В нашей Галактике астрономы обнаружили чудовищную концентрацию звезд.
Цвет звезд, как и кожи человека определяется тем, какими они рождаются. Чем горячей звезда, тем она голубей. В цветах звезд представлено все цвета радуги. Но вот "смерть” звезд сводит всю палитру их окрасок лишь к двум - белому и черному. Эта попытка будет напоминать эпизод из сказки Льюиса Кэрола "Алиса в Зазеркалье” , в котором Король спрашивает Алису:
- Взгляни - ка на дорогу! Кого ты там видишь?
- Никого, - сказала Алиса.
- Мне бы такое зрение! - заметил Король с завистью. - Увидеть Никого! Да еще на таком расстоянии.
Увидеть непосредственно черные дыры в телескоп или запечатлеть их на фотографии невозможно по той причине, что из-за сильного тяготения ничто, даже свет, не может покинуть пределов влияния черных дыр. Правда, это справедливо только для черных дыр, которые не вращаются либо вращаются очень медленно.
Как же тогда можно доказать существование таких объектов во Вселенной? И как же представить то, что происходит в окрестностях или внутри черных дыр? Этому могут помочь теоретические представления, развиваемые учеными.
Кроме того, черные дыры не существуют изолированно от других тел - они взаимодействуют с пылью, газом межзвездного пространства, с другими звездами галактик, создают в окружающих окрестностях поле необычной структуры.
Немного истории
История черных дыр, которые американский физик К. Торн назвал "монстрами Вселенной”, весьма продолжительна, поскольку их предсказание было сделано французским математиком и астрономом П.С.Лапласом еще в 1795 году в книге "Изложение системы мира”.
В ней создатель первой научной космогонии планетной системы писал, что "светящаяся звезда с плотностью, равной плотности Земли и диаметров в 250 раз больше диаметра Солнца, не дает ни одному световому лучу достичь нас из -за своего тяготения; поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной оказываются по этой причине невидимыми”.
А существуют ли такие тела, на поверхности которых вторая космическая скорость равна скорости света? Если да, то поле тяготения такого объекта ничто не в состоянии покинуть, ведь для этого надо иметь скорость большую, чем скорость света. Значит, черная дыра не выпускает вовне даже свет, а это и означает, что такой объект никто не сможет увидеть со стороны! Получается, что в пространстве как бы образуется дыра, правда, в нее лучше не попадать!
Страшная ассоциация
Откуда взялся странный термин "черная дыра”? С его произношением у человека ассоциируется что -то чрезвычайно необычное и не очень -то приятное. Понятие "черной дыры” возникло еще раньше рассуждений Лапласа в 1757 году в Калькутте. Правитель Бенгалии Наваб Сирадж - Уддаулах при помощи силы хотел решить спор с Британской Ост _ Индской компанией. Небольшой гарнизон не смог противостоять 50-тысячной армии Наваба, который потерял тысячи жизней из - за отчаянного сопротивления защитников форта. Оставшихся в живых ждал кошмар: помещение 5 на 6 метров правитель Бенгалии приказал затолкать 146 узников. За 10 часов в ночь с 20 на 21 июня, самое жаркое в Индии время 123 пленника погибли. Эту камеру, имеющую два маленьких оконца, и назвали "черная дыра Калькутты”. Объекты Вселенной, представляющие, в частности, одну из конечных стадий жизни звезд, еще в 1968 году американский астрофизик Дж. Уилер и назвал "черной дырой”. Так чего же слишком много в небесной черной дыре?
Солнце станет белым
Что же заставляет в природе замыкаться звезду самое на себя, то есть становиться изолированным объектом? Причина "исчезновения” тела для внешнего мира заключается в проявлении сил тяготения. Этой силе, пока внутри звезды идут термоядерные реакции, противостоит давление газа и излучения. Но "горючего” в каждой звезде ограниченное количестве и наступает время, когда в ней уже не может происходить превращение водорода в гелий. И тогда уменьшающее давление газа, которое происходит из - за потерь энергии звездой (она ведь продолжает светится!) не в состоянии противостоять силе всемирного тяготения. Звезда сжимается! Причем размеры объекта, переходящего из одного состояния в другое, уменьшаются в сотни и тысячи раз. Все зависит от того, какова первоначальная масса звезды.
Если масса звезды, не превышает 1,4 массы Солнца, то сжатие может остановиться из - за того, что ему сопротивляется гелиевый газ. Плотность вещества увеличивается в миллионы раз! В одном кубическом сантиметре такой звезды находится сотни тонн вещества. И при таких плотностях вещество ведет себя уже по иному! Объекты такого рода были названы белыми карликами и открыт они уже давно: спутник ярчайшей звезды неба Сириуса был даже запечатлен невдалеке от него. Белые карлики могут светить, остывая, многие миллиарды лет, превращаясь уже в холодные тела, которые можно было бы назвать черными карликами.
Сигналы "зеленых” человечков
В начале 60-х годов открытием астрономов были взбудоражены почти все - были обнаружены сигналы из космоса, которые менялись со строгой периодичностью. Не иначе, как какая - то цивилизация дает знать о своем существование. Их так и назвали "зеленые” человечки! Но все оказалось значительно проще - необычными мачками в космосе оказались небольшие, в диаметре около 15 километров звезды, которые быстро вращались. И маяк был связан с таким объектом! Что же это за светило? Астрономы вспомнили, что в начале 1930-х годов наш соотечественник Л.Д.Ландау предсказал существование таких объектов - нейтронных звезд. Они - то и должны иметь малые размеры из - за того, что после исчерпания звездного "топлива” тоже стали сжиматься, но из - за своей массы это сжатие не остановилось, когда звезда "на мгновение” стала белым карликом.
Оно продолжалось до тех пор, пока вещество звезды стало настолько плотным, что почти равнялось плотности атомных ядер. По этой причине нейтронные звезды имеют столь малые массы. Кстати, из - за переменности радиомаяков на таких звездах их назвали пульсарами. Сейчас их обнаружено несколько сотен. Наше Солнце никогда не станет пульсаром из - за малости своей массы. Вот если бы оно было раза в два по - массивнее, тогда другое дело! Красоваться бы на нашем небе совсем маленькой звезде, но уж очень горячей.
Судьба очень тучных звезд
А если звезда еще более массивна, ну, например, более чем в 3 раза массивнее Солнца, что тогда? Как тучному человеку трудно держать себя на ногах, так и "тучная” звезда лишь до определенного времени может находиться в равновесии. Когда кончается внутренний термоядерный жар у таких звезд, то они как и белые карлики, или как нейтронные звезды начинаются сжиматься. Но в этом случае сжатие уже будет катастрофическим - звезда стремится занять как можно меньше места в пространстве!
И на какой - то стадии сжатия звезда как бы исчезает для внешнего наблюдателя. Так появляются черные дыры! Если бы можно было сжать Солнце до размеров в 6 км, то оно стало бы черной дырой.
Как увидеть невидимку?
Герой знаменитого романа Герберта Уэллса "Человек - невидимка”, чтобы жить среди людей, обматывал себя марлей. Правда, тогда вместо лица можно было увидеть что - то странное, но, по крайнее мере, осязаемое! Так и черные дыры - чтобы их "увидеть”, они тоже должны быть чем - то окутаны.
Одиночные черные дыры очень трудно обнаружить, хотя на них падают межзвездные частички пыли и атомы газа. Но энергии они выделяют немного, так что их призывы SOS слишком слабы. Правда, сверхмассивные черные дыры так и обнаруживают, но такие объекты не являются "родственниками” звезд. В ядрах галактик такие объекты могут содержать внутри себя столько вещества, из которого можно было бы "слепить” сотни миллионов и миллиарды обычных звезд.
А где на черную дыру, которая когда-то была звездой, может падать столько вещества, что оно будет способно "засветить” себя? Конечно, в том случае, если рядом есть другая звезда. Космический монстр буквально сдирает с обычной звезды часть ее вещества, которое со все увеличивающейся скоростью падает на черную дыру, разогреваясь при этом до температур в миллионы градусов! Вот этот - то газ и светится! Таким образом в нашей Галактике открыты несколько черных дыр. Сколько их может быть? Ответ на этот вопрос зависит от того, какова судьба звездных изгоев. Сейчас практически никто не знает, что будет в дальнейшем с черными дырами. Ведь в принципе все вещество во Вселенной должно превратиться в белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Но мы то с вами видим все небо в звездах. Значит, со звездными "трупами” что - то происходит такое, что позволяет им превратиться в обычное вещество, из которого возникают новые поколения звезд. Но что именно?
Была звезда и нет ее
Если взять с десяток звезд и следить за ними, то обязательно какая - то из них превратится в черную дыру. Почему же в результате поистине титанического труда на протяжении десятилетий в нашей Галактике открыто лишь несколько черных дыр? Может быть картина исчезновения звезды происходит незаметно для внешнего мира? В том то и дело, что перед тем, как перейти в мир иной звезда испытывает грандиозную катастрофу в своей жизни - она взрывается, сбрасывая иногда большую часть своего вещества. А вот из оставшегося вещества звезды как бы оставляет после себя надгробный памятник в виде черной дыры. Но мы знаем, что вспышки звезд редки. И если бы знать, какая именно из них на небе даст знать о своей кончине грандиозным фейерверком, то можно было бы пронаблюдать рождение пустого места и в пространстве и во времени. Почему дыра в пространстве - уже ясно, а вот почему и во времени?
Вспомним, что в движущихся системах время течет не так, как на Земле - оно замедляется. Чем ближе скорость сжатия звезды к скорости света, тем медленнее там течет время. Оно как бы замирает, если звезда пересекает гравитационный радиус. Время на черной дыре перестает течь - чем не дыра во времени! Получается, что мы и не должны заметить переход звезды в небытие?
Свет от звезды будет ослабевать из - за того, что вещество черной дыры как бы удаляется от нас со все большей скоростью. Именно это и приведет к тому, что сжимающаяся звезда исчезнет для мира сего задолго до того, как она станет настоящей черной дырой.
Если бы у нас была аппаратура, способная следить за миллионами звезд одновременно, то обнаружение звезд, которые распрощались со своими собратьями, прекратив посылать им свет, было бы сделано уже давно. Вполне возможно, что буквально на днях мы и узнаем об открытии такого явления. Американские ученые ввели в строй систему, при помощи которой они следят за состоянием звездного неба. Цель у этой системы весьма практическая - заблаговременное обнаружение объектов, которые могут столкнуться с Землей. Но она пригодна и для открытия черных дыр!
"Черные дыры не имеют волос”
Так охарактеризовал свойства черных дыр Дж. Уилер, имея в виду, что две черные дыры было бы весьма затруднительно отличить друг от друга. Из различных свойств звездных объектов останется только масса, электрический заряд и вращение. Представьте себе посиделки черных дыр: им было бы весьма скучно -все они были бы на одно "лицо”. Представьте себе, что два весьма отличающихся объекта, скажем, Квазимодо и Нарцисс падают на черную дыру. Через некоторое время отличить их друг от друга уже будет нельзя.
Черные дыры могут отличаться еще и тем, что одна дыра может вращаться быстрее другой, причем за 1 секунду они могут совершать сотни тысяч оборотов вокруг своей оси.
Кроме того, они могут быть еще и по разному заряженными. Последнее свойство определяет весьма экзотическое свойство черных дыр: они могут светиться! Но этот космический фонарик будет очень слабым.
Американские горки вблизи черных дыр
Любителям острых ощущений можно будет в отдаленном будущем испытать свои нервы, совершая путешествия в окрестностях черных дыр. Иногда в фантастических романах описывается жуткая ситуация захвата космического аппарата черной дырой: попав в поле тяготения монстра, космический корабль неудержимо падает в "преисподнюю”. Хаос и смятение царят тогда среди звездоплавателей - им неминуемо предстоит быть разорванными перепадами гравитации в чудовищном поле тяготения черной дыры. Но такое описание верно лишь отчасти! Звездолет, подошедший издалека к орбите, имеющей радиус, в два раза больше гравитационного, обернется вокруг черной дыры, а затем снова улетит в космос, конечно, если у экипажа нет жажды самим упасть в объятия черной дыры! Он будет захвачен в плен, если вплотную подойдет к орбите, имеющей размеры в два гравитационных радиуса.
Описанная картина возможна из - за того, что движение небесных тел вокруг черной дыры происходит удивительным образом. Из механики Ньютона известно, что любое тело может двигаться вокруг другого, более массивного по весьма ограниченному числу кривых - эллипс, парабола или гипербола. Если эллипс кривая замкнутая, то две другие - разомкнуты. Планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам - это известный первый закон Кеплера, установленный еще в 1609 году. Само собой никакое тело Солнечной системы не может покинуть пределов тяготения Солнца. И любое тело, пролетающее мимо Солнца, например, комета, не может быть захвачена им. Этому объекту нужно избавиться от излишней энергии, чтобы с гиперболической орбиты перейти на эллиптическую. А это означает, что для захвата необходимо присутствие третьего тела. А вокруг черной дыры движение по окружности в течение длительного времени не может быть осуществлено, так как всякое движение там неустойчиво. Небольшое возмущение может "сбить” тело с орбиты, поэтому оно либо упадет на черную дыру, либо покинет ее пределы.
Будущее сверхоружие?
Англичанин Р. Пенроуз предложил способ извлечения энергии из черных дыр. Правда, в таком случае черная дыра должна быть вращающейся, но что во Вселенной не вращается. Если космический аппарат попадет в сферу влияния черной дыры, так называемую эргосферу, в которой располагается вихревое гравитационное поле, то включив там двигатель, корабль вылетит из нее, обладая большей энергией, нежели обладал ранее. Корабль как будто захватит часть энергии "монстра”, уменьшив тем самым ее массу. На этом свойстве могут быть созданы уникальные объекты, которые были названы гравитационными бомбами. Для создания такого уникума надо окружить черную дыру искусственной сферой и направить туда излучение. Оно может быть усилено черной дырой и уйти прочь, но этому мешает зеркальная поверхность сферы. Луч света опять вернется к черной дыре, после взаимодействия с которой снова увеличит свою энергию и так до тех пор, пока количество энергии окажется настолько большим, что разорвет сферу. Чем не рецепт оружия для фантастического боевика о борьбе двух цивилизаций! Изготовить сейчас такую бомбу невозможно, так как мы еще не умеем создавать черные дыры и навряд ли сумеем это сделать в ближайшее время. Лететь же к ближайшей черной дыре мы сможем тоже нескоро.
Путешествие по времени?
С черными дырами связано путешествие во времени и в пространстве. Как считает И. Д. Новиков коллапсирующее вещество, не достигая нулевого объема, может начать расширяться, и объект может снова появиться в поле зрения внешнего наблюдателя, но уже в другой Вселенной. А И. С. Шкловский считал, что после перехода через гравитационный радиус наблюдатель за короткое время увидит все будущее Вселенной! "Выскочив” в "новую” Вселенную путешественник увидит всю прошлую историю новой Вселенной. Правда, последние исследования показывают, что если такие переходы и возможны, то лишь в редких случаях.
Каких только нет черных дыр!
Есть ли предел для массы черной дыры, то есть могут ли встречаться космические "монстры” с массами, например, в тысячи раз большими солнечной. Никаких ограничений для массы черных дыр нет, кроме как ограничений на минимальную массу. Астрономы считают, что они давным - давно "открыли” черные дыры: источниками активности некоторых галактик могут быть сверхмассивные черные дыры. Других объяснений, почему квазары излучают столь громадное количество энергии из небольшого объема, как выделение ее при падении окружающего вещества, даже может быть целых звезд, на сверхмассивную черную дыры практически нет. Даже в центре нашей собственной Галактике ученые подозревают наличие громадной черной дыры.
Сверхмассивные черные дыры обнаружены уже десятками и где их только нет. Вблизи центральной части шарового скопления М15 нашей галактики звезды движутся с необычайно большими скоростями. Это говорит о громадной массе того компактного объекта, вокруг которого звезды и вынуждены нестись с ужасающими воображение скоростями, чтобы не свалиться на черную дыру.
А активность многих галактик никак нельзя объяснить, не допустив в их центральных областях наличие очень массивных черных дыр. Массы некоторых из них измеряются миллиардами масс Солнца.
Нет ли поблизости черной дыры?
О черных дырах интересно знать, но находиться вблизи этих "монстров Вселенной”, как их назвал К. Торн, их известный исследователь, не всегда безопасно. А нет ли поблизости от Солнечной системы подобного объекта? В этом бы ничего не было необычного, поскольку черных дыр в нашей Галактике немало. Но никаких свидетельств их близкого присутствия нет. Ведь перед появлением черной дыры должно произойти явление сверхновой звезды. На памяти человечества такие вспышки звезд были замечены, но все эти катастрофы произошли очень далеко от Земли. Есть доказательства того, что 65 миллионов лет тому динозавры вымерли из - за того, что недалеко от Солнца вспыхнула какая - то звезда. Смертоносное излучение погубило многое из того, что существовало на Земле в те времена. Но где та черная дыра, которая должна была от нее остаться? Не несется ли она сейчас на нас?
Закончим наш рассказ о черных дырах эпизодом из той же книги о Алисе, которая просит Кота "исчезать и появляться не так внезапно”, поскольку у нее иначе кружится голова. И тогда Кот исчез, но очень медленно, причем последней исчезла улыбка. "Она долго парила в воздухе, когда все остальное уже пропало.
Д -да! - подумала Алиса. - Видала я котов без улыбок, но улыбка без Кота! Такого я в жизни еще не встречала".
Доктор физическо-математических наук из Государственного университета штата Огайо в США заявил, что мы существуем внутри черной дыры. По словам Самира Матура (Samir Mathur) черные дыры способны поглотить Землю, при этом ее обитатели даже не заметят этого.
По данным сайт, традиционно ученые придерживались мнения, что в черных дырах есть горизонт событий, попав за который ничто уже не может вернуться назад. За горизонтом событий любой объект, попавший туда будет раздавлен гравитацией черной дыры и превращен в поток элементарных частиц, что в научно-популярных изданиях часто называют прохождением через «огненную стену».
Но по словам Матура, в черных дырах нет никакой «огненной стены». По словам ученого, в них есть щели, позволяющие объекту беспрепятственно пройти сквозь них. Причем Матур доказал свою теорию математически, говоря о том, что целые миры могли бы пройти сквозь эти бреши и никто бы ничего не заметил. На основе теории струн ученый представил черные дыры в виде спутанных шаров, состоящих из космических струн. Его «теория пушистых шаров» позволяет решить некоторые противоречия, с которыми сталкиваются физики при изучении черных дыр.
Группа исследователей решила построить компьютерную модель на основе математических расчетов Матура и обнаружила, что поверхность пушистых шаров на самом деле и является той самой «огненной стеной». Однако группа автора теории пришла к совершенно иному заключению — черные дыры являются, по их словам, не убийцами, но своего рода копировальным аппаратами. Прикоснувшийся к поверхности черной дыры объект становится голограммой — почти идеальной копией себя. Таким образом, если бы планета оказалась поглощена черной дырой, никто бы не заметил никаких изменений, а все ее обитатели стали бы голограммами.
По данным сайт, главной критикой в адрес этой теории является предположение, что поверхность черных дыр идеальная. Если черные дыры идеальны, по словам ученых, вся их поверхность представляет собой «огненную стену». Однако Матур вместе с другими учеными разработал новую математическую модель, которая показывает, что во Вселенной нет идеальных черных дыр, и все они отличаются друг от друга. Модель «почти идеальной» черной дыры допускает, что на ее поверхности могут существовать голограммы, одной из которых может быть наша Вселенная.
Теория струн допускает, что трехмерное пространство и временя могут голограммой, существующей во многих других измерениях. Другими словами, наша Вселенная может попросту являться голограммой, проглоченной черной дырой. И новые исследования Матура только подтверждают это предположение.
Предположим, что рядом с нами из ниоткуда возникла черная дыра. Есть ли у планеты шанс?
Черные дыры всегда были загадкой и вызывали восторг. И теперь, с открытием гравитационных волн , интерес к черным дырам наверняка возрастет.
Меня часто спрашивают, насколько правдиво то, что показывают в фантастических фильмах о черных дырах, и существуют ли на самом деле кротовые норы , похожие на то, что мы видели в «Звездных вратах». Но есть еще один вопрос, который задают почти всегда - он касается того, что теоретически может случиться с людьми и Землей в целом из-за взаимодействия с черной дырой.
Масса, заряд, вращение
Теоретически, мы можем измерить три характеристики черных дыр: их массу, их вращение (кинетический момент), и их общий электронный заряд. Это все, что нам удастся узнать снаружи, так как любая информация о том, что оказывается внутри черной дыры, теряется. Это утверждение называется «теорема об отсутствии волос». Простыми словами: не имеет значения, насколько сложным («волосатым») будет объект, брошенный в черную дыру, он сожмется (или будет «обрит») до ее массы, заряда и вращения.
Из перечисленных параметров самым значительным является масса. Определяющей характеристикой черной дыры является то, что ее масса сжата до исчезающе малого объема («сингулярности»). Именно масса черной дыры, а также генерируемая ею гравитация наносят ущерб близлежащим объектам.
Радиация поджарит нас задолго до того, как мы превратимся в спагетти
Космические спагетти
Одним из наиболее известных эффектов нахождения поблизости от черной дыры является так называемая «спагеттификация». Вкратце - если вы подберетесь к такой дыре, вас растянет, как спагетти.
Этот эффект вызывается распределением гравитации относительно вашего тела. Представьте, что вы падаете в черную дыру ногами вперед. Поскольку ваши ноги ближе к черной дыре, на них будет влиять большая сила гравитации, чем на вашу голову. Хуже того, ваши руки будет тянуть немного в другую сторону. Поэтому тело не только вытянется, но и сожмется (сузится) к центру. Так что ваше тело, как и любой другой объект, включая Землю, превратится в спагетти задолго до того, как достигнет черной дыры.
Когда именно этот эффект станет смертельным, в основном зависит от массы черной дыры. Для «обычной дыры», образовавшейся в результате коллапса звезды с большой массой, это может быть несколько сотен километров от горизонта событий - точки, за которой никакая информация не в состоянии вырваться из черной дыры. Но в случае сверхмассивной черной дыры - подобной той, что предположительно находится в центре нашей галактики, объект может преодолеть горизонт событий прежде, чем превратится в спагетти. Тому, кто следил бы за горизонтом событий издалека, показалось бы, что вы понемногу замедляетесь, а затем начинаете таять.
Плохие новости для Земли
Что будет, если, теоретически, рядом с Землей из ниоткуда возникнет черная дыра? Начнут действовать те же силы, что приводят к спагеттификации. Сторона Земли, находящаяся ближе к черной дыре, ощутит более сильную гравитацию, чем дальняя сторона. Это станет приговором для планеты: нас просто разорвет.
При этом мы могли бы даже не заметить, если бы нас «проглотила» настоящая сверхмассивная черная дыра, поскольку какое-то время все казалось бы обычным. В таком случае катастрофа произошла бы не сразу.
Помните о радиации
Что интересно, черные дыры не всегда бывают черными. Квазары - объекты в центре далеких галактик, заряжаемые черными дырами, могут быть очень яркими. Они могут светить ярче, чем вся галактика, в которой они находятся. Такая радиация вырабатывается, когда черная дыра поглощает новый материал. Следует уточнить: этот материал все еще находится снаружи горизонта событий, поэтому мы способны его видеть. За горизонтом событий из черной дыры не может вырваться даже свет. Материя, которая накапливается в результате «пиршества» дыры, светится. Именно этот свет мы видим, когда наблюдаем за квазарами.
Но в этом и состоит проблема для всего, что вращается вокруг черной дыры - температура является очень высокой. Радиация поджарит нас задолго до того, как мы превратимся в спагетти.
Жизнь вокруг черной дыры
Тем, кто смотрел фильм Кристофера Нолана Интерстеллар, перспектива планеты, вращающейся вокруг черной дыры, может показаться заманчивой. Для развития жизни нужен источник энергии или температурных изменений. Черная дыра может предоставить и то, и другое. Но есть загвоздка: черная дыра должна быть спящей, в противном случае она будет вырабатывать слишком много радиации, чтобы на каком-либо из близлежащих миров могла зародиться жизнь.
МОСКВА, 17 июн - РИА Новости. Черная дыра не обязательно уничтожает всю падающую на нее материю благодаря существованию "стены огня" из квантов высокой энергии у ее горизонта событий, в результате чего даже относительно крупные объекты, такие как Земля, могут в принципе быть "проглочены" ей, заявляет физик в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.
Достаточно долгое время ученые считали, что материя, проглоченная черной дырой, не способна покинуть ее пределы. Ситуация стала гораздо сложнее и противоречивее в 1975 году, когда знаменитый астрофизик Стивен Хокинг показал, что черные дыры будут постепенно "испаряться" благодаря квантовым эффектам у их горизонта событий, испуская энергию в виде излучения Хокинга.
Это стало большой проблемой для теоретиков, так как испарение черных дыр и рождение подобного излучения подразумевает то, что информация о квантовом состоянии частиц, "съедаемых" черной дырой, будет безвозвратно теряться, что не может происходить по законам современной физики.
Как рассказывает Самир Матур (Samir Mathur) из университета штата Огайо в Коламбусе (США), эту проблему можно разрешить, если отказаться от идеи о том, что все черные дыры похожи друг на друга как две капли воды или однояйцевые близнецы, которые отличаются лишь массой и диаметром горизонта событий.
В 2003 году он, вместе с российским физиком Олегом Луниным, предложил представить черную дыру не в виде безразмерной точки-сингулярности, а в виде своеобразного "клубка ниток" (fuzzball), который обладает ненулевым объемом и формой. Горизонт событий у этого "клубка" будет не идеальной сферой, как утверждает классическая теория черных дыр, а "пушистым" шаром, чья форма будет постоянно меняться по мере поглощения новых частиц и их испарения в форме излучения Хокинга.
Когда другие физики попытались создать строгую математическую модель черной дыры на базе расчетов Матура и Лунина, они выяснили, что ее горизонт событий будет не "пушистым" шаром, а сферообразной и невидимой для нас "стеной огня" - скоплением квантов высокой энергии, которые будут уничтожать любую материю, падающую на нее. Это вернуло проблему информационного парадокса, а также поставило под сомнение или теорию относительности, или же квантовую механику.
Физики: вселенные-голограммы могут "жить" в евклидовом пространстве Австрийские физики доказали возможность того, что наша Вселенная или ее соседи и двойники могут быть не трехмерными объектами, а плоскими голограммами, не перемещая ее из классического евклидового пространства в экзотические метрики, где пространство является искривленным, а не плоским.По словам Матура, его новые расчеты показывают, что "стена огня" не обязательно должна существовать на границе между черной дырой и окружающей средой. Материя, как считает американский физик, будет не уничтожаться, а своеобразным образом "копироваться" при пересечении горизонта событий. Одна из копий будет видна наблюдателю за пределами черной дыры, а вторая - только тем, кто мог бы находиться внутри "клубка ниток".
Как показывают расчеты Матура, даже очень крупные объекты, такие как наша планета, могут в принципе беспрепятственно пересекать эту границу между черной дырой и внешним миром, не разрушаясь при этом. Если черные дыры действительно ведут себя подобным образом, то это, по словам Матура, добавляет аргументов в пользу того, что Вселенная может на самом деле быть плоской двумерной голограммой.
Черные дыры — единственные космические тела, способные притягивать силой гравитации свет. Они же являются самыми большими объектами Вселенной. Мы вряд ли в ближайшее время узнаем, что происходит возле их горизонта событий (известного как «точка невозврата»). Это самые таинственные места нашего мира, о которых, несмотря на десятилетия исследований, до сих пор известно очень мало. В этой статье собраны 10 фактов, которые можно назвать наиболее интригующими.
Черные дыры не втягивают в себя материю
Многие представляют черную дыру своеобразным «космическим пылесосом», втягивающим в себя окружающее пространство. На самом деле, черные дыры — это обычные космические объекты, обладающие исключительно сильным гравитационным полем.
Если бы на месте Солнца возникла черная дыра таких же размеров, Земля не была бы втянута внутрь, она вращалась бы по той же орбите, что и сегодня. Расположенные рядом с черными дырами звезды теряют часть массы в виде звездного ветра (это происходит в процессе существования любой звезды) и черные дыры поглощают только эту материю.
Существования черных дыр было предсказано Карлом Шварцшильдом
Карл Шварцшильд был первым, кто применил общую теорию относительности Эйнштейна, для того, чтобы обосновать существование «точки невозврата». Сам Эйнштейн не задумывался о черных дырах, хотя его теория позволяет предсказать их существование.
Шварцшильд сделал свое предположение в 1915 году, сразу вслед за тем, как Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. Тогда же возник термин «радиус Шварцшильда» - это величина, которая показывает, как сильно вам придется сжать объект, чтобы он стал черной дырой.
Теоретически, черной дырой может стать все, что угодно, при достаточной степени сжатия. Чем плотнее объект, тем более сильное гравитационное поле он создает. Например, Земля стала бы черной дырой, если бы ее массой обладал объект величиной с арахис.
Черные дыры могут порождать новые вселенные
Мысль о том, что черные дыры могут порождать новые вселенные кажется абсурдной (тем более, что мы все еще не уверены в существовании других вселенных). Тем не менее, подобные теории активно разрабатываются учеными.
Очень упрощенная версия одной из этих теорий заключается в следующем. Наш мир обладает исключительно благоприятными условиями для появления в нем жизни. Если бы какие-либо из физических констант изменились хотя бы чуть-чуть, нас бы не было в этом мире. Сингулярность черных дыр отменяет обычные законы физики и может (по крайней мере, в теории) породить новую вселенную, которая будет отличаться от нашей.
Черные дыры могут превратить вас (и все, что угодно) в спагетти
Черные дыры растягивают предметы, которые находятся рядом с ними. Эти предметы начинают напоминать спагетти (есть даже специальный термин - «спагеттификация»).
Это происходит благодаря тому, как работает сила притяжения. В настоящий момент ваши ноги находятся к центру Земли ближе, чем голова, поэтому они притягиваются сильнее. На поверхности черной дыры разница в силе притяжении начинает работать против вас. Ноги притягиваются к центру черной дыры все быстрее, так, что верхняя половина туловища не успевает за ними. Результат: спагеттификация!
Черные дыры испаряются со временем
Черные дыры не только поглощают звездный ветер, но и испаряются. Это явление было открыто в 1974 году и было названо излучением Хокинга (по имени Стивена Хокинга, сделавшего открытие).
Со временем черная дыра может отдать всю свою массу в окружающее пространство вместе с этим излучением и исчезнуть.
Черные дыры замедляют время вблизи себя
По мере приближения к горизонту событий время замедляется. Чтобы понять, почему это происходит, нужно обратиться к «парадоксу близнецов», мысленному эксперименту, часто используемому для иллюстрации основных положений общей теории относительности Эйнштейна.
Один из братьев-близнецов остается на Земле, а второй улетает в космическое путешествие, двигаясь со скоростью света. Вернувшийся на Землю близнец обнаруживает, что его брат постарел больше, чем он, потому что при движении на скорости, близкой к скорости света, время идет медленнее.
Приближаясь к горизонту событий черной дыры, вы будете двигаться с такой высокой скоростью, что время для вас замедлится.
Черные дыры являются самыми совершенными энергетическими установками
Черные дыры генерируют энергию лучше, чем Солнце и другие звезды. Это связано с материей, вращающейся вокруг них. Преодолевая горизонт событий на огромной скорости, материя на орбите черной дыры разогревается до крайне высоких температур. Это называется излучением абсолютно черного тела.
Для сравнения, при ядерном синтезе в энергию превращается 0,7% материи. Вблизи черной дыры энергией становятся 10% материи!
Черные дыры искривляют пространство рядом с собой
Пространство можно представить себе как растянутую резиновую пластинку с нарисованными на ней линиями. Если на пластинку положить какой-нибудь объект, она изменит свою форму. Так же работают и черные дыры. Их экстремальная масса притягивает к себе все, включая свет (лучи которого, продолжая аналогию, можно было бы назвать линиями на пластинке).
Черные дыры ограничивают количество звезд во Вселенной
Звезды возникают из газовых облаков. Для того, чтобы началось формирование звезды, облако должно остыть.
Излучение абсолютно черных тел мешает газовым облакам остывать и предотвращает появление звезд.
Теоретически, любой объект может стать черной дырой
Единственное отличие нашего Солнца от черной дыры — сила гравитации. В центре черной дыры она намного сильнее, чем в центре звезды. Если бы наше Солнце было сжато до примерно пяти километров в диаметре, оно могло бы быть черной дырой.
Теоретически, черной дырой может стать все, что угодно. На практике же мы знаем, что черные дыры возникают только в результате коллапса огромных звезд, превышающих Солнце по массе в 20-30 раз.
