Как часть космической матрешки, наша вселенная может находиться внутри черной дыры, которая сама по себе является частью большой вселенной. Все черные дыры, обнаруженные в нашей вселенной - от микроскопических до сверхмассивных - могут быть дверными проемами в альтернативные реальности.
Одна из последних "Галлюциногенных" теорий гласит, что черная дыра является туннелем между вселенными - нечто вроде червоточины. Черная дыра не коллапсирует в одну точку, как предполагалось, а переходит в "Белую Дыру" на другом конце черной дыры.
В статье, опубликованной в журнале Physics Letters B, физик из университета индианы никодем Поплавский представил новую математическую модель спиралевидного движения материи, падающей в черную дыру. Его уравнения показывают, что такие червоточины являются жизнеспособными альтернативами сингулярностям пространства - времени, которые, как предполагал Альберт Эйнштейн, находятся в центре черных дыр.
Согласно уравнениям общей теории относительности Эйнштейна, сингулярности создаются, когда материя в регионе становится слишком плотной, как в сверхплотном сердце черной дыры.
Теория Эйнштейна предполагает, что сингулярности не занимают пространства, бесконечно плотные и бесконечно горячие - что, в принципе, поддерживается многочисленными косвенными доказательствами, но до сих пор остается трудно понятной для многих ученых.
В случае если Поплавский прав, может и понимать не придется.
В соответствии с новыми уравнениями, материя, которую поглощает и, видимо, уничтожает черная дыра, становится строительным материалом для галактик, звезд и планет в другой реальности.
Могут ли червоточины решить загадку большого взрыва?
Поплавский говорит, что понимание черных дыр как червоточин может объяснить определенные загадки в современной космологии. К примеру, теория большого взрыва утверждает, что вселенная началась с сингулярности. Но ученых не устраивает объяснение того, как такая сингулярность могла образоваться первоначально. Таким образом, если наша вселенная родилась из белой дыры, а не из сингулярности, "это Решает Проблему Сингулярностей Черных дыр и Сингулярности Большого Взрыва".
Червоточины также могут объяснять гамма - всплески, вторые по силе взрывы во вселенной после большого взрыва. Гамма - всплески возникают на периферии известной вселенной. Их связывают со сверхновыми, или смертью звезд, в далеких галактиках, но их точные источники являются загадкой. Поплавский предполагает, что всплески могут быть выбросами вещества из альтернативных вселенных. Материя проникает в нашу вселенную через сверхмассивные черные дыры - червоточины - в сердцах галактик, хотя и непонятно, как это возможно.
"Идея сумасшедшая, но кто знает? ", - говорит ученый.
Есть по меньшей мере один способ проверить теорию поплавского. Некоторые из черных дыр в нашей вселенной вращаются, и если наша вселенная родилась внутри такой же вращающейся черной дыры, значит, она должна унаследовать вращение родительского объекта. Таким образом, если будущие эксперименты покажут, что наша вселенная вращается в предполагаемом направлении, это может быть косвенным доказательством теории червоточин.
Могут ли червоточины производить "Экзотическую Материю"?
Теория червоточин может также объяснить, почему некоторые особенности нашей вселенной отклоняются от того, что предсказывает теория, согласно физикам. Основываясь на стандартной модели физики, после большого взрыва кривизна вселенной должна увеличиваться со временем, поэтому спустя 13, 7 миллиарда лет, то есть сегодня, мы должны сидеть на поверхности замкнутой сферической вселенной.
Однако наблюдения показывают, что вселенная плоская во всех направлениях. Кроме того, данные света от юной вселенной показывают, что температура после большого взрыва была примерно одинакова везде. Это означает, что самые дальние объекты, которые мы видим на противоположном конце вселенной, были достаточно близки друг к другу и находились в равновесии, как молекулы газа в герметичной камере.
И опять же, наблюдения не соответствуют предсказаниям, поскольку противоположные объекты в известной вселенной настолько далеки друг от друга, что время, которое понадобится на путешествие между ними на скорости света, превышает возраст вселенной.
Чтобы объяснить расхождения, астрономы разработали инфляционную теорию.
Инфляция говорит о том, что вскоре после того как была создана вселенная, она наблюдала быстрый рывок роста, в течение которого само пространство расширялось со скоростью, превышающей световую. Вселенная растянулась от размеров атома до астрономических пропорций за долю секунды.
Вселенная потому кажется плоской, поскольку мы находимся на сфере, которая чрезвычайно большая с нашей точки зрения; так и земля кажется плоской для того, кто стоит в поле.
Инфляция также объясняет, как объекты, которые находятся далеко друг от друга, когда-то могли находиться достаточно близко, чтобы взаимодействовать. Но если даже предположить, что инфляция реальна, астрономы изо всех сил пытаются объяснить, чем она была вызвана. И здесь - то на выручку приходит новая теория червоточин.
Согласно Поплавскому, некоторые инфляционные теории говорят, что событие было вызвано "Экзотической Материей", теоретической субстанцией, которая отличается от нормальной материи отчасти потому, что отталкивается, а не притягивается под действием силы гравитации. На основе этих уравнений Поплавский пришел к выводу, что такая экзотическая материя могла возникнуть, когда некоторые из первых массивных звезд коллапсировали и превратились в червоточины.
"Возможно, Имело Место Некоторое Взаимодействие Экзотической Материи, Которая Образовала Червоточины, и Экзотической Материи, Которая Вызвала Инфляцию", - говорит он.
Уравнения червоточин - "Хорошее Решение".
Новая модель не стала первой, предположившей, что другие вселенные существуют внутри черных дыр. Дэмиен иссон, физик - теоретик из аризонского университета, ранее уже предполагал такое.
"Что нового? То, что решение червоточин в ото является переходом от внешней части черной дыры к внутренности новой вселенной", - говорит иссон, не принимавший участия в исследовании Поплавского. - "Мы Просто Предполагали, что Такое Решение Могло Быть, но Поплавский его Нашел".
Тем не менее, идея кажется иссону очень спорной.
"Возможно ли это? Да. Ли такой сценарий вероятен? Даже не знаю. Но это однозначно интересно".
Будущая работа в сфере квантовой гравитации - исследовании гравитации на субатомном уровне - уточнит уравнения и потенциально подтвердит или опровергнет теорию Поплавского.
В теории червоточин нет ничего удивительного.
В целом, теория червоточин интересная, но не прорывная, не проливает свет на происхождение вселенной, считает Андреас Альбрехт, физик из калифорнийского университета в Дэвисе, который также не принимал участия в исследовании.
Утверждая то, что наша вселенная была создана из куска материи от родительской вселенной, теория просто сдвигает событие возникновения всего сущего в альтернативную реальность. Другими словами, она не объясняет, как возникла родительская вселенная или почему наша обладает именно такими свойствами - более того, свойства должны наследоваться, а значит родительская вселенная будет такой же.
"Есть Несколько Актуальных Проблем, Которые мы Пытаемся Решить, и Непонятно, к Чему все это Приведет", - говорит он, отмечая исследование Поплавского.
Тем не менее, Альбрехт не находит идею червоточин, связывающих вселенные, "Страньше", чем идею сингулярностей в черных дырах, и он не собирается отказываться от новой теории только потому, что она выглядит слегка двинутой.
"Все, чем Занимаются Люди в Этой Сфере, Довольно Странно", - говорит он. - "Вы не Имеете Права Утверждать, что Победит Менее Странная Идея, Потому что Этого не Произойдет, ни при Каких Обстоятельствах". Источник: hi - News.
Не так давно (по научным меркам) объект под названием черная дыра был сугубо гипотетическим и описывался лишь только поверхностными теоретическими выкладками. Но прогресс технологий не стоит на месте, и сейчас в существовании черных дыр уже ни у кого не вызывает сомнений. Про черные дыры написано не мало, но зачастую их описания крайне трудно понимать обычному обозревателю. В данной статье попробуем разобраться с этим весьма интересным объектом.
Черная дыра обычно образуется вследствие смерти нейтронной звезды. Нейтронные звезды обычно очень массивные, яркие и крайне горячие, если сравнивать с нашим Солнцем, то это как лампочка от фонарика и гигантский прожектор на кучу мегаватт, которые используют при съемках кинофильмов. Нейтронные звезды, крайне не экономные, они используют огромные запасы ядерного топлива за относительно малые промежутки времени, по сути как малолитражка и какой-нибудь гелик, если опять таки сравнить с нашей звездой. Сжигая ядерное топливо, в ядре образуются новые элементы, более тяжелые, можно смотреть таблицу Менделеева, водород превращается в гелий, гелий в литий и тд. Продукты распада ядерного синтеза, аналогичны дыма из выхлопной трубы, за исключением, что могут повторно использоваться. И вот так звезда набирает обороты, пока дело не доходит до железа. Накопления железа в ядре - это как рак… Оно начинает убивать ее изнутри. Из-за железа масса ядра стремительно растет и в конце концов сила гравитации становится больше сил ядерных взаимодействий и ядро буквально падает, что приводит к взрыву. В момент такого взрыва освобождается колоссальное количество энергии, причем возникают два направленных луча гамма-излучения, как-будто лазерная пушка с двух концов выстреливает во вселенную, причем все что находится на пути таких лучей на расстоянии около 10 световых лет пронизывается этой радиацией. Естественно ничто живое не выживает от таких лучей, а что по-ближе вовсе сгорает. Данное излучение считается наиболее сильным во всей вселенной, большей энергией разве что обладает энергия большого взрыва. Но не все так плохо, все что было в ядре испускается в космос и в дальнейшем используется для создания планет, звезд и прочее. Давление от силы взрыва сжимает звезду до крохотных размеров, учитывая ее былые размеры плотность становится невероятно огромной. Крошка от гамбургера сделанная из такого вещества будет весить больше нашей планеты. В следствии чего получается черная дыра, которая обладает невероятной гравитацией и черной называется потому что даже свет не может вырваться из нее.
Законы физики рядом с черной дырой уже не работают в том представлении, в котором мы привыкли. Пространство-время искривляется и все события протекают уже совсем по другому. Словно пылесос, черная дыра поглощает все что находится около нее: планеты, астероиды, свет и прочее. Ранее считалось, что черная дыра ничего не излучает, но как доказал Стивен Хоукинг, черная дыра излучает антивещество. То есть, поедает вещество, выделяет антивещество. К слову, если соединить вещество и антивещество, получаем бомбу которая выделит энергию E=mc2, ну тобишь самое мощное оружие на планете. Коллайдер полагаю затем и построили, чтобы попробовать такое получить, так как при столкновении протонов внутри данной машины, также возникают миниатюрные черные дыры, которые быстро испаряются, что хорошо для нас, иначе могло бы быть, как в фильмах про конец света.
Ранее думали, что если кинуть в черную дыру человека, то ему труба - порвет на субатомы, но как оказалось, по некоторым уравнениям, есть определенные траектории путешествия сквозь черную дыру, чтоб чувствовать себя нормально, правда не ясно, что будет за ней, другой мир или ничего. Область вокруг черной дыры, которая интересна, называется горизонтом событий. Если туда полететь, не зная волшебное уравнение, то будет конечно не очень. Наблюдатель будет видеть, как космический корабль влетает в горизонт событий и крайне медленно потом отдаляется, пока не застынет в центре. У самого же космонавта дела будут идти крайне по другому, искривленной пространство будет лепить из него, как из пластелина различные формы, пока наконец не разорвет все на субатомы. Но для внешнего наблюдателя, космонавт навсегда останется улыбающимся и махающим в иллюминатор, застывшим изображением.
черная дыра – объяснение для детей: описание с фото, как найти в космосе Вселенной, как появляются, смерть звезды, сверхмассивные черны дыры галактик.
Для самых маленьких родители или в школе должны объяснить, что воспринимать черную дыру как пустое место – грубейшая ошибка. Наоборот, в ней сконцентрировано невероятное количество материи, которая замкнута в маленьком пространстве. Чтобы объяснение для детей было более красочным, просто представьте, что вы взяли звезду в 10 раз массивнее Солнца и попытались впихнуть в область размером с Нью-Йорк. Из-за такого давления, гравитационное поле обретает настолько большую силу, что никто и даже световой луч не может вырваться. С развитием технологий НАСА удается все больше узнать об этих загадочных объектах.
Начать объяснение для детей можно с того, что термина «черная дыра» не существовало до 1967 года (ввел Джон Уилер). Но до этого уже несколько веков упоминалось о существовании странных объектов, которые своей плотностью и массивностью не выпускают свет. Их даже предсказал Альберт Эйнштейн в общей теории относительности. Она доказала, что при смерти массивной звезды остается небольшое плотное ядро. Если звезда по массе в трое превышает солнечную, то сила тяжести превозмогает остальные силы, и мы получаем черную дыру.
Процесс формирования черной звезды
Конечно, важно объяснить детям, что исследователи лишены возможности наблюдать эти особенности напрямую (телескопы находят лишь свет, рентгеновское излучение и прочие формы электромагнитного излучения), так что ждать фото черной дыры не приходится. Но можно высчитать их местоположение и даже определить размер из-за влияния, которое они оказывают на окружающие объекты. Например, если она пройдет сквозь облако межзвездной материи, то в процессе начнет втягивать вещество внутрь – аккреция. То же самое повторится, если вблизи пройдет звезда. Правда звезда может разорваться.
В момент притягивания вещество нагревается и ускоряется, выпуская в пространство рентгеновские лучи. Недавние открытия заметили несколько мощных всплесков гамма-лучей, демонстрируя процесс пожирания дырой соседних звезд. В этот момент они стимулируют рост одних и останавливают у других.
Смерть звезды – начало для черной дыры
Большая часть черных дыр появляется из остаточного материала умирающих крупных звезд (взрыв сверхновой). Меньшие по размеру звезды превращаются в плотные нейтронные, которым не хватает массивности, чтобы удерживать свет. Если масса звезды больше солнечной в 3 раза, то она становится кандидатом на пост черной дыры. Важно объяснить детям одну странность. Когда звезда разрушается, то ее поверхность приближается к воображаемой поверхности (горизонт событий). Время на самой звезде становится медленнее, чем у наблюдателя. Когда поверхность настигла горизонта событий, то время замирает, и звезда больше не может разрушаться – замороженный разрушающийся объект.
Черные дыры в центрах сливающихся галактиках
Более крупные черные дыры способны появляться после звездного столкновения. После запуска в декабре 2004 года телескопу НАСА удалось заметить сильные мимолетные световые вспышки – гамма-излучения. После этого Чандра и Хаббл собрали данные о событии и поняли, что эти вспышки могли быть следствием столкновения черной дыры и нейтронной звезды, что порождает новую черную дыру.
Хотя в процессе образования дети и родители уже разобрались, но загадкой остается один момент. Кажется, будто дыры существуют в двух разных масштабах. Есть множество черных дыр – остатки массивных звезд. Как правило, они в 10-24 раз массивнее Солнца. Ученые постоянно видят их, если посторонняя звезда приближается критически близко. Но большинство черных дыр существуют изолированно и их просто нельзя заметить. Однако, если судить по количеству звезд, обладающих достаточным размером, чтобы стать кандидатом на черную дыру, то в Млечном Пути таких черных дыр должно присутствовать десятки миллионов миллиардов.
Есть также и сверхмассивные черные дыры, которые в миллион и даже миллиард раз превосходят по размерам наше Солнце. Полагают, что такие монстры обитают в центрах практически всех крупных галактик (и в нашей).
Для самых маленьких будет интересно узнать, что долгое время ученые полагали, будто среднего размера для черных дыр не существует. Но данные Чандры, XMM-Newton и Хаббла показывают, что они есть.
Возможно, сверхмассивные черные дыры появляются из-за цепной реакции, вызванной столкновением звезд в компактных скоплениях. Из-за этого накапливается очень много массивных звезд, которые разрушаются и производят черные дыры. Затем эти скопления занимают галактический центр, где черные дыры сливаются и превращаются в сверхмассивного представителя.
Вы уже могли понять, что у вас не получится полюбоваться на черную дыру в высоком качестве в режиме онлайн, потому что эти объекты не выпускают свет. Но детям будет интересно изучить фото и схемы, созданные на основе контакта черных дыр и обычной материи.
Лаконичное объяснение феномена звучит так. Чёрная дыр - это пространственно-временная область, чье гравитационное притяжение настолько велико, что её не может покинуть ни один объект, в том числе световые кванты.
Когда-то чёрная дыра была массивной звёздой. Пока термоядерные реакции поддерживают в её недрах высокое давление, всё остаётся в норме. Но со временем запас энергии истощается и небесное тело, под действием собственной гравитации, начинает сжиматься. Завершающий этап этого процесса - схлопывание звездного ядра и образование чёрной дыры.
- 1. Выбрасывание черной дырой струи на высокой скорости
- 2. Диск материи перерастает в чёрную дыру
- 3. Чёрная дыра
- 4. Детальная схема региона чёрной дыры
- 5. Размер найденных новых наблюдений
Самая распространённая теория гласит, что подобные феномены есть в каждой галактике, в том числе и в центре нашего Млечного пути. Огромная сила притяжения дыры способна удерживать вокруг себя несколько галактик, не давая им удаляться друг от друга. «Площадь покрытия» может быть разной, всё зависит от массы звёзды, которая превратилась в чёрную дыру, и может составлять тысячи световых лет.
Давление в черной дыре. Ответы
Bob Bee
Мы не знаем никакого давления. На самом деле мы действительно не знаем, что находится внутри черной дыры (BH).
Классические решения для BHs имеют горизонт (или два для вращающегося BH раствора Керра), где внутренняя область причинно связана с внешней областью. Во внутренней области пространство-время пусто, ничего там, кроме сингулярности, где кривизна пространства-времени становится бесконечной.
Более того, человек (или частица), идущий в горизонт (и в кадре координат одного из них, или в системе координат частицы, он делает это за конечный период времени) не видит ничего странного, происходящего на горизонт (возможное исключение позже в этом ответе), и неизбежно попадает в сингулярность, и делает это довольно быстро. Гравитационный эффект, который наблюдатель испытывает внутри горизонта, усиливается, пока он не станет в классических решениях бесконечным.
Исключения или оговорки к этой истории заключаются в том, что она не учитывает квантовую гравитацию. У нас пока нет принятой теории квантовой гравитации (у нас есть некоторые гипотетические теории, такие как теория струн и квантовая гравитация петли), так как мы приближаемся к сингулярности. Общая теория относительности становится недействительной, и мы еще не знаем, что он берет верх. На самом деле есть утверждения, что на горизонте есть что-то, называемое брандмауэром, и там все разрушено. Есть проблемы с сохранением физической информации в BHs, и некоторые гипотезы состоят в том, что информация замерзает на горизонте и сохраняется там. Вся эта проблема находится в активных текущих исследованиях.
Возможно, приливные силы можно рассматривать как своеобразное давление. Если вы сначала окажетесь в ногах с черной дырой, другая сила гравитации на разных концах вашего тела заставит вас растянуться и потянуть как спагетти. Google «спагеттификация».
Spaggettification - это приливные силы, это будет поле гравитации с градиентом. Давление не так, просто толкает или тянет, и оно связано с полем или материей.
Давление обычно определяется силой на площадь поверхности. Поскольку «внутри» BH нет физического размера и, следовательно, нет поверхности, нет никакого способа определить давление. На самом деле, внутри черной дыры мы ничего не понимаем.
Видео Что Такое Черная Дыра?
Черная дыра - это самоподдерживающееся гравитационное поле, сконцентрированное в сильно искривленной области пространства-времени (изображение с сайта www.science.nasa.gov)
Черная дыра - это не вещество и не излучение. С некоторой долей образности можно сказать, что это самоподдерживающееся гравитационное поле, сконцентрированное в сильно искривленной области пространства-времени. Ее внешняя граница задается замкнутой поверхностью, горизонтом событий. Если звезда перед коллапсом не вращалась, эта поверхность оказывается правильной сферой, радиус которой совпадает с радиусом Шварцшильда.
Физический смысл горизонта очень нагляден. Световой сигнал, посланный с его внешней окрестности, может уйти на бесконечно далекую дистанцию. А вот сигналы, отправленные из внутренней области, не только не пересекут горизонта, но и неизбежно «провалятся» в сингулярность. Горизонт - это пространственная граница между событиями, которые могут стать известны земным (и любым иным) астрономам, и событиями, информация о которых ни при каком раскладе не выйдет наружу.
Как и положено «по Шварцшильду», вдали от горизонта притяжение дыры обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому для удаленного наблюдателя она проявляет себя как обычное тяжелое тело. Кроме массы, дыра наследует момент инерции коллапсировшей звезды и ее электрический заряд. А все остальные характеристики звезды-предшественницы (структура, состав, спектральный класс и т. п.) уходят в небытие.
Отправим к дыре зонд с радиостанцией, подающей сигнал раз в секунду по бортовому времени. Для удаленного наблюдателя по мере приближения зонда к горизонту интервалы времени между сигналами будут увеличиваться - в принципе, неограниченно. Как только корабль пересечет невидимый горизонт, он полностью замолчит для «наддырного» мира. Однако это исчезновение не окажется бесследным, поскольку зонд отдаст дыре свою массу, заряд и вращательный момент.
В нашумевшем фантастическом фильме «Интерстеллар» сюжет вертится вокруг колоссальной «черной дыры». Существование этих космических объектов действительно остается одной из самых интригующих загадок Вселенной. И, возможно, разобравшись, как они устроены, человечество получит доступ к мирам, о которых пока даже не подозревает.
Смерть звезды
Открытие «черных дыр» непосредственно связано с новым видением физического устройства Вселенной, которое предложил Альберт Эйнштейн в 1915 году, показав, что массивные тела искривляют время и пространство. Впоследствии его теория получила многочисленные экспериментальные подтверждения. Объяснить, как выглядит такое искривление непросто, поэтому физики прибегают к аналогии, представляя пространство как некую резиновую поверхность, на которую давят металлические шарики. Причем чем массивнее шарик, тем больше вмятина под ним. В реальном четырехмерном пространстве «вмятина» обращена в пятое измерение, наличие которого мы определяем лишь косвенно — по искажению луча или задержке радиосигнала, проходящего рядом с Солнцем или звездами.
Понятно, что «вмятина», создаваемая Солнцем, сравнительно невелика (ее радиус всего лишь на 50 километров больше радиуса нашего светила), однако практически сразу после того, как Эйнштейн сформулировал постулаты своей революционной теории, немецкий астрофизик Карл Шварцшильд математически доказал, что где-то во Вселенной могут находиться объекты с массой, которая настолько искривляет пространство, что из нее не может вырваться даже свет. Такие объекты со временем начали называть «черными дырами» с легкой руки американца Джона Уилера.
Долгое время «черные дыры» оставались в глазах ученых красивой гипотезой. В 1939 году молодой физик Роберт Оппенгеймер, будущий «отец» американской атомной бомбы, показал, что при определенных условиях звезда может превратиться в реальную «черную дыру». И действительно, астрономы вскоре установили, что к концу своей «жизни» звезды ведут себя по-разному. Например, Солнце, постепенно выгорая, начнет расширяться, а затем превратится в белого карлика размером с Землю, который за миллиарды лет остынет, став темным плотным сгустком материи. Те звезды, масса которых намного больше Солнца, сжигают свое топливо значительно быстрее, а затем схлопываются (коллапсируют), образуя нейтронную звезду или «черную дыру». Нейтронные звезды почти целиком состоят из атомных ядер, а «черные дыры» - из искривленного пространства и искривленного времени. Хотя «черная дыра» не содержит материи, она имеет поверхность - ее называют «горизонтом событий», через который ничто не способно выйти наружу.
Со временем «черные дыры» научились обнаруживать по влиянию, которое они оказывают на окружающее пространство. Таких объектов найдено около тысячи, но астрономы говорят, что их сотни миллионов. Выяснилось, что в центрах галактик тоже находятся гигантские «черные дыры», которые, возможно, появились в результате схлопывания массивных газовых облаков.
Открытие Хокинга
Понять, как устроены «черные дыры», пытались многие физики. Наибольших успехов на этом поприще добился англичанин Стивен Хокинг. В 1975 году он не только сумел увязать существование «черных дыр» с модной квантовой механикой, но и показал, как она должна взаимодействовать с внешним миром.
До Хокинга считалось, что «черная дыра» только поглощает материю, ничего не отдавая взамен. Изучая поведение квантовых полей вблизи «черной дыры», Хокинг предположил, что она обязательно излучает частицы во внешнее пространство и тем самым теряет массу. Этот эффект ныне называется «излучением Хокинга» (или «испарением Хокинга»). Хокинг вычислил, что такое излучение будет иметь тепловой спектр - соответственно, его можно будет обнаружить по определенной температуре. Однако температура эта настолько мала, что астрономы не могут зафиксировать ее для наблюдаемых «черных дыр», поэтому гипотеза Хокинга не подтверждена наблюдениями.
Теория «черных дыр», созданная Стивеном Хокингом, оспаривается рядом ученых. Дело в том, что в классическом представлении «черная дыра» может только расти, поглощая все новые массы материи. Из этого следует, что информация, как одна из характеристик материи внутри «черной дыры», не уничтожается, а хранится вечно или переходит из нашей Вселенной в какую-то другую. Хокинг же утверждает, что «дыра» всегда остается в исходном состоянии, разрушая информацию и сбрасывая избыток массы в виде излучения. Таким образом, две модели вступают в конфликт, а от того, кто окажется прав, зависит построение модели квантовой гравитации, что напрямую ведет к созданию пресловутой «теории всего», которая когда-нибудь перевернет наши представления о Вселенной.
В 2004 году Стивен Хокинг заявил, что разрешил противоречие, возникающее между моделями. Его новое открытие базируется на том, что в реальных процессах образования и испарения «черных дыр» информация все-таки не уничтожается. Происходит это потому, что тех «дыр», которые описаны в рамках многочисленных теорий, просто-напросто не существует в природе. То, что наблюдают астрономы в центрах галактик, - «кажущиеся черные дыры», то есть объекты, во многом похожие на придуманные физиками модели, но не обладающие настоящим «горизонтом событий». Грубо говоря, согласно прежней теории (ее еще называют «концепцией стены огня»), астронавт, падающий в «черную дыру», будет мгновенно испарен на «горизонте событий», а согласно новой, он проникнет внутрь, но обретет некие особые физические свойства.
Впрочем, и новое открытие вызвало резкую критику со стороны коллег. Оказывается, Хокинг принял как данность некоторое количество допущений, которые сами пока еще нуждаются в обосновании, посему говорить о том, что тема окончательно закрыта, преждевременно.
Дверь в иной мир
В нашумевшем научно-фантастическом фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар» наглядно показано, как проникновение в «черную дыру» и изучение ее внутренних свойств повлияет на современную физику. Фактически речь идет о технологиях управления гравитацией и сверхсветовых полетах. Больше того, в фильме даже показаны люди будущего - существа, которые освоили пространство с большим количеством измерений, чем наше.
Все эти идеи привнес в киноленту известный физик Кип Торн (кстати, он один из тех, кто сумел обосновать теоретическую возможность построения «машины времени»). В 1991 году он заключил пари со Стивеном Хокингом по поводу существования «голых сингулярностей», то есть объектов, обладающих всеми свойствами центра «черной дыры», но не имеющих «горизонта событий». Причем Торн утверждал, что такие объекты могут быть в реальности, а Хокинг считал их фантазией. И всего через пять лет спор был разрешен в пользу Торна: техасец Мэттью Чоптюк с помощью математического моделирования доказал, что при схлопывании гравитационной волны можно добиться такого состояния, когда возникает нечто вроде кипения пространства и времени. Оно порождает новые гравитационные волны, пока в конце концов не образуется бесконечно малая «голая сингулярность».
Кип Торн уточняет, что в природе «голых сингулярностей» не бывает: законы физики запрещают их спонтанное возникновение. Однако какая-нибудь могущественная цивилизация, изучившая «черные дыры» и сумевшая сконструировать технологию генерации гравитационных волн, вполне может создать искусственную «голую сингулярность». И тогда такая цивилизация не только получит возможность путешествовать по нашей Вселенной быстрее скорости света, но и проникнет в другие вселенные. Возможно, сообщает далее Торн, такая цивилизация уже действует в нашем космосе, наблюдает за нами и готова вмешаться, если у нас что-то пойдет не так. Его идея звучит как выдумка, но кто может знать наверняка?..
Антон Первушин
Могут ли червоточины производить «экзотическую материю»?
Теория червоточин может также объяснить, почему некоторые особенности нашей вселенной отклоняются от того, что предсказывает теория, согласно физикам. Основываясь на Стандартной модели физики, после Большого Взрыва кривизна Вселенной должна увеличиваться со временем, поэтому спустя 13,7 миллиарда лет, то есть сегодня, мы должны сидеть на поверхности замкнутой сферической Вселенной.
Однако наблюдения показывают, что Вселенная плоская во всех направлениях. Кроме того, данные света от юной Вселенной показывают, что температура после большого взрыва была примерно одинакова везде. Это означает, что самые дальние объекты, которые мы видим на противоположном конце вселенной, были достаточно близки друг к другу и находились в равновесии, как молекулы газа в герметичной камере.
И опять же, наблюдения не соответствуют предсказаниям, поскольку противоположные объекты в известной вселенной настолько далеки друг от друга, что время, которое понадобится на путешествие между ними на скорости света, превышает возраст вселенной.
Чтобы объяснить расхождения, астрономы разработали инфляционную теорию.
Инфляция говорит о том, что вскоре после того как была создана Вселенная, она наблюдала быстрый рывок роста, в течение которого само пространство расширялось со скоростью, превышающей световую. Вселенная растянулась от размеров атома до астрономических пропорций за долю секунды.
Вселенная потому кажется плоской, поскольку мы находимся на сфере, которая чрезвычайно большая с нашей точки зрения; так и Земля кажется плоской для того, кто стоит в поле.
Инфляция также объясняет, как объекты, которые находятся далеко друг от друга, когда-то могли находиться достаточно близко, чтобы взаимодействовать. Но если даже предположить, что инфляция реальна, астрономы изо всех сил пытаются объяснить, чем она была вызвана. И здесь-то на выручку приходит новая теория червоточин.
Согласно Поплавскому, некоторые инфляционные теории говорят, что событие было вызвано «экзотической материей», теоретической субстанцией, которая отличается от нормальной материи отчасти потому, что отталкивается, а не притягивается под действием силы гравитации. На основе этих уравнений Поплавский пришел к выводу, что такая экзотическая материя могла возникнуть, когда некоторые из первых массивных звезд коллапсировали и превратились в червоточины.
«Возможно, имело место некоторое взаимодействие экзотической материи, которая образовала червоточины, и экзотической материи, которая вызвала инфляцию», - говорит он.
Уравнения червоточин - «хорошее решение»
Новая модель не стала первой, предположившей, что другие вселенные существуют внутри черных дыр. Дэмиен Иссон, физик-теоретик из Аризонского университета, ранее уже предполагал такое.
«Что нового? То, что решение червоточин в ОТО является переходом от внешней части черной дыры к внутренности новой вселенной», - говорит Иссон, не принимавший участия в исследовании Поплавского. - «Мы просто предполагали, что такое решение могло быть, но Поплавский его нашел».
Тем не менее, идея кажется Иссону очень спорной.
«Возможно ли это? Да. Вероятен ли такой сценарий? Даже не знаю. Но это однозначно интересно».
Будущая работа в сфере квантовой гравитации - исследовании гравитации на субатомном уровне - уточнит уравнения и потенциально подтвердит или опровергнет теорию Поплавского.
В теории червоточин нет ничего удивительного
В целом, теория червоточин интересная, но не прорывная, не проливает свет на происхождение вселенной, считает Андреас Альбрехт, физик из Калифорнийского университета в Дэвисе, который также не принимал участия в исследовании.
Утверждая то, что наша вселенная была создана из куска материи от родительской вселенной, теория просто сдвигает событие возникновения всего сущего в альтернативную реальность. Другими словами, она не объясняет, как возникла родительская вселенная или почему наша обладает именно такими свойствами - более того, свойства должны наследоваться, а значит родительская вселенная будет такой же.
«Есть несколько актуальных проблем, которые мы пытаемся решить, и непонятно, к чему все это приведет», - говорит он, отмечая исследование Поплавского.
Тем не менее, Альбрехт не находит , связывающих вселенные, «страньше», чем идею сингулярностей в черных дырах, и он не собирается отказываться от новой теории только потому, что она выглядит слегка двинутой.
«Все, чем занимаются люди в этой сфере, довольно странно», - говорит он. - «Вы не имеете права утверждать, что победит менее странная идея, потому что этого не произойдет, ни при каких обстоятельствах».
Как часть космической матрешки, наша вселенная может находиться внутри черной дыры, которая сама по себе является частью большой вселенной. Все черные дыры, обнаруженные в нашей Вселенной - от микроскопических до сверхмассивных - могут быть дверными проемами в альтернативные реальности.
Одна из последних «галлюциногенных» теорий гласит, что черная дыра является туннелем между вселенными - нечто вроде червоточины. Черная дыра не коллапсирует в одну точку, как предполагалось, а переходит в «белую дыру» на другом конце черной дыры.
В статье, опубликованной в журнале Physics Letters B, физик из Университета Индианы Никодем Поплавский представил новую математическую модель спиралевидного движения материи, падающей в черную дыру. Его уравнения показывают, что такие червоточины являются жизнеспособными альтернативами сингулярностям пространства-времени, которые, как предполагал Альберт Эйнштейн, находятся в центре черных дыр.
Согласно уравнениям общей теории относительности Эйнштейна, сингулярности создаются, когда материя в регионе становится слишком плотной, как в сверхплотном сердце черной дыры.
Теория Эйнштейна предполагает, что сингулярности не занимают пространства, бесконечно плотные и бесконечно горячие - что, в принципе, поддерживается многочисленными косвенными доказательствами, но до сих пор остается трудно понятной для многих ученых.
Если Поплавский прав, может и понимать не придется.
В соответствии с новыми уравнениями, материя, которую поглощает и, видимо, уничтожает черная дыра, становится строительным материалом для галактик, звезд и планет в другой реальности.
Могут ли червоточины решить загадку Большого Взрыва?
Поплавский говорит, что понимание черных дыр как червоточин может объяснить определенные загадки в современной космологии. К примеру, теория большого взрыва утверждает, что вселенная началась с сингулярности. Но ученых не устраивает объяснение того, как такая сингулярность могла образоваться первоначально. Если наша вселенная родилась из белой дыры, а не из сингулярности, «это решает проблему сингулярностей черных дыр и сингулярности большого взрыва».
Червоточины также могут объяснять гамма-всплески, вторые по силе взрывы во вселенной после Большого Взрыва. Гамма-всплески возникают на периферии известной вселенной. Их связывают со сверхновыми, или смертью звезд, в далеких галактиках, но их точные источники являются загадкой. Поплавский предполагает, что всплески могут быть выбросами вещества из альтернативных вселенных. Материя проникает в нашу вселенную через сверхмассивные черные дыры - червоточины - в сердцах галактик, хотя и непонятно, как это возможно.
«Идея сумасшедшая, но кто знает?», - говорит ученый.
Есть по меньшей мере один способ проверить теорию Поплавского. Некоторые из черных дыр в нашей вселенной вращаются, и если наша вселенная родилась внутри такой же вращающейся черной дыры, значит, она должна унаследовать вращение родительского объекта. Если будущие эксперименты покажут, что наша вселенная вращается в предполагаемом направлении, это может быть косвенным доказательством теории червоточин.
Могут ли червоточины производить «экзотическую материю»?
Теория червоточин может также объяснить, почему некоторые особенности нашей вселенной отклоняются от того, что предсказывает теория, согласно физикам. Основываясь на Стандартной модели физики, после Большого Взрыва кривизна Вселенной должна увеличиваться со временем, поэтому спустя 13,7 миллиарда лет, то есть сегодня, мы должны сидеть на поверхности замкнутой сферической Вселенной.
Однако наблюдения показывают, что Вселенная плоская во всех направлениях. Кроме того, данные света от юной Вселенной показывают, что температура после большого взрыва была примерно одинакова везде. Это означает, что самые дальние объекты, которые мы видим на противоположном конце вселенной, были достаточно близки друг к другу и находились в равновесии, как молекулы газа в герметичной камере.
И опять же, наблюдения не соответствуют предсказаниям, поскольку противоположные объекты в известной вселенной настолько далеки друг от друга, что время, которое понадобится на путешествие между ними на скорости света, превышает возраст вселенной.
Чтобы объяснить расхождения, астрономы разработали инфляционную теорию.
Инфляция говорит о том, что вскоре после того как была создана Вселенная, она наблюдала быстрый рывок роста, в течение которого само пространство расширялось со скоростью, превышающей световую. Вселенная растянулась от размеров атома до астрономических пропорций за долю секунды.
Вселенная потому кажется плоской, поскольку мы находимся на сфере, которая чрезвычайно большая с нашей точки зрения; так и Земля кажется плоской для того, кто стоит в поле.
Инфляция также объясняет, как объекты, которые находятся далеко друг от друга, когда-то могли находиться достаточно близко, чтобы взаимодействовать. Но если даже предположить, что инфляция реальна, астрономы изо всех сил пытаются объяснить, чем она была вызвана. И здесь-то на выручку приходит новая теория червоточин.
Согласно Поплавскому, некоторые инфляционные теории говорят, что событие было вызвано «экзотической материей», теоретической субстанцией, которая отличается от нормальной материи отчасти потому, что отталкивается, а не притягивается под действием силы гравитации. На основе этих уравнений Поплавский пришел к выводу, что такая экзотическая материя могла возникнуть, когда некоторые из первых массивных звезд коллапсировали и превратились в червоточины.
«Возможно, имело место некоторое взаимодействие экзотической материи, которая образовала червоточины, и экзотической материи, которая вызвала инфляцию», - говорит он.
Уравнения червоточин - «хорошее решение»
Новая модель не стала первой, предположившей, что другие вселенные существуют внутри черных дыр. Дэмиен Иссон, физик-теоретик из Аризонского университета, ранее уже предполагал такое.
«Что нового? То, что решение червоточин в ОТО является переходом от внешней части черной дыры к внутренности новой вселенной», - говорит Иссон, не принимавший участия в исследовании Поплавского. - «Мы просто предполагали, что такое решение могло быть, но Поплавский его нашел».
Тем не менее, идея кажется Иссону очень спорной.
«Возможно ли это? Да. Вероятен ли такой сценарий? Даже не знаю. Но это однозначно интересно».
Будущая работа в сфере квантовой гравитации - исследовании гравитации на субатомном уровне - уточнит уравнения и потенциально подтвердит или опровергнет теорию Поплавского.
В теории червоточин нет ничего удивительного
В целом, теория червоточин интересная, но не прорывная, не проливает свет на происхождение вселенной, считает Андреас Альбрехт, физик из Калифорнийского университета в Дэвисе, который также не принимал участия в исследовании.
Утверждая то, что наша вселенная была создана из куска материи от родительской вселенной, теория просто сдвигает событие возникновения всего сущего в альтернативную реальность. Другими словами, она не объясняет, как возникла родительская вселенная или почему наша обладает именно такими свойствами - более того, свойства должны наследоваться, а значит родительская вселенная будет такой же.
«Есть несколько актуальных проблем, которые мы пытаемся решить, и непонятно, к чему все это приведет», - говорит он, отмечая исследование Поплавского.
Тем не менее, Альбрехт не находит идею червоточин, связывающих вселенные, «страньше», чем идею сингулярностей в черных дырах, и он не собирается отказываться от новой теории только потому, что она выглядит слегка двинутой.
«Все, чем занимаются люди в этой сфере, довольно странно», - говорит он. - «Вы не имеете права утверждать, что победит менее странная идея, потому что этого не произойдет, ни при каких обстоятельствах».
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.