Černá díra: co je uvnitř? Zajímavé fakty a výzkum

Černé díry patří k nejúžasnějším a současně děsivým objektům našeho vesmíru. Vznikají v okamžiku, kdy hvězdy s velkou hmotností skončí jaderné palivo. Jaderné reakce se zastaví a svítidla začnou vychladnout. Tělo hvězdy se zmenšuje pod gravitačním působením a postupně začíná přitahovat menší předměty k sobě a přeměňovat se na černou díru.

První studie

Věda začala studovat černé díry ne tak dávno, navzdory skutečnosti, že základní koncepty jejich existence byly vyvinuty v minulém století. Koncept "černé díry" byl představen v roce 1967 J. Wheelerem, ačkoli závěr, že tyto objekty nevyhnutelně vznikají během kolapsu masivních hvězd, byl proveden ve třicátých letech minulého století. Všechno uvnitř černé díry - asteroidy, světlo pohlcené kometou - jednou se přiblížilo k hranicím tohoto tajemného předmětu a nedokázalo je opustit.

Černé díry ohraničují

První hranice černé díry se nazývá statická mez. Toto je hranice oblasti, k níž spadá, do něhož cizí objekt již nemůže být v klidu a začne se otáčet ve vztahu k černé díře, aby nedošlo k tomu, aby do něj spadl. Druhá hranice se nazývá horizont události. Všechno uvnitř černé díry, jakmile prošlo vnější hranicí a pohybovalo se směrem k bodu jedinečnosti. Podle vědců tady látka proudí do tohoto centrálního bodu, jehož hustota má tendenci k hodnotě nekonečna. Lidé nemohou vědět, které fyzikální zákony fungují uvnitř objektů s takovou hustotou, a proto není možné popsat vlastnosti tohoto místa. V doslovném smyslu slova je to "černá díra" (nebo možná "mezera") v poznání lidstva o světě kolem něj.

Struktura černých děr

Horizont událostí je neproniknutelná hranice černé díry. Uvnitř této hranice je zóna, která dokonce nemůže objekty, jejichž rychlost pohybu je stejná rychlost světla. Dokonce ani kvantové světlo samo o sobě nemůže opustit obzor události. Jelikož v tomto okamžiku už nemůže uniknout žádný objekt z černé díry. Skutečnost, že uvnitř černé díry, nemůžeme vědět z definice - ve skutečnosti ve svých hlubinách je takzvaný bod singularity, který vzniká kvůli extrémnímu stlačení hmoty. Když objekt spadá do horizontu událostí, od tohoto okamžiku se od něj nikdy nemůže vymanit a být viditelný pro pozorovatele. Na druhé straně ti, kteří jsou uvnitř černých děr, nemohou vidět nic, co se děje venku.

Velikost obzoru události kolem tohoto tajemného prostorového objektu je vždy přímo úměrná hmotnosti samotné díry. Je-li jeho hmotnost zdvojnásobena, pak bude vnější hranice dvakrát větší. Kdyby vědci našli způsob, jak obrátit Zemi na černou díru, velikost obzoru události by byla v průřezu pouze 2 cm.

Hlavní kategorie

Hmotnost průměrných černých děr se zpravidla rovná přibližně třem nebo více slunečním hmotnostem. Ze dvou typů černých děr se vyznačují hvězdné i supermassivní. Jejich hmotnost přesahuje hmotnost Slunce několik set tisíckrát. Hvězdný vznikl po smrti velkých nebeských těl. Černé díry běžné hmoty se objevují po dokončení životního cyklu velkých hvězd. Oba typy černých děr, navzdory různým původům, mají podobné vlastnosti. Nadměrné černé díry nachází se v centrech galaxií. Vědci naznačují, že se vytvořili během vzniku galaxií kvůli sloučení blízkých sousedních hvězd. To je však jen odhad, který není potvrzen fakty.

Co je uvnitř černé díry: hádat

Někteří z matematiků věří, že uvnitř těchto tajemných objektů Vesmíru jsou tzv. Wormholes - přechody do jiných vesmírů. Jinými slovy, prostorový časový tunel se nachází v bodě zvláštnosti. Tento koncept sloužil zdroj inspirace pro mnoho spisovatelů a režisérů. Převážná většina astronomů se však domnívá, že neexistují tunely mezi vesmíry. Nicméně, i kdyby opravdu byli, člověk nemá způsob, jak zjistit, co je uvnitř černé díry.

Existuje další koncept, podle kterého na opačném konci takového tunelu je bílá díra, odkud z černých děr proudí z našeho vesmíru obrovské množství energie do jiného světa. V tomto stádiu vývoje vědy a techniky však tento druh cestování není vyloučen.

Vztah k teorii relativity

Černé díry jsou jednou z nejúžasnějších předpovědí A. Einsteina. Je známo, že síla síly na povrchu jakékoli planety je nepřímo úměrná čtverci svého poloměru a je přímo úměrná jeho hmotnosti. Pro toto nebeské tělo můžete definovat koncept druhé kosmické rychlosti, která je nezbytná k překonání této síly agrese. Pro Zemi se rovná 11 km / s. Pokud se hmotnost nebeského těla zvětší a průměr naopak klesá, druhá kosmická rychlost s časem může překročit rychlost světla. A protože podle teorie relativity se žádný objekt nemůže pohybovat rychleji než rychlost světla, vzniká objekt, který zabraňuje úniku cokoli.

V roce 1963 objevili vědci kvasary - vesmírné objekty, které jsou obrovskými zdroji rádiových emisí. Jsou umístěny velmi daleko od naší galaxie - jejich vzdálenost je miliardy světelných let ze země. Abychom vysvětlili extrémně vysokou aktivitu kvasarů, vědci představili hypotézu, že uvnitř jsou černé díry. Tento názor je nyní obecně uznáván ve vědeckých kruzích. Studie, které se uskutečnily během posledních 50 let, tuto hypotézu nejen potvrdily, ale vedly také vědce k závěru, že v centru každé galaxie jsou černé díry. Ve středu naší galaxie je také takový objekt, jeho hmotnost je 4 miliony slunečních hmot. Tato černá díra se nazývá "Střelec A" a od té doby, co je nejbližší k nám, je nejvíce studována astronomy.

Hawkingové záření

Tento typ záření, objevený slavným fyzikem Stephen Hawkingem, velmi komplikuje život moderních vědců - kvůli tomuto objevu v teorii černých děr vznikly mnohé potíže. V klasické fyzice existuje koncept vakua. Toto slovo označuje úplnou prázdnotu a absenci hmoty. Nicméně při vývoji kvantové fyziky se změnila koncepce vakua. Vědci zjistili, že je naplněn takzvanými virtuálními částicemi - pod vlivem silného pole se mohou stát skutečnými. V roce 1974 zjistil Hawking, že takové transformace se mohou objevit v silném gravitačním poli černé díry - v blízkosti jeho vnější hranice, horizontu událostí. Takové narození je dvojice - objevují se částice a antičástice. Antipartikul je zpravidla odsouzen k tomu, aby spadl do černé díry a částicka prchá. V důsledku toho vědci pozorují určité záření kolem těchto prostorových objektů. Byl nazýván Hawkingovým zářením.

Během tohoto záření se látka v černé díře pomalu odpařuje. Otvor ztrácí hmotnost a intenzita záření je nepřímo úměrná čtverci jeho hmotnosti. Hawkingová intenzita záření je podle kosmických standardů zanedbatelná. Pokud předpokládáme, že je na něm jamka s hmotností 10 sluncí a na ní nespadá ani světlo ani žádné hmotné předměty, pak i v tomto případě bude jeho doba rozpadu nesmírně dlouhá. Život takového díru bude 65krát vyšší než celá existence našeho vesmíru.

Otázka o ukládání informací

Jeden z hlavních problémů, které se objevily po objevení Hawkingova záření, je problém ztráty informací. Je to spojeno s otázkou, zdánlivě na první pohled, velmi jednoduchá: co se stane, když se černá díra zcela vypaří? Obě teorie - jak kvantová fyzika, tak klasická fyzika - se zabývají popisem stavu systému. S informacemi o počátečním stavu systému je možné s pomocí teorie popsat, jak se to změní.

Zároveň se v procesu evoluce neztratí informace o počátečním stavu - druh zákona o zachování informačních aktů. Ale pokud je černá díra úplně odpařena, pak pozorovatel ztratí informace o té části fyzického světa, která jednou padla do díry. Stephen Hawking věřil, že informace o počátečním stavu systému byly nějakým způsobem obnoveny poté, co se černá díra zcela vypařila. Ale obtíž spočívá ve skutečnosti, že z definice z černé díry není přenos informací možný - nic nemůže opustit horizont události.

Co se stane, když se dostanete do černé díry?

Předpokládá se, že pokud by nějakým neuvěřitelným způsobem mohl člověk zasáhnout povrch černé díry, okamžitě by ho začal utažit směrem k sobě. Nakonec by se člověk natáhl natolik, že se změní na proud subatomických částic, které se pohybují směrem k bodu jedinečnosti. Dokázat tuto hypotézu je samozřejmě nemožné, protože vědci pravděpodobně nebudou schopni zjistit, co se děje uvnitř černých děr. Nyní někteří fyzici říkají, že pokud se člověk dostane do černé díry, bude mít klon. První z jeho verzí by byla okamžitě zničena proudem horkých částic Hawkingova záření a druhá by prošla obzorem událostí bez možnosti návratu.