Astrofizičke tajne crno-bijelih rupa. Zanimljive činjenice o crnim rupama

Znanstveno razmišljanje ponekad konstruira predmete s takvim paradoksalnim svojstvima da ih čak i najzapaženiji znanstvenici u početku odbijaju prepoznati. Najočitiji primjer u povijesti moderne fizike je dugogodišnji nedostatak interesa za crne rupe, ekstremna stanja gravitacijskog polja, predviđen prije gotovo 90 godina. Dugo su ih smatrali čisto teorijskom apstrakcijom, a tek u šezdesetim i 70-ima vjerovali su u njihovu stvarnost. Međutim, osnovna jednadžba teorije crne rupe izvedena je prije dvjesto godina.

Inspiracija Johna Michela

Ime Johna Michela, fizičara, astronoma i geologa, profesora sa Sveučilišta u Cambridgeu i pastora engleske Crkve, potpuno je nezasluženo izgubljeno među zvijezdama engleske znanosti 18. stoljeća. Mitchell je postavio temelje seizmologije - znanosti o potresima, izveo izvrsno istraživanje magnetizma, i mnogo prije nego što je Coulomb izumio torzijske vage, koje je koristio za gravimetrijska mjerenja. 1783. godine pokušao je spojiti dvije sjajne Newtonove kreacije - mehaniku i optiku. Newton je svjetlost smatrao mlazom sitnih čestica. Mitchell je sugerirao da se lagani korpusi, poput obične materije, pridržavaju zakona mehanike. Rezultat ove hipoteze pokazao se vrlo netrivijalno - nebeska tijela mogu se pretvoriti u zamke za svjetlost.

Kako je Mitchell razumio? Topovska pucnja s površine planeta u potpunosti će nadvladati njezinu privlačnost samo ako njena početna brzina premaši vrijednost koju sada nazivamo drugom kozmičkom brzinom i brzinom bijega. Ako je gravitacija planeta toliko snažna da brzina bijega premašuje brzinu svjetlosti, lagani korpusi oslobođeni u zenitu neće moći ići u beskonačnost. Isto će se dogoditi i sa reflektiranom svjetlošću. Stoga će za vrlo udaljenog promatrača planet biti nevidljiv. Mitchell je izračunao kritičnu vrijednost polumjera takvog planeta R cr, ovisno o njegovoj masi M, umanjenoj na masu našeg Sunca M s: R cr \u003d 3 km x M / M s.

John Michell vjerovao je njegovim formulama i sugerirao da dubina svemira krije mnoge zvijezde koje se sa Zemlje ne mogu vidjeti nijednim teleskopom. Kasnije je do istog zaključka došao veliki francuski matematičar, astronom i fizičar Pierre Simon Laplace, koji ga je uvrstio u prvo (1796.) i drugo (1799.) izdanje svog "Predstavljanja svjetskog sustava". Ali treće izdanje objavljeno je 1808. godine, kada je većina fizičara već smatrala svjetlosne oscilacije etera. Postojanje "nevidljivih" zvijezda bilo je protivno valnoj teoriji svjetlosti, a Laplace je smatrao da je najbolje da ih ne spominjemo. U kasnijim vremenima ova se ideja smatrala kuriozitetom vrijednim izlaganja samo u djelima o povijesti fizike.

Schwarzschildov model

U studenom 1915. Albert Einstein objavio je teoriju gravitacije koju je nazvao Općom teorijom relativnosti (GTR). Ovo je djelo odmah pronašlo zahvalnog čitatelja u osobi svog kolege s Berlinske akademije znanosti Karla Schwarzschilda. Upravo je Schwarzschild bio prvi na svijetu koji je koristio GTR za rješavanje određenog astrofizičkog problema, za izračunavanje prostorno-vremenske metrike izvan i unutar sfernog tijela koji se ne rotira (radi konkretnosti nazvat ćemo ga zvijezdom).

Iz Schwarzschildovih izračuna proizlazi da gravitacija neke zvijezde ne iskrivljuje Newtonovu strukturu prostora i vremena previše samo ako je njegov polumjer mnogo veći od vrijednosti koju je izračunao John Mitchell! Taj se parametar najprije zvao Schwarzschildov polumjer, a sada se naziva i gravitacijski polumjer. Prema GR-u, gravitacija ne utječe na brzinu svjetlosti, ali smanjuje frekvenciju svjetlosnih vibracija u istom omjeru u kojem usporava vrijeme. Ako je polumjer zvijezde 4 puta veći od gravitacijskog polumjera, protok vremena na njenoj površini usporava za 15%, a prostor stječe opipljivu zakrivljenost. Kad se udvostruči, savija se snažnije, a vrijeme usporava njegovo kretanje za 41%. Kad se dosegne gravitacijski radijus, vrijeme na površini zvijezde potpuno se zaustavlja (sve frekvencije nestaju, zračenje se smrzava, a zvijezda nestaje), ali zakrivljenost prostora i dalje je ograničena. Daleko od zvijezde, geometrija još uvijek ostaje euklidska, a vrijeme ne mijenja brzinu.

Unatoč činjenici da se vrijednosti gravitacijskog radijusa Michela i Schwarzschcha podudaraju, sami modeli nemaju ništa zajedničko. Kod Michela se prostor i vrijeme ne mijenjaju, ali svjetlost usporava. Zvijezda, čija je veličina manja od njezinog gravitacijskog radijusa, i dalje svijetli, ali vidljiva je samo ne previše dalekom promatraču. U Schwarzschildu je brzina svjetlosti apsolutna, ali struktura prostora i vremena ovisi o gravitaciji. Zvijezda koja propadne ispod gravitacijskog radijusa nestaje za svakog promatrača, ma gdje se nalazi (točnije, može ga se detektirati gravitacijskim efektima, ali ne i zračenjem).

Od nevjere do afirmacije

Schwarzschild i njegovi suvremenici vjerovali su da takvi čudni svemirski objekti u prirodi ne postoje. I sam Einstein nije se pridržavao tog gledišta, već je i pogrešno vjerovao da je mogao matematički potkrijepiti svoje mišljenje.

U tridesetima, mladi indijski astrofizičar Chandrasekar dokazao je da zvijezda koja konzumira nuklearno gorivo odbacuje školjku i pretvara se u polako hladni bijeli patuljak samo ako je njegova masa manja od 1,4 mase Sunca. Ubrzo je Amerikanac Fritz Zwicky shvatio da eksplozije supernove stvaraju izuzetno gusta tijela neutronske materije; kasnije je Leo Landau došao do istog zaključka. Nakon rada Chandrasekara bilo je očito da samo zvijezde s masom većom od 1,4 solarne mase mogu proći takvu evoluciju. Stoga se postavilo prirodno pitanje: postoji li gornja granica mase za supernove koje neutronske zvijezde ostavljaju iza sebe?

U kasnim 30-ima, budući otac američke atomske bombe, Robert Oppenheimer, ustanovio je da takva granica zaista postoji i da ne prelazi nekoliko solarnih masa. Tada nije bilo moguće dati točniju procjenu; sada je poznato da mase neutronskih zvijezda moraju biti u rasponu od 1,5-3 M s. Ali čak i iz približnih izračuna Oppenheimera i njegovog diplomiranog studenta Georgea Volkova, slijedi da najmasovniji potomci supernova ne postaju neutronske zvijezde, već prelaze u neko drugo stanje. Godine 1939. Oppenheimer i Hartland Snyder na idealiziranom modelu dokazali su da se ogromna zvijezda koja se urušava steže do svog gravitacijskog radijusa. Iz njihovih formula zapravo proizlazi da se zvijezda tu ne zaustavlja, no koautori su se suzdržali od tako radikalnog zaključka.

Konačni odgovor pronađen je u drugoj polovici 20. stoljeća naporima čitave galaksije briljantnih teorijskih fizičara, uključujući i sovjetske. Pokazalo se da je takav kolaps uvijek   komprimira zvijezdu "do zaustavljanja", potpuno uništavajući njenu supstancu. Rezultat je singularnost, "superkoncentrat" \u200b\u200bgravitacijskog polja, zatvoren u beskonačno malom volumenu. Za fiksnu rupu ovo je točka, za rotirajuću rupu - prsten. Zakrivljenost prostornog vremena, a samim tim i sila gravitacije u blizini singularnosti, teže beskonačnosti. Krajem 1967. američki fizičar John Archibald Wheeler prvi je nazvao takvo finale zvjezdanog kolapsa crnom rupom. Fizičarima se svidio novi izraz i oduševili su novinare koji su ga razbili po cijelom svijetu (premda ga Francuzi isprva nisu voljeli, budući da je izraz trou noir sugerirao upitne udruge).

Preko horizonta

Crna rupa nije ni materija ni zračenje. Uz određeni stupanj slikovitosti, možemo reći da je ovo samoodrživo gravitacijsko polje koncentrirano u visoko zakrivljenom području prostora-vremena. Njegova vanjska granica određena je zatvorenom površinom, horizontom događaja. Ako se zvijezda nije okrenula prije kolapsa, ispada da je ta površina obična sfera čiji se polumjer podudara s Schwarzschildovim polumjerom.

Fizičko značenje horizonta vrlo je jasno. Svjetlosni signal koji se šalje iz njegove vanjske okoline može ići do beskonačno udaljene udaljenosti. Ali signali poslati iz unutarnje regije, ne samo da ne prelaze horizont, nego neizbježno "propadaju" u singularnost. Horizont je prostorna granica između događaja koji mogu postati poznati zemaljskim (i bilo kojim drugim) astronomima i događaja, informacije o kojima ni u kojem slučaju neće izaći.

Kao što bi trebalo biti "po Schwarzschildu", daleko od horizonta, privlačnost rupe obrnuto je proporcionalna kvadraturi udaljenosti, pa se za dalekog promatrača manifestira kao obično teško tijelo. Osim mase, rupa nasljeđuje trenutak inercije srušene zvijezde i njen električni naboj. I sve ostale karakteristike prethodne zvijezde (struktura, sastav, spektralni razred itd.) Odlaze u zaborav.

Radio sondom šaljemo sondu s radiopostajom koja šalje signal jednom sekundu u vrijeme boravka. Za dalekog promatrača, kako se sonda približava horizontu, vremenski intervali između signala povećavat će se - u principu neograničeno. Čim brod pređe nevidljivi horizont, potpuno će utihnuti za "uvučeni" svijet. Međutim, ovaj nestanak neće ostati bez traga, jer će sonda svojoj rupi dati masu, naboj i okretni moment.

Zračenje crne rupe

Svi prethodni modeli izgrađeni su isključivo na temelju GR-a. Međutim, našim svijetom upravljaju zakoni kvantne mehanike koji također zanemaruju crne rupe. Ovi zakoni nam ne dopuštaju da središnju singularnost smatramo matematičkom točkom. U kvantnom kontekstu, njegov promjer daje duljina Planck-Wheelera od približno 10 -33 centimetara. Na ovom području prestaje postojati obični prostor. Općenito je prihvaćeno da je središte rupe ispunjeno raznim topološkim strukturama koje se pojavljuju i umiru u skladu s kvantnim vjerojatnim zakonima. Svojstva takvog bubu kvazi-prostora, koji je Wheeler nazvao kvantnom pjenom, još uvijek su slabo razumljiva.

Prisutnost kvantne singularnosti izravno je povezana sa sudbinom materijalnih tijela koja padaju duboko u crnu rupu. Pri približavanju središnjem otvoru bilo koji predmet izrađen od sada poznatih materijala srušit će se i rastrgnuti plimnim silama. Međutim, čak i ako budući inženjeri i tehnolozi stvaraju neke teške legure i kompozite bez presedana svojstva, svi su još uvijek osuđeni na nestanak: uostalom, u zoni singularnosti nema ni uobičajenog vremena, niti poznatog prostora.

Razmotrimo sada horizont rupa u kvantnom mehaničkom povećalu. Prazan prostor - fizički vakuum - zapravo je daleko od praznog. Zbog kvantnih kolebanja različitih polja u vakuumu, mnoge virtualne čestice se kontinuirano rađaju i umiru. Budući da je gravitacija u blizini horizonta vrlo velika, njezine fluktuacije stvaraju izuzetno snažne gravitacijske rafale. Kad se rasele po takvim poljima, novorođenčad „virtuali“ stječu dodatnu energiju i ponekad postaju normalne dugovječne čestice.

Virtualne čestice uvijek se rađaju u parovima koji se kreću u suprotnim smjerovima (to zahtijeva zakon o očuvanju zamaha). Ako gravitacijska fluktuacija izvuče nekoliko čestica iz vakuuma, može se dogoditi da se jedna od njih materijalizira izvan horizonta, a druga (antičestica prve) unutar. "Unutarnja" čestica će pasti u rupu, ali "vanjska" čestica može pobjeći pod povoljnim uvjetima. Kao rezultat toga, rupa se pretvara u izvor zračenja i zbog toga gubi energiju i, prema tome, masu. Stoga su crne rupe u principu nestabilne.

Taj se fenomen naziva Hawkingov efekt, u čast izvanrednog engleskog teorijskog fizičara koji ga je otkrio sredinom 1970-ih. Stephen Hawking, posebno, dokazao je da horizont crne rupe emitira fotone na isti način kao i apsolutno crno tijelo zagrijano na temperaturu od T \u003d 0,5 x 10 -7 x M s / M. Iz toga slijedi da što se rupa tanji, temperatura joj raste i "isparavanje" se prirodno povećava. Taj je proces izuzetno spor, a vijek trajanja rupe mase M je oko 10 65 x (M / M s) 3 godine. Kad njegova veličina postane jednaka duljini Planck-Wheelera, rupa gubi stabilnost i eksplodira, oslobađajući istu energiju kao i istodobna eksplozija milijuna hidrogen bombi od deset megatona. Zanimljivo je da je masa rupe u trenutku njezinog nestanka još uvijek prilično velika, 22 mikrograma. Prema nekim modelima, rupa ne nestaje bez traga, već ostavlja stabilni relikt iste mase, takozvani maksimon.

maximon   rođen prije 40 godina - kao pojam i kao fizička ideja. 1965. akademik M. A. Markov sugerirao je da postoji gornja granica mase elementarnih čestica. Predložio je da kao tu graničnu vrijednost uzmemo vrijednost dimenzije mase, koja se može kombinirati iz tri temeljne fizičke konstante - Planckove konstante h, brzine svjetlosti C i gravitacijske konstante G (za ljubitelje detalja: da biste to učinili, množili h i C, rezultat podijelili s G i izvukli kvadrat korijen). To su ista 22 mikrograma koja su spomenuta u članku, a ta se vrijednost naziva Planckova masa. Iz istih konstanti moguće je konstruirati veličinu s dimenzijom duljine (izaći će Planck - Wheelerova duljina, 10–33 cm) i s dimenzijom vremena (10–43 sec).
Markov je otišao dalje u svojim obrazloženjima. Prema njegovoj hipotezi, isparavanje crne rupe dovodi do stvaranja "suhog ostatka" - maksima. Markov je takve strukture nazvao elementarnim crnim rupama. Koliko ova teorija odgovara stvarnosti, pitanje je još otvoreno. U svakom slučaju, analogi Markovih maksimona oživljavaju se u nekim crnim rupama utemeljenim na teoriji superstrings.

Dubine prostora

Crne rupe nisu zabranjene zakonima fizike, ali postoje li oni u prirodi? Apsolutno rigorozni dokazi o prisutnosti u prostoru barem jednog takvog predmeta još uvijek nisu pronađeni. Međutim, vrlo je vjerojatno da su u nekim binarnim sustavima izvori rendgenskih zraka crne rupe zvjezdanog porijekla. To zračenje bi trebalo nastati uslijed težnje atmosfere obične zvijezde gravitacijskim poljem susjedne rupe. Plin se tijekom kretanja do horizonta događaja snažno zagrijava i emitira kvanta rendgenskih zraka. Najmanje dvije desetak rendgenskih izvora sada se smatraju prikladnim kandidatima za ulogu crnih rupa. Štoviše, zvjezdani statistički podaci sugeriraju da u našoj Galaksiji postoji oko deset milijuna rupa zvjezdanog porijekla.

Crne rupe se također mogu stvoriti u procesu gravitacijske kondenzacije materije u galaktičkim jezgrama. Dakle, postoje gigantske rupe s masom milijuna i milijardi sunca, koje su, po svemu sudeći, u mnogim galaksijama. Navodno se u središtu Mliječnog puta skriva rupa s masom od 3-4 milijuna sunčevih masa, zatvorena prašnjavim oblacima.

Stephen Hawking došao je do zaključka da bi se crne rupe proizvoljne mase mogle roditi odmah nakon Velikog praska, što je stvorilo naš svemir. Primarne rupe težine do milijardu tona već su isparavale, ali teže se još uvijek mogu sakriti u svemirskim dubinama i organizirati svemirski vatromet u obliku snažnih eksplozija gama zraka. Međutim, dosad takve eksplozije nikada nisu primijećene.

Tvornica crnih rupa

Ali je li moguće ubrzati čestice u akceleratoru do tako velike energije da njihov sudar stvara crnu rupu? Na prvi pogled ova je ideja jednostavno luda - eksplozija rupa uništit će sav život na Zemlji. Uz to, tehnički je to nemoguće. Ako je najmanja masa rupe stvarno jednaka 22 mikrograma, tada je u energetskim jedinicama 10 28 elektro-volti. Taj je prag za 15 reda veći od mogućnosti najmoćnijeg svjetskog akceleratora, Velikog hadronskog sudarača (LHC), koji će biti predstavljen u CERN-u 2007.

Međutim, moguće je da je standardna procjena minimalne mase rupa znatno precijenjena. U svakom slučaju, tako kažu fizičari koji razvijaju teoriju superzida, koja uključuje kvantnu teoriju gravitacije (premda daleko od cjelovite). Prema ovoj teoriji, prostor nema tri dimenzije, ali ne manje od devet. Ne primjećujemo dodatna mjerenja, budući da su petlja na tako maloj skali da ih naši uređaji ne percipiraju. Međutim, gravitacija je sveprisutna i prodire u skrivene dimenzije. U trodimenzionalnom prostoru sila gravitacije obrnuto je proporcionalna kvadratu udaljenosti, a u devetodimenzionalnom - osmom stupnju. Stoga se u multidimenzionalnom svijetu gravitacijsko polje povećava s opadanjem udaljenosti mnogo brže nego u trodimenzionalnom svijetu. U tom se slučaju Planckova duljina povećava mnogo puta, a minimalna masa rupe naglo pada.

Teorija struna predviđa da se u devetodimenzionalnom prostoru može stvoriti crna rupa mase samo 10 -20 g. Procijenjena relativistička masa protona raspršenih u Zern-ovom super akceleratoru približno je ista. Prema najoptimističnijem scenariju, on će moći proizvesti jednu rupu svake sekunde, koja će trajati oko 10 -26 sekundi. U procesu njegovog isparavanja rodit će se sve vrste elementarnih čestica koje će se lako registrirati. Nestanak rupe dovest će do oslobađanja energije, što nije dovoljno ni za zagrijavanje jednog mikrograma vode na tisućinu stupnja. Stoga postoji nada da će se LHC pretvoriti u tvornicu bezopasnih crnih rupa. Ako su ovi modeli ispravni, tada će takve rupe moći detektirati i orbitalne detektore kozmičkih zraka nove generacije.

Sve gore navedeno odnosi se na fiksne crne rupe. U međuvremenu, postoje rotirajuće rupe s gomilom zanimljivih svojstava. Rezultati teorijske analize zračenja crne rupe doveli su i do ozbiljnog preispitivanja koncepta entropije, koji također zaslužuje zasebnu raspravu. O tome - u sljedećem broju.

Hipotezu o postojanju crnih rupa prvi je iznio engleski astronom J. Michell 1783. na temelju korpuskularne teorije svjetlosti i Newtonove teorije gravitacije. U to su vrijeme Huygensova teorija valova i njegov poznati valni princip jednostavno zaboravljeni. Teorija valova nije pomogla potporu nekih časnih znanstvenika, posebno poznatih peterburških akademika M.V. Lomonosov i L. Euler. Logika zaključivanja koja je Michell-a dovela do koncepta crne rupe vrlo je jednostavna: ako se svjetlost sastoji od čestica-čestica svjetlosnog etera, te bi te čestice, poput ostalih tijela, morale privući gravitacijsko polje. Stoga, što je zvijezda (ili planet) masivnija, to će tijela tijela morati doživjeti veću privlačnost, a teže je da svjetlost napusti površinu takvog tijela.

Daljnja logika sugerira da u prirodi mogu postojati tako masivne zvijezde, koje privlačenje ovih tijela više ne može svladati, a one će se uvijek pojaviti crne prema vanjskom promatraču, iako same po sebi mogu zasjati sjajnom sjajom, poput Sunca. Fizički to znači da druga kozmička brzina na površini takve zvijezde ne bi trebala biti manja od brzine svjetlosti. Michellovi proračuni pokazuju da svjetlost nikada neće napustiti zvijezdu ako joj je polumjer u prosječnoj sunčevoj gustoći 500 solarnih. Ovu zvijezdu već možemo nazvati crnom rupom.

Nakon 13 godina, francuski matematičar i astronom P.S. Laplace je, najvjerojatnije, neovisno o Michellu izrazio sličnu hipotezu o postojanju takvih egzotičnih predmeta. Laplace je pomoću glomazne metode izračuna pronašao polumjer kuglice za određenu gustoću, na čijoj je površini parabolična brzina jednaka brzini svjetlosti. Prema Laplaceu, svjetlosni trupci, kao gravitacijske čestice, trebali bi se odgoditi masivnim zvijezdama koje emitiraju svjetlost, čija je gustoća jednaka gustoći Zemlje, i polumjeru većem od sunca 250 puta.

Laplaceova je teorija uvrštena tek u prva dva doživotna izdanja njegove čuvene knjige "Izložba svjetskog sustava", objavljene 1796. i 1799. Da, možda se čak i austrijski astronom F. K. von Zach zainteresirao za Laplasovu teoriju, objavivši je 1798. godine pod naslovom „Dokaz teoreme da gravitacijska sila teškog tijela može biti toliko velika da svjetlost iz njega ne može teći.“

Na ovome se povijest proučavanja crnih rupa zaustavila više od 100 godina. Čini se da je i sam Laplace mirno odbacio takvu ekstravagantnu hipotezu, jer ju je isključio iz svih ostalih izdanja za životno djelo svoje knjige, koja je objavljena 1808., 1813. i 1824. godine. Možda Laplace nije želio ponoviti gotovo fantastičnu hipotezu o kolosalnim zvijezdama koje ne ispuštaju svjetlost. Možda su ga zaustavili novi astronomski podaci o invarijanciji veličine svjetlosne aberacije za različite zvijezde, što je bilo u suprotnosti s nekim zaključcima njegove teorije, na temelju kojih je gradio svoje proračune. Ali najvjerojatniji razlog zašto su svi zaboravili na misteriozne hipotetičke objekte Michell-Laplasa je trijumf valne teorije svjetlosti, čija je trijumfalna povorka započela od prvih godina 19. stoljeća.

Početak ovog trijumfa položio je Booker-ovo predavanje engleskog fizičara T. Jung-a, "Teorija svjetlosti i boje", objavljeno 1801. Godine, u kojem je Jung hrabro, suprotno Newtonu i drugim poznatim pristašama korpuskularne teorije (uključujući Laplacea), iznio suštinu valne teorije svjetlosti, rekavši da se emitirana svjetlost sastoji od valovitih pokreta luminijevog etera. Laplace, nadahnut otkrićem polarizacije svjetlosti, počeo je "spašavati" trupače konstruirajući teoriju birefreence svjetlosti u kristalima temeljenu na dvostrukom djelovanju kristalnih molekula na svjetlosne trupce. Ali kasniji radovi fizičara O.Zh. Fresnel, F.D. Aragon, J. Fraunhofer i drugi nisu ostavili kamen neizbačen iz korpuskularne teorije, koje se ozbiljno sjećalo samo stoljeće kasnije, nakon otkrića kvante. Tada su sve rasprave o crnim rupama u okviru valne teorije svjetlosti izgledale smiješno.

Crne rupe nisu se odmah sjetile ni nakon „rehabilitacije“ korpuskularne teorije svjetlosti, kada su o njoj počeli govoriti na novoj kvalitativnoj razini zahvaljujući hipotezi kvantne (1900.) i fotona (1905). Crne rupe otkrivene su tek nakon stvaranja GR-a 1916. godine, kada ih je njemački teorijski fizičar i astronom K. Schwarzschild, nekoliko mjeseci nakon objave Einsteinovih jednadžbi, koristio za proučavanje strukture zakrivljenog prostora-vremena u blizini Sunca. Kao rezultat toga, ponovno je otkrio fenomen crnih rupa, ali na dubljoj razini.

Konačno teorijsko otkriće crnih rupa dogodilo se 1939. godine, kada su Oppenheimer i Snyder donijeli prvo eksplicitno rješenje Einsteinovih jednadžbi u opisivanju procesa stvaranja crne rupe iz komprimirajućeg oblaka prašine. Sam pojam "crna rupa" prvi je put u nauku uveo američki fizičar J. Wheeler 1968. godine, tijekom godina naglog oživljavanja interesa za opću relativnost, kosmologiju i astrofiziku, uzrokovano postignućima ekstra-atmosferske (posebice rendgenske) astronomije, otkrića relikvijskog zračenja, pulsars i kvazari.

Članak je posvećen otkrivanju crnih rupa. Znanstvena istraživanja u područja astrofizike crne rupe. Osnovni fizički procesi povezani sa crne rupe. Predočena je perspektiva daljnjeg proučavanja crnih rupa.

ključne riječi:   crna rupa, svemir, gravitacija, pribor   disk, horizont događaja, singularnost, teorija relativnosti.

Izraz "crna rupa" predložio je istraživač J. Wheeler 1967. godine. U XVIII stoljeću, znanstvenici J. Mitchell i P.-S. Laplace je nagađao o mogućem postojanju u Univerzumu tajanstvenih i vrlo paradoksalnih tijela s kolosalnom gravitacijskom silom koja može privući svjetlost koju emitira čak i njih sam. Predmeti su se nazivali mračne zvijezde Mitchella - Laplasa, trenutno se nazivaju crnim rupama. Konzistentna teorija crnih rupa nemoguća je bez uzimanja u obzir zakrivljenosti prostora-vremena. Nakon što je A. Einstein stvorio opću teoriju relativnosti, sastavljen je opis tih misterioznih objekata Svemira. Trenutno je otkriveno oko dvjesto masivnih i izrazito kompaktnih objekata, koje astronomi nazivaju crnim rupama, iako s nekim pretpostavkama.

Svrha je rada istražiti informacije o crnim rupama, njihovim svojstvima, fizičkim procesima koji su s njima povezani te usporediti s najnovijim hipotezama i teorijama fizike.

Crna rupa je objekt koji prostor-vrijeme savija u svojoj blizini toliko da se s površine ili iz crne rupe ne može prenijeti signal, čak ni zrakom svjetlosti. Površina crne rupe granica je prostora-vremena dostupnog našim opažanjima, horizonta događaja, a njezin polumjer je gravitacijski radijus, koji je u najjednostavnijem slučaju za sferno simetričnu crnu rupu jednak Schwarzschildu radijusu. Sl. 1.

Sl. 1. Crna rupa je samoodrživo gravitacijsko polje koncentrirano u zakrivljenom području prostora-vremena

Zračenje iz nebeskog tijela s gustoćom Zemlje i promjerom od 250 promjera Sunca nije u stanju nadvladati gravitaciju i doći do udaljenog promatrača. Moguće je da najveći i najmasovniji svjetlosni predmeti u svemiru ostaju nevidljivi upravo zbog svoje veličine.

Postavlja se pitanje: kako otkriti i odrediti svojstva tih objekata? Proračuni J. Mitchella i P. Laplasa temeljili su se na teoriji I. Newtona o gravitaciji i korpuskularnoj prirodi svjetlosti. Einstein je shvatio da je Newtonova teorija suprotna teoriji relativnosti, jer se prema Newtonovoj teoriji gravitaciona interakcija među tijelima prenosi odmah.

Godine 1915. Einstein je riješio taj problem koristeći se principom ekvivalencije. Einstein je svoj novi koncept nazvao općom teorijom relativnosti. Rekao je da gravitacija proizlazi iz zakrivljenosti prostora-vremena. U zakrivljenom prostoru-vremenu, čestice se kreću najkraćim putovima. Konfiguracija prostora-vremena ovisi o materiji koja se u njemu kreće. Opća teorija relativnosti implicira da tempo vremena ovisi o gravitacijskom polju. Masivna tijela povlače prostor-vrijeme na sebe. U blizini masivnih objekata vrijeme teče sporije nego na udaljenosti od njih.

Na površini Zemlje doživljavamo silu gravitacijske privlačnosti. Da bi tijelo napustilo Zemljino gravitacijsko polje, mora se kretati brzinom većom od druge kozmičke brzine - 11,2 km / s. Ta kozmička brzina ovisi o masi i polumjeru globusa. Ako bi Zemlja sa svojim polumjerom bila masivna ili imala manji polumjer s tom masom, tada bi druga kozmička brzina bila veća.

S velikom masom i gustoćom kozmičkog tijela, on će se vanjskom promatraču činiti potpuno crnim, zbog činjenice da ga svjetlost ne može napustiti. Da bi se tijelo, čija je masa jednaka masi Zemlje, pretvorilo u crnu rupu, mora imati polumjer manji od centimetra. Tijelo sa masom Sunca trebalo bi se smanjiti na promjer manji od kilometra. Gravitacijski polumjer najvažnija je karakteristika crne rupe.

Godine 1916. njemački fizičar Karl Schwarzschild pronašao je sferno simetrično rješenje Einsteinovih jednadžbi. Ovo rješenje opisuje poseban slučaj zakrivljenosti geometrije prostora i vremena pod utjecajem točne mase. Sat na površini Sunca ide milijun sporije od udaljenosti od njega. Na površini neutronske zvijezde sat radi brzinom od 70% brzine takta daleko od nje. Značajan je učinak odstupanja vremena. Schwarzschildova odluka podrazumijeva da se sat u "središnjem dijelu" točke mora zaustaviti.

Kako odrediti polumjer kozmičkog tijela po kojem se može pretvoriti u masivni objekt - crnu rupu? U modernoj verziji ovaj zadatak izgleda ovako: kakav bi trebao biti polumjer Rs i masa M zvijezde, tako da je njegova druga kozmička brzina - minimalna brzina koja se mora priopćiti tijelu na površini zvijezde, tako da napušta sferu svog gravitacijskog djelovanja, jednaka brzini svjetlosti - c. Primjenjujući zakon očuvanja energije, dobivamo vrijednost Rs \u003d 2GM / c2, Schwarzschildov polumjer ili polumjer sferne crne rupe (G je gravitaciona konstanta). Unatoč činjenici da teorija I. Newtona očito nije primjenjiva na stvarne crne rupe, Schwarzschildova formula radijusa je točna, što je potvrdio i njemački astronom C. Schwarzschild u okviru opće teorije relativnosti A. Einstein (1915). U ovoj teoriji, formula određuje koliko bi se tijelo trebalo smanjiti da bi napravilo crnu rupu. Ako tijelo polumjera R i mase M zadovoljava nejednakost R / M\u003e 2G / c2, tada je tijelo gravitacijski stabilno, ako ne, onda se srušava u crnu rupu.

Daljnji izračuni pokazali su da Schwarzschild rješenje opisuje ne samo uvjetno „središte“, već i cijelu idealnu sferu. Za svemirskog putnika koji pada unutar ove sfere vrijeme će proći kao i prije. A za vanjske promatrače koji primaju signale od putnika koji pada unutar sfere, svi će signali usporiti dok ne nestanu kad pređu na površinu sfere. Površina na kojoj se nepomični sat usporava na nulu i na kojoj je odbegnuća brzina jednaka brzini svjetlosti naziva se Schwarzschildova sfera ili „horizont događaja“. Nema povratka zbog horizonta događaja. Promatrač koji ga je prešao i upao u ovu sferu neće biti izabran natrag i neizbježno će ga progutati jedinstvenost u njegovom središtu.

Gravitaciona singularnost ili singularnost prostora-vremena područje je ultra visoke zakrivljenosti prostora-vremena kroz koje je nemoguće nesmetano nastaviti geodetsku liniju koja ulazi u nju. Pojedinačnost u sredini crne rupe odražava točku ili centralno simetričnu strukturu polja (Sl. 2).

Sl. 2. Posebnost crne rupe

Postoje hipoteze da ćemo izvan horizonta događaja pronaći središnju singularnost, vidjeti drugačiji svemir, pa čak i budućnost. Unutar crne rupe, sa stajališta udaljenog promatrača, prostorne i vremenske koordinate mijenjaju mjesta, a putovanje u prostor pretvara se u putovanje u vremenu. S gledišta vanjskog promatrača, kretanje horizonta događaja određuje ne prošlost, već budućnost. Ako astronauti opstanu u sferi Schwarzschilda, još uvijek ništa ne mogu reći o njegovu sadržaju vanjskom svijetu, jer signal se ne može slati brzinom većom od brzine svjetlosti.

Moderne supermasivne crne rupe nastale prije nekoliko milijardi godina nisu 100% crne rupe. S gledišta udaljenog promatrača, oni su u asimptotičnom stanju, ugovaraju i dugo se približavaju horizontu događaja. ,

Jedna od glavnih značajki crne rupe koju je predviđala opća teorija relativnosti je postojanje horizonta događaja, njegove fizičke granice, izvan koje svjetlosni snop ne može ići. Horizont događaja ne postoji kao materijalna granica, ali s obzirom na usporavanje vremena, postaje vrlo uočljiv. Polumjer kruga događaja ne rotacijske crne rupe podudara se s gravitacijskim. Rotirajuće crne rupe imaju manji polumjer horizonta događaja zbog centrifugalnih sila i rotacijskih učinaka. U svojoj rotaciji crna rupa nosi okolni prostor sa sobom. Kao rezultat toga, horizont se nalazi bliže njegovom središtu od nepomičnog. U fig. Na slici 3 prikazani su ne rotacijski crni otvor X-1 Swan (lijevo), rotirajuća crna rupa XTE J1650-500 (desno) i prostorna raspodjela zračenja.

Sl. 3. Crne rupe Swan X-1 i XTE J1650-500

Kako možete vidjeti crnu rupu? Još ne možemo promatrati crne rupe u teleskopu, ali možemo mjeriti njihove mase gibanjem u binarnim sustavima. Optička zvijezda u binarnom sustavu ne samo da vam omogućuje mjerenje mase druge zvijezde, već služi i kao svojevrsni donator koji dostavlja tvar sljedećem relativističkom objektu - crnoj rupi. Deformirajući se u gravitacijskom polju crne rupe, ona emitira tvar koja tvori rotirajući disk za usitnjavanje, u čijim se unutrašnjim područjima postižu brzine bliske brzini svjetlosti. Ovdje se plazma zagrijava do nekoliko desetaka milijuna stupnjeva i zrači u tvrdom rasponu rendgenskih zraka.

Teorijsko predviđanje snažnog oslobađanja energije tijekom akumulacije materije na crnu rupu učinili su 1964. fizičari Ya. B. Zel'dovich i EE Salpeter. Početkom 70-ih. U 20. stoljeću, u djelima znanstvenika N. I. Shakura i R. A. Sunyaeva, J. Pringlea i M. Riesa, I. D. Novikova i K. S. Thornea, razvijena je teorija diskrecije diska materije na relativistički objekt.

Rendgenska zraka koju je generirala može otkriti crnu rupu. Akademik Ya. B. Zeldovich razmatrao je situaciju u kojoj se normalna zvijezda pojavi u blizini crne rupe, tvoreći s njom binarni sustav. Pokazalo se da će u ovom slučaju tvar koja istječe iz zvijezde pasti na crnu rupu. U tom će se slučaju energija emitirati u obliku snažnog toka rendgenskih zraka, kakav je priroda izvora X-zraka "Swan X-1". Sl. 4.

Sl. 4. Crna rupa koja se povlači u zvijezdu

Referentni interferometri visoke rezolucije djeluju na zemaljskoj orbiti. Projekti Millimetron i Submillimetron dio su međunarodnog svemirskog opservatorija - interferometra svemir-zemlja i svemir za provođenje astronomskih istraživanja u milimetarskim, submilimetarskim i infracrvenim rasponima s izuzetno visokom osjetljivošću i najvišom kutnom razlučivošću.

U okviru Saveznog svemirskog programa Rusije, Astro-svemirski centar, pod vodstvom akademika Ruske akademije znanosti N. S. Kardaševa, razvio je radioastronski kopneni radio-interferometar, koji uključuje orbiter Spectr-R za astrofizička promatranja. 2011. godine u orbitu je poslan Opservatorij RadioAstron. Pomoću ruskog teleskopa RadioAstron 2015. godine astrofizičari su uspjeli dobiti detaljne fotografije izbacivanja plazme iz crne rupe u središtu jezgre galaksije BL iz zviježđa Lizards. Sl. 5.

Sl. 5. Ruski radioteleskop RadioAstron

S astrofizičkog stajališta, otkrivene crne rupe podijeljene su u dvije kategorije. Prva vrsta su crne rupe nastale kao rezultat kolapsa ogromnih zvijezda kolosalne mase. Kada promatramo takve crne rupe, može se vidjeti pljusak plina uvučen u nju. Izvor plina je u ovom slučaju druga zvijezda, koja tvori parni sustav s crnom rupom i orbitira s njom oko središta mase binarnog zvjezdanog sustava. Drugi je tip mnogo masivnija crna rupa u središtima galaksija. Njihova masa premašuje masu Sunca za milijarde puta. Tvar koja pada na takve crne rupe zagrijava se i emitira karakteristično zračenje, koje na kraju stigne do Zemlje. Pretpostavlja se da sve velike galaksije, uključujući i našu, imaju crnu rupu u sredini. U jezgri naše Galaksije - Mliječnom putu - otkrivene su zvijezde s pravilnom brzinom većom od 1000 km / s. U blizini središta Galaksije, u području s radijusom od 0,1 pc, oko izvora Strelets A, oko 100 izmjerenih zvijezda kreće se prebrzo, njihova se brzina povećava kako se približava centru. Takve brzine su objašnjive ako je Strijelac A crna rupa s masom jednakom 2,6 milijuna solarnih masa. Sl. 6.

Sl. 6 Strijelac crne rupe A

Nakon što se zvijezda sruši u crnu rupu, njezina svojstva ovisit će o samo dva parametra: masi i momentu rotacije. Za bilo koji kemijski sastav tvari početne zvijezde, svojstva crne rupe bit će ista, tj. Crne rupe pridržavaju se samo zakona teorije gravitacije. Kao rezultat sudara crnih rupa nastaje još jedna masivna crna rupa. Teoretski, ovaj je postupak vrlo teško izračunati, za to je potrebno riješiti složen sustav diferencijalnih jednadžbi. Površina Schwarzschill-ove sfere rezultirajuće velike crne rupe uvijek je veća od zbroja površina dviju izvornih crnih rupa.

Poznati astrofizičar Stephen Hawking bio je u stanju objasniti zračenje crne rupe - Hawkingovo zračenje - proces zračenja crne rupe raznih elementarnih čestica, uglavnom fotona. Koncept crne rupe kao objekta koji ništa ne emitira i može apsorbirati samo materijalu vrijedi dok kvantni efekti ne budu uzeti u obzir. U kvantnoj mehanici tuneliranje omogućuje prevladavanje potencijalnih barijera koje su nepremostive za ne-kvantni sustav. Kvantni učinci dovode do činjenice da u stvari crna rupa treba neprekidno emitirati, istovremeno gubeći energiju.

Stephen Hawking, zajedno s kolegama Malcolmom Perryjem i Andrewom Stromingerom sa Sveučilišta u Cambridgeu, objavio je članak u kojem je objasnio mogući mehanizam za stvaranje "dlake" u crnoj rupi koji bi mogao reći o onome što je crna rupa upijala u prošlosti. 25. kolovoza 2015. Stephen Hawking govoreći na konferenciji u Kraljevskom tehnološkom institutu u Stockholmu (sl. 7) uspio je objasniti paradoks zračenja crne rupe.

Prema novoj ideji Stephena Hawkinga, crna rupa koja se isparava ne ostavlja vakuum. Na svom horizontu događaja, neprestano emitiranje mekih fotona tvore nešto poput "kose". Uz to, crna rupa također bi trebala emitirati meke gravitone - čestice koje nose gravitacijsku interakciju. Prema Hawkingu, informacije su pohranjene na horizontu nestanka tijela. Ali budući da se nikad više neće vratiti, sve svoje podatke ostavit će s ove strane crne rupe. Takozvani meki fotoni, čestice svjetlosti s razinom energije blizu nuli, mogu pomoći u apsorbiranju informacija. Ali njihov je pokazatelj mali i oni nisu dostupni za registraciju putem znanstvenih instrumenata.

Sl. 7 Govor Stephena Hawkinga na konferenciji

Tamna tvar koja se spiralizira u masivnu crnu rupu može emitirati gama zrake koje se mogu vidjeti sa Zemlje. Tamna materija u Svemiru pet je puta veća od uobičajene, ali ne zrači, ne reflektira se i ne apsorbira svjetlost te je pri tome potpuno prozirna ili nevidljiva. Ali ako čestice tamne materije oko tamnih rupa mogu proizvesti gama zrake - visokoenergetsko svjetlo, tada bi ta zračenja mogla pružiti znanstvenicima novi način proučavanja tamne materije. Teoretski astrofizičar Jeremy Schnittman radi na projektu proučavanja podataka svemirskog teleskopa Fermi gama za traženje visokoenergetske svjetlosti na granici crne rupe koju bi mogla emitirati tamna tvar.

Otvoreno je i pitanje mikroskopskih ili kvantnih crnih rupa koje mogu nastati u nuklearnim reakcijama. Za matematički opis takvih objekata potrebna je kvantna teorija gravitacije koja još nije stvorena. Međutim, iz općih razloga, vrlo je vjerojatno da je masni spektar crnih rupa diskretan i da postoji minimalna crna rupa - Planckova crna rupa. Njegova masa iznosi oko 10–5 g, a polumjer 10–35 m. Komptonska valna duljina Planckove crne rupe jednaka je njenom gravitacijskom polumjeru u redoslijedu veličine. Mnoge male crne rupe, nazvane primarne, mogle bi se pojaviti u vrijeme formiranja Svemira, kada su postojale velike deformacije prostora-vremena. Istodobno, kvantni učinci dovode do isparavanja primarnih crnih rupa male mase, ali dosad nisu otkriveni.

Nedavno su predloženi eksperimenti za otkrivanje dokaza pojave crnih rupa u nuklearnim reakcijama. Međutim, za izravnu sintezu crne rupe u akceleratoru potrebna je energija 1026 eV danas nedostupna. Ali u reakcijama super-visoke energije, mogu se pojaviti virtualne međupredmetne crne rupe, a prema teoriji struna, za taj proces je potrebno mnogo manje. Ne treba pretjerivati \u200b\u200bu opasnosti od mikro crnih rupa ako se dobiju, jer one brzo isparaju. Inače bi Sunčev sustav davno prestao postojati - milijardama godina planete su bombardirane kozmičkim česticama čija je energija mnogostruko veća nego energije postignute na Zemljinim akceleratorima.

Promatranje takvih zvjezdanih objekata približava nam otkrivanje misterija rođenja Svemira i podrijetla života na Zemlji. Godine 2015. češki fizičari sa Sveučilišta Palacky u Olomoucu, na čelu s dr. Thomasom Opatrnyjem, došli su do senzacionalnog otkrića - život može postojati oko crnih rupa. Planeti koji kruže oko ovih misterioznih predmeta mogu održati život zbog temperaturne razlike između hladne crne rupe i relativno toplog kozmičkog mikrovalnog zračenja koje jednoliko ispunjava Svemir.

U znanstvenofantastičnom filmu Interstellar, nekoliko planeta vrti se oko crne rupe Gargantue s diskom za izbacivanje. Zbog blizine crne rupe i njezinog gravitacijskog učinka vrijeme na površini planeta Miller se usporava: jedan sat jednak je sedam godina na Zemlji. Sl. 8.

Sl. 8. Crna rupa "Gargantua" i planet Miller (kadar iz znanstvenofantastičnog filma "Interstellar")

Je li moguće procijeniti mogućnost postojanja takvih procesa na planeti Miller prikazanih u ovom filmu. Intenzitet svjetlosti proporcionalan je broju fotona koji padaju na površini jedinice po jedinici vremena, to jest, kad svjetlost dosegne planetu, njezin se intenzitet znatno povećava kao rezultat vremenske dilatacije. S obzirom na silu gravitacije, temperatura na njezinoj površini bila bi oko 900 stupnjeva Celzijusovih. U filmu o planeti Miller formiraju se ogromni valovi vode, ali prema znanstvenicima na ovom planetu, valovi rastaljenog lakog metala formirali bi se, a pozadina mikrovalne na takvom planetu bila bi štetna za sve. Ali ako bi planet bio dalje od crne rupe, tada bi bio pogodan za život.

Prema proračunima znanstvenika koji se temelje na drugom zakonu termodinamike, planet veličine Zemlje u orbiti oko crne rupe može izvući oko 900 vata energije iz temperaturne razlike od samo tri stupnja, a to će biti dovoljno za održavanje života. Zanimljiva je hipoteza o mogućnosti održavanja života na planetama zbog temperaturne razlike između hladnog svjetla i reliktnog zračenja. Kako svemir raste i planete umiru tamo gde je život mogao nastati, može se preseliti u predmete koji okružuju crne rupe. Prema istraživačima, život će se morati preseliti na takve planete, jer se reliktno zračenje stalno smanjuje.

Zanimljivo pitanje ostaje postojanje bijelih rupa. Izraelski astronomi A. Retter i S. Heller tvrde da je nenormalna gama zraka pukla GRB 060614 2006. godine kao manifestacija procesa u bijeloj rupi. U teoriji, ona se na trenutak pojavljuje usred praznine kako bi zračenje bacilo u Svemir. "Bijela rupa" je antipod crne rupe. Neki znanstvenici vjeruju da se kroz te predmete možete kretati do džinovskih udaljenosti, pa čak i u drugim vremenima. A. Retter i kolege vjeruju da se, nastala, "bijela rupa" odmah raspada - s bljeskom. Ovaj postupak podsjeća na Veliki prasak - Veliki prasak, samo na ljestvici - Mali prasak.

Prema Kip Thorneu, profesoru teorijske fizike na Kalifornijskom tehnološkom institutu, nedavni znanstveni rad pružio je bolje razumijevanje procesa unutar crnih rupa; Značajna se pažnja posvećuje i modelima crnih rupa u višedimenzionalnim prostorima koji se pojavljuju u teoriji struna. Ali ta se istraživanja više ne odnose na klasične, već na kvantne rupe. Glavni rezultat posljednjih godina je vrlo uvjerljiva astrofizička potvrda stvarnosti postojanja rupa s masom nekoliko solarnih masa, kao i supermasivne rupe u središtima galaksija.

Proučavanje crnih rupa prilika je da još jednom pogledamo horizont moderne znanosti, koji proširuje naše ideje o prostoru-vremenu. Proučavajući krajnje stanje materije, kada se prostor i vrijeme na izvanredan način isprepliću, učimo najosnovnija svojstva našeg svijeta.

reference:

1. Zeldovič Ya. B., Novikov I. D. Relativistička astrofizika. M .: Nauka, 1967.656 s.
2. Hawking S. Crne rupe i mladi svemiri. - Sankt Peterburg: "Amfora", 2001. - 189 str.
3. Frolov V., Novikov I. Fizika crnih rupa: osnovni pojmovi i novo razvijanje. Kluwer, 1998.
4. Hawking S. W. Kratka povijest vremena. - Bantam Books, 1988.
5. Hawking S., Perry M. J., Strominger A. Meka dlaka na crnim rupama. 5. siječnja 2016.ArXiv: 1601.00921v1.
6. Opatrny T., Richterek L., Bakala P. Život pod crnim suncem. 12. siječnja 2016. ArXiv: 1601.02897v.
7. James O., Tunzelmann E.n, Franklin P., Thorne K. S. Gravitacijsko leće spinovanjem crnih rupa u astrofizici i u filmu Interstellar. 12. veljače 2015. ArXiv: 1502.03808.
8. Retter A., \u200b\u200bHeller Sh. Oživljavanje bijelih rupa kao malih praska. Nova astronomija. 2011. ArXiv: 1105.2776.

Crne rupe, tamna tvar, tamna tvar ... To su nesumnjivo najčudniji i najtajanstveniji predmeti u svemiru. Njihova bizarna svojstva mogu dovesti u pitanje zakone fizike svemira, pa čak i prirodu postojeće stvarnosti. Da bi razumjeli što su crne rupe, znanstvenici predlažu „promjenu orijentacija“, učenje razmišljanja izvan okvira i primjenjuju malo mašte. Crne jezgre nastaju iz jezgara super masivnih zvijezda, što se može opisati kao područje prostora u kojem je ogromna masa koncentrirana u praznini, a ništa, pa ni svjetlost, tamo ne može pobjeći od gravitacijske privlačnosti. Ovo je područje gdje druga kozmička brzina premašuje brzinu svjetlosti: I što je masivniji objekt kretanja, to se mora brže kretati kako bi se riješio svoje gravitacije. To je poznato kao druga kozmička brzina.

Collier-ova enciklopedija naziva crnim rupama područje u svemiru koje je nastalo kao posljedica potpunog gravitacijskog kolapsa materije, u kojoj je gravitacijsko privlačenje toliko veliko da ga niti materija, ni svjetlost, niti drugi nosači informacija ne mogu napustiti. Stoga je unutrašnjost crne rupe uzročno nepovezana s ostatkom svemira; Fizički procesi koji se događaju u crnoj rupi ne mogu utjecati na procese izvan nje. Crna rupa okružena je površinom s svojstvom jednosmjerne membrane: materija i zračenje slobodno padaju kroz nju u crnu rupu, ali od nje ništa ne može pobjeći. Ta se površina naziva "horizont događaja".

Priča o otkriću

Crne rupe predviđene općom teorijom relativnosti (teorija gravitacije, koju je predložio Einstein 1915.) i druge, modernije teorije gravitacije, matematički su potkrijepili R. Oppenheimer i H. Snyder 1939. No, svojstva prostora i vremena u blizini tih objekata pokazala su se tako neobično. da ih astronomi i fizičari 25 godina nisu uzimali ozbiljno. Međutim, astronomska otkrića sredinom 1960-ih učinila su da crne rupe gledamo kao moguću fizičku stvarnost. Nova otkrića i proučavanja mogu u osnovi promijeniti naše predodžbe o prostoru i vremenu, bacajući svjetlost na milijarde kozmičkih tajni.

Formiranje crnih rupa

Dok se termonuklearne reakcije odvijaju u utrobi zvijezde, one održavaju visoku temperaturu i pritisak, sprječavajući da se zvijezda stisne vlastitom gravitacijom. Međutim, s vremenom se nuklearno gorivo troši, a zvijezda se počinje smanjivati. Proračuni pokazuju da ako masa zvijezde ne premaši tri mase Sunca, tada će ona pobijediti u „bitci sa gravitacijom“: njen gravitacijski kolaps zaustavit će se pritiskom „degenerirane“ materije, a zvijezda će se zauvijek pretvoriti u bijelu patuljak ili neutronsku zvijezdu. Ali ako je masa zvijezde veća od tri solarne energije, onda ništa ne može zaustaviti njezin katastrofalni kolaps i ona će brzo otići pod horizont događaja, postajući crna rupa.

Crna rupa - krafna?

Ono što ne emitira svjetlost nije lako primijetiti. Jedan od načina pretraživanja crne rupe je pretraživanje područja u svemirskom svemiru velikih masa i tamnog prostora. Pretražujući takve vrste objekata, astronomi su ih pronašli u dva glavna područja: u centrima galaksija i u binarnim zvjezdanim sustavima naše Galaksije. Ukupno, kao što znanstvenici sugeriraju, postoji nekoliko desetaka milijuna takvih objekata.

Trenutno je jedini pouzdan način razlikovanja crne rupe od objekta druge vrste mjerenje mase i veličine predmeta i usporedba njegovog polumjera sa

Izuzetno nevidljiv sa Zemlje crne rupečije je postojanje najprije predvidjelo, a potom i dokazalo znanost, posjeduju ne samo nezaustavljivu gravitacijsku silu koja djeluje na fizičku materiju, već i neprobojnu moć, koja privlači ljudske misli. U tim svemirskim objektima zaključuje se velika tajna RAZLOGA GRAVNOSTI. Ali tu se tajnu ne žuri otvoriti.

Stvorena u zoru 20. stoljeća, teorija relativnosti dala je prve ideje o svojstvima prostora (njegovoj zakrivljenosti) kao uzroku gravitacije, a posebno oko crnih rupa. Oživljene ideje o posebnom ispunjavanju samog prostora određenom tvari - eterom, kao i znanstveni pristupi predstavljeni u ovom članku pomoći će značajno napredovati na tom putu.

I sve to služi plemenitoj svrsi - znanstvenom ZNANJU. To sugerira da je i sam naziv "crne rupe" na svoj način pogrešan. Uostalom, ti egzotični predmeti, koncentrirajući   sama po sebi mogu biti i različite materije - i poznate današnjoj znanosti, a možda i "drugo biće", sakupljene u osebujnim "sredstvima Laya". izvori od   grandiozni procesi koji se u biti razvijaju u budućnosti. "U svakodnevnom svakodnevnom životu" svaka crna rupa je sposobna toliko uzbuditi materiju oko sebe da je može otkriti oreolom elektromagnetskog zračenja, oreolom svjetlosti oko svog nevidljivog, "nematerijalnog" lica. To se posebno odnosi na supermasivu „rupe“, kao da se skriva u jezgri galaksije (i naše!). Materija se žuri u ove rupe (padove!), Praćena lepršavim okretanjem grozdova zvijezda, plinova i prašine molekularnih oblaka, koji su izduženi uz spiralno uvijene krakove galaksije. Vjerojatno će uzbudljiva tajna centara galaksija, zagrljena opsežnom iskričavom auroom zvijezda, i dalje biti živa ... Međutim, postoji svaki razlog za vjerovati da je astronomija već počela spoznavati objekte i pojave fundamentalno nove prirode, a ne obuhvaćene našom temeljnom fizikom, koje pripadaju dubljem nivou fizička stvarnost i upravljani zakonima još uvijek objedinjene ujedinjene kvantna gravitacija   teorije materije.

Crne rupe - što slijedi?

Sve ove pojave nije moguće objasniti čak ni Einsteinova teorija.

(od br. Strugatsky)

1. Crne rupe u znanstvenoj slici svijeta

Crna rupa (BH) jedan je od vrlo popularnih koncepata moderne znanosti - relativistička astrofizika, astronomija u cjelini, naša znanstvena slika svijeta, pa čak i moderna javna svijest. Ovaj koncept slobodno koriste fizičari i astronomi, političari i ekonomisti, astrolozi i televizijski komentatori.

U samoj znanosti, ovaj čudni koncept toliko se ukorijenio da svaka sumnja u to dovodi u pitanje reputaciju znanstvenika. U međuvremenu, "svaki znanstveni koncept, ma koliko bio širok, i dalje ima primjenjivo područje" (V. Heisenberg).

Evo crnih rupa ... U astronomiji se dugo pojavljuju dokazi da je BiH kao model i slika objekta za koji tvrdi da je stvarnost možda sama iscrpila i prijelaz je sazrio na dublji stupanj razumijevanja prirodnih objekata koji su danas prihvaćeni kao BiH. Ali da bismo to ozbiljno shvatili, morat ćemo prijeći niz visokih psiholoških barijera i podijeliti se s nekim već poznatim i „očitim“ idejama i znanstvenim uvjerenjima.

Prvo, međutim, ukratko o samim crnim rupama.

2. Što su crne rupe i odakle potječu u znanosti?

Ljudi je ujedinjena ne samo sklonošću ka mitovima, već i sklonošću prema istim mitovima.
B. Shtivelman

Dvaput rođena

Ideja o crnim rupama kao fizičkim ili astronomskim objektima pojavila se u znanosti u publikacijama s kraja 18. stoljeća (Michel, 1784; Laplace, 1796). Naravno, njihovo objašnjenje dogodilo se u okviru newtonske fizike i slike svijeta - teorije gravitacije i korpuskularne teorije svjetlosti. Newtonski bh., Koji još nije imao ime, smatran je tijelom tako ogromne veličine i mase (pri "normalnoj" gustoći) da čak ni svjetlost nije mogla s njegove površine napustiti "površinu". Otkriveno je da je vrlo jednostavno (i do danas točno. - crvena.) formula za veličinu BH - njen polumjer horizont događaja   ili na drugi način gravitacijski radijus   Rg, unutar koje mora biti sadržana cijela masa M: Rg \u003d 2GM / s 2gdje je G konstanta gravitacije, c je brzina svjetlosti.

U doba newtonske fizike, BH nisu „našle primjenu“ u astronomiji. No u 20. stoljeću situacija se drastično promijenila. Ubrzo nakon što je A. Einstein stvorio opću teoriju relativnosti (GR), na vrhu olovke Karla Schwarzschilda u Njemačkoj 1916. godine dogodilo se drugo, već relativističko, rođenje crnih rupa.

Konstruktori i skeptici

Crne rupe u općoj relativnosti mogle bi se činiti samo formalnim „izumom“, čije je ostvarenje u prirodi nemoguće. Veliki A. Eddington tome se nadao, od samog početka prožet intuitivnom antipatijom prema njima: "Vjerujem da moraju postojati zakoni prirode koji ne dopuštaju takvo apsurdno ponašanje zvijezde." Sam Einstein nije vjerovao u njih! Ali 1939. R. Oppenheimer i H. Snyder naznačili su fizički zamisliv način nastanka bh. Ovo je kolaps, odnosno kolaps do središta u nepremostivom vlastitom gravitacijskom polju. Na primjer, ako se čini da je masa zvijezde kao rezultat evolucije zatvorena u uskim granicama - od jedne do tri mase Sunca, tada dolazi do kolapsa do stanja neutronske zvijezde; ako je masa veća, onda kolaps dovodi do stvaranja upravo bh.

Nakon otkrića neutronskih zvijezda (1967. - pulsari), zanimanje i „povjerenje“ u BiH znatno su porasli. Ubrzo, 1968., J. Wheeler ih je "krštavao" svojim poznatim imenom. Crnomorski trijumfalni marš započeo je na stranicama znanstvene, nenaučne (i druge) literature, valovima televizijskih i radijskih emisija.

Međutim, malo je zahtjevnih istraživača zadržalo Eddingtonov skepticizam prema bh. Dakle, naš izvanredni kozmolog-relativistički i duboki filozof A. L. Zelmanov (vidi o njemu u), možda je na sam vrhuncu interesa za BiH, 1972. godine, izrazio nadu da su „crne rupe“ iz stoljeća „u Univerzumu ne postoji, a priroda neće dopustiti stvaranje novih ... ”. Bilo je (ima) još nekoliko skeptika.

3. Senzacionalno otkriće Stephena Hawkinga

Čini se da bi vjerovanje u crne rupe moglo biti narušeno otkrićem poznatog engleskog znanstvenika-teoretičara S. Hawkinga: sredinom 70-ih godina prošlog stoljeća otkrio je da crne rupe trebaju biti "ne baš" crne; oni su. teoretski, oni "svijetluju", a njihova temperatura ("boja") ovisi o masi. Dakle, svaki BH je još uvijek dužan emitirati svjetlost, čiji je intenzitet obrnuto proporcionalan kvadratu njegove mase. Istina, sa zvjezdanom masom, a još više, ovo zračenje je toliko beznačajno i „hladno“ da se ne može postavljati pitanje promatranja. Ali za BiH sa znatno manjom masom, "Hawkingovo" zračenje bi već bilo prilično uočljivo. A s masom veličine 10 15 g, poput malog asteroida ili komete, zračenje je toliko veliko da bi rezultirajući gubitak mase (ubrzavajući se s vremenom) takvog BiH prestao postojati u vremenu kraćem od starosti našeg Svemira (oko 10 10 godina). Takve BiH rođene iz Svemira (to jest relikvija) i, osim toga, manje mase, ne bi preživjele do naše ere. Usput, zadnjih tisuću tona mase ovih bh. Ljudi trebalo bi "ispariti" brzinom nevjerojatne eksplozijske snage.

Slike središnjih područja galaksija NGC 6251 i NGC 7052, dobivene svemirskim teleskopom Hubble. Slični perinuklearni diskovi s plinovima i prašinom otkriveni su u mnogim divovskim eliptičnim galaksijama. Ti se diskovi u pravilu okreću vrlo brzo, što ukazuje na prisutnost supermasivne crne rupe u jezgri galaktike (Fotografija iz časopisa Zvezdochit)

Hawking je došao do svog otkrića, uzimajući u obzir, pored relativističkih svojstava bh. Materije, i njena termodinamička i kvantna svojstva. Hawkingovo otkriće značilo je da BH, kao što smo i zamislili, jednostavno ne postoje! Činilo bi se da je to bio strašan udarac samoj ideji crnih rupa. Međutim, na paradoksalan način, otkriće Hawkinga još je više povećalo vjeru u njih i povećalo interes za njih. Uostalom, Hawking je spasio BiH od nijanse apsolutnosti njihovih svojstava tuđih stvarnog svijeta! U isto vrijeme, njezini rezultati praktički nisu ništa promijenili u očekivanoj promatračkoj slici ovih objekata. Crne "rupe" primjetno "Hawkinga", koje su se mogle stvoriti samo u kotlu izvornog Velikog praska, nisu mogle preživjeti do naše ere, a kasnije se nisu formirale; a za bh. veće mase zračenje "Hawkinga" toliko je zanemarivo da su ga promatrano ne razlikuju od onih iz BiH opisanih u općoj teoriji relativnosti.

4. Moderne ideje o crnim rupama: već otvorene ili ...

60 -70-ih godina XX vijeka predloženo je niz ideja za promatračko otkrivanje bh. Prirode. Sve one bile su utemeljene na gravitacijskoj interakciji BiH s okolnim svemirskim objektima: 1) za jednu "rupu" - s plinom i prašinom u Galaksiji; 2) u slučaju BH u prilično bliskom paru s običnom zvijezdom - njegovom masom i supstancom "crpljenom" crnom rupom na sebi (akceleracija). Najvažnije ideje u vezi s prvim slučajem iznijela je mlada teoretičarka Viktoria Shvartsman, a u vezi s drugim slučajem Nikolaj Shakura, koji je tada bio još mlad. (Oboje su bili studenti akademika Ya.B. Zeldovicha.) Ideja je nastala (i ona E. Salpetera u SAD-u) ogromnih bh., "Galaktičkih" masa - do ~ 10 10 M Θ (M Θ masa Sunca), smještenih u centrima " aktivne ”galaksije i u kvazarima. U svim se slučajevima snažno oslobađanje energije u tim sustavima događa zbog pretvaranja gravitacijske energije tvari usmjerene ili incidenta na BH u toplinu, a zatim u zračenje (u akrektorskim diskovima formiranim u BiH zbog prisutnosti momenta rotacije akumulirane materije; " otac ”odgovarajuće teorije - to je N. I. Shakur).

Trenutno je već poznato desetak objekata zvjezdane mase i nekoliko desetaka s galaktičkom masom, u kojima je teoretski gotovo nemoguće „izbjeći“ otvaranje bh. U „zvjezdanim“ BiH masa „kompaktnog relativističkog objekta“ u višestrukom sustavu (dvostruka zvijezda) je veća od 5-6 M Θ, gotovo do 20 M Θ. Ali prema GR-u, pored BiH, ne mogu postojati takve mase relativističkih objekata (najveća masa neutronske zvijezde nije veća od oko 3 M bijele boje; bijeli patuljci su još manje masivni). Dakle, na temelju opće relativnosti, upravo se ona BiH pojavljuje pred nama u tim višestrukim sustavima. "Trenutno je općenito prihvaćeno da postoje crne rupe ...", str. 24.

"Povijest postojanja bilo koje zvijezde doista je titanska borba između sile gravitacije, koja teži da je neograničeno komprimira, i sile pritiska plina, koji teži" raspršivanju ", da se rasprši u okolni međuzvjezdani prostor. Već milijunima i milijunima godina ova „borba“ traje. Tijekom tih monstruozno dugačkih razdoblja moći su jednake. Ali na kraju ... pobjeda će biti gravitacija. Takva je drama evolucije bilo koje zvijezde ”(I. S. Shklovsky).

Konačna evolucija ogromne zvijezde je bljesak supernove. Ali ovo je dobar primjer pobjede ne samo gravitacije (ona će tvoriti ili kompaktnu neutronsku zvijezdu ili crnu rupu, čija će se još veća masa koncentrirati u najmanjoj mogućoj - "Planck" - mjerilo), već i - pritisak: grandiozni udarni val usmjeren iz dubokih slojeva zvijezde, raspršuju po prostoru supstancu umrle zvijezde kako bi služile naknadnom stvaranju zvijezda u žarištima sabijanja međuzvjezdane materije. Izvan, osim toga, gravitacijski valovi nastali su kao rezultat kolosalne eksplozije, koji su utjecali na nadolazeće zvijezde i planete oko njih. Kao što je na maksimumima periodične aktivnosti zvijezde, kada se jačina djelovanja baklje pojačava, tijekom eksplozija supernove stvaraju se i ubrzani tokovi kozmičkih zraka koji jure u daljinu s magnetskim poljem „zamrznutim“ u njima ...

5. Crne rupe i opća teorija relativnosti: sve je jasno!

Jasnoća je oblik totalne magle.
Y. Semenov. Sedamnaest trenutaka proljeća

Općenito je prihvaćeno da pojava crnih rupa strogo slijedi iz opće teorije relativnosti i u potpunosti je objasnjena: „GR<...>   sadrži točan odgovor na bilo koje pitanje u vezi s crnim rupama ”, str. 11. Međutim, sa stajališta GR-a, BiH ima još jedno vrlo važno svojstvo. Svojstva BiH oslobađaju GR od nekih najbolećih problema na njegovim "granicama", čineći ove probleme, da tako kažem, "izvanzemaljskim" za naših   svijeta.

Evo stvari. Prema samoj općoj relativnosti, u središtu BiH postoji posebna točka - jedninau kojem se neke od najvažnijih karakteristika objekta - gustoća materije, zakrivljenost prostora, itd., pretvaraju u beskonačnost (gubeći fizički smisao) U skladu sa zakonima kvantne mehanike, singularnost u BiH nije poanta, ali krajnji   prema veličini, iako je, prema uobičajenim predodžbama, vrlo mali - reda najveće "Planck duljine" (L pl, ~ 1,6x10 -33 cm). ovo   singularnost, koja se obično naziva fizičkom, ili Planckom (prema ezoterijskoj doktrini, u suptilnoj ravnini, možda analogi ovome je Laya Center. - crvena.), fizički besmislene beskrajne vrijednosti parametara već nestaju. Ali njihove konačne vrijednosti (na primjer, gustoća od ~ 10   94 g / cm3!) Toliko su velike da su izvan dosega najhrabrijih ekstrapolacija naše fizike. Stvar fizičke singularnosti potpuno je izvan pojmova moderne znanosti.

Da bi se opisali zakoni i svojstva materije u ovom stanju, temeljna fizika mora se prebaciti na višu razinu: konstrukciju jedinstvena gravitacijska kvantna teorija   zajednički uzimajući u obzir ove aspekte materije. Problem stvaranja takve teorije bio je postavljen sredinom 30-ih godina prošlog stoljeća (M. P. Bronstein, 1906-1938), ali još nije riješen.

Zbog nepoznatih zakona Planckove singularnosti, što je osnova za mišljenje o dostatnosti GR za opisivanje crnih rupa? Prije svega na postulatu unobservability   jedinstvenosti, bez obzira na to što se u njoj događa. Međutim, ovaj je postulat potkopan Hawkingovim proračunima.

Nadalje, GTR navodi (i to je eksperimentalno dokazano) da u gravitacijskom polju sam tijek vremena usporava, Obično je ovaj učinak zanemariv. Ali u super jakom gravitacijskom polju BiH, ono se neograničeno povećava, neograničeno težeći prema njemu. Zato se čak i foton (kvant svjetlosti) približava bh. Horizontu, s gledišta udaljenog promatrača (to smo mi!), neograničen   usporava. Horizont se "doseže" samo kroz beskrajan   vrijeme. t. Materija koja se žuri prema BiH ispred sfere omeđene gravitacijskim polumjerom R g "gasi", "smrzava" i ... nestaje iz pogleda. Tako se obično smatra.

Stoga se vjeruje da „[nakupljene crnom rupom] čestice i polja u blizini horizonta tvore vrlo složen, zamrznut   (naglasak F. C.) struktura "graničnog sloja" koja je u biti relikvija iz prošlosti crne rupe ", str. 14. "Jaz između istegnute [" membrane "] i istinskog horizonta u potpunosti je ispunjen materijom i poljima koja su bila stvorena crnom rupom od kada je formirana. Zbog gravitacijskog dilatacije vremena, tvar, koja se približava pravom horizontu, pada sporije (u sustavu udaljenog promatrača), ali nikada ne prodire u crnu rupu. Horizont je doslovno zatrpan "tragovima" prošlosti, sakupljenih u beskonačno tankom sloju ", str. 28 i 30.

S ovih je stajališta horizont BiH "dosegnut" materijom koja se u njega uvuče tek nakon beskonačnog vremena, tj. "Nikad postignutog". I materija bi mogla ući u središnju posebnost BiH samo „čak i kasnije nego nikad“! Dakle, ni središnja singularnost niti stvar „pada“ na BiH nisu vidljive! To je ono što opću teoriju relativnosti čini, kako se vjeruje, dovoljnom za potpuni opis crnih rupa "izvana" - kod nas.

6. Otkriće VF Schwartzmana - šok temelja modernog koncepta crnih rupa

Zaključak Schwartzmana o samoj ideji i konačnoj formulaciji neobično je jednostavan. Doista, ako se masa BiH kao rezultat povećanja poveća (ali kako bi moglo biti drugačije!), Onda raste   a njegov gravitacijski radijus R g. Možda je ovo mali, ali ipak pomak u horizontu u susret   (!) "Lijepljenje" mase. Naime, na ovom posljednjem koraku trebalo joj je beskrajno vrijeme! Do koje mjere se beskonačno vrijeme ne smanjuje zbog napredovanja ovog horizonta? Rješenje koje je dobio Schwartzman omogućilo mu je da odmah odredi vrijednost t 'beskonačnog broja puta': pokazalo se da je interval ∆ t kraj! Konkretno, po veličini, on je jednak: ∆ t bw ~ (2R g / c) ln (c 3 / 4GM.), Gdje je M. stopa masovnog rasta BiH tijekom akumulacije, R beg. \u003d 2R g. U vrlo važnom posebnom slučaju BiH skoro solarne mase i u “standardnom” međuzviježđom mediju, stopa rasta je: M. ~ 10 10 g / s, a formula je još pojednostavljena: ∆ t bw ~ - 10 2 R g / s.

Izuzetno je zanimljivo i važno da vrijeme sv t sv nije samo ograničeno, već i za bilo koju pravu bh. Masu promatrano mali, Dakle, sa bh. Masom reda Sunca, imamo: ∆ t bw ~ 10 -3 sec. Čak i za BiH ogromnih masa (M ~ 10 10 M Θ) nalazimo: ∆ t bw ~ 10 7 sec - manje od četiri mjeseca. To je posve prihvatljivo za promatrača!

Rezultat je Schwartzman dobio 60-ih godina XX. Stoljeća, ali susreo se s oštrim protivljenjem astrofizičara, uključujući kolege, prijatelje i zaposlenike, i dugo nije tiskao ... "Istina je često toliko jednostavna da u nju ne vjeruju "(F. Levold) ... Samo visoka ocjena zaključka drugog našeg izvanrednog teoretičara S. A. Kaplana (1921.-1978.) I njegov prijedlog Schwartzmanu da objavi zadivljujući rezultat u njihovom zajedničkom poglavlju nadolazeće kolektivne monografije pomaknuo je loptu. Otkriće Schwartzmana je tako objavljeno (1976).

7. Neočekivana potvrda

Saznao sam za oštro protivljenje Schwarzmana uglednih stručnjaka od jednog od njih, I. D. Novikova, početkom 1986. godine. "Rezultat Kaplana i Schwartzmana?" - upita I.D. "Griješi!" Skoro da sam vjerovao u ID Novikov. Ali bila je šteta lijep rezultat ...

Pretpostavlja se da u Galaksiji ima tisuće crnih rupa, ali dosad je otkriveno samo sedam, osim što je supermasivno u samoj srži našeg zvjezdanog sustava. Nastale su za vrijeme eksplozija supernove i pokazuju nevjerojatnu ujednačenost svojih masa: šest ih ima sedmerostruku solarnu masu (7 ± 0,25 M   Θ). Jedna od sedam masa doseže 10-14 M Θ. Svi su dio binarnih zvijezda, što je omogućilo njihovo prepoznavanje (na temelju materijala časopisa "Starship").

Prošlo je manje od godinu dana, a situacija je poprimila potpuno neočekivani zaokret. U tada objavljenoj temeljnoj monografiji, str. 192 Srećom sam otkrio kompletan potvrda   Schwarzmanov zaključak - barem na kvalitativnoj razini: vrijeme je ograničeno! Uzimajući u obzir "kvantne fluktuacije horizonta" crne rupe, I. D. Novikov i V. P. Frolov utvrdili su da je ∆ t nf ~ (R g / c) ln (R g / L pl). Kao što sam primijetio, za bh. Solarne mase odmah je slijedilo da ∆ t nf ~ 10 2 R g / c (!). To je u najvažnijem slučaju kvantni-relativistička, fizički dublja formula Novikov-Frolov ne samo kvalitativno (vrijeme ∆ t naravno), već i kvantitativno potvrđuje rezultat Schwartzmana!

Nekoliko godina kasnije (Victor Shvartsman je već preminuo), na poziv N. I. Shakura (prilikom pregleda rukopisa), pokušao sam ustanoviti koliko je širok taj „poseban slučaj“ kada se vrijednosti ∆ t sv i n t nf podudaraju. Na moje iznenađenje, pokazalo se da Schwarzmanov rezultat kvalitativno i kvantitativno potvrđuje neovisni rezultat Novikov-Frolov praktički za sve   područja fizički zamislivih bh. masa i stope akumulacije na njima.

8. "Rasprava" oko zaključaka Schwartzmana

Prosječan ljudski um ne vjeruje u ono što nije u stanju shvatiti.
E. Burroughs

Iako se protivljenje zaključcima Schwartzmana događa već dobra tri desetljeća, ne postoji niti jedan tiskani rad u kojem bi prigovori bili potkrepljeni. "Argumenti" zvuče samo u razini neutemeljenog "ovo je nemoguće" itd. Drugi oblik "borbe" s rezultatom Schwartzmana i pokušaja tiskane rasprave o njemu su "crni" recenzenti koji uništavaju bez razmišljanja. Štoviše, u gotovo svim slučajevima savjesni su stručnjaci koji su iskreno uvjereni u njihovu ispravnost. A ovo je potpuno standardna situacija. Podsjetimo da se veliko "otkriće Lobačevskog susrelo s potpunim nerazumijevanjem, čak i ogorčenjem gotovo svih njegovih suvremenika", str. 12.

Je li rezultat "logično netočan"?

Ako sažimam argumente s kojima sam se susreo s Schwartzmanovim kritičarima, onda samo jedan izgleda prilično ozbiljno. Evo njegove suštine. Da bi gravitacijski radijus BiH, uslijed akreciranja do njega, porastao za određenu količinu, potrebno je preliminaranprodiranje pod horizontom odgovarajuće mase ∆ M. Ali to također zahtijeva beskonačno vrijeme! Dakle, kaže protivnik, Schwartzman unaprijed postulira što treba dokazati! ... Možda je ovo razmatranje donekle zbunilo samog znanstvenika. To nije odbačeno u njegovoj publikaciji s Kaplanom, a on to nije pojasnio u razgovoru sa mnom (u SAI u srpnju 1987.). "Autor temeljnog rezultata sam ga u početku razumije u najboljem slučaju za 50% (F. Dyson) ...

Međutim, zaključci Schwartzmana i ovog paragrafa uopće nisu bespomoćni.

Učinak diskretnosti prirasta

Neko mi se vrijeme činilo najprirodnijim prihvatiti prigovor Schwarzmanovih protivnika u vezi s idealno sferičnim modelom BiH i postupkom akrekcije koji on koristi, a zatim zaobići prigovor, prelazeći na model koji je primjereniji stvarnosti. Razumno je pretpostaviti da pad na BH nije idealno ujednačen sloj sferne mase, ali pojedinačne porcije   njegova (materija je heterogena i, u granici, diskretna).

Rotacija crne rupe dovodi do vrtloga prostora oko nje, koji unutarnji dio akrecijskog diska drži u ekvatorijalnoj ravnini rupe (od stanice K. Thornea u časopisu "Priroda", br. 11/1994.)

Ovaj je slučaj (s druge strane) razmatran u teoriji. R. Geroch i J. Hartl 1982. pokazali su da se kada se dio mase približi horizontu, na njemu plimski   izbočina. Drugim riječima, horizont se lokalno kreće prema van - u susret   proces akreditacije Naglašavam - prije nego što se pojavi nova masa "ispod nje"! , str. 297-303. Očito se kvalitativno odvija "Schwarzmanov efekt", koji je on postulirao.

No čak su i model crne rupe čak i savršeno sferični ...

Međutim, postoji rezultat koji čini suvišnim odbacivanje sferne simetrije modela sustava i procesa akrekcije. Sažeto je na sljedeći način, str. 269: "Pravi horizont (apsolutni horizont događaja) počinje se širiti prije (F.C. kurziv) prije nego što se [pripisana sferna] školjka sudari s njim" ... Usput, "sudara" znači doći će   to!

Je naime   to je „preventivno“ širenje horizonta crne rupe tijekom akcesije, koje je Schwartzman prihvatio (ali nije potkrijepio), a u identičnom modelu - pad sferičnog tankog sloja mase na sfernu bh. To uklanja sve sumnje u ispravnost zaključka Schwartzmana. (Bez odbacivanja, naravno, plodnog pristupa Geroch-Hartla i drugih.)

O jednom nevjerojatnom nerazumijevanju osnova opće prihvaćenih ideja o crnim rupama

Većina ljudi griješi jer slijedi one koji su već izgubljeni.
(Iz "Divljeg Jack" W. Disneya)

Ali što je s poznatom "izravnom" zajedničkadokaz "da je vrijeme za crnu rupu koja doseže horizont crne rupe beskonačno? Strogo dokazano, str. 13, što uistinu vrijedi u usvojenom modelu. Ali ... "s izuzetkom sitnice": dokaz ne određuje jednu stvar - onu presudnu! - pretpostavka. Naime, implicitno je prihvaćeno da je "zarobljena" masa - nula   (∆ M \u003d 0). Rezultat se pripisuje bilo koji   mase (∆ M\u003e 0). Recimo, mogli bismo dokazati teorem „Ne možemo letjeti!“ Za Už (krila su „nula“), ali primijenili bi se na Sokola. Takav je „temelj“ općeg uvjerenja da u svim slučajevima vrijeme nije beskonačno.

9. Schwartzmanovo otkriće - revolucija u fundamentalnoj fizici?

Obično je potrebno trideset godina da se shvati glavna znanstvena ideja.
F. Dyson

Prošlo je 30 godina od otkrića Schwartzmana. Je li vrijeme za opažanje? ..

Najvažnija stvar ovog otkrića je to vrijemeIs t je ograničen i promatrački mali, A to radikalno mijenja sliku o svojstvima i mogućem ponašanju objekta, koji se naziva "BH" i pripisuje mu kvalitete prema GR.

Put do singularnosti

Činjenica da se materija prikupila pred nekim udaljenim promatračem doseže horizont događaja   ovog objekta, znači da nakon toga pada s horizonta na središnju singularnost bh. U okviru opće relativnosti, opis ovog procesa je još uvijek sitan. Uzimajući u obzir zaključke Schwartzmana, teorija takvog postupka je moguće   i je neophodno   - „gotovo“ plancanskoj singularnosti.

Je li crna rupa samo maska \u200b\u200bstvarnog gravitacijskog kvantnog objekta?

Prema Hawkingu, "zaključak o postojanju zračenja koji emitira crna rupa, izgleda, to znači gravitacijski kolaps nije tako konačan i nepovratankao što smo mislili prije. " Svaka akretirana materija, koja doseže i prevladava horizont, naizgled, brzo   ispada da je u središnjoj jednini, gdje sve   BH supstanca i koncentrati. Ali u singularnosti materija se ne pokorava zakonima naše fizike. To znači da općenito, tvar crne rupe izvan je dosega suvremene fizike   a posebno, opću teoriju relativnosti. Izjave da je crna rupa čisto relativistički objekt, da opća relativnost sadrže ispravan odgovor na bilo koje pitanje o tome, dakle, nemaju smisla. Takozvana crna rupa zaista je objekt postrelyativistskimi postkvantovym, To je objekt čudnog gravitacijsko-kvantnog svijeta koji nam još nije poznat podložan to a ne naši temeljni fizički zakoni.

Treba li nekadašnja crna rupa biti "gravitacijski grob"?

Mi nemamo logičnog razloga tvrditi da je gravitacijski kolaps nepovratan za Planckovu singularnost, to jest (vidi gore), "stvarnu" BiH našeg svijeta (gravitacijski-kvantni objekt!) nije dužan   biti "gravitacijski grob." Štoviše, tvrdnja da akreditirana materija „preskače“ kroz singularnost u „druge svemire“ ili u nepoznata mjesta i vremena našeg Univerzuma, postojeći u obliku bijele rupe   (DB). Ekstrapolacija relativističkog rješenja urušavanja "nepoznatog mjesta" kroz jedinstvenost   (obje točke u GR i, štoviše, očito, kroz konačni Planckian), to je matematički i fizički neprijatno pogrešno. Ovaj moderan „koncept“ nije ništa drugo do jedno živopisno obilježje uobičajenog bh. Koncepta. "Nemoguće je nastaviti s odlukom o istinskoj jedinstvenosti", str. 284 i dr. Potpuno drugačija stvar - eksplozija   ( "Anti-kolapsa") izvan singularnosti, Ni logika ni fizika ne isključuju.

Aktivni procesi u "sumnjivim crnim rupama" i gravitacijska kvantna teorija materije

U Planckianovoj singularnosti mislimo da nije samo "antikolaps", zrcalo kolapsa. Oslobađanje materije i energije iz takve singularnosti ni na koji način nije povezano i ni na koji način nije ograničeno zakonima običnog relativističkog kolapsa. Konkretno, razmjera pojava za vrijeme "izbacivanja Plancka" iz singularnosti BiH ne mora biti ograničena skalom relativističkog antikolapsa u DB-u ili razmjerom efekata "Hawkinga" u običnim bh. „Na početku svemira postojala je još jedna fizika koju ne poznajemo. Ista stvar unutar crnih rupa “(I. D. Novikov). Ali logika, pa i tamo matematika, naša su! Do sada nam služe samo kao vodiči u nepoznatom svijetu kvantne gravitacije.

Budući da je moguće da su predmeti koje danas uzimamo kao vjerojatne crne rupe gravitacijski kvant, potrebno je revidirati sav promatrački materijal koji se odnosi na "potencijalne bh.", a to je da se identificiraju manifestacije gravitacijsko-kvantne aktivnosti u njihovim središnjim Planckovim posebnostima u njima. "Sve se može nalaziti unutar regije Planck" (A. A. Starobinski). To je ono što moramo biti u stanju vidjeti.

O kriterijima promatranja za otkrivanje crnih rupa

Standardni moderni kriterij za promatračko otkriće crne rupe kao relativističkog objekta, s više od tri puta veće mase Sunca, temelji se na logička pogreška: zanemarivanje mogućnosti postojanja među „kompaktnim objektima“ ne samo relativističkih (bijeli patuljci, neutronske zvijezde, BH?), već i postrelyativistskih   objekti, recimo, kvantno-gravitacijski. Pouzdano otkrivanje kompaktnog objekta s takvom masom značilo bi otkriće ne očekivanog ortodoksnog BH, već mnogo zanimljivijeg i ne trivijalnog gravitacijsko-kvantnog objekta. Ranije je autor predložio kratko ime za njega. grakvar   , str. 132; , str. 35. Doista, „Možemo li nazvati mačku - mačku ?!“ (S. Y. Marshak).

Ponovno tumačenje crnih rupa - put do teorije kvantne gravitacije?

Otkrivanje i ispravna interpretacija prirode takvih objekata i pojava može postati najdirektniji put (od promatranja) do konstrukcije temeljna teorija gravitacijskog kvanta   razina fizičkog znanja koja slijedi suvremeno. "Promatrane manifestacije nepoznatih zakona prirode trebalo bi shvatiti kao kršenje poznatog" (R. Geroch). I natrag! Što još treba teoretičaru ?! "Sasvim je moguće da su teorije za koje smatramo da su" dokazane "još uvijek neistinite, jer su u suprotnosti s općenitijom teorijom koju još uvijek nemamo" (E. Wigner). U crnim se rupama vide njezine "uši". Povuci ih! ..

10. Zaključak

Teškoća u znanosti često nije toliko u tome kako napraviti otkriće, koliko u razumijevanju da je napravljeno ...
D. Bernal

Izravne posljedice otkrića V.F.Shvartsmana radikalno mijenjaju naše ideje o crnim rupama i otvaraju put razumijevanju istinski   priroda ovih objekata.

Crna rupa - nije   "Smrznuta zvijezda"; nijerelativistički objekt; nije   "Gravitacijski grob"; nije   objekta naš   temeljna fizika.

Nepoznati temeljni zakoni o svojstvima materije u Planckove singularnosti nisu potrebni za isključivanje eksplozija   materija i energija od ove jedinstvenosti do bh. horizonta i šire. Energetska ljestvica ovih emisija nije ograničena ljestvicom učinaka u bazi podataka i efektima „Hawkinga“ u crnoj rupi. Napokon, početni uvjeti takvog postupka postavljaju se nepoznatim svojstvima materije u Planckovim singularnostima. Ali već model bijele rupe dokazuje mogućnost prevladavanja, u slučaju antikopse, gravitacijskog polja objekta tvari koja je izbačena iz singularnosti.

Možda je ta interpretacija povezana, posebno, s još uvijek neobjašnjivim (više od 80 godina!) Emisija - mlaznica - iz središnjih "točaka" aktivnih galaksija i općenito s razumijevanjem mehanizma "središnjeg stroja" kvazara, aktivnih galaksija itd. n., na pojavu y-rafala. Ovo posljednje, na primjer, moglo bi se pokazati direktnom vidljivom manifestacijom fizičkih procesa u Planckovim dubinama BiH (točnije Gracvarsa) koji apsorbiraju difuznu tvar i zvijezde, ili rezultat sudara singulariteta.

Ovaj kompleks pojava, koji do sada nije našao smisao u našoj temeljnoj fizici, u svjetlu otkrića V.F. sljedeća razina   razumijevanje svojstava materije - barem gravitacijsko-kvantnog.

primjedba

Vidi Delphis br. 1 (25), 2001.

Pogledajte članke F. A. Tsitsina   u Delphisu broj 3/1997, str. 83 - o fraktalnom svemiru; Broj 1 (13) / 1998, str. 65 - o kometama.

Gravitacijski polumjer Sunca sada se smatra približno 3 km. To znači da je za Galaksiju s ukupnom masom od ~ 10 12 M Θ (M Θ masa Sunca), uzimajući u obzir nevidljivu masu korone Galaksije, deset puta veću od prividne mase zvijezda, plina i prašine, gravitacijski radijus uporediv s najudaljenijim polumjerom našeg Sunčevog sustava ( ~ 0,1 parsec, tj. ~ 20 tisuća astera, jedinica .. 500 puta dalje od Plutona, 200 puta izvan granica magnetosfere Sunca); tako bi se hipotetička crna rupa, jednaka po masi Galaksiji, uklopila unutar njenog "središnjeg parseka", gdje je neka stvarna središnja crna rupa koncentrirana još dublje. Usput, prema najnovijim podacima (1992-1998.) (Temeljenim na opažanjima pravilnih kretanja zvijezda u infracrvenom rasponu spektra), otkriveni su izuzetno brzi pokreti u području središta naše Galaksije - znak prisutnosti supermasivne BiH (~ 2,6 milijuna M Θ) gdje postoji poznati moćan radio izvor Strelets A. - Pribl. ed.

Po imenu K. Schwarzschild, „površina“ crnomorske regije, ograničena horizontom događaja, naziva se „Schwarzschild sfera“. - Pribl. ed.

Neutronska zvijezda - kozmičko tijelo zvjezdane mase i polumjera ne više od 10 km, a sastoji se od "čvrsto nabijenih" neutrona, gustoće oko 10 15 g / cm 3. U pravilu ima super moćno magnetsko polje do 10 15 G i brzu rotaciju, promatrano u obliku pulsara. Izvor energije neutronske zvijezde je energetska rezerva rotacije. Tipično, kolaps nadoknađuje početno masivne zvijezde (više od 8 sunčevih masa) na kraju evolucije zvijezda, što je dovelo do eksplozije supernove.

Za BiH prije "Hawkinga" postoji analog čuvenog Drugog principa termodinamike - zakon entropije koja se ne smanjuje.

astrofizičar Viktoria Favlovich Schwartzman   (1945-1987) bila je izuzetna osoba. Spojio je talente i interese prirodoslovca i humanista, teoretičara i eksperimentatora, fizičara i astronoma, pjesnika i kozmologa, promatrača i filozofa. Kao mladić ušao je u krug visokokvalificiranih stručnjaka iz područja relativističke astrofizike (fizike astronomskih objekata i procesa, za razumijevanje kojih je potrebna Einsteinova opća teorija relativnosti) i, posebno, crnih rupa. Također je posjedovao razvoj neviđene tačnosti (do 10 -7 sec!) Metode i promatračkog kompleksa u programu pretraživanja i istraživanja bilo kojih vrlo brzih varijabilnih astronomskih pojava - od "treperi zvijezda" do BiH i signala iz navodnih izvanzemaljskih civilizacija (na našem 6-metarskom teleskopu Opservatorij na sjevernom Kavkazu). Njegove duboke ideje teorijske i promatračke astrofizike kombinirale su s razvojem fundamentalno novog pristupa u programu traženja izvanzemaljskog Razuma - humanitarac   aspekt problema, koji je tih godina zvučao prilično neočekivano. Žestoko zanimanje za podrijetlo i povijest svjetskih religija, filozofiju Istoka, posebno Drevne Indije, u Victoriji je kombinirano s razvojem „praktičnog ciklusa“ joge.

Prema autoru predloženog članka, niz temeljnih ideja i zaključaka V. Schwartzmana još uvijek čeka zasluženo priznanje i razvoj, uvelike odgođen jer je svojim idejama i rezultatima mladi znanstvenik desetljećima bio ispred znanosti svoga vremena i svoje generacije istraživača.

kvazari- promjenjivi izvori energije velike opterećenja u središtima nekih ("aktivnih") galaksija. Prvi kvazar otkriven je 1963. godine. Danas ih ima oko 10 tisuća. Zračenje kvazara može biti stotine ili tisuće puta veće od ukupnog zračenja cijele galaksije.

Bijeli patuljci - superzgusnuta (do 10 8 g / cm 3), kozmička tijela solarne mase (do ~ 1,5 M Θ), koja se sastoje od "degeneriranih" (potpuno ioniziranih i komprimiranih) tvari običnog kozmičkog sastava (uglavnom vodika i helija). Polako se ohladite, pretvarajući se u "crne (!) Bijele patuljke."

Potrebno je u uvjetima pretjerano visokih gustoća, u kombinaciji s ultra jakim gravitacijskim poljem, na primjer, u Planckovim singularitetima BiH ili u početnoj fazi kozmološkog Velikog praska, gdje prolazi naša fizika.

Ali što ako „izbacivanje singularnosti“ duguje svojstvu gravitacije, koje je J. Keeley u 19. stoljeću povezao s višepolarnim „simpatičkim tokovima“ koji proizlaze iz masivnih „neutralnih centara“? (vidjeti Delphis br. 2 (26) za 2001.). - Pribl. ed

Qitsin F.A..// Aktivna jezgra i zvjezdana kozmogonija. 1987.

Tsitsin F.L.// Astronomija i suvremena slika svijeta. M „RAS, 1996