Черна дупка: какво има вътре? Интересни факти и изследвания

Черните дупки са сред най-невероятните и в същото време плашещи обекти на нашата Вселена. Те възникват в момента, когато звездите, които имат огромна маса, завършват ядрено гориво. ядрен реакциите спират и светилата започват да се охлаждат. Тялото на звездата се свива под действието на гравитацията и постепенно започва да привлича по-малки обекти, превръщайки се в черна дупка.

Първи изследвания

Проучването на черните дупки на звездата на науката започна не толкова отдавна, въпреки че основните понятия за тяхното съществуване са разработени през миналия век. Концепцията за „черна дупка” е въведена през 1967 г. от J. Wheeler, въпреки че заключението, че тези обекти неизбежно възникват по време на колапса на масивни звезди, е направено през 30-те години. Всичко в черната дупка - астероиди, светлината, погълната от кометата - веднъж се приближи твърде близо до границите на този мистериозен обект и не успя да ги напусне.

Граници с черна дупка

Първата от границите на черната дупка се нарича статичен лимит. Това е границата на зоната, попадаща в която чуждо тяло вече не може да бъде в покой и започва да се върти по отношение на черната дупка, за да не попадне в нея. Втората граница се нарича хоризонт на събитията. Всичко в черната дупка минаваше външната й граница и се движеше към точката на сингулярност. Според учените, тук веществото се влива в тази централна точка, чиято плътност се стреми към стойността на безкрайността. Хората не могат да знаят кои закони на физиката работят вътре в обекти с такава плътност и затова е невъзможно да се опишат характеристиките на това място. В буквалния смисъл на думата, това е „черна дупка“ (или, може би, „пролука“) в познанието на човечеството за света около него.

Структурата на черните дупки

Хоризонтът на събитията е непроницаема граница на черна дупка. Вътре в тази граница има зона, която дори обекти, чиято скорост на движение е равна, не могат скоростта на светлината. Дори и квантите на самата светлина не могат да напуснат хоризонта на събитията. В този момент нито един обект не може да избяга от черна дупка. Фактът, че в една черна дупка не можем да разберем по дефиниция - всъщност в неговите дълбочини е така наречената точка на сингулярност, която се формира поради екстремната компресия на материята. Когато даден обект попада в хоризонта на събитието, от този момент нататък той никога повече не може да излезе от него и да стане видим за наблюдателите. От друга страна, тези, които са в черни дупки, не могат да видят нищо, което се случва навън.

Размерът на хоризонта на събитието около този тайнствен космически обект винаги е пропорционален на масата на самата дупка. Ако масата му се удвои, тогава външната граница ще стане два пъти по-голяма. Ако учените успеят да намерят начин да превърнат Земята в черна дупка, размерът на хоризонта на събитията ще бъде само 2 см в напречно сечение.

Основни категории

По правило масата на средните черни дупки е приблизително равна на три или повече слънчеви маси. От двата вида черни дупки се различават както звездните, така и свръхмасивните. Масата им надвишава масата на Слънцето няколкостотин хиляди пъти. Звездата се образува след смъртта на големи небесни тела. Черните дупки на обикновената маса се появяват след завършването на жизнения цикъл на големите звезди. И двата вида черни дупки, въпреки техния различен произход, имат сходни свойства. Супермасивни черни дупки разположени в центровете на галактиките. Учените предполагат, че те са се образували по време на образуването на галактики поради сливането на тясно съседни звезди. Но това е само предположение, което не се потвърждава от фактите.

Какво има вътре в черната дупка: предположения

Някои от математиците вярват, че вътре в тези мистериозни обекти на Вселената са така наречените червеи - преходи към други вселени. С други думи, пространството-време тунел се намира в точка на сингулярност. Тази концепция е изпълнена източник на вдъхновение за много писатели и режисьори. Обаче по-голямата част от астрономите смятат, че няма никакви тунели между вселените. Но дори и да са наистина, човек няма начин да разбере какво е вътре в черната дупка.

Има и друга концепция, според която в противоположния край на такъв тунел има бяла дупка, от която от нашата Вселена към друг свят преминава огромно количество енергия чрез черни дупки. На този етап от развитието на науката и технологиите обаче този вид пътуване е изключен.

Връзка с теорията на относителността

Черните дупки са едно от най-удивителните прогнози на А. Айнщайн. Известно е, че силата на сила, която се създава на повърхността на всяка планета, е обратно пропорционална на квадрата на неговия радиус и е пряко пропорционална на неговата маса. За това небесно тяло можете да дефинирате концепцията за втора космическа скорост, която е необходима за преодоляване на тази агресивна сила. За Земята тя е равна на 11 km / s. Ако масата на небесното тяло се увеличи, а диаметърът, напротив, намалява, то втората космическа скорост с времето може да надвиши скоростта на светлината. И тъй като според теорията на относителността нито един обект не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината, се образува обект, който не позволява на нищо да избяга отвъд неговите граници.

През 1963 г. учени откриват квазари - космически обекти, които са гигантски източници на радиоизлъчване. Те се намират много далеч от нашата галактика - разстоянието им е милиарди светлинни години от земята. За да обяснят изключително високата активност на квазарите, учените въведоха хипотезата, че черните дупки се намират вътре в тях. Тази гледна точка сега е общоприета в научните среди. Проучвания, проведени през последните 50 години, не само потвърдиха тази хипотеза, но и накараха учените да заключат, че в центъра на всяка галактика има черни дупки. В центъра на нашата галактика има и такъв обект, масата му е 4 милиона слънчеви маси. Тази черна дупка се нарича "Стрелец А", и тъй като е разположена най-близо до нас, тя е най-изучена от астрономи.

Радиация на Хокинг

Този вид радиация, открита от известния физик Стивън Хокинг, значително усложнява живота на съвременните учени - поради това откритие в теорията за черните дупки възникват много трудности. В класическата физика съществува концепцията за вакуум. Тази дума означава пълна празнота и липса на материя. С развитието на квантовата физика обаче концепцията за вакуума е променена. Учените са открили, че е изпълнен с така наречените виртуални частици - под влиянието на силно поле, те могат да се превърнат в истински. През 1974 г. Хокинг открил, че такива трансформации могат да се появят в силното гравитационно поле на черна дупка - близо до външната й граница, хоризонта на събитията. Такова раждане е двойка - появяват се частици и античастици. По правило античастицата е обречена да попадне в черна дупка, а частицата да отлети. В резултат на това учените наблюдават радиация около тези космически обекти. Тя се наричаше излъчване на Хокинг.

По време на тази радиация веществото в черната дупка бавно се изпарява. Дупката губи маса, а интензивността на облъчването е обратно пропорционална на квадрата на неговата маса. Интензитетът на лъчението на Хокинг е незначителен от космическите стандарти. Ако приемем, че има дупка с маса от 10 слънца, и нито светлината, нито каквито и да било материални предмети попадат върху нея, тогава дори и в този случай времето му на разпадане ще бъде чудовище дълго. Животът на такава дупка ще надхвърли целия живот на нашата Вселена с 65 порядъка.

Въпрос за запазване на информация

Един от основните проблеми, които се появяват след откриването на радиацията на Хокинг, е проблемът с загубата на информация. Това е свързано с въпроса, изглеждащ на пръв поглед, много прост: какво се случва, когато черната дупка се изпари напълно? И двете теории - както квантовата физика, така и класическата физика - се занимават с описанието на състоянието на системата. Наличието на информация за първоначалното състояние на системата е възможно да се опише с помощта на теорията как тя ще се промени.

В същото време, в процеса на еволюцията, не се губи информация за първоначалното състояние - един вид закон за запазване на информационните актове. Но ако черната дупка е напълно изпарена, тогава наблюдателят губи информация за онази част от физическия свят, която веднъж падна в дупката. Стивън Хокинг вярваше, че информацията за първоначалното състояние на системата е била възстановена по някакъв начин, след като черната дупка напълно се изпари. Но трудността е, че по дефиниция, от черна дупка, прехвърлянето на информация е невъзможно - нищо не може да напусне хоризонта на събитията.

Какво става, ако влезеш в черна дупка?

Смята се, че ако по някакъв невероятен начин човек може да удари повърхността на черна дупка, то веднага ще започне да го затяга по посока на себе си. В крайна сметка, човекът ще се разтегне толкова много, че ще се превърне в поток от субатомни частици, движещи се към точката на сингулярност. За да се докаже тази хипотеза, разбира се, е невъзможно, защото е малко вероятно учените някога да могат да разберат какво се случва в черните дупки. Сега някои физици казват, че ако човек падне в черна дупка, той ще има клонинг. Първата от неговите версии веднага ще бъде унищожена от поток от горещи частици от лъчението на Хокинг, а вторият ще премине през хоризонта на събитието без възможност да се върне обратно.