai yra ramybės būsenoje relikvijos fonas Visata, kuri dėl daugelio priežasčių gali būti laikoma absoliučia galaktikos atskaitos sistema(plačiau žr. knygą „Astronominių tyrimų metodų kūrimas“ (A.A. Efimov. „Astronomija ir reliatyvumo principas“). M., „Mokslas“, 1979, p. 545).
Kaip įveikti šiuos sunkumus, kol kas neaišku“.(Siegel F.Yu. „Visatos substancija“ - M.; „Chemija“, 1982 m., skyrius „Kimė cheminiai elementai“, skyrius „Elementų sintezė“, p. 166-167).
Po Didžiojo sprogimo
„Didysis sprogimas yra greitas iš pradžių milžiniško tankio, temperatūros ir medžiagos slėgio kritimas, susitelkęs labai mažame Visatos tūryje. Iš pradžių Visata turėjo milžinišką tankį ir temperatūrą. Pirmą egzistavimo sekundę pasaulio tankis buvo ~ 10 5 g/cm 3, o temperatūra 10 10 K. Arčiausiai mums esančios žvaigždės Saulės dabartinė temperatūra tūkstantį kartų mažesnė.
Per trumpas laikotarpis laikas po Didžiojo sprogimo – tik 10–36 sekundės – mažytė Visata buvo užpildyta esminėmis dalelėmis. Šios dalelės, skirtingai nei nuklidai, protonai ir neutronai, yra nedalomos. Protonai ir neutronai, branduolinės medžiagos pagrindas, iš tikrųjų susideda iš jų. Tai yra pagrindiniai fermionai, sąveikaujantys vienas su kitu per vieną esminę sąveiką tuo metu Visatos vystymosi metu. Kaip įvyko ši sąveika? Per daleles. Jie vadinami bozonais. Jų yra keturi: fotonas (gama kvantas), gliuonas ir du bozonai – W ir Z. Ir pačios pamatinės dalelės, t.y. fermionai yra šešių tipų kvarkai ir šešių tipų leptonai.
Būtent ši 12 fermionų dalelių grupė, sąveikaujanti viena su kita per 4 bozonus, iš tikrųjų yra Visatos užuomazga...
Tuo tarpu grįžkime į pirmųjų jos egzistavimo akimirkų besiplečiančią Visatą.
Šiuolaikinė fizika mano, kad dalelės – fermionai ir bozonai, atsiradę iškart po Didžiojo sprogimo, yra nedalomos. „Tiki“ reiškia, kad apie juos dar nėra informacijos vidinė struktūra. Fermionai ir bozonai buvo be masės iki 10–10 sekundžių nuo Visatos vystymosi ir sudarė vadinamąją mažos Visatos „verdančią sriubą“. Jie bendravo vienas su kitu pagal vienintelį Didžiojo susivienijimo įstatymą.
Po 10–36 sekundžių žlugo Didžiojo susivienijimo era. Dalelių sąveikos pobūdis pradėjo keistis. Dalelių susijungimas ir sunkesnių susidarymas buvo neįmanomas, kol Visatoje buvo aukšta temperatūra.
Visatos atšalimas truko 1 mikrosekundę» .
(M.I. Panasyukas „Visatos klajokliai arba Didžiojo sprogimo aidas“).
Klausimas
Atsižvelgiant į Didįjį sprogimą juodųjų skylių teorijos požiūriu, gaunami nuostabūs rezultatai. Taigi, " astronomai vadina juodąją skylę erdvėlaikio sritis, kurioje gravitacinė trauka tokia stipri, kad niekas, net šviesa, negali pabėgti».
Bet regionas, kuriame materija sutelkta pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo, turėtų būti būtent toks. Didžiausios („supermasyvios“) juodosios skylės (galaktikų centre ir kvazaruose) pasiekia milijonus kartų didesnę masę nei Saulė. Tačiau stebimos Visatos masė, anot šiuolaikiniais skaičiavimais, viršija Saulės masę daugiau nei 10^20 kartų – tai yra 100 kvintilijonų (1 kvintilijonas = 1 milijardas milijardas)! Nesu emocionalus žmogus, bet vis dėlto nežinau, kiek šauktukų čia dėti.
Ir visa ši didžiulė masė nesukūrė tokios siaubingos gravitacinės jėgos, kad erdvėlaikio kreivumas nesukeltų „juodosios skylės“ efekto? Medžiagai, plečiantis per Didįjį sprogimą, laikas turėjo taip sulėtėti, kad ji vis tiek nebūtų ištrūkusi iš „įvykių horizonto“. Tai visiškai pašalintų tolesnį materijos „išsklaidymą“, kuri vėliau sudaro stebimą Visatos dalį. Yra loginis prieštaravimas - arba mokslas neteisingai supranta Didžiojo sprogimo procesus, arba juodųjų skylių teorija yra neteisinga!
F. Dergačiovas "Juodoji skylė su Visatos mase?" 2 dalis
