803k
8 лет назад · 1 фото · 17632 просмотров · 76 комментариев
Что такое горизонт событий, и можно ли вырваться из черной дыры?
Изучением черных дыр всерьез физики занялись не так давно — хотя сама концепция их существования появилась еще в позапрошлом веке. Но идея присутствия где-то в космосе таких объектов казалась настолько фантастической и недоказуемой, что практически не рассматривалась всерьез.
Долгая история неверия
В 1783 году священник из английской деревни Торнхилл Джон Митчелл представил в журнал «Философские труды Лондонского Королевского общества» свою статью. В ней он писал, что достаточно массивная и компактная звезда будет иметь столь сильное гравитационное поле, что свет не сможет уйти от нее далеко — он будет затянут обратно за счет гравитационного притяжения. Митчелл считал, что таких объектов в космосе может быть очень много, но увидеть их невозможно — так как их свет поглощается ими же. Тем не менее теоретически их гравитационное притяжение можно обнаружить. Статья не вызвала ажиотажа в научном сообществе и прошла практически незамеченной.
Спустя несколько лет французский ученый Пьер-Симон Лаплас, незнакомый с работой Митчелла, выдвинул схожую гипотезу. Он опубликовал ее в своем труде «Система мира», однако после второго издания теория из книги исчезла — по всей видимости, Лаплас решил, что о такой дурацкой идее и говорить не стоит.
А вот в XIX веке ученым уже не могла прийти в голову мысль о невидимых звездах. Все дело в том, что ньютоновское убеждение относительно того, что свет состоит из частиц, вышло из моды. Ученые пришли к выводу, что концепция, согласно которой свет — это волна, лучше описывает явления окружающего мира. О том, как гравитация действует на волны, ничего известно не было, стало быть, и рассуждения о небесных объектах, «затягивающих» собственный свет, пришлось забыть.
Вновь вспомнили о них только в XX веке. В 1916 году, практически сразу после публикации Эйнштейном общей теории относительности, Карл Шварцшильд описал «застывшую звезду», как тогда называли такие объекты, не рассматривая процесс ее зарождения, а в 1939 этот недостающий элемент в теорию добавили Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер. И только 1969 году американский физик Джон Уилер придумал термин «черная дыра» (Уилер вообще был романтиком, и второй придуманный им термин, «кротовая нора», еще более любим фантастами).
Спустя несколько лет французский ученый Пьер-Симон Лаплас, незнакомый с работой Митчелла, выдвинул схожую гипотезу. Он опубликовал ее в своем труде «Система мира», однако после второго издания теория из книги исчезла — по всей видимости, Лаплас решил, что о такой дурацкой идее и говорить не стоит.
А вот в XIX веке ученым уже не могла прийти в голову мысль о невидимых звездах. Все дело в том, что ньютоновское убеждение относительно того, что свет состоит из частиц, вышло из моды. Ученые пришли к выводу, что концепция, согласно которой свет — это волна, лучше описывает явления окружающего мира. О том, как гравитация действует на волны, ничего известно не было, стало быть, и рассуждения о небесных объектах, «затягивающих» собственный свет, пришлось забыть.
Вновь вспомнили о них только в XX веке. В 1916 году, практически сразу после публикации Эйнштейном общей теории относительности, Карл Шварцшильд описал «застывшую звезду», как тогда называли такие объекты, не рассматривая процесс ее зарождения, а в 1939 этот недостающий элемент в теорию добавили Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер. И только 1969 году американский физик Джон Уилер придумал термин «черная дыра» (Уилер вообще был романтиком, и второй придуманный им термин, «кротовая нора», еще более любим фантастами).
Загробная жизнь звезды
Жизненный цикл звезды чем-то похож на человеческий — она рождается и умирает. Вначале огромное облако газа (преимущественно водорода) в космосе начинает сжиматься под воздействием собственной гравитации, его молекулы все чаще сталкиваются друг с другом, и их скорости увеличиваются. Газ разогревается, и при определенной температуре возникает реакция термоядерного синтеза, в результате которой образуется гелий. В ходе реакции выделяется тепло и излучается свет. Так возникает звезда. Тепло создает дополнительное давление, которое уравновешивает гравитационное притяжение, и звезда перестает сжиматься — в стабильном состоянии она может существовать более миллиона лет. Но рано или поздно запасы реагирующего водорода у звезды иссякают, и она начинает остывать и сжиматься.
Тут сравнение с человеческой жизнью заканчивается, потому что дальнейшая судьба светила зависит от его массы. Из небольших звезд получаются белые карлики, объекты с плотностью в сотни тонн на кубический сантиметр. В космосе их обнаружено довольно много, и наше Солнце со временем пополнит их ряды. Из более крупных светил образуются нейтронные звезды. Их размер куда меньше, чем у белых карликов, зато плотность составляет сотни миллионов тонн на кубический сантиметр.
И, наконец, если масса звезды достаточно велика, то образующаяся нейтронная звезда под воздействием гравитации сжимается все сильнее и сильнее, пока не станет черной дырой.
Тут сравнение с человеческой жизнью заканчивается, потому что дальнейшая судьба светила зависит от его массы. Из небольших звезд получаются белые карлики, объекты с плотностью в сотни тонн на кубический сантиметр. В космосе их обнаружено довольно много, и наше Солнце со временем пополнит их ряды. Из более крупных светил образуются нейтронные звезды. Их размер куда меньше, чем у белых карликов, зато плотность составляет сотни миллионов тонн на кубический сантиметр.
И, наконец, если масса звезды достаточно велика, то образующаяся нейтронная звезда под воздействием гравитации сжимается все сильнее и сильнее, пока не станет черной дырой.
Выхода нет
Одним из важнейших достижений Эйнштейна было открытие природы гравитации. Ученый показал, что она, по сути, является искривлением пространства. Под воздействием массивных объектов оно «проминается», как натянутая эластичная ткань, на которую положили тяжелый предмет. Продолжая это сравнение, можно сказать, что точно так же в виде тяжелого шара можно представить и Солнце, а Земля, будучи значительно более мелким шариком, не притягивается к нему, а всего лишь вращается в получившейся воронке (с той только разницей, что настоящий шарик со временем скатился бы вниз).
Так же можно представить и рождение черной дыры — шар на натянутой эластичной ткани становится все более маленьким и плотным, и ткань все сильнее прогибается под его весом, пока наконец он не становится настолько маленьким, что она просто смыкается над ним и он пропадает из поля зрения. Примерно так происходит и в реальности: пространство-время вокруг звезды свертывается, и она пропадает из Вселенной, оставляя в ней лишь сильно искривленную область пространства-времени. В самой же черной дыре искривление пространства-времени становится бесконечным — такое состояние физики называют сингулярностью, и в нем нет ни пространства, ни времени в нашем понимании.
Из-за происходящего искривления лучи света, идущие от звезды, меняют свои траектории. Если представить себе эти лучи как конусы, вершина которых — у звезды, а «подошва» — это круг расходящегося света, то можно сказать, что в процессе коллапса эти конусы постепенно все больше наклоняются внутрь, к звезде. Наблюдателю, смотрящему на этот процесс, будет казаться, что свечение становится все более тусклым и красным (это потому что красный свет имеет наибольшую длину волны). В конце концов искривление (то есть гравитационное поле) станет настолько сильным, что ни один луч света не сможет выйти наружу. Согласно теории относительности, ничто не может двигаться быстрее света, и это означает, что, начиная с этого момента, ничто не может выбраться за пределы этого гравитационного поля. Эту область пространства, из которой нет выхода, и называют черной дырой. Ее граница определяется по траектории тех световых лучей, которые первыми потеряли возможность выйти наружу. Она называется горизонтом событий черной дыры — так же как, глядя из окна, мы не видим, что находится за горизонтом, так и условный наблюдатель не может понять, что происходит внутри границ невидимой мертвой звезды.
Так же можно представить и рождение черной дыры — шар на натянутой эластичной ткани становится все более маленьким и плотным, и ткань все сильнее прогибается под его весом, пока наконец он не становится настолько маленьким, что она просто смыкается над ним и он пропадает из поля зрения. Примерно так происходит и в реальности: пространство-время вокруг звезды свертывается, и она пропадает из Вселенной, оставляя в ней лишь сильно искривленную область пространства-времени. В самой же черной дыре искривление пространства-времени становится бесконечным — такое состояние физики называют сингулярностью, и в нем нет ни пространства, ни времени в нашем понимании.
Из-за происходящего искривления лучи света, идущие от звезды, меняют свои траектории. Если представить себе эти лучи как конусы, вершина которых — у звезды, а «подошва» — это круг расходящегося света, то можно сказать, что в процессе коллапса эти конусы постепенно все больше наклоняются внутрь, к звезде. Наблюдателю, смотрящему на этот процесс, будет казаться, что свечение становится все более тусклым и красным (это потому что красный свет имеет наибольшую длину волны). В конце концов искривление (то есть гравитационное поле) станет настолько сильным, что ни один луч света не сможет выйти наружу. Согласно теории относительности, ничто не может двигаться быстрее света, и это означает, что, начиная с этого момента, ничто не может выбраться за пределы этого гравитационного поля. Эту область пространства, из которой нет выхода, и называют черной дырой. Ее граница определяется по траектории тех световых лучей, которые первыми потеряли возможность выйти наружу. Она называется горизонтом событий черной дыры — так же как, глядя из окна, мы не видим, что находится за горизонтом, так и условный наблюдатель не может понять, что происходит внутри границ невидимой мертвой звезды.
На самом деле все не так
Убеждение, что ничто не может покинуть черную дыру, было незыблемым до 70-х годов XX века. А в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что черные дыры в результате квантовых процессов все же излучают разнообразные элементарные частицы, преимущественно фотоны. В 2010-х годах разные группы ученых в лабораторных условиях подтвердили его предположение. При этом в природе такого излучения пока не было обнаружено, как, впрочем, и самих черных дыр — Нобелевская премия за их открытие еще ждет своего счастливчика.
"в стабильном состоянии она может существовать более миллиона лет". Технически тут ошибки нет, ибо несколько миллиардов - это более миллиона.
"Но рано или поздно запасы реагирующего водорода у звезды иссякают, и она начинает остывать и сжиматься". Если б на этом все останавливалось, откуда бы взялись элементы тяжелее гелия? Если масса звезды позволяет, после выработки водорода гелий синтезируется в углерод, углерод в кислород, кислород в кремний, кремний в железо. Дальнейший синтез происходит уже не с выделением энергии, а с поглощением, поэтому элементы тяжелее железа синтезируются при взрывах звезд. Кстати говоря, взрыв - это тоже не конец, звезда может сбросить корону и продолжить жизнь, а из короны сформируется протопланетный диск.
ЧД - это всего лишь гипотеза. Но сейчас преподносится это как 100% реальный объект. Сейчас в основном финансируют только релятивистов. Хотя слишком много несостыковок в ТО. С точки зрения "теории заговора" это специально делается, чтобы наука не выходила из тупика, куда ее загнала ТО.
Чёрные дыры являются источником материи для галактики. Они выбрасывают вещество со своих полюсов. В центре каждой галактики обязательно находится чёрная дыра.
О, школота отметилась минусом.
Человеческое понимание науки заканчиваются в тот момент когда чайная ложка вещества может весить сотни тонн, более нет смысла обсуждать то чего люди никогда не поймут.
да гон это все, у меня сосед Дядя Витя, 3 раза бывал в черной дыре и каждый раз возвращался, не слушайте вы этих грантоедов
Вы это, заканчивайте с дядей Витей эти игры. Спид не спит!
Брехня. Все знают, что звезды создали протокры - по последним данным укрских ученых.
Туда пытались перепрятать сало, неужели не понятно?
По одной и теорий, в течении триллиардов триллиардов лет, звёзды будут краснеть, гаснуть и взрываться, образуя либо чёрные дыры, либо нейтронные, либо газ.. и в конечном итоге, останутся только чёрные дыры, которые поглотят весь межзвёздный газ, планеты и вообще всю материю во вселенной, а потом под действием общей гравитации сольются в одну сверх-сверх массивную единую чёрную дыру, которая в свою очередь не выдержав такой массы, как и её прародитель давнешяя звезда - коллапсирует внутрь самой себя, образовав - сингулярность из которой через единицу планковского времени - образуется взрыв, который породит новую вселенную.
Вы так уверенно пишите, словно пару раз уже присутствовали при этом событии.
"Вы так уверенно пишите" - это призыв к действию.
Просто эта теория мне импонирует более чем другие. Нет начала и конца, есть только циклы, всё повторяется. Потому что сложно представить себе что было до большого взрыва, сложно понять что будет если вселенная бесконечно будет расширяться пока её не порвёт на свободные кварки, а их на что-нибудь ещё , сложно объяснить "большое сжатие". А так, всё в принципе укладывается в понятие пульсирующей вселенной, которая всегда была, и будет бесконечно. Ну ладно, есть ещё теория фазового перехода, но она вообще сумасшедшая.. там говорится о том, что в один момент, со скоростью света всё начнёт меняться, минус станет плюсом, напряжение - массой, время пойдёт вспять, чёрные дыры станут квазарами, квазары станут газовыми гигантами, а планеты образуют тёмную материю (ну это я такие примеры придумал.. ясно что всё станет другим и с другими свойствами). Все законы будут изменены и станут другими.. и мы это не увидим, потому что переход будет мгновенным, и засечь его заранее не получится, ибо он будет равен скорости света.. Возможно он уже идёт.
Не, ну нагуглить кто он я и сам сдюжу. Вы к труду адресуйте, где эта теория описана. Признаюсь, мне тяжело читать публицистов в большом количестве. Когда-то нравилось и в школе еще очень любил книгу нашего публициста Шкловского "Вселенная, жизнь, разум". Но сейчас тяжеловато читать подобные книги из-за их избыточной эмоциональности и личного присутствия автора. Научные труды читаются легче.
Чёрт с ним с этим публицистом в таком случае, я ж тоже не вспомню точно в какой из книг и на какой странице он это описал, или вообще может это была видео лекция.
Если по существу, то рождение новой вселенной из оставшейся последней чёрной дыры, называется "Большое сжатие"
https://ru.wikipedia.org/wiki/Большое_сжатиеhttps://ru.wikipedia.org/wiki/Большое_сжатие
иными словами - никто ничего не знает :)
Но умный вид делать не забывают.
Джони уже и секретным физиком/астрономом стал... Обычной херни не хватило на посты, что ли...
Последний пункт некорректен. И сейчас теория говорит о том, что из чёрной дыры ничего не вырвется. А вот квантовая теория говорит, что в вакууме возможно появление пар виртуальных частит, которые тут же анигилируют. Если эти пары возникнут на горизонте событий, то одна частица может туда провалиться, а вторая "покинет" дыру. Таким образом она теряет массу. Ичем дыра больше, тем медленнее это происходит.
"самих черных дыр Нобелевская премия за их открытие еще ждет своего счастливчика. " - давно уже нашли - просто сделать фотку ее не возможно. Поэтому в конце поста уже посшла отсебятина, да и до этого так себе было
Вот вот. Давно и дохрена их наоткрывали. И по эффектам линзирования, и по траекториям соседних звезд и по джетам... Я уж молчу что практически все галактики содержат в центре свархмассивную черную дыру
А разве Бузова не доказывает существование грязной....ой, простите, черной дыры?!
граница невозврата,так сказать)
Граница, за пределами которой гравитация афроотверстия не позволяет свету её (границу) пересечь
Текст прекрасен. Физика же - ни о чем. Пока как была теория философией с 18 века, так и осталась, не более того.
пару сотен лет для изучения Вселенной это капля в море. Но, если учесть сколько было всего открыто и исследовано за последние десятилетия, то не всё так уж плохо:)
Это очень странное мнение. Когда-то Энштейн сформулировал гипотезу, согласно которой при воздействии электромагнитного поля атом может перейти с более высокого энергетического уровня на более низкий с испусканием фотона. Эта теория получила подтверждение на практике и, так называемое, "вынужденное испускание", которое предсказывалось этой теорией - это принцип работы современного лазера, мазера и квантового усилителя. Лазеры сейчас используются повсеместно, от бытовой техники до медицинского оборудования по коррекции зрения.
Как, объясните мне, теоретическая физика по вашему осталась умозрительной с 18-го века, если на основе предсказаний сделанных ей с помощью специально разрабатываемых математических аппаратов работают все передовые технологии нашего времени?
Это единичный пример. Есть технологии основанные на туннельном эффекте (электронный микроскоп, например). Сам же туннельный эффект сначала был теорией чисто квантовой природы, не просто невозможный в классической механике, а противоречащий ей.
Ну уж про атомную бомбу и говорить не стоит.
В конце-концов очень странно читать о том что теоретическая физика - это ни о чем, учитывая что возможность писать в интернете на фишечках с помощью своих гаджетов основана на практическом применении явлений, предсказанных теоретической физикой.
На вашем месте я бы забил в поисковик запрос, типа: "Практическое применение достижений теоретической физики" и ознакомился бы с результатами.
Не кипятитесь, всегда найдутся люди, которые считают что "фигня ента усё, ты лучше скажи как варенье в карамельку запихвают..."
Вы вообще понимаете, что написали и что доказываете? У Вас все плохо с пониманием и логикой. Где Вы увидели, что я выступаю против физики? Я говорю, что в представленном автором тексте - хороший текст, а физики мало, как мало ее пока и во всей концепции "черной дыры". Там больше общие умозрительные заключения, больше философии, чем реальной физики.
Теоретическая физика - чудесная штука! Только сдается мне, что она очень недалеко ушла от плоской Земли, слонов и черепахи, "иначе вся вода скатилась бы вниз".
Гравитация и искривления пространства - это все очень здорово. Вот только почему-то никто не может объяснить, почему монетка падает вниз, и что конкретно заставляет ее начать двигаться, да еще и с ускорением. Это пространство так локально искривляется в момент ее отпускания или как?
Хорошо (можно сказать, случайно) в свое время наткнулись на поля, а то бы так до сих пор при лучине и сидели. Мы обладаем весьма ограниченным набором чувств, поэтому даже не подозреваем о многих других природных явлениях, следовательно мы не можем их измерять и учитывать в теориях мироустройства. Думаю, с их открытием все наши представления об окружающем мире еще неоднократно кардинально изменятся.
А сейчас вот так с помощью г.вна и палок мы моделируем Вселенную
"- вот ты черную дыру видишь?
- нет.
- вот и я нет. А она есть..."
Не так. Планета искривляет пространство. Поднимая монетку, ты двигаешь её вверх по конусу. Увиличиваешь её энергию. Потеряв опору, монетка скатывается вниз, падает. Её энергия уменьшается.
Теоретиги! Все давно знают, что Земля - плозкая!
Энергия постоянна. Просто потенциальная переходит в кинетическую, а когда монетка упадет - кинетическая уходит на нагрев, деформацию и прочая.
можно вырваться ли из того, чего наукой официально еще не доказано?
Все черные дыры вращаются.Поэтому их сингулярность имеет форму кольца. Да и горизонтов событий у них несколько.
вращается так или иначе все в этом мире. на месте не стоит. не велико откртие, но ЧД официально не доказаны.
Т-Теория.
Это все интересно
Но природу гравитации пока не познали
Почему Земля вращается вокруг Солнца?
Солнце ведь само летит в млечном пути вокруг его центра.
не сказал бы, вращение планет вокруг звёзд очень отличается в разных системах
Неверно, что все планеты вращаются одинаково. Венера, например, вращается в другую сторону, в отличие от других планет, а у Урана ось вращения лежит как бы "на боку", а не под углом, как у других.
но вращаются же, не висят на месте
Вращаются, но не по тем же формулам, что и Луна вокруг Земли.
Кто то может объяснить почему утверждается, что Земля крутится вокруг Солнца из-за притяжения Солнца, но почему то Луна вращаясь вокруг Земли не притягивается и не крутится вокруг Солнца?
Ведь притяжение Солнца куда больше Земли.
Получается притяжения Солнца хватает для Земли и даже Юпитера, а вот Луну оно почему то не может притянуть?