Abstrakt na tému:

"Čierne diery vesmíru"

Vladivostok

2000
Obsah:

Čierne diery vesmíru_______________________________3

Hypotézy a paradoxy_______________________________6

Záver_________________________________________________14

Zoznam použitej literatúry__________________15

Čierne diery vesmíru

Zdá sa, že tento jav obsahuje toľko nevysvetliteľného, ​​takmer mystického, že dokonca ani Albert Einstein, ktorého teórie v skutočnosti viedli k myšlienke čiernych dier, jednoducho neveril v ich existenciu. Dnes sú astrofyzici čoraz viac presvedčení, že čierne diery sú realitou.

Matematické výpočty ukazujú, že existujú neviditeľní obri. Pred štyrmi rokmi skupina amerických a japonských astronómov namierila svoj ďalekohľad na súhvezdie Canes Venatici, na špirálovú hmlovinu M106, ktorá sa tam nachádza. Táto galaxia je od nás vzdialená 20 miliónov svetelných rokov, ale možno ju vidieť aj amatérskym ďalekohľadom. Mnohí verili, že je to rovnaké ako tisíce iných galaxií. Po starostlivom štúdiu sa ukázalo, že hmlovina M106 jednu má vzácna vlastnosť- v jeho centrálnej časti sa nachádza prirodzený kvantový generátor - maser. Sú to oblaky plynu, v ktorých molekuly v dôsledku vonkajšieho „pumpovania“ vyžarujú rádiové vlny v mikrovlnnej oblasti. Maser pomáha presne určiť jeho polohu a rýchlosť oblaku a nakoniec aj iných nebeských telies.

Japonský astronóm Makoto Mionis a jeho kolegovia pri pozorovaní hmloviny M106 objavili zvláštne správanie sa jej kozmického maséra. Ukázalo sa, že oblaky sa otáčajú okolo nejakého stredu vzdialeného 0,5 svetelného roka od nich. Astronómov obzvlášť zaujala zvláštnosť tejto rotácie: okrajové vrstvy oblakov sa pohybovali štyri milióny kilometrov za hodinu! To naznačuje, že v strede je sústredená obrovská masa. Podľa výpočtov sa rovná 36 miliónom slnečných hmôt.

M106 nie je jedinou galaxiou, kde existuje podozrenie na čiernu dieru. V hmlovine Andromeda je s najväčšou pravdepodobnosťou tiež približne rovnaká hmotnosť - 37 miliónov Sĺnk. Predpokladá sa, že v galaxii M87 – mimoriadne intenzívnom zdroji rádiovej emisie – bola objavená čierna diera, v ktorej sú sústredené 2 miliardy slnečných hmôt! Ryža. 1 Galaxy M87

Iba poslom rádiových vĺn môže byť čierna diera, ktorá ešte nie je úplne uzavretá „kapsulou“ zakriveného priestoru. Sovietsky fyzik Jakov Zeldovič a jeho americký kolega Edwin Salpeter informovali o modeli, ktorý vyvinuli. Model ukázal, že čierna diera priťahuje plyn z okolitého priestoru a najskôr sa zhromažďuje do disku v jej blízkosti. V dôsledku zrážok častíc sa plyn zahrieva, stráca energiu a rýchlosť a začína sa špirálovito otáčať smerom k čiernej diere. Plyn zahriaty na niekoľko miliónov stupňov vytvára lievikovitý vír. Jeho častice sa rútia rýchlosťou 100 tisíc kilometrov za sekundu. Nakoniec vír plynu dosiahne „horizont udalostí“ a navždy zmizne v čiernej diere.

Maser v galaxii M106, o ktorom sa hovorilo na samom začiatku, sa nachádza v plynovom disku. Čierne diery vznikajúce vo vesmíre, súdiac podľa toho, čo americkí a japonskí astronómovia pozorovali v špirálovej hmlovine M106, majú neporovnateľne väčšiu hmotnosť ako tie, ktoré opisuje Oppenheimerova teória. Uvažoval o prípade kolapsu jednej hviezdy, ktorej hmotnosť nie je väčšia ako tri slnečné. Zatiaľ neexistuje žiadne vysvetlenie, ako sa formujú takíto obri, ktoré už astronómovia pozorujú.

Nedávne počítačové modely ukázali, že oblak plynu v strede rodiacej sa galaxie by mohol zrodiť obrovskú čiernu dieru. Ale je možná aj iná cesta vývoja: akumulácia plynu sa najskôr rozpadne na veľa menších oblakov, ktoré dajú život Vysoké číslo hviezdy V oboch prípadoch však časť kozmického plynu pod vplyvom vlastnej gravitácie nakoniec ukončí svoj vývoj v podobe čiernej diery.

Podľa tejto hypotézy je čierna diera takmer v každej galaxii, vrátane našej, niekde v strede Mliečnej dráhy.

Pozorovania takzvaných dvojhviezdnych systémov, keď je ďalekohľadom viditeľná iba jedna hviezda, dávajú dôvod domnievať sa, že neviditeľným partnerom je čierna diera. Hviezdy tohto páru sú umiestnené tak blízko seba, že neviditeľná hmota „vysáva“ hmotu viditeľnej hviezdy a absorbuje ju. V niektorých prípadoch je možné určiť čas otáčania hviezdy okolo jej neviditeľného partnera a vzdialenosť od neviditeľného partnera, čo umožňuje vypočítať hmotnosť skrytú pred pozorovaním.

Prvým kandidátom na takýto model je pár objavený začiatkom 70. rokov. Nachádza sa v súhvezdí Labuť (označená indexom Cygnus XI) a vyžaruje röntgenové lúče. Otáča sa tu horúca modrá hviezda a s najväčšou pravdepodobnosťou čierna diera s hmotnosťou rovnajúcou sa 16 hmotnostiam Slnka. Ďalší pár (V404) má neviditeľnú hmotnosť 12 Ryža. 2 Cygnus XI slnečný Ďalším podozrivým párom je zdroj röntgenového žiarenia (LMCX3) deviatich slnečných hmôt umiestnených vo Veľkom Magellanovom oblaku.

Všetky tieto prípady sú dobre vysvetlené v diskusii Johna Michella o „ temné hviezdy" V roku 1783 napísal: „Ak sa svietiace telesá točia okolo niečoho neviditeľného, ​​potom by sme mali byť schopní z pohybu tohto rotujúceho telesa s istou pravdepodobnosťou odvodiť existenciu tohto centrálneho telesa.

Hypotézy a paradoxy

Všeobecná relativita predpovedala, že hmota ohýba priestor. A len štyri roky po zverejnení Einsteinovej práce tento efekt objavili astronómovia. V plnom rozsahu zatmenie Slnka Pri pozorovaní ďalekohľadom astronómovia videli hviezdy, ktoré boli v skutočnosti zakryté okrajom čierneho mesačného disku, ktorý pokrýval Slnko. Pod vplyvom slnečnej gravitácie sa obrazy hviezd posunuli. (Presnosť merania je tu tiež úžasná, pretože sa posunuli o menej ako jednu tisícinu stupňa!)

Astronómovia dnes už s istotou vedia, že pod vplyvom „gravitačnej šošovky“, ktorú predstavujú ťažké hviezdy a predovšetkým čierne diery, sa skutočné polohy mnohých nebeských telies v skutočnosti líšia od tých, ktoré vidíme zo Zeme. Vzdialené galaxie sa nám môžu zdať beztvaré a „v tvare kapsúl“. To znamená: gravitácia je taká silná a priestor je taký skrútený, že svetlo sa pohybuje v kruhu. Naozaj tam môžete vidieť, čo sa deje za rohom.

Predstavme si niečo úplne neuveriteľné: istý odvážny astronaut sa rozhodol poslať svoju loď do čiernej diery, aby spoznal jej tajomstvá. Čo uvidí na tejto fantastickej ceste?

Keď sa hodiny priblížia k cieľu, hodiny na kozmickej lodi budú čoraz viac zaostávať – vyplýva to z teórie relativity. Keď sa náš cestovateľ priblíži k cieľu, ocitne sa v potrubí, akoby v prstenci obklopujúcom čiernu dieru, ale bude sa mu zdať, že letí úplne rovným tunelom a vôbec nie v kruhu. Ešte viac však na astronauta čaká úžasný fenomén: keď sa dostane za „horizont udalostí“ a bude sa pohybovať po potrubí, uvidí svoj chrbát, zátylok...

Všeobecná teória relativity hovorí, že pojmy „vonku“ a „vnútri“ nemajú objektívny význam, sú relatívne, rovnako ako označenie „vľavo“ alebo „vpravo“, „hore“ alebo „dole“. Celý tento paradoxný zmätok s pokynmi veľmi zle zapadá do nášho každodenného hodnotenia.

Akonáhle loď prekročí hranicu čiernej diery, ľudia na Zemi už nebudú môcť vidieť nič z toho, čo sa tam stane. A hodiny na lodi sa zastavia, všetky farby sa zmiešajú smerom k červenej: svetlo stratí časť svojej energie v boji proti gravitácii. Všetky predmety nadobudnú zvláštne, zdeformované tvary. A napokon, aj keby bola táto čierna diera len dvakrát ťažšia ako naše Slnko, gravitácia by bola taká silná, že by loď aj jej hypotetického kapitána stiahli do povrazu a čoskoro by sa roztrhli. Hmota uväznená vo vnútri čiernej diery nebude schopná odolať silám, ktoré ju ťahajú do stredu. Je pravdepodobné, že hmota sa rozpadne a vstúpi do singulárneho stavu. Podľa niektorých predstáv sa táto rozpadnutá hmota stane súčasťou nejakého iného Vesmíru – čierne diery spájajú náš priestor s inými svetmi.

Ako všetky telá v prírode, ani hviezdy nezostávajú nezmenené, rodia sa, vyvíjajú sa a nakoniec „zomrú“. Nasledovať životná cesta hviezdy a aby ste pochopili, ako starnú, musíte vedieť, ako vznikajú. V minulosti to vyzeralo ako veľká záhada; moderní astronómovia už vedia s veľkou istotou opísať cesty vedúce k vzhľadu jasné hviezdy na našej nočnej oblohe.

Nie je to tak dávno, čo astronómovia verili, že vytvorenie hviezdy z medzihviezdneho plynu a prachu trvá milióny rokov. Ale v posledné roky Boli urobené úžasné fotografie oblasti oblohy, ktorá je súčasťou Veľkej hmloviny v Orióne, kde sa v priebehu niekoľkých rokov objavil malý zhluk hviezd. Zapnuté Obr.3 Veľká hmlovina v Orióne fotografie z roku 1947 na tomto mieste bola viditeľná skupina troch objektov podobných hviezdam. Do roku 1954 niektoré z nich sa stali podlhovastými a do roku 1959. tieto podlhovasté útvary sa rozpadli na jednotlivé hviezdy - po prvý raz v histórii ľudstva ľudia pozorovali zrod hviezd doslova pred našimi očami; táto bezprecedentná udalosť astronómom ukázala, že hviezdy sa môžu zrodiť v krátkom časovom intervale, a predtým sa zdalo podivná úvaha, že hviezdy zvyčajne vznikajú v skupinách, alebo hviezdokopy sa ukázali ako pravdivé.

Diania

Čierne diery stále zostávajú pre astronómov záhadou. Nielenže nasávajú všetko okolo seba, ale dokážu deformovať aj časopriestorové kontinuum. Po natiahnutí tvoria v spodnej časti maličký zárez. Mnohí astronómovia by chceli vedieť, čo sa skrýva za týmto rezom. Einstein a jeho kolega Rosen to navrhli Prasknutie jednej čiernej diery je spojené s prasknutím inej. Navrhovaný spojovací závit sa nazýval Einstein-Rosenov most. Hoci vo vesmíre nebolo nič podobné pozorované, táto teória naznačuje riešenie problému všeobecnej relativity prostredníctvom kombinácie modelov čiernej a bielej diery.

Nikodem Poplawski, teoretický fyzik z Indiana University, navrhol scenár vzniku nášho vesmíru v medzere, nazývanej aj Einstein-Rosenov most. Poplawski použil súradnicový systém Euclid– izotropné súradnice – na opis gravitačného poľa čiernej diery a modelovanie radiálneho pohybu veľkej častice v čiernej diere.

Po štúdiu pohybu častice na hraniciach dvoch typov čiernych dier - Einstein-Rosen a Schwarzschild, Poplawski poznamenal, že pohyb vo vnútri samotnej diery možno študovať iba experimentálne. Astronómovia nemôžu vidieť, čo sa deje v čiernej diere a môžete študovať správanie častíc iba vtedy, ak sa do toho sami dostanete.

Ako hovorí Poplawski, bolo by to možné, keby bol náš vesmír vo vnútri čiernej diery, ktorá vo vesmíre existuje, väčších rozmerov než ten náš. Ak by v dôsledku toho mohla vzniknúť čierna diera gravitačné roztrhnutie hmoty, potom je možný aj opačný proces. Tento proces možno opísať ako výbuch bielej diery: hmota vychádzajúca z polomeru čiernej diery ako rozpínajúci sa vesmír.

Teoreticky je biela diera spojená s čiernou dierou cez Einstein-Rosenov most a je hypoteticky dočasným opakom čiernej diery. Poplawski to vo svojej práci naznačil všetky čierne diery majú mosty Einstein-Rosen, každý s vlastným vesmírom vo vnútri, vznikol v rovnakom čase ako čierna diera.

"Ukazuje sa, že náš vesmír mohol vzniknúť vo vnútri čiernej diery iného vesmíru," povedal Poplawski.

Ak budeme pokračovať v ďalšom štúdiu gravitačnej deštrukcie častíc a použijeme ich pri štúdiu iných typov čiernych dier, možno v teórii vzniku vesmíru v Einstein-Rosenovej čiernej diere bude menej rozporov ako v predchádzajúcich. Napríklad veľa problémov a nezrovnalostí vzniká s teóriou veľkého tresku a teóriou straty informácií v blízkosti polomeru čiernej diery, ktorá tvrdí, že všetky informácie o hmote sa stratia, keď prejde za polomer čiernej diery.

Nový model vesmíru nám umožňuje zaobísť sa bez kvantovej singularity a kozmologickej inflácie.

Hlavná otázka kozmológie sa dá formulovať doslovne tromi slovami: odkiaľ sa vzal vesmír? Na štandardnú odpoveď stačia dve: z kvantovej singularity. Tak tomu hovoria zvláštny stav hmota, kde nie je priestor ani čas a neplatia známe fyzikálne zákony. Všeobecne sa uznáva, že sa ukázalo, že je nestabilný a viedol k vzniku trojrozmerného priestoru naplneného kvantovými poľami a nimi generovanými časticami. Tento výstup zo singularity sa nazýva Veľký tresk a považuje sa za začiatok veku vesmíru.

Nikto v skutočnosti nevie, čo je táto singularita. Ak "prehráme" kozmologické rovnice späť v čase do nulového bodu, hustota energie a teplota sa dostanú do nekonečna a stratia sa fyzický význam. Singularita sa zvyčajne opisuje ako chaotická kvantová fluktuácia vo vákuu, ktorá umožnila gravitáciu a iné fyzikálne polia. Teoretici vynaložili veľa úsilia na to, aby sa pokúsili presne pochopiť, ako by sa to mohlo stať, no zatiaľ bez väčšieho úspechu.

Nie výbuch, ale kolaps

Niektoré kozmologické modely sú úplne bez singularity, ale sú v menšine. Nedávno však traja kanadskí vedci prišli s veľmi zaujímavým modelom Veľkého tresku, ktorý nevyžaduje hypotézu kvantového chaosu. Profesor fyziky a astronómie z University of Waterloo Robert Mann a jeho kolegovia pripúšťajú, že náš vesmír sa mohol objaviť ako vedľajší produkt gravitačnej kontrakcie kozmickej hmoty, ktorá sa skončila zrodom čiernej diery. Ich kľúčovou myšlienkou je, že táto hmota existovala v priestore s nie tromi, ale štyrmi dimenziami. Novorodenecká diera, opäť štvorrozmerná, sa obklopila trojrozmernou škrupinou, ktorá sa stala zárodkom vesmíru. Zo štvorrozmernosti svojej matky si požičala nielen gravitáciu, ale aj iné polia a častice, ktoré nadobudli nezávislý trojrozmerný život. Náš svet teda nevznikol z Veľkého tresku, ale z jeho opaku, Veľkého kolapsu!

Odkiaľ sa vzala táto škrupina? „Obyčajnú“ čiernu dieru obklopuje uzavretý dvojrozmerný povrch, horizont udalostí. Častica, ktorá spadne do horizontu, sa už nebude môcť vrátiť a ani fotóny spod horizontu neprekonajú túto nepreniknuteľnú bariéru. Ak je diera nehybná, horizont je sférický, ale v prípade rotujúcich otvorov je táto guľa na póloch sploštená. Keďže horizont má nulovú hrúbku, prirodzene sa v ňom nenachádza žiadna hmota. Ale toto je v trojrozmernom priestore. Štvorrozmerná diera má tiež horizont udalostí, ktorého rozmer je o jeden menší ako jeho vlastný. Preto je jeho horizontom trojrozmerný priestor. Podľa hypotézy kanadských fyzikov by z nej mohol vzniknúť náš Vesmír.

Profesor na University of Waterloo (Kanada):

„Rovnice GR majú zmysel pre priestory s ľubovoľným Vysoké číslo rozmerov a vo všetkých prípadoch majú riešenia vedúce k vzniku singularít. Z toho vyplýva, že ak hustota hmoty v uzavretej štvorrozmernej oblasti prekročí určitú kritickú hranicu, zrúti sa a vytvorí sa čierna diera. Fyzikálne vlastnosti Takéto látky by sa mali veľmi líšiť od tých, ktoré pozorujeme v našom svete. Je však celkom logické predpokladať, že v tomto svete bude dominovať gravitácia: ak častice hmoty štvorrozmerného sveta deformujú časopriestor v súlade s rovnicami všeobecnej relativity, navzájom sa priťahujú a dávajú vznik čiernej farbe. diery.”

Pre hmotu v štvorrozmernom priestore uväznenú vo vnútri horizontu čiernej diery by táto trojrozmerná oblasť bola jediný svet, úplne odrezaný od štvorrozmerného prostredia. Dá sa predpokladať, že hmota vtiahnutá do horizontu sa bude správať podľa všetkých zákonov troch rozmerov. Nový model odstraňuje bežnú kozmologickú inflačnú hypotézu navrhnutú začiatkom 80. rokov minulého storočia, ktorá stále čelí vážnym nevyriešeným problémom. Nejasná je najmä povaha fyzického poľa, ktoré malo spustiť zrýchľujúcu sa expanziu novonarodeného vesmíru.

Odskok sveta

Ak však ignorujeme kvantové efekty, horizont trojrozmernej diery je stabilný, zatiaľ čo náš vesmír sa rozširuje. Mannov model to tiež vysvetľuje: „Gravitačný kolaps v štvorrozmernom priestore nielenže povedie k vzniku čiernej diery, ale spôsobí, že hmota, ktorá do nej nespadla, sa „odrazí“ a rozptýli sa všetkými smermi. Niečo podobné sa deje pri výbuchoch supernov, ktoré rozmetajú svoje škrupiny po okolitom priestore. Výpočty ukazujú, že táto hmota môže okolo horizontu vytvoriť trojrozmernú vrstvu, ktorá sa bude rozširovať a ťahať so sebou aj samotný horizont. V dôsledku toho vznikne jediný rozširujúci sa priestor nášho vesmíru. Model je možné upraviť tak, že predpovedá zrýchlenie tejto expanzie, ktorú štandardná kozmológia vysvetľuje pomocou temnej energie.“

Nový model umožňuje experimentálne testovanie. Gravitačný vplyv štyroch dimenzií na náš Vesmír by mal spôsobiť určité výkyvy v kozmickom mikrovlnnom žiarení pozadia, ktorého spektrum sa dá predpovedať.

Svet ti nie je nič dlžný – bol tu pred tebou.
- Mark Twain

Čitateľ sa pýta:

Prečo sa vesmír bezprostredne po veľkom tresku nezrútil do čiernej diery?

Aby som bol úprimný, sám som o tom veľa premýšľal. A preto.

Vesmír je dnes plný všetkého. Naša galaxia je chladná zmes hviezd, planét, plynu, prachu, veľká kvantita temnú hmotu, ktorá obsahuje 200 až 400 miliárd hviezd a váži biliónkrát viac ako celá naša slnečná sústava. Ale naša galaxia je len jednou z biliónov podobne veľkých galaxií roztrúsených po celom vesmíre.

Ale bez ohľadu na to, aký masívny je vesmír, táto hmota je rozložená v obrovskom priestore. Pozorovateľná časť vesmíru má priemer asi 92 miliárd svetelných rokov, čo je v porovnaní s hranicami nášho slnečná sústava Je ťažké si to predstaviť. Obežná dráha Pluta a iných objektov Kuiperovho pásu je 0,06 % svetelného roku. Preto máme obrovskú hmotu rozloženú na obrovskom objeme. A rád by som si predstavil, ako spolu súvisia.

No naše Slnko váži 2*10^30 kg. To znamená, že obsahuje 10^57 protónov a neutrónov. Ak vezmeme do úvahy, že vesmír obsahuje 10^24 slnečných hmôt bežnej hmoty, ukáže sa, že guľa s polomerom 46 miliárd kilometrov obsahuje 10^81 nukleónov. Ak rátate priemerná hustota Vo vesmíre sa to bude rovnať približne dvom protónom na jeden meter kubický. A toto je MINOR!

Preto, ak začnete premýšľať o skoré štádium vývoj nášho Vesmíru, kedy sa všetka hmota a energia zhromaždili do veľmi malý priestor, ktorá bola oveľa menšia ako naša slnečná sústava, musíme sa zamyslieť nad otázkou nášho čitateľa.

Keď bol vesmír po Veľkom tresku starý jednu pikosekundu, všetka táto hmota teraz obsiahnutá vo hviezdach, galaxiách, kopách a superkopách vesmíru bola v objeme menšom ako guľa s polomerom rovným súčasnému polomeru obežnej dráhy Zeme.

A bez toho, aby sme odbočili od teórie, že celý vesmír sa zmestí do takého malého objemu, povedzme, že poznáme čierne diery, ktoré už existujú a ktorých hmotnosť je oveľa menšia ako hmotnosť vesmíru a ich veľkosť je oveľa väčšia ako spomínaný objem!

Pred vami je obrovská eliptická galaxia Messier 87, najväčšia galaxia vo vzdialenosti 50 miliónov svetelných rokov od nás, čo je 0,1 % polomeru pozorovateľného vesmíru. V jeho strede sa nachádza supermasívna čierna diera s hmotnosťou 3,5 miliardy Slnka. To znamená, že má Schwarzschildov polomer – čiže polomer, z ktorého svetlo nemôže uniknúť. Je to približne 10 miliárd kilometrov, čo je 70-násobok vzdialenosti od Zeme k Slnku.

Ak teda takáto hmotnosť v takom malom objeme vedie k objaveniu sa čiernej diery, prečo hmotnosť 10^14-krát väčšia, ktorá je v ešte menšom objeme, neviedla k vzniku čiernej diery, ale samozrejme, viedli k vzniku nášho vesmíru?

Takže to takmer nepriniesla. Vesmír sa časom rozpína ​​a rýchlosť jeho rozpínania klesá, keď sa presúvame do budúcnosti. V dávnej minulosti, v prvých pikosekundách vesmíru, bola rýchlosť jeho rozpínania oveľa, oveľa väčšia ako teraz. Koľko ešte?

Dnes sa vesmír rozširuje rýchlosťou približne 67 km/s/Mpc, čo znamená, že na každý megaparsek (približne 3,26 milióna svetelných rokov), o ktorý je niečo preč od nás, sa vzdialenosť medzi nami a týmto objektom zväčšuje rýchlosťou 67 kilometrov za sekundu. Keď bol vek vesmíru pikosekundy, táto rýchlosť bola bližšie k 10^46 km/s/MPc. Aby sme to uviedli do perspektívy, dnešná rýchlosť expanzie by viedla k tomu, že by sa každý atóm hmoty na Zemi vzdialil od ostatných tak rýchlo, že by sa vzdialenosť medzi nimi každú sekundu zväčšila o svetelný rok!

Toto rozšírenie popisuje vyššie uvedenú rovnicu. Na jednej strane je H, miera rozpínania vesmíru prostredníctvom Hubbleovho teleskopu, a na druhej je veľa vecí. Najdôležitejšia je však premenná ρ, ktorá označuje hustotu energie vesmíru. Ak sú H a ρ dokonale vyvážené, vesmír môže prežiť veľmi dlho. Ale aj mierna nerovnováha povedie k jednému z dvoch veľmi nepríjemných následkov.

Ak by rýchlosť expanzie vesmíru bola o niečo nižšia v porovnaní s množstvom jeho hmoty a energie, potom by náš vesmír čelil takmer okamžitému kolapsu. Transformácia na čiernu dieru alebo Big Crunch by prebehla veľmi rýchlo. A ak by rýchlosť expanzie bola len o niečo vyššia, atómy by sa navzájom vôbec nespájali. Všetko by expandovalo tak rýchlo, že by každá subatomárna častica existovala vo svojom vlastnom vesmíre bez toho, aby s čím interagovala.

Ako rozdielne museli byť miery expanzie, aby sa dosiahli také rozdielne výsledky? Na 10%? O 1%? O 0,1%?

Vezmite to vyššie. Na to, aby vesmír vydržal 10 miliárd rokov, by bol potrebný rozdiel menší ako 1/10^24. To znamená, že aj rozdiel 0,00000001% od rýchlosti expanzie, ku ktorej došlo, by stačil na to, aby sa vesmír zrútil späť za menej ako sekundu, ak by expanzia bola príliš pomalá. Alebo zabrániť vytvoreniu čo i len jedného atómu hélia, ak by expanzia bola príliš veľká.

Ale nič z toho nemáme: máme vesmír, ktorý je príkladom takmer dokonalej rovnováhy medzi expanziou a hustotou hmoty a žiarenia a je odlišný. Aktuálny stav z ideálnej rovnováhy len o veľmi malú nenulovú kozmologickú konštantu. Zatiaľ nevieme vysvetliť, prečo to existuje, ale možno vás bude baviť študovať to, čo to nevysvetľuje!

Fedor Dergačev

Čierna diera s hmotnosťou vesmíru?

Pri porovnávaní fyziky čiernych dier a procesov Veľkého tresku ma napadla otázka. Chcem sa na to podrobne pozrieť v jednej z nasledujúcich častí môjho nového článku. "Zem a vesmír" , ktorý začal publikovať na LiveJournal:

Časť 1

Z vyššie uvedeného porovnania vyplýva, že v prvých sekundách po Veľkom tresku bola hmota, ktorá tvorí pozorovateľnú časť Vesmíru, v podmienkach podobných tým, ktoré opisuje teória čiernych dier!

Ale nevylučujem, že som pri formulovaní otázky niečo nezohľadnil. Čakám na reakcie...

Čierne diery

„Ak účinky špeciálna teória relativita sa stáva najzrejmejšou pri vysokých rýchlostiach pohybu telies, potom všeobecná teória relativity prichádza na scénu, keď majú telesá veľmi veľká hmota a spôsobiť silné zakrivenie priestoru a času.
...Objav, ktorý urobil počas prvej svetovej vojny nemecký astronóm Karl Schwarzschild, keď sa na ruskom fronte v roku 1916 medzi výpočtom trajektórií delostreleckých granátov zoznámil s Einsteinovými úspechmi v oblasti gravitácie. Je úžasné, že len pár mesiacov po tom, čo Einstein urobil posledné úpravy na plátne všeobecnej relativity, Schwarzschild dokázal použiť túto teóriu na získanie úplného a presného obrazu o tom, ako sa priestor a čas ohýbajú v blízkosti dokonale guľovej hviezdy. Schwarzschild poslal svoje výsledky z ruského frontu Einsteinovi, ktorý ich na jeho pokyn predložil Pruskej akadémii.
Okrem potvrdenia a matematicky presného výpočtu zakrivenia, ktorý sme schematicky ukázali na obr. 3.5, Schwarzschildova práca – teraz známa ako „Schwarzschildovo riešenie“ – odhalila jeden pozoruhodný dôsledok všeobecnej teórie relativity. Ukázalo sa, že ak je hmotnosť hviezdy sústredená v dostatočne malej sférickej oblasti (keď pomer hmotnosti hviezdy k jej polomeru nepresiahne určitú kritickú hodnotu), potom bude výsledné zakrivenie časopriestoru také významné, že žiadny objekt (vrátane svetla), ktorý sa dostane dostatočne blízko k hviezde, nebude schopný uniknúť z tejto gravitačnej pasce. Keďže z takýchto „stlačených hviezd“ nemôže uniknúť ani svetlo, pôvodne sa nazývali tmavé alebo zamrznuté hviezdy. (Tento názov patrí sovietskym vedcom Ya. B. Zeldovich a I. D. Novikov. - Ed.) Príťažlivejší názov navrhol po rokoch John Wheeler, ktorý ich nazval čierne diery - čierne, pretože nemôžu vyžarovať svetlo, a diery, pretože akýkoľvek predmet, ktorý sa k nim priblíži na príliš krátku vzdialenosť, sa už nikdy nevráti späť. Toto meno je pevne zavedené a zavedené. Schwarzschildovo riešenie je znázornené na obrázku. Hoci je známe, že čierne diery sú „nenásytné“, telesá, ktoré okolo nich prejdú v bezpečnej vzdialenosti, sa odklonia rovnakým spôsobom, ako by ich odchýlila obyčajná hviezda, a pokračujú v ceste. Ale telesá akejkoľvek povahy, ktoré sa priblížia príliš blízko, bližšie ako je vzdialenosť nazývaná horizont udalostí čiernej diery, sú odsúdené na zánik – budú neustále padať do stredu čiernej diery, vystavené čoraz intenzívnejším a v konečnom dôsledku ničivejším gravitačným deformáciám..

Čierna diera ohýba štruktúru okolitého časopriestoru taká silná, že akýkoľvek objekt prekračujúci svoj "horizont udalostí" - označený čiernym kruhom - nemôže uniknúť z jeho gravitačnej pasce. Nikto presne nevie, čo sa deje v hlbinách čiernych dier.

Ak napríklad plávate smerom k stredu nôh čiernej diery ako prvý, pri prekročení horizontu udalostí pocítite narastajúci pocit nepohodlia. Gravitačná sila čiernej diery sa tak výrazne zvýši, že bude ťahať vaše nohy oveľa silnejšie ako vašu hlavu (napokon, vaše nohy budú o niečo bližšie k stredu čiernej diery ako vaša hlava), a to natoľko, že dokáže rýchlo roztrhať vaše telo na kusy.
Ak ste pri cestovaní okolo čiernej diery opatrní a dávate pozor, aby ste neprekročili jej horizont udalostí, môžete pomocou čiernej diery urobiť pozoruhodný trik. Predstavte si napríklad, že objavíte čiernu dieru s hmotnosťou 1000-krát väčšou ako Slnko a zlaníte sa, práve keď George zostúpil k Slnku, do výšky 3 cm nad horizontom udalostí. Ako sme už poznamenali, gravitačné polia spôsobujú deformáciu času, čo znamená, že vaše cestovanie v čase sa spomalí. V skutočnosti, pretože čierne diery majú také silné gravitačné polia, váš čas sa veľmi spomalí. Vaše hodiny budú bežať približne desaťtisíckrát pomalšie ako hodiny vášho priateľa na Zemi. Ak visíte nad horizontom udalostí čiernej diery v tejto polohe jeden rok a potom vyleziete po kábli späť k tomu, ktorý vás čaká v blízkosti vesmírna loď na krátku, ale príjemnú cestu domov, potom po návrate zistíte, že od vášho odchodu uplynulo viac ako desaťtisíc rokov. Čiernu dieru môžete použiť ako akýsi stroj času, ktorý vám umožní cestovať do vzdialenej budúcnosti Zeme.
Aby sme pocítili obrovský rozsah týchto javov, všimneme si, že hviezda s hmotnosťou rovnakú hmotnosť Slnko sa stane čiernou dierou, ak jeho polomer nie je pozorovaná hodnota (asi 700 000 km), ale len asi 3 km. Predstavte si, že sa celé naše Slnko zmenšilo na veľkosť Manhattanu. Lyžička hmoty takto stlačeného Slnka by vážila toľko ako Mount Everest. Aby sa naša Zem stala čiernou dierou, musíme ju stlačiť do gule s polomerom menším ako centimeter. Fyzici boli dlho skeptickí k možnosti takýchto extrémnych stavov hmoty, mnohí z nich verili, že čierne diery sú len výplody bujnej fantázie prepracovaných teoretikov.
Za posledné desaťročie sa však nazhromaždilo pomerne veľa údajov z pozorovania, ktoré potvrdzujú existenciu čiernych dier. Samozrejme, keďže sú čierne, nemožno ich pozorovať priamo skúmaním oblohy ďalekohľadom. Namiesto toho sa astronómovia pokúšajú odhaliť čierne diery anomálnym správaním obyčajných hviezd vyžarujúcich svetlo, ktoré sa nachádzajú v blízkosti horizontov udalostí čiernej diery. Napríklad, keď sa častice prachu a plynu z vonkajších vrstiev obyčajných hviezd susediacich s čiernou dierou ponáhľajú k horizontu udalostí čiernej diery, zrýchľujú sa takmer na rýchlosť svetla. Pri takýchto rýchlostiach vedie trenie vo vírivom plyne a prachu vdychovanej látky k uvoľneniu obrovského množstva tepla, čo spôsobuje, že zmes plynu a prachu žiari a vyžaruje bežné viditeľné svetlo a röntgenové lúče. Pretože toto žiarenie vzniká mimo horizontu udalostí, môže sa vyhnúť pádu do čiernej diery. Toto žiarenie sa šíri v priestore a možno ho priamo pozorovať a študovať. Všeobecná relativita podrobne predpovedá charakteristiky takýchto röntgenových lúčov; pozorovanie týchto predpovedaných charakteristík poskytuje silný, aj keď nepriamy dôkaz o existencii čiernych dier. Napríklad pribúdajú dôkazy o tom, že v strede našej Galaxie sa nachádza veľmi masívna čierna diera s hmotnosťou dva a pol milióna násobku hmotnosti nášho Slnka. Ale aj tieto nenásytné čierne diery blednú v porovnaní s tými, o ktorých sa astronómovia domnievajú, že sa nachádzajú v centrách úžasne jasných kvazarov roztrúsených po celom vesmíre. Ide o čierne diery, ktorých hmotnosti sú miliardy krát väčšie ako hmotnosť Slnka.
Schwarzschild zomrel len pár mesiacov po tom, čo našiel svoje riešenie. Zomrel z kožné ochorenie, ktorú si zazmluvnil na ruskom fronte. Mal 42 rokov. Jeho tragicky krátke stretnutie s Einsteinovou teóriou gravitácie odhalilo jednu z najpozoruhodnejších a najzáhadnejších stránok života vo vesmíre. (" ", strana 31),

„Teoretická realita nazývaná „čierna diera“, pre ktorú sa ponúka porovnanie s peklom, zostáva v podstate teoretická, hoci astronómovia vytvorili na prvý pohľad harmonický obraz fyziky čiernych dier, príčin ich vzniku a vplyv na časopriestorové kontinuum.

V podstate povedané, čierna diera astronómovia nenazývajú žiadny fyzický objekt, ale oblasť v časopriestore, v ktorej je gravitačná príťažlivosť taká silná, že nič, dokonca ani svetlo, nemôže preniknúť von – za „horizont udalostí“.

Dominantnou teóriou je, že čierne diery vznikajú na mieste vyhorených masívnych hviezd: keď hviezda skolabuje, hustota hmoty sa zvýši tak, že gravitačná príťažlivosť v tejto oblasti začne priťahovať okolitú hmotu.". (« » ).

„Ako je známe, doteraz boli pozorovaniami zaznamenané len dva typy čiernych dier – hviezdna hmota(vznikli v dôsledku gravitačného kolapsu masívnych hviezd) a supermasív(ktoré sú podľa jednej hypotézy výsledkom zlúčenia prvého). Žiadna hypotézavznik supermasívnych čiernych dier nie je viac-menej podložený, vr.hypotéza fúzie, na preukázanie ktorej je potrebná aspoň jedna spoľahlivo známačierna diera so strednou hmotnosťou."(august 2008)

Čierne diery sú výsledkom gravitačného kolapsu masívnych hviezd. Sú dostatočne podrobne opísané vo vedeckej a populárnej literatúre.

Mechanizmom „pasce“ je zakrivenie časopriestoru pod vplyvom síl obrovskej gravitácie. "AZakrivenie časopriestoru bude také významné, že žiadny objekt (vrátane svetla), ktorý sa dostane dostatočne blízko ku hviezde, nebude schopný uniknúť z tejto gravitačnej pasce.“

Veľký tresk z pohľadu teórie „čiernych dier“

„Podľa všetkých existujúce teórie Veľký tresk, na začiatku bol vesmír bodom v priestore nekonečne malého objemu, ktorý mal nekonečne veľkú hustotu a teplotu."(„Veľké problémy veľkého tresku. Problematická singularita“).

„Napriek veľkému úspechu nie sú obzory teórie veľkého tresku ani zďaleka bez mráčika...

Nie je jasné, prečo majú špirálové galaxie v rovnakej vzdialenosti vždy väčšie „červené posuny“ ako eliptické galaxie(podrobnejšie pozri knihu V.P. Chechev, Ya.M. Kramarovsky „Radioactivity and the Evolution of the Universe.“ M., „Nauka“, 1978).

Nakoniec sa to nedávno ukázalo rýchlosti galaxií vzhľadom na pozadie CMB veľmi malé.Sú merané nie tisíce a desaťtisíce kilometrov za sekundu, ako vyplýva z teórie rozpínajúceho sa vesmíru, alelen stovky kilometrov za sekundu . Ukazuje sa, že galaxie sú prakticky v pokoji vzhľadom k reliktné pozadie Vesmír, ktorý možno z viacerých dôvodov považovať za absolútnu referenčnú sústavu galaxie(podrobnejšie pozri knihu „Vývoj metód astronomického výskumu“ (A.A. Efimov. „Astronómia a princíp relativity“) M., „Science“, 1979, s. 545).

Ako prekonať tieto ťažkosti, je stále nejasné."(Siegel F.Yu. "Látka vesmíru." - M.; "Chémia", 1982, časť "Rodokmeň" chemické prvky“, kapitola „Syntéza prvkov“, s. 166-167).

Po veľkom tresku

„Veľký tresk je rýchly pokles pôvodne obrovskej hustoty, teploty a tlaku hmoty sústredenej vo veľmi malom objeme vesmíru. V počiatočnom momente mal vesmír gigantickú hustotu a teplotu. Svet mal v prvej sekunde svojej existencie hustotu ~ 10 5 g/cm 3 a teplotu 10 10 K. Aktuálna teplota nám najbližšej hviezdy, Slnka, je tisíckrát nižšia.
Počas krátke obdobiečas po Veľkom tresku - iba 10 - 36 sekúnd - bol malý vesmír naplnený základnými časticami. Tieto častice sú na rozdiel od nuklidov, protónov a neutrónov nedeliteľné. V skutočnosti sa z nich skladajú protóny a neutróny, základ jadrovej hmoty. Toto sú základné fermióny, ktoré sa navzájom ovplyvňujú prostredníctvom jedinej základnej interakcie v tom čase vo vývoji vesmíru. Ako k tejto interakcii došlo? Cez častice. Nazývajú sa bozóny. Sú štyri: fotón (gama kvantum), gluón a dva bozóny - W a Z. A samotné fundamentálne častice, t.j. fermióny sú šesť typov kvarkov a šesť typov leptónov.
Práve táto skupina častíc 12 fermiónov interagujúcich medzi sebou prostredníctvom 4 bozónov je v skutočnosti zárodkom vesmíru...

Medzitým sa vráťme do rozpínajúceho sa Vesmíru k prvým okamihom jeho existencie.
Moderná fyzika verí, že častice – fermióny a bozóny, ktoré sa objavili hneď po Veľkom tresku, sú nedeliteľné. „Verí“ znamená, že o nich zatiaľ nie sú žiadne informácie vnútorná štruktúra. Fermióny a bozóny boli niekde do 10 - 10 sekúnd vývoja vesmíru bez hmotnosti a tvorili takzvanú „vriacu polievku“ maličkého vesmíru. Navzájom na seba pôsobili podľa jediného zákona Veľkého zjednotenia.
V 10-36 sekundách sa zrútila éra Veľkého zjednotenia. Povaha interakcie častíc sa začala meniť. Zlučovanie častíc a vytváranie ťažších bolo nemožné, kým mal vesmír vysokú teplotu.
Chladnutie vesmíru trvalo 1 mikrosekundu» . (M.I. Panasyuk „Pútnici vesmírom alebo ozvena Veľkého tresku“).

Otázka

Pohľad na Veľký tresk z pohľadu teórie čiernych dier prináša úžasné výsledky. Takže," astronómovia nazývajú čierna diera oblasť v časopriestore, v ktorej je gravitačná sila taká silná, že z nej nemôže uniknúť nič, dokonca ani svetlo».

ale oblasť, v ktorej sa hmota koncentruje v prvých okamihoch po veľkom tresku, by mala byť presne taká. Najväčšie („supermasívne“) čierne diery (v strede galaxií a v kvazaroch) dosahujú hmotnosti miliónkrát väčšie ako Slnko. Ale hmotnosť pozorovateľného vesmíru podľa moderné odhady, prevyšuje hmotnosť Slnka o viac ako 10^20-krát – to je 100 quintilionov (1 quintilion = 1 miliarda miliárd)! Nie som emocionálny človek, ale napriek tomu neviem, koľko výkričníkov sem mám dať.

A všetka táto obrovská masa nevytvorila takú príšernú gravitačnú silu, aby zakrivenie časopriestoru nespôsobilo efekt „čiernej diery“? Pre hmotu expandujúcu počas Veľkého tresku sa čas mal spomaliť natoľko, že by stále neunikol z „horizontu udalostí“. Tým by sa úplne eliminovalo ďalšie „rozptyľovanie“ hmoty, ktorá následne tvorí pozorovateľnú časť Vesmíru. Existuje logický rozpor - buď veda nesprávne chápe procesy veľkého tresku, alebo je nesprávna teória čiernych dier!

F. Dergačev "Čierna diera s hmotnosťou vesmíru?" Časť 2