Безграничната вселена е пълна с тайни, загадки и парадокси. Въпреки факта, че съвременната наука е направила огромен скок напред в изследването на космоса, много в този огромен свят остава неразбираем за човешкото възприемане на света. Знаем много за звезди, мъглявини, клъстери и планети. Обаче в необятността на Вселената има такива обекти, за съществуването на които можем само да предположим. Например, ние знаем много малко за черните дупки. Основната информация и знания за природата на черните дупки са изградени върху предположения и предположения. Астрофизиците, ядрените учени се борят с този проблем повече от десетина години. Какво е черна дупка в пространството? Каква е природата на тези обекти?
Говорейки за черни дупки на прост език
За да си представим как изглежда черна дупка, достатъчно е да видим как опашката на влака отива в тунела. Сигналните лампи на последната кола, докато влакът се движи по-дълбоко в тунела, ще намаляват по размер, докато напълно изчезнат от погледа. С други думи, това са обекти, където поради чудовищното привличане изчезва дори и светлината. Елементарните частици, електроните, протоните и фотоните не могат да преодолеят невидимата бариера, те попадат в черната бездна на несъществуването, затова такава дупка в пространството се нарича черна. Вътре в него няма и най-малка светлинна зона, солидна тъмнина и безкрайност. Това, което е от другата страна на черната дупка, е неизвестно.
Тази космическа прахосмукачка има огромна гравитация и е способна да абсорбира цяла галактика с всички клъстери и суперкластери от звезди, с мъглявини и с тъмна материя за зареждане. Как е възможно това? Остава само да се отгатне. Известните ни физични закони в този случай се разпадат по шевовете и не дават обяснение за протичащите процеси. Същността на парадокса е, че в тази част на Вселената гравитационното взаимодействие на тела се определя от тяхната маса. Процесът на усвояване от един обект на друг не се влияе от техния качествен и количествен състав. Частиците, достигнали критична стойност в определена област, навлизат в друго ниво на взаимодействие, където гравитационните сили стават сили на привличане. Тялото, предметът, субстанцията или материята под влиянието на гравитацията започва да се свива, достигайки огромна плътност.
Приблизително такива процеси се случват по време на образуването на неутронна звезда, където звездната материя под въздействието на вътрешната гравитация се компресира в обем. Свободните електрони се комбинират с протони, за да образуват електрически неутрални частици - неутрони. Гъстотата на това вещество е огромна. Частица материя с размер на парче рафинирана захар има тегло милиарди тона. Тук е подходящо да припомним общата теория на относителността, където пространството и времето са непрекъснати величини. Следователно процесът на компресия не може да бъде спрян по средата и следователно няма ограничение.
Потенциално черна дупка прилича на дупка, в която може да има преход от един сегмент на пространство към друг. В същото време се променят свойствата на пространството и времето, като се извиват в пространствено-времева фуния. Достигайки дъното на тази фуния, всеки въпрос попада в кванти. Какво е от другата страна на черната дупка, тази гигантска дупка? Може би съществува друго друго пространство, където се прилагат други закони и времето протича в обратна посока.
В контекста на теорията на относителността теорията за черната дупка е следната. Точката на пространството, където гравитационните сили са притиснали всяка материя до микроскопичния размер, има огромна сила на привличане, величината на която се увеличава до безкрайност. Появява се сгъвка на времето и пространството се огъва, затваряйки се в една точка. Обектите, погълнати от черна дупка, не могат да устоят на силата на тази чудовищна прахосмукачка. Дори скоростта на светлината, която квантите притежават, не позволява на елементарните частици да преодолеят силата на привличането. Всяко тяло, което е стигнало до такава точка, престава да бъде материален обект, сливайки се с пространствено-времевия балон.
Черни дупки в науката
Ако питате, как се образуват черните дупки? Определен отговор няма да бъде. Във вселената има много парадокси и противоречия, които не могат да бъдат обяснени от гледна точка на науката. Теорията на относителността на Айнщайн позволява теоретично да се обясни естеството на тези обекти, но в този случай квантовата механика и физиката мълчат.
Опитвайки се да обясним процесите, протичащи по законите на физиката, картината ще изглежда така. Обектът се формира в резултат на колосалното гравитационно свиване на масивно или свръхмасивно космическо тяло. Този процес има научно име - гравитационен колапс. Терминът "черна дупка" за пръв път се появява в научната общност през 1968 г., когато американският астроном и физик Джон Уилър се опитва да обясни състоянието на звездния колапс. Според неговата теория, вместо масивна звезда, подложена на гравитационен колапс, възниква пространствена и времева недостатъчност, в която действа непрекъснато нарастваща компресия. Всичко, от което е направена звездата, влиза вътре в себе си.
Това обяснение ни позволява да заключим, че природата на черните дупки по никакъв начин не е свързана с процесите, протичащи във Вселената. Всичко, което се случва вътре в този обект, не се отразява по никакъв начин на околното пространство с едно „НО”. Гравитационната сила на черната дупка е толкова силна, че огъва пространството, принуждавайки галактиките да се въртят около черни дупки. Съответно става ясно, защо галактиките са под формата на спирали. Колко време ще отнеме огромната галактика Млечен път да изчезне в бездната на супермасивна черна дупка. Любопитен факт е, че черните дупки могат да се появят във всяка точка на космическото пространство, където са създадени идеални условия за това. Такова сгъване на време и пространство елиминира огромните скорости, с които звездите се въртят и се движат в пространството на галактиката. Времето в черна дупка тече в друго измерение. Вътре в тази област никакви закони на гравитацията не се интерпретират от гледна точка на физиката. Това състояние се нарича сингулярност на черната дупка.
Черните дупки не показват никакви външни идентификационни знаци, тяхното съществуване може да се съди по поведението на други космически обекти, засегнати от гравитационните полета. Цялата картина на борбата за живот и смърт се осъществява на границата на черна дупка, покрита с мембрана. Тази въображаема повърхност на фунията се нарича "хоризонт на събитията". Всичко, което виждаме до тази граница, е материално и материално.
Сценарии за черна дупка
Развивайки теорията на Джон Уилър, можем да заключим, че тайната на черните дупки е по-скоро не в процеса на нейното формиране. Образуването на черна дупка е резултат от срутването на неутронна звезда. Освен това, масата на такъв обект трябва да надвишава масата на Слънцето три или повече пъти. Неутронната звезда се свива, докато нейната собствена светлина вече не може да се освободи от тясната прегръдка на гравитацията. Има граница на границата в размер, към която звездата може да се свие, раждайки черна дупка. Този радиус се нарича гравитационен радиус. Масивните звезди на последния етап от тяхното развитие трябва да имат гравитационен радиус от няколко километра.
Днес учените са получили косвени доказателства за наличието на черни дупки в дузина рентгенови двоични звезди. Рентгеновите звезди, пулсарът или разпръсквачът нямат твърда повърхност. Освен това, тяхната маса е по-голяма от масата на трите слънца. Сегашното състояние на космическото пространство в съзвездието Cygnus - рентгеновата звезда Cygnus X-1, дава възможност да се проследи образуването на тези любопитни обекти.
Въз основа на изследвания и теоретични предположения, днес в науката има четири сценария за формиране на черни звезди:
- гравитационен колапс на масивна звезда на последния етап от нейната еволюция;
- срутването на централния район на галактиката;
- формирането на черни дупки в процеса на Големия взрив;
- образуването на квантови черни дупки.
Първият сценарий е най-реалистичен, но броят на черните звезди, с които сме запознати днес, надвишава броя на известните неутронни звезди. И възрастта на Вселената не е толкова голяма, че толкова много масивни звезди могат да преминат през целия процес на еволюция.
Вторият сценарий има право на живот и има ярък пример - супермасивната черна дупка Стрелец А *, сгушена в центъра на нашата галактика. Масата на този обект е 3,7 маса на слънцето. Механизмът на този сценарий е подобен на сценария на гравитационен колапс с единствената разлика, че междузвезден газ, а не звезда, е подложен на колапс. Под влияние на гравитационните сили газът се компресира до критична маса и плътност. В критичния момент материята се разпада на кванти, образувайки черна дупка. Въпреки това, тази теория е съмнителна, тъй като наскоро астрономи от Колумбийския университет са идентифицирали спътниците на спътниците A * на черната дупка. Те се оказаха много малки черни дупки, които вероятно бяха образувани по друг начин.
Третият сценарий е по-теоретичен и е свързан със съществуването на теорията за Големия взрив. По време на образуването на Вселената част от материята и гравитационните полета претърпяват флуктуация. С други думи, процесите вървяха по друг начин, не свързан с известните процеси на квантовата механика и ядрената физика.
Последният сценарий е фокусиран върху физиката на ядрената експлозия. При съсирването на материята в процеса на ядрените реакции под въздействието на гравитационните сили възниква експлозия, на мястото на която се образува черна дупка. Материята експлодира навътре, поглъщайки всички частици.
Съществуването и еволюцията на черните дупки
Като имаме приблизителна представа за естеството на такива странни космически обекти, нещо друго е интересно. Какви са истинските измерения на черните дупки, колко бързо нарастват? Размерите на черните дупки се определят от техния гравитационен радиус. За черните дупки радиусът на черната дупка се определя от неговата маса и се нарича радиус на Шварцшилд. Например, ако един обект има маса, равна на масата на нашата планета, тогава радиусът на Шварцшилд в този случай е 9 mm. Основният ни корпус е с радиус 3 км. Средната плътност на черна дупка, образувана на мястото на звезда с маса 10 the от масата на Слънцето, ще бъде близо до плътността на водата. Радиусът на такова образование ще бъде 300 милиона километра.
Вероятно такива гигантски черни дупки се намират в центъра на галактиките. Към днешна дата са известни 50 галактики, в центъра на които са огромни временни и пространствени кладенци. Масата на такива гиганти е милиарди масата на Слънцето. Човек може само да си представи каква колосална и чудовищна сила на привличане има такава дупка.
Що се отнася до малките дупки, това са мини-обекти, чийто радиус достига незначителни стойности, само 10 ¹ ² см. Масата на такава троха е 10 гр. Такива формации са възникнали по време на Големия взрив, но с времето те се увеличават и днес се издигат в космоса като чудовища. Условията, при които се образуваха малки черни дупки, учените днес се опитват да пресъздадат в земни условия. За тези цели се провеждат експерименти с електронни коллайдери, чрез които елементарните частици се ускоряват до скоростта на светлината. Първите експерименти позволиха в лабораторни условия да се получи кварк-глюонна плазма - материя, която съществуваше в зората на образуването на Вселената. Такива експерименти показват, че черна дупка на Земята е въпрос на време. Друго нещо е дали такова постижение на човешката наука ще се превърне в катастрофа за нас и за нашата планета. Създавайки изкуствено черна дупка, можем да отворим кутията на Пандора.
Последните наблюдения на други галактики позволиха на учените да открият черни дупки, чийто размер надхвърля всички възможни очаквания и предположения. Еволюцията, която се случва с такива обекти, ни позволява да разберем по-добре как нараства масата на черните дупки, каква е нейната реална граница. Учените са стигнали до заключението, че всички известни черни дупки са се увеличили до техния реален размер в рамките на 13-14 милиарда години. Разликата в размерите се дължи на плътността на околното пространство. Ако черната дупка има достатъчно храна в границите на гравитацията, тя расте като дрожди, достигайки маса от стотици и хиляди слънчеви маси. Оттук и гигантските размери на такива обекти, разположени в центъра на галактиките. Масивна група от звезди, огромни маси от междузвезден газ са изобилие от храна за растеж. Когато галактиките се сливат, черните дупки могат да се сливат заедно, образувайки нов супермасивен обект.
Съдейки по анализа на еволюционните процеси, обичайно е да се разграничават два класа черни дупки:
- обекти с маса 10 пъти по-голяма от слънчевата маса;
- масивни обекти, масата на които е стотици хиляди, милиарди слънчеви маси.
Има черни дупки със средна средна маса от 100-10 хиляди пъти по-голяма от масата на Слънцето, но тяхната природа все още е неизвестна. За галактиката има приблизително един такъв обект. Изследването на рентгенови звезди направи възможно да се намерят две средни черни дупки едновременно на разстояние от 12 милиона светлинни години в галактиката M82. Масата на един обект варира в диапазона от 200-800 слънчеви маси. Друг обект е много по-голям и има маса от 10-40 хиляди слънчеви маси. Съдбата на такива обекти е интересна. Те са разположени близо до звездни купове, постепенно се привличат към супермасивна черна дупка, разположена в централната част на галактиката.
Нашата планета и черни дупки
Въпреки търсенето на представа за природата на черните дупки, научният свят се тревожи за мястото и ролята на черната дупка в съдбата на галактиката Млечен път и по-специално в съдбата на планетата Земя. Времето и пространството, които съществуват в центъра на Млечния път, постепенно поглъщат всички съществуващи обекти. Милиони звезди и трилиони тонове междузвезден газ вече бяха погълнати в черната дупка. С течение на времето линията ще достигне до ръцете на Cygnus и Стрелец, в които се намира Слънчевата система, като е пътувала на разстояние от 27 хиляди светлинни години.
Друга намираща се наблизо супермасивна черна дупка се намира в централната част на галактиката Андромеда. Тя е на около 2,5 милиона светлинни години от нас. Вероятно, докато нашият предмет Стрелец А * погълне собствената си галактика, трябва да очакваме сливането на две съседни галактики. Съответно ще се случи сливането на две супермасивни черни дупки в едно цяло, ужасно и чудовищно по размер.
Едно съвсем друго нещо - малки черни дупки. За да абсорбира планетата Земя е доста черна дупка с радиус от няколко сантиметра. Проблемът е, че по природа черната дупка е напълно безличен обект. Не излъчва радиация или радиация от нейната утроба, затова е доста трудно да се забележи такъв тайнствен обект. Само на близко разстояние можем да открием кривина на фоновата светлина, която показва, че има пространство в пространството в тази област на Вселената.
Досега учените са открили, че черната дупка, най-близо до Земята, е обектът V616 Monocerotis. Чудовището се намира на 3000 светлинни години от нашата система. По размер, това е голяма формация, масата му е 9-13 слънчеви маси. Друг близък обект, който заплашва нашия свят, е черната дупка Gygnus X-1. С това чудовище ние сме разделени от разстояние от 6000 светлинни години. Черните дупки, открити в нашия квартал, са част от двоичната система, т.е. съществуват в непосредствена близост до звездата, която захранва ненаситния обект.
заключение
Съществуването в пространството на такива мистериозни и загадъчни обекти като черни дупки, разбира се, ни принуждава да бъдем на стража. Но всичко, което се случва с черни дупки, се случва съвсем рядко, ако вземем предвид възрастта на Вселената и огромните разстояния. За 4,5 милиарда години Слънчевата система е в състояние на покой, съществуващо според познатите ни закони. През това време не се е появил нищо подобно, нито пространството е изкривено, нито гънките на времето близо до слънчевата система. Вероятно няма подходящи условия за това. Частта от Млечния път, в която се намира звездната система на Слънцето, е спокойна и стабилна част от пространството.
Учените предполагат, че появата на черни дупки не е случайна. Такива обекти изпълняват във Вселената ролята на санитарите, които унищожават излишъка от космически тела. Що се отнася до съдбата на самите чудовища, тяхната еволюция все още не е напълно разбрана. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
