Ang hypothesis ng pagkakaroon ng black hole ay unang iniharap ng English astronomer na si J. Michell noong 1783 batay sa corpuscular theory of light at Newtonian theory of gravity. Sa oras na iyon, ang teorya ng alon ni Huygens at ang kanyang sikat na prinsipyo ng alon ay nakalimutan lamang. Ang teorya ng alon ay hindi nakatulong sa pamamagitan ng suporta ng ilang kagalang-galang na mga siyentipiko, sa partikular, ang mga sikat na St. Petersburg academicians M.V. Lomonosov at L. Euler. Ang lohika ng pangangatwiran na humantong kay Michell sa konsepto ng isang black hole ay napaka-simple: kung ang liwanag ay binubuo ng mga particle-corpuscles ng luminiferous ether, kung gayon ang mga particle na ito, tulad ng ibang mga katawan, ay dapat makaranas ng pagkahumaling mula sa gravitational field. Dahil dito, mas malaki ang bituin (o planeta), mas malaki ang atraksyon mula sa gilid nito patungo sa mga corpuscle at mas mahirap para sa liwanag na umalis sa ibabaw ng naturang katawan.
Ang karagdagang lohika ay nagmumungkahi na ang gayong napakalaking mga bituin ay maaaring umiral sa kalikasan, ang atraksyon kung saan ang mga corpuscles ay hindi na madaig, at sila ay palaging lilitaw na itim sa isang panlabas na tagamasid, bagaman sila mismo ay maaaring kumikinang sa isang nakasisilaw na kinang, tulad ng Araw. Sa pisikal, nangangahulugan ito na ang pangalawang cosmic velocity sa ibabaw ng naturang bituin ay dapat na hindi bababa sa bilis ng liwanag. Ang mga kalkulasyon ni Michell ay nagpapakita na ang liwanag ay hindi mag-iiwan ng bituin kung ang radius nito sa average na solar density ay 500 solar. Ang ganitong bituin ay matatawag nang black hole.
Pagkaraan ng 13 taon, ang Pranses na matematiko at astronomo na si P.S. Ipinahayag ni Laplace, malamang, nang nakapag-iisa kay Michell, ang isang katulad na hypothesis tungkol sa pagkakaroon ng gayong mga kakaibang bagay. Gamit ang isang masalimuot na paraan ng pagkalkula, natagpuan ni Laplace ang radius ng isang globo para sa isang partikular na density, sa ibabaw kung saan ang parabolic velocity ay katumbas ng bilis ng liwanag. Ayon kay Laplace, ang mga corpuscle ng liwanag, bilang mga gravitating particle, ay dapat na maantala ng malalaking bituin na naglalabas ng liwanag, na may densidad na katumbas ng sa Earth, at isang radius na 250 beses na mas malaki kaysa sa solar.
Ang teoryang ito ni Laplace ay kasama lamang sa unang dalawang panghabambuhay na edisyon ng kanyang sikat na aklat na "Exposition of the System of the World", na inilathala noong 1796 at 1799. Oo, marahil kahit na ang Austrian astronomer na si F.K. von Zach ay naging interesado sa teorya ni Laplace, na inilathala ito noong 1798 sa ilalim ng pamagat na "Patunay ng theorem na ang puwersa ng pagkahumaling ng isang mabigat na katawan ay maaaring maging napakalakas na ang liwanag ay hindi maaaring dumaloy mula dito."
Sa puntong ito, huminto ang kasaysayan ng pag-aaral ng mga black hole nang higit sa 100 taon. Tila si Laplace mismo ay tahimik na inabandona ang gayong labis na hypothesis, dahil hindi niya ito isinama sa lahat ng iba pang panghabambuhay na edisyon ng kanyang aklat, na lumabas noong 1808, 1813 at 1824. Marahil ay ayaw ni Laplace na gayahin ang halos hindi kapani-paniwalang hypothesis ng mga malalaking bituin na hindi na naglalabas ng liwanag. Marahil ay napahinto siya ng mga bagong astronomikal na data sa hindi pagbabago ng laki ng aberration ng liwanag sa iba't ibang mga bituin, na sumasalungat sa ilan sa mga konklusyon ng kanyang teorya, sa batayan kung saan ibinatay niya ang kanyang mga kalkulasyon. Ngunit ang pinaka-malamang na dahilan kung bakit nakalimutan ng lahat ang tungkol sa mahiwagang hypothetical na mga bagay ni Michell-Laplace ay ang tagumpay ng wave theory of light, ang matagumpay na prusisyon na nagsimula mula sa mga unang taon ng ika-19 na siglo.
Ang simula ng tagumpay na ito ay inilatag ng Booker lecture ng English physicist na si T. Jung "The Theory of Light and Color", na inilathala noong 1801, kung saan matapang si Jung, salungat sa Newton at iba pang sikat na tagasuporta ng corpuscular theory (kabilang ang Laplace) , binalangkas ang kakanyahan ng wave theory ng liwanag, na nagsasabi na ang ibinubuga na liwanag ay binubuo ng parang alon na paggalaw ng luminiferous eter. Dahil sa inspirasyon ng pagtuklas ng polarisasyon ng liwanag, sinimulan ni Laplace na "i-save" ang mga corpuscle sa pamamagitan ng pagbuo ng teorya ng dobleng repraksyon ng liwanag sa mga kristal batay sa dobleng pagkilos ng mga molekulang kristal sa mga light corpuscle. Ngunit ang mga kasunod na gawa ng mga physicist na si O.Zh. Fresnel, F.D. Aragon, J. Fraunhofer at iba pa ay hindi nag-iwan ng isang bato na hindi nakaligtaan mula sa teorya ng corpuscular, na seryosong naalala lamang pagkaraan ng isang siglo, pagkatapos ng pagtuklas ng quanta. Ang lahat ng pangangatwiran tungkol sa mga itim na butas sa balangkas ng teorya ng alon ng liwanag sa oras na iyon ay mukhang katawa-tawa.
Ang mga itim na butas ay hindi agad naalala pagkatapos ng "rehabilitasyon" ng corpuscular theory ng liwanag, nang magsimula silang magsalita tungkol dito sa isang bagong antas ng husay salamat sa hypothesis ng quanta (1900) at mga photon (1905). Ang mga itim na butas ay muling natuklasan sa pangalawang pagkakataon lamang pagkatapos ng paglikha ng GR noong 1916, nang ang Aleman na teoretikal na pisiko at astronomo na si K. Schwarzschild, ilang buwan pagkatapos ng paglalathala ng mga equation ni Einstein, ay ginamit ang mga ito upang siyasatin ang istruktura ng curved space-time sa ang paligid ng Araw. Bilang resulta, natuklasan niyang muli ang kababalaghan ng mga black hole, ngunit sa mas malalim na antas.
Ang pangwakas na teoretikal na pagtuklas ng mga black hole ay naganap noong 1939, nang isagawa nina Oppenheimer at Snyder ang unang tahasang solusyon ng mga equation ni Einstein sa paglalarawan ng pagbuo ng isang black hole mula sa isang gumuhong dust cloud. Ang terminong "black hole" mismo ay unang ipinakilala sa agham ng American physicist na si J. Wheeler noong 1968, sa mga taon ng mabilis na muling pagkabuhay ng interes sa pangkalahatang relativity, cosmology at astrophysics, na dulot ng mga tagumpay ng extra-atmospheric (sa partikular. , x-ray) astronomy, ang pagtuklas ng cosmic microwave background radiation, pulsar at quasar.
Ang mga black hole - marahil ang pinakamisteryoso at misteryosong mga bagay na pang-astronomiya sa ating Uniberso, ay nakakuha ng atensyon ng mga eksperto at napukaw ang imahinasyon ng mga manunulat ng science fiction mula noong kanilang natuklasan. Ano ang mga black hole at ano ang hitsura nito? Ang mga itim na butas ay pinapatay na mga bituin, dahil sa kanilang mga pisikal na katangian, na may napakataas na density at napakalakas na gravity na kahit na ang liwanag ay hindi makatakas mula sa kanila.
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng mga black hole
Sa kauna-unahang pagkakataon, ang teoretikal na pag-iral ng mga black hole, bago pa man ang kanilang aktwal na pagtuklas, ay iminungkahi ng isang tao na si D. Michel (isang Ingles na pari mula sa Yorkshire, na mahilig sa astronomiya sa kanyang paglilibang) noong 1783. Ayon sa kanyang mga kalkulasyon, kung kukunin natin ang sa amin at i-compress ito (sa modernong mga termino ng computer, i-archive ito) sa isang radius na 3 km, ang isang malaking (napakalaking) gravitational force ay nabuo na kahit na ang liwanag ay hindi maaaring umalis dito. Ito ay kung paano lumitaw ang konsepto ng "itim na butas", kahit na sa katunayan ito ay hindi itim, sa aming opinyon, ang terminong "madilim na butas" ay magiging mas angkop, dahil ito ay tiyak na ang kawalan ng liwanag na nagaganap.
Nang maglaon, noong 1918, ang mahusay na siyentipiko na si Albert Einstein ay sumulat tungkol sa isyu ng mga black hole sa konteksto. Ngunit noong 1967 lamang, sa pamamagitan ng pagsisikap ng American astrophysicist na si John Wheeler, ang konsepto ng black hole sa wakas ay nanalo ng lugar sa mga akademikong bilog.
Magkagayunman, pareho sina D. Michel, at Albert Einstein, at John Wheeler sa kanilang mga gawa ay ipinapalagay lamang ang teoretikal na pag-iral ng mga mahiwagang bagay na ito sa kalawakan, gayunpaman, ang tunay na pagtuklas ng mga black hole ay naganap noong 1971, ito ay pagkatapos na sila ay unang napansin sa kalawakan.teleskopyo.
Ito ang hitsura ng isang black hole.
Paano nabubuo ang mga black hole sa kalawakan?
Tulad ng alam natin mula sa astrophysics, lahat ng bituin (kabilang ang ating Araw) ay may ilang limitadong dami ng gasolina. At kahit na ang buhay ng isang bituin ay maaaring tumagal ng bilyun-bilyong taon, sa malao't madali ang kondisyong ito ng supply ng gasolina ay magtatapos, at ang bituin ay "lumabas". Ang proseso ng "pagkalipol" ng isang bituin ay sinamahan ng matinding reaksyon, kung saan ang bituin ay sumasailalim sa isang makabuluhang pagbabago at, depende sa laki nito, ay maaaring maging isang puting dwarf, isang neutron star, o isang black hole. Bukod dito, ang pinakamalaking mga bituin, na may hindi kapani-paniwalang kahanga-hangang mga sukat, ay karaniwang nagiging isang itim na butas - dahil sa pag-compress ng mga hindi kapani-paniwalang laki na ito, ang masa at gravitational na puwersa ng bagong nabuo na itim na butas ay dumami, na nagiging isang uri ng galactic vacuum. mas malinis - sinisipsip ang lahat at lahat ng bagay sa paligid nito.
Isang itim na butas ang lumulunok ng bituin.
Ang isang maliit na pangungusap - ang ating Araw, ayon sa mga pamantayang galactic, ay hindi isang malaking bituin, at pagkatapos ng pagkupas, na magaganap sa halos ilang bilyong taon, malamang na hindi ito magiging isang black hole.
Ngunit maging tapat tayo sa iyo - ngayon, hindi pa rin alam ng mga siyentipiko ang lahat ng mga intricacies ng pagbuo ng isang black hole, walang alinlangan, ito ay isang lubhang kumplikadong proseso ng astrophysical, na kung saan mismo ay maaaring tumagal ng milyun-milyong taon. Bagaman posible na sumulong sa direksyon na ito, ang pagtuklas at kasunod na pag-aaral ng tinatawag na intermediate black hole, iyon ay, mga bituin na nasa isang estado ng pagkalipol, kung saan ang aktibong proseso ng pagbuo ng isang black hole, ay nagaganap. . Sa pamamagitan ng paraan, ang isang katulad na bituin ay natuklasan ng mga astronomo noong 2014 sa braso ng isang spiral galaxy.
Ilang black hole ang umiiral sa uniberso
Ayon sa mga teorya ng mga modernong siyentipiko, maaaring mayroong hanggang daan-daang milyong black hole sa ating Milky Way galaxy. Maaaring walang mas kaunti sa kanila sa kalawakan sa tabi natin, kung saan walang lipad mula sa ating Milky Way - 2.5 milyong light years.
Teorya ng black hole
Sa kabila ng malaking masa (na daan-daang libong beses na mas malaki kaysa sa masa ng ating Araw) at ang hindi kapani-paniwalang lakas ng grabidad, hindi madaling makakita ng mga black hole sa pamamagitan ng teleskopyo, dahil hindi sila naglalabas ng liwanag. Napansin ng mga siyentipiko ang isang itim na butas lamang sa sandali ng "pagkain" nito - ang pagsipsip ng isa pang bituin, sa sandaling ito ay lumilitaw ang isang katangian ng radiation, na maaari nang maobserbahan. Kaya, natagpuan ng teorya ng black hole ang aktwal na kumpirmasyon.
Mga katangian ng black hole
Ang pangunahing pag-aari ng isang black hole ay ang hindi kapani-paniwalang mga patlang ng gravitational, na hindi pinapayagan ang nakapalibot na espasyo at oras na manatili sa kanilang karaniwang estado. Oo, tama ang iyong narinig, ang oras sa loob ng isang black hole ay dumadaloy nang maraming beses na mas mabagal kaysa sa karaniwan, at kung naroon ka, pagkatapos ay babalik (kung ikaw ay napakaswerte, siyempre) ay magugulat kang mapansin na lumipas na ang mga siglo sa Earth, at hindi ka man lang tatanda. Bagama't maging totoo tayo, kung ikaw ay nasa loob ng isang black hole, hindi ka na makakaligtas, dahil ang puwersa ng grabidad doon ay ang anumang materyal na bagay ay basta na lang mapupunit, hindi kahit sa mga bahagi, sa mga atomo.
Ngunit kung malapit ka man sa isang black hole, sa loob ng saklaw ng gravitational field nito, mahihirapan ka rin, dahil kapag mas nilalabanan mo ang grabidad nito, sinusubukan mong lumipad palayo, mas mabilis kang mahuhulog dito. Ang dahilan para sa tila kabalintunaan na ito ay ang gravitational vortex field, na taglay ng lahat ng black hole.
Paano kung mahulog ang isang tao sa black hole
Pagsingaw ng mga black hole
Ang Ingles na astronomo na si S. Hawking ay natuklasan ang isang kawili-wiling katotohanan: ang mga itim na butas din, lumalabas, ay naglalabas. Totoo, nalalapat lamang ito sa mga butas ng medyo maliit na masa. Ang malakas na gravity sa kanilang paligid ay lumilikha ng mga pares ng mga particle at antiparticle, ang isa sa mga pares ay hinihila papasok ng butas, at ang pangalawa ay ibinubuga palabas. Kaya, ang isang black hole ay naglalabas ng matitigas na antiparticle at gamma ray. Ang pagsingaw o radiation na ito mula sa isang black hole ay pinangalanan sa scientist na nakatuklas nito - "Hawking radiation".
Ang pinakamalaking black hole
Ayon sa teorya ng mga itim na butas, sa gitna ng halos lahat ng mga kalawakan ay may malalaking itim na butas na may masa mula sa ilang milyon hanggang ilang bilyong solar masa. At medyo kamakailan, natuklasan ng mga siyentipiko ang dalawang pinakamalaking black hole na kilala hanggang ngayon, ang mga ito ay nasa dalawang kalapit na kalawakan: NGC 3842 at NGC 4849.
Ang NGC 3842 ay ang pinakamaliwanag na kalawakan sa konstelasyon na Leo, na matatagpuan sa layo na 320 milyong light-years mula sa amin. Sa gitna nito ay may malaking black hole na may mass na 9.7 bilyong solar mass.
Ang NGC 4849 ay isang kalawakan sa kumpol ng Coma, 335 milyong light-years ang layo, na ipinagmamalaki ang isang kahanga-hangang black hole.
Ang mga zone ng pagkilos ng gravitational field ng mga higanteng black hole na ito, o sa akademikong termino, ang kanilang event horizon, ay humigit-kumulang 5 beses ang layo mula sa Araw hanggang! Kakainin ng gayong black hole ang ating solar system at hindi man lang mabulunan.
Ang pinakamaliit na black hole
Ngunit may napakaliit na mga kinatawan sa malawak na pamilya ng mga black hole. Kaya ang pinaka-dwarf black hole na natuklasan ng mga siyentipiko sa kasalukuyan sa masa nito ay 3 beses lamang ang masa ng ating Araw. Sa katunayan, ito ang teoretikal na minimum na kinakailangan para sa pagbuo ng isang itim na butas, kung ang bituin ay medyo maliit, ang butas ay hindi nabuo.
Ang mga black hole ay mga cannibal
Oo, mayroong ganoong kababalaghan, tulad ng isinulat namin sa itaas, ang mga itim na butas ay isang uri ng "galactic vacuum cleaners" na sumisipsip ng lahat ng bagay sa kanilang paligid, kabilang ang ... iba pang mga black hole. Kamakailan, natuklasan ng mga astronomo na ang isang black hole mula sa isang galaxy ay kinakain ng isa pang malaking black glutton mula sa ibang galaxy.
- Ayon sa mga hypotheses ng ilang mga siyentipiko, ang mga black hole ay hindi lamang mga galactic vacuum cleaner na sumisipsip ng lahat sa kanilang sarili, ngunit sa ilalim ng ilang mga pangyayari sila mismo ay maaaring makabuo ng mga bagong uniberso.
- Ang mga itim na butas ay maaaring sumingaw sa paglipas ng panahon. Isinulat namin sa itaas na natuklasan ng Ingles na siyentipiko na si Stephen Hawking na ang mga itim na butas ay may pag-aari ng radiation, at pagkatapos ng ilang napakahabang yugto ng panahon, kapag walang anumang bagay na sumisipsip sa paligid, ang itim na butas ay magsisimulang sumingaw nang higit pa, hanggang sa kalaunan ibinibigay nito ang lahat ng masa nito sa nakapalibot na kalawakan. Kahit na ito ay isang palagay lamang, isang hypothesis.
- Ang mga itim na butas ay nagpapabagal sa oras at liko ng espasyo. Naisulat na namin ang tungkol sa pagluwang ng oras, ngunit ang espasyo sa mga kondisyon ng isang itim na butas ay ganap na hubog.
- Nililimitahan ng mga black hole ang bilang ng mga bituin sa uniberso. Lalo na, pinipigilan ng kanilang mga patlang ng gravitational ang paglamig ng mga ulap ng gas sa kalawakan, kung saan, tulad ng alam mo, ipinanganak ang mga bagong bituin.
Black holes sa Discovery Channel, video
At sa konklusyon, nag-aalok kami sa iyo ng isang kawili-wiling pang-agham na dokumentaryo tungkol sa mga black hole mula sa Discovery channel.
Sa pagsulat ng artikulo, sinubukan kong gawin itong kawili-wili, kapaki-pakinabang at may mataas na kalidad hangga't maaari. Ako ay magpapasalamat para sa anumang puna at nakabubuo na pagpuna sa anyo ng mga komento sa artikulo. Maaari mo ring isulat ang iyong hiling / tanong / mungkahi sa aking mail [email protected] o sa Facebook, nang may paggalang, ang may-akda.
Black hole, dark matter, dark matter... Walang alinlangan na ito ang pinaka kakaiba at pinaka mahiwagang bagay sa kalawakan. Ang kanilang mga kakaibang katangian ay maaaring sumalungat sa mga batas ng pisika sa uniberso at maging ang likas na katangian ng umiiral na katotohanan. Upang maunawaan kung ano ang mga black hole, nag-aalok ang mga siyentipiko na "baguhin ang mga landmark", matutong mag-isip sa labas ng kahon at maglapat ng kaunting imahinasyon. Ang mga itim na butas ay nabuo mula sa mga core ng napakalaking bituin, na maaaring inilarawan bilang isang rehiyon ng kalawakan kung saan ang isang malaking masa ay puro sa kawalan, at wala, kahit na liwanag, ay maaaring makatakas sa gravitational attraction doon. Ito ang lugar kung saan ang pangalawang bilis ng espasyo ay lumampas sa bilis ng liwanag: At kung mas malaki ang bagay ng paggalaw, mas mabilis itong dapat gumalaw upang maalis ang gravity nito. Ito ay kilala bilang pangalawang bilis ng pagtakas.
Tinatawag ng Collier Encyclopedia ang black hole bilang isang rehiyon sa kalawakan na lumitaw bilang resulta ng isang kumpletong gravitational collapse ng matter, kung saan ang gravitational attraction ay napakalakas na kahit na bagay, o liwanag, o iba pang mga carrier ng impormasyon ay maaaring umalis dito. Samakatuwid, ang loob ng isang black hole ay sanhi ng hindi nauugnay sa natitirang bahagi ng uniberso; Ang mga pisikal na proseso na nagaganap sa loob ng black hole ay hindi makakaapekto sa mga proseso sa labas nito. Ang isang itim na butas ay napapaligiran ng isang ibabaw na may pag-aari ng isang unidirectional na lamad: ang bagay at radiation ay malayang nahuhulog sa itim na butas, ngunit walang makakatakas mula dito. Ang ibabaw na ito ay tinatawag na "horizon ng kaganapan".
Kasaysayan ng pagtuklas
Ang mga black hole, na hinulaan ng pangkalahatang teorya ng relativity (ang teorya ng gravity na iminungkahi ni Einstein noong 1915) at iba pang mas modernong mga teorya ng gravity, ay mathematically na pinatunayan ni R. Oppenheimer at H. Snyder noong 1939. Ngunit ang mga katangian ng espasyo at oras sa paligid ng mga bagay na ito ay naging napakabihirang, na hindi sineseryoso ng mga astronomo at pisiko sa loob ng 25 taon. Gayunpaman, ang mga pagtuklas sa astronomya noong kalagitnaan ng dekada 1960 ay pinilit kaming tingnan ang mga black hole bilang isang posibleng pisikal na katotohanan. Maaaring baguhin ng mga bagong tuklas at pag-aaral ang ating pag-unawa sa espasyo at oras, na nagbibigay-liwanag sa bilyun-bilyong misteryo ng kosmiko.
Pagbuo ng mga itim na butas
Habang nagaganap ang mga reaksiyong thermonuclear sa loob ng bituin, pinapanatili nila ang mataas na temperatura at presyon, na pinipigilan ang bituin na bumagsak sa ilalim ng impluwensya ng sarili nitong gravity. Gayunpaman, sa paglipas ng panahon, ang nuclear fuel ay naubos, at ang bituin ay nagsisimulang lumiit. Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na kung ang masa ng isang bituin ay hindi lalampas sa tatlong solar na masa, kung gayon ito ay mananalo sa "labanan na may grabidad": ang gravitational collapse nito ay titigil sa pamamagitan ng presyon ng "degenerate" na bagay, at ang bituin ay magpakailanman magiging isang puting dwarf o neutron star. Ngunit kung ang masa ng isang bituin ay higit sa tatlong solar, kung gayon walang makakapigil sa sakuna nitong pagbagsak at ito ay mabilis na mapupunta sa ilalim ng abot-tanaw ng kaganapan, at magiging isang black hole.
Ang black hole ba ay isang donut hole?
Ang anumang bagay na hindi naglalabas ng liwanag ay mahirap makita. Ang isang paraan upang maghanap ng black hole ay ang paghahanap ng mga lugar sa outer space na maraming masa at nasa madilim na espasyo. Kapag naghahanap ng mga ganitong uri ng mga bagay, natagpuan ng mga astronomo ang mga ito sa dalawang pangunahing lugar: sa mga sentro ng mga kalawakan at sa mga binary star system sa ating Galaxy. Sa kabuuan, tulad ng iminumungkahi ng mga siyentipiko, mayroong sampu-sampung milyon ng mga naturang bagay.
Ang konsepto ng isang black hole ay kilala sa lahat - mula sa mga mag-aaral hanggang sa mga matatanda, ginagamit ito sa panitikan sa agham at fiction, sa dilaw na media at sa mga kumperensyang pang-agham. Ngunit hindi alam ng lahat kung ano ang eksaktong mga butas na ito.
Mula sa kasaysayan ng mga black hole
1783 Ang unang hypothesis para sa pagkakaroon ng naturang kababalaghan bilang isang black hole ay iniharap noong 1783 ng Ingles na siyentipiko na si John Michell. Sa kanyang teorya, pinagsama niya ang dalawang likha ni Newton - optika at mekanika. Ang ideya ni Michell ay ito: kung ang liwanag ay isang stream ng maliliit na particle, kung gayon, tulad ng lahat ng iba pang mga katawan, ang mga particle ay dapat makaranas ng pagkahumaling ng isang gravitational field. Lumalabas na kung mas malaki ang bituin, mas mahirap para sa liwanag na labanan ang pagkahumaling nito. 13 taon pagkatapos ni Michell, ang Pranses na astronomo at matematiko na si Laplace ay naglagay (malamang na independyente sa kanyang British counterpart) ng isang katulad na teorya.
1915 Gayunpaman, ang lahat ng kanilang mga gawa ay nanatiling hindi inaangkin hanggang sa simula ng ika-20 siglo. Noong 1915, inilathala ni Albert Einstein ang General Theory of Relativity at ipinakita na ang gravity ay isang curvature ng space-time na dulot ng matter, at pagkaraan ng ilang buwan, ginamit ito ng German astronomer at theoretical physicist na si Karl Schwarzschild upang malutas ang isang partikular na problema sa astronomiya. Ginalugad niya ang istraktura ng curved space-time sa paligid ng Araw at muling natuklasan ang phenomenon ng black hole.
(Inilikha ni John Wheeler ang terminong "black holes")
1967 Ang American physicist na si John Wheeler ay nagbalangkas ng isang puwang na maaaring gusot, tulad ng isang piraso ng papel, sa isang napakaliit na punto at itinalaga ang terminong "Black Hole".
1974 Pinatunayan ng British physicist na si Stephen Hawking na ang mga itim na butas, bagama't nilalamon nila ang bagay na walang pagbalik, ay maaaring maglabas ng radiation at kalaunan ay sumingaw. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na "Hawking radiation".
2013 Ang pinakabagong pananaliksik sa mga pulsar at quasar, pati na rin ang pagtuklas ng cosmic microwave background radiation, ay naging posible upang ilarawan ang mismong konsepto ng mga black hole. Noong 2013, ang gas cloud G2 ay napakalapit sa black hole at malamang na masipsip nito, ang pagmamasid sa natatanging proseso ay nagbibigay ng magagandang pagkakataon para sa mga bagong pagtuklas ng mga tampok ng black hole.
(Napakalaking bagay na Sagittarius A *, ang masa nito ay 4 milyong beses na mas malaki kaysa sa Araw, na nagpapahiwatig ng isang kumpol ng mga bituin at ang pagbuo ng isang itim na butas)
2017. Ang isang pangkat ng mga siyentipiko mula sa Event Horizon Telescope na pakikipagtulungan ng ilang mga bansa, na nag-uugnay sa walong teleskopyo mula sa iba't ibang mga punto ng mga kontinente ng Earth, ay nagsagawa ng mga obserbasyon ng isang black hole, na isang napakalaking bagay at matatagpuan sa M87 galaxy, ang konstelasyon na Virgo. Ang masa ng bagay ay 6.5 bilyon (!) solar masa, napakalaking beses na mas malaki kaysa sa napakalaking bagay na Sagittarius A *, para sa paghahambing, ang diameter ay bahagyang mas mababa kaysa sa distansya mula sa Araw hanggang Pluto.
Ang mga obserbasyon ay isinagawa sa maraming yugto, simula sa tagsibol ng 2017 at sa mga panahon ng 2018. Ang halaga ng impormasyon ay kinakalkula sa mga petabytes, na pagkatapos ay kailangang ma-decipher at isang tunay na imahe ng isang ultra-malayong bagay na nakuha. Samakatuwid, tumagal ng isa pang dalawang buong taon upang paunang i-scan ang lahat ng data at pagsamahin ang mga ito sa isang kabuuan.
2019 Matagumpay na na-decode at naipakita ang data, na nagdulot ng kauna-unahang larawan ng isang black hole.
(Ang kauna-unahang larawan ng black hole sa M87 galaxy sa constellation Virgo)
Nagbibigay-daan sa iyo ang resolution ng imahe na makita ang anino ng punto ng walang pagbabalik sa gitna ng bagay. Nakuha ang imahe bilang resulta ng mga interferometric na obserbasyon na may sobrang haba na baseline. Ito ang tinatawag na magkakasabay na mga obserbasyon ng isang bagay mula sa ilang mga teleskopyo ng radyo, na magkakaugnay ng isang network at matatagpuan sa iba't ibang bahagi ng mundo, na nakadirekta sa isang direksyon.
Ano ba talaga ang black holes?
Ang isang laconic na paliwanag ng kababalaghan ay parang ganito.
Ang black hole ay isang space-time na rehiyon na ang gravitational attraction ay napakalakas na walang bagay, kabilang ang light quanta, ang makakaalis dito.
Ang isang black hole ay dating isang napakalaking bituin. Hangga't ang mga reaksiyong thermonuclear ay nagpapanatili ng mataas na presyon sa mga bituka nito, nananatiling normal ang lahat. Ngunit sa paglipas ng panahon, ang supply ng enerhiya ay naubos at ang celestial body, sa ilalim ng impluwensya ng sarili nitong grabidad, ay nagsisimulang lumiit. Ang huling yugto ng prosesong ito ay ang pagbagsak ng stellar core at ang pagbuo ng isang black hole.
- 1. Pag-ejection ng black hole jet sa mataas na bilis
- 2. Ang isang disk ng bagay ay lumalaki sa isang black hole
- 3. Black hole
- 4. Detalyadong pamamaraan ng rehiyon ng black hole
- 5. Sukat ng mga natagpuang bagong obserbasyon
Sinasabi ng pinakakaraniwang teorya na may mga katulad na phenomena sa bawat kalawakan, kabilang ang sa gitna ng ating Milky Way. Ang malaking gravity ng butas ay may kakayahang humawak ng ilang mga kalawakan sa paligid nito, na pumipigil sa kanila na lumayo sa isa't isa. Ang "lugar ng saklaw" ay maaaring magkakaiba, ang lahat ay nakasalalay sa masa ng bituin na naging isang black hole, at maaaring maging libu-libong light years.
Schwarzschild radius
Ang pangunahing pag-aari ng isang black hole ay ang anumang bagay na nakapasok dito ay hindi na maaaring bumalik. Ang parehong naaangkop sa liwanag. Sa kanilang kaibuturan, ang mga butas ay mga katawan na ganap na sumisipsip ng lahat ng liwanag na bumabagsak sa kanila at hindi naglalabas ng kanilang sarili. Ang ganitong mga bagay ay maaaring biswal na lumitaw bilang mga clots ng ganap na kadiliman.
- 1. Paglipat ng bagay sa kalahati ng bilis ng liwanag
- 2. Photon ring
- 3. Inner photon ring
- 4. Ang abot-tanaw ng kaganapan sa isang black hole
Batay sa General Theory of Relativity ni Einstein, kung ang isang katawan ay lalapit sa isang kritikal na distansya mula sa gitna ng butas, hindi na ito makakabalik. Ang distansyang ito ay tinatawag na Schwarzschild radius. Kung ano ang eksaktong nangyayari sa loob ng radius na ito ay hindi alam ng tiyak, ngunit mayroong pinakakaraniwang teorya. Ito ay pinaniniwalaan na ang lahat ng bagay ng isang black hole ay puro sa isang walang katapusang maliit na punto, at sa gitna nito ay may isang bagay na may walang katapusang density, na tinatawag ng mga siyentipiko na isang isahan na perturbation.
Paano ito nahuhulog sa isang black hole
(Sa larawan, ang black hole ng Sagittarius A * ay mukhang isang napakaliwanag na kumpol ng liwanag)
Hindi pa katagal, noong 2011, natuklasan ng mga siyentipiko ang isang ulap ng gas, na binibigyan ito ng simpleng pangalan na G2, na naglalabas ng hindi pangkaraniwang liwanag. Ang gayong glow ay maaaring magbigay ng alitan sa gas at alikabok, na sanhi ng pagkilos ng black hole na Sagittarius A * at na umiikot sa paligid nito sa anyo ng isang accretion disk. Kaya, nagiging mga tagamasid tayo ng kamangha-manghang kababalaghan ng pagsipsip ng isang ulap ng gas sa pamamagitan ng isang napakalaking itim na butas.
Ayon sa mga kamakailang pag-aaral, ang pinakamalapit na diskarte sa isang black hole ay magaganap sa Marso 2014. Maaari tayong muling lumikha ng isang larawan kung paano maglalaro ang kapana-panabik na palabas na ito.
- 1. Noong una itong lumabas sa data, ang isang gas cloud ay kahawig ng isang malaking bola ng gas at alikabok.
- 2. Ngayon, noong Hunyo 2013, ang ulap ay sampu-sampung bilyong kilometro ang layo mula sa black hole. Nahulog ito dito sa bilis na 2500 km / s.
- 3. Inaasahang dadaan ang ulap sa black hole, ngunit ang tidal forces na dulot ng pagkakaiba ng atraksyon na kumikilos sa nangunguna at sumusunod na mga gilid ng ulap ay magiging dahilan upang ito ay lalong humahaba.
- 4. Pagkatapos masira ang ulap, karamihan sa mga ito ay malamang na magsasama sa accretion disk sa paligid ng Sagittarius A*, na bubuo ng mga shock wave sa loob nito. Ang temperatura ay tataas sa ilang milyong degrees.
- 5. Ang bahagi ng ulap ay direktang mahuhulog sa black hole. Walang nakakaalam nang eksakto kung ano ang mangyayari sa sangkap na ito, ngunit inaasahan na sa proseso ng pagbagsak ay maglalabas ito ng malalakas na daloy ng X-ray, at walang ibang makakakita nito.
Video: nilamon ng black hole ang isang gas cloud
(Computer simulation kung gaano karami sa G2 gas cloud ang masisira at mauubos ng black hole na Sagittarius A*)
Ano ang nasa loob ng black hole
Mayroong isang teorya na nagsasabing ang isang black hole sa loob ay halos walang laman, at ang lahat ng masa nito ay puro sa isang hindi kapani-paniwalang maliit na punto na matatagpuan sa pinakasentro nito - isang singularity.
Ayon sa isa pang teorya na umiral sa loob ng kalahating siglo, lahat ng nahuhulog sa black hole ay napupunta sa isa pang uniberso na matatagpuan sa black hole mismo. Ngayon ang teoryang ito ay hindi ang pangunahing isa.
At mayroong isang pangatlo, pinaka-moderno at matibay na teorya, ayon sa kung saan ang lahat ng nahuhulog sa isang itim na butas ay natutunaw sa mga vibrations ng mga string sa ibabaw nito, na itinalaga bilang ang abot-tanaw ng kaganapan.
Kaya ano ang abot-tanaw ng kaganapan? Imposibleng tumingin sa loob ng isang itim na butas kahit na may napakalakas na teleskopyo, dahil kahit na ang liwanag, na nakapasok sa loob ng isang higanteng cosmic funnel, ay walang pagkakataon na bumalik. Ang lahat ng maaaring isaalang-alang ay nasa malapit na lugar.
Ang horizon ng kaganapan ay isang kondisyonal na linya ng ibabaw mula sa ilalim kung saan wala (ni gas, o alikabok, o mga bituin, o liwanag) ang maaaring makatakas. At ito ang napakahiwagang punto ng walang pagbabalik sa mga black hole ng Uniberso.
Ang siyentipikong pag-iisip kung minsan ay gumagawa ng mga bagay na may kabalintunaan na mga katangian na kahit na ang pinaka matalinong mga siyentipiko sa una ay tumangging kilalanin ang mga ito. Ang pinaka-halatang halimbawa sa kasaysayan ng modernong pisika ay ang pangmatagalang kawalan ng interes sa mga black hole, ang matinding estado ng gravitational field na hinulaang halos 90 taon na ang nakakaraan. Sa loob ng mahabang panahon sila ay itinuturing na isang purong teoretikal na abstraction, at noong 1960s at 70s lamang sila naniniwala sa kanilang katotohanan. Gayunpaman, ang pangunahing equation ng teorya ng black hole ay nakuha mahigit dalawang daang taon na ang nakalilipas.
Ang pananaw ni John Michell
Ang pangalan ni John Michell, physicist, astronomer at geologist, propesor sa University of Cambridge at pastor ng Church of England, ay ganap na hindi nararapat na nawala sa mga bituin ng agham ng Ingles noong ika-18 siglo. Inilatag ni Michell ang mga pundasyon ng seismology, ang agham ng mga lindol, nagsagawa ng mahusay na pag-aaral ng magnetism, at bago pa naimbento ni Coulomb ang balanse ng pamamaluktot na ginamit niya para sa mga sukat ng gravimetric. Noong 1783, sinubukan niyang pagsamahin ang dalawang mahusay na likha ni Newton, mekanika at optika. Itinuring ni Newton ang liwanag bilang isang stream ng maliliit na particle. Iminungkahi ni Michell na ang mga light corpuscle, tulad ng ordinaryong bagay, ay sumunod sa mga batas ng mekanika. Ang kinahinatnan ng hypothesis na ito ay naging napaka hindi mahalaga - ang mga celestial na katawan ay maaaring maging mga bitag para sa liwanag.
Paano naisip ni Michell? Ang isang cannonball na pinaputok mula sa ibabaw ng isang planeta ay ganap na malalampasan ang gravity nito kung ang paunang tulin nito ay lumampas sa tinatawag ngayong second space velocity at escape velocity. Kung ang gravity ng planeta ay napakalakas na ang bilis ng pagtakas ay lumampas sa bilis ng liwanag, ang mga light corpuscle na pinaputok sa zenith ay hindi makakatakas sa kawalang-hanggan. Ganoon din ang mangyayari sa naaaninag na liwanag. Samakatuwid, para sa isang napakalayo na tagamasid, ang planeta ay hindi makikita. Kinakalkula ni Michell ang kritikal na halaga ng radius ng naturang planeta, Rcr, depende sa masa nito, M, na nabawasan sa masa ng ating Araw, Ms: Rcr = 3 km x M/Ms.
Naniniwala si John Michell sa kanyang mga formula at ipinapalagay na ang kalaliman ng kalawakan ay nagtatago ng maraming bituin na hindi makikita mula sa Earth gamit ang anumang teleskopyo. Nang maglaon, ang mahusay na Pranses na matematiko, astronomo at pisisista na si Pierre Simon Laplace ay dumating sa parehong konklusyon at isinama ito sa parehong una (1796) at ang pangalawang (1799) na mga edisyon ng kanyang Exposition of the System of the World. Ngunit ang ikatlong edisyon ay nai-publish noong 1808, nang ang karamihan sa mga physicist ay itinuturing na ang liwanag bilang mga vibrations ng eter. Ang pagkakaroon ng "invisible" na mga bituin ay sumasalungat sa wave theory ng liwanag, at naisip ni Laplace na pinakamahusay na huwag na lang banggitin ang mga ito. Sa kasunod na mga panahon, ang ideyang ito ay itinuturing na isang pag-usisa, na karapat-dapat sa paglalahad lamang sa mga gawa sa kasaysayan ng pisika.
modelo ng Schwarzschild
Noong Nobyembre 1915, inilathala ni Albert Einstein ang isang teorya ng grabidad, na tinawag niyang pangkalahatang teorya ng relativity (GR). Ang gawaing ito ay agad na nakahanap ng isang mapagpahalagang mambabasa sa katauhan ng kanyang kasamahan mula sa Berlin Academy of Sciences na si Karl Schwarzschild. Si Schwarzschild ang kauna-unahan sa mundo na naglapat ng pangkalahatang relativity upang malutas ang isang partikular na problema sa astropisiko, upang kalkulahin ang sukatan ng espasyo-oras sa labas at sa loob ng isang hindi umiikot na spherical na katawan (para sa pagiging konkreto, tatawagin natin itong bituin).
Ito ay sumusunod mula sa mga kalkulasyon ni Schwarzschild na ang gravity ng isang bituin ay hindi lubos na nakakasira sa Newtonian na istraktura ng espasyo at oras lamang kung ang radius nito ay mas malaki kaysa sa mismong halaga na kinalkula ni John Michell! Ang parameter na ito ay unang tinawag na Schwarzschild radius, at ngayon ay tinatawag na gravitational radius. Ayon sa pangkalahatang relativity, ang gravity ay hindi nakakaapekto sa bilis ng liwanag, ngunit binabawasan ang dalas ng mga liwanag na vibrations sa parehong proporsyon kung saan ito ay nagpapabagal sa oras. Kung ang radius ng isang bituin ay 4 na beses na mas malaki kaysa sa gravitational radius, kung gayon ang daloy ng oras sa ibabaw nito ay bumagal ng 15%, at ang espasyo ay nakakakuha ng isang kapansin-pansing kurbada. Sa isang dobleng labis, ito ay mas yumuyuko, at ang oras ay nagpapabagal sa pagtakbo nito ng 41%. Kapag naabot ang gravitational radius, ang oras sa ibabaw ng bituin ay ganap na huminto (lahat ng mga frequency ay zero, ang radiation ay nagyelo, at ang bituin ay lumalabas), ngunit ang kurbada ng espasyo doon ay may hangganan pa rin. Malayo sa araw, ang geometry ay nananatiling Euclidean, at hindi nagbabago ang bilis ng panahon.
Sa kabila ng katotohanan na ang mga halaga ng gravitational radius para sa Michell at Schwarzschild ay pareho, ang mga modelo mismo ay walang pagkakatulad. Para kay Michell, hindi nagbabago ang espasyo at oras, ngunit bumagal ang liwanag. Ang isang bituin na ang mga sukat ay mas maliit kaysa sa gravitational radius nito ay patuloy na kumikinang, ngunit ito ay nakikita lamang ng isang hindi masyadong malayong tagamasid. Para sa Schwarzschild, ang bilis ng liwanag ay ganap, ngunit ang istraktura ng espasyo at oras ay nakasalalay sa gravity. Ang isang bituin na nahulog sa ilalim ng gravitational radius ay nawawala para sa sinumang tagamasid, nasaan man siya (mas tiyak, maaari itong makita ng mga epekto ng gravitational, ngunit hindi sa pamamagitan ng radiation).
Mula sa hindi paniniwala hanggang sa paninindigan
Naniniwala si Schwarzschild at ang kanyang mga kontemporaryo na ang mga kakaibang bagay na kosmiko ay hindi umiiral sa kalikasan. Si Einstein mismo ay hindi lamang sumunod sa puntong ito ng pananaw, ngunit nagkamali din na naniniwala na pinamamahalaang niyang patunayan ang kanyang opinyon sa matematika.
Noong 1930s, pinatunayan ng isang batang Indian na astrophysicist, si Chandrasekhar, na ang isang bituin na gumugol ng nuclear fuel nito ay naglalabas ng shell nito at nagiging isang mabagal na paglamig na puting dwarf lamang kung ang masa nito ay mas mababa sa 1.4 solar masa. Di-nagtagal, nahulaan ng Amerikanong si Fritz Zwicky na ang labis na siksik na mga katawan ng neutron matter ay lumitaw sa mga pagsabog ng supernova; Nang maglaon, dumating si Lev Landau sa parehong konklusyon. Matapos ang gawain ni Chandrasekhar, malinaw na ang mga bituin lamang na may mass na higit sa 1.4 solar na masa ay maaaring sumailalim sa naturang ebolusyon. Samakatuwid, lumitaw ang isang natural na tanong - mayroon bang upper mass limit para sa supernovae na iniiwan ng mga neutron star?
Noong huling bahagi ng 1930s, ang magiging ama ng American atomic bomb, si Robert Oppenheimer, ay itinatag na ang gayong limitasyon ay talagang umiiral at hindi lalampas sa ilang solar mass. Hindi posible noon na magbigay ng mas tumpak na pagtatasa; alam na ngayon na ang masa ng mga neutron na bituin ay dapat nasa hanay na 1.5-3 M s. Ngunit kahit na mula sa tinatayang mga kalkulasyon ni Oppenheimer at ng kanyang nagtapos na estudyante na si George Volkov, sinundan nito na ang pinaka-napakalaking mga inapo ng supernovae ay hindi nagiging mga neutron na bituin, ngunit napupunta sa ibang estado. Noong 1939, pinatunayan nina Oppenheimer at Hartland Snyder sa isang idealized na modelo na ang isang napakalaking collapsing star ay kumukontra sa gravitational radius nito. Mula sa kanilang mga pormula, sa katunayan, sumusunod na ang bituin ay hindi titigil doon, ngunit ang mga kapwa may-akda ay umiwas sa gayong radikal na konklusyon.
Ang huling sagot ay natagpuan sa ikalawang kalahati ng ika-20 siglo sa pamamagitan ng mga pagsisikap ng isang kalawakan ng makikinang na theoretical physicist, kabilang ang mga Sobyet. Ito ay naging tulad ng isang pagbagsak Laging pinipiga ang bituin "hanggang sa paghinto", ganap na sinisira ang sangkap nito. Bilang isang resulta, lumitaw ang isang singularity, isang "superconcentrate" ng gravitational field, sarado sa isang walang katapusang maliit na volume. Para sa isang nakapirming butas, ito ay isang punto, para sa isang umiikot na butas, ito ay isang singsing. Ang curvature ng space-time at, dahil dito, ang puwersa ng gravity na malapit sa singularity ay may posibilidad na infinity. Noong huling bahagi ng 1967, ang American physicist na si John Archibald Wheeler ang unang tumawag sa naturang huling stellar collapse bilang black hole. Ang bagong termino ay umibig sa mga physicist at natuwa sa mga mamamahayag na nagpakalat nito sa buong mundo (bagaman hindi ito nagustuhan ng mga Pranses noong una, dahil ang ekspresyong trou noir ay nagmungkahi ng mga kahina-hinalang asosasyon).
Doon, sa kabila ng abot-tanaw
Ang black hole ay hindi bagay o radiation. Sa kaunting figurativeness, masasabi nating ito ay isang self-sustaining gravitational field, na puro sa isang mataas na hubog na rehiyon ng space-time. Ang panlabas na hangganan nito ay tinukoy ng isang saradong ibabaw, ang horizon ng kaganapan. Kung ang bituin ay hindi umikot bago ang pagbagsak, ang ibabaw na ito ay lumalabas na isang regular na globo, na ang radius ay tumutugma sa radius ng Schwarzschild.
Ang pisikal na kahulugan ng abot-tanaw ay napakalinaw. Ang isang liwanag na signal na ipinadala mula sa panlabas na kapitbahayan nito ay maaaring maglakbay sa isang walang katapusang distansya. Ngunit ang mga signal na ipinadala mula sa panloob na rehiyon, hindi lamang ay hindi tatawid sa abot-tanaw, ngunit hindi maaaring hindi "mahulog" sa singularity. Ang abot-tanaw ay ang spatial na hangganan sa pagitan ng mga kaganapan na maaaring malaman ng mga terrestrial (at anumang iba pang) astronomer, at mga kaganapan na ang impormasyon tungkol sa kung saan ay hindi lalabas sa ilalim ng anumang mga pangyayari.
Tulad ng dapat na "ayon kay Schwarzschild", malayo sa abot-tanaw, ang pagkahumaling ng isang butas ay inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya, samakatuwid, para sa isang malayong tagamasid, ito ay nagpapakita ng sarili bilang isang ordinaryong mabigat na katawan. Bilang karagdagan sa masa, ang butas ay nagmamana ng sandali ng pagkawalang-galaw ng gumuhong bituin at ang singil ng kuryente nito. At ang lahat ng iba pang mga katangian ng hinalinhan na bituin (istraktura, komposisyon, uri ng parang multo, atbp.) Napupunta sa limot.
Magpadala tayo ng probe sa butas na may istasyon ng radyo na nagpapadala ng signal minsan sa isang segundo ayon sa oras ng onboard. Para sa isang malayong tagamasid, habang ang probe ay lumalapit sa abot-tanaw, ang mga agwat ng oras sa pagitan ng mga signal ay tataas - sa prinsipyo, walang katiyakan. Sa sandaling tumawid ang barko sa di-nakikitang abot-tanaw, ganap itong tatahimik para sa "over-the-hole" na mundo. Gayunpaman, ang pagkawala na ito ay hindi magiging walang bakas, dahil ang probe ay magbibigay sa butas ng mass, charge at torque nito.
radiation ng black hole
Ang lahat ng mga nakaraang modelo ay binuo ng eksklusibo batay sa pangkalahatang kapamanggitan. Gayunpaman, ang ating mundo ay pinamamahalaan ng mga batas ng quantum mechanics, na hindi binabalewala ang mga black hole. Ang mga batas na ito ay hindi nagpapahintulot sa amin na isaalang-alang ang sentral na singularidad bilang isang matematikal na punto. Sa kontekstong quantum, ang diameter nito ay ibinibigay ng haba ng Planck-Wheeler, humigit-kumulang katumbas ng 10 -33 sentimetro. Sa rehiyong ito, hindi na umiral ang ordinaryong espasyo. Karaniwang tinatanggap na ang gitna ng butas ay pinalamanan ng iba't ibang mga topological na istruktura na lumilitaw at namamatay alinsunod sa mga quantum probabilistic na batas. Ang mga katangian ng tulad ng isang bubbling quasi-space, na tinatawag ni Wheeler na quantum foam, ay hindi pa rin gaanong naiintindihan.
Ang pagkakaroon ng isang quantum singularity ay direktang nauugnay sa kapalaran ng mga materyal na katawan na nahuhulog nang malalim sa isang black hole. Kapag papalapit sa gitna ng butas, anumang bagay na ginawa mula sa kasalukuyang kilalang mga materyales ay madudurog at mapupunit ng tidal forces. Gayunpaman, kahit na ang hinaharap na mga inhinyero at technologist ay lumikha ng ilang uri ng napakalakas na mga haluang metal at mga pinagsama-samang may mga katangiang hindi pa naririnig ngayon, lahat sila ay tiyak na mawawala pa rin: pagkatapos ng lahat, walang karaniwang oras o karaniwang espasyo sa singularity zone.
Ngayon tingnan natin ang abot-tanaw ng butas sa pamamagitan ng isang quantum mechanical lens. Ang walang laman na espasyo - ang pisikal na vacuum - ay sa katunayan ay hindi nangangahulugang walang laman. Dahil sa quantum fluctuation ng iba't ibang field sa vacuum, maraming virtual particle ang patuloy na ipinanganak at namamatay. Dahil ang gravity malapit sa abot-tanaw ay napakalakas, ang mga pagbabagu-bago nito ay lumilikha ng napakalakas na pagsabog ng gravitational. Kapag pinabilis sa gayong mga larangan, ang mga bagong panganak na "virtual" ay nakakakuha ng karagdagang enerhiya at kung minsan ay nagiging normal na pangmatagalang mga particle.
Ang mga virtual na particle ay palaging ipinanganak sa mga pares na gumagalaw sa magkasalungat na direksyon (ito ay kinakailangan ng batas ng konserbasyon ng momentum). Kung ang isang gravitational fluctuation ay nag-extract ng isang pares ng mga particle mula sa vacuum, maaaring mangyari na ang isa sa mga ito ay materializes sa labas ng abot-tanaw, at ang pangalawa (ang antiparticle ng una) sa loob. Ang "panloob" na butil ay mahuhulog sa butas, ngunit ang "panlabas" na butil ay maaaring makatakas sa ilalim ng paborableng mga kondisyon. Bilang isang resulta, ang butas ay nagiging isang mapagkukunan ng radiation at samakatuwid ay nawawalan ng enerhiya at, dahil dito, ang masa. Samakatuwid, ang mga itim na butas ay sa panimula ay hindi matatag.
Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na Hawking effect, pagkatapos ng kahanga-hangang English theoretical physicist na natuklasan ito noong kalagitnaan ng 1970s. Si Stephen Hawking, sa partikular, ay nagpatunay na ang abot-tanaw ng isang black hole ay naglalabas ng mga photon sa eksaktong parehong paraan tulad ng isang ganap na itim na katawan na pinainit sa isang temperatura T = 0.5 x 10 -7 x M s /M. Kasunod nito na habang ang butas ay nagiging mas manipis, ang temperatura nito ay tumataas, at ang "pagsingaw", siyempre, ay tumataas. Ang prosesong ito ay napakabagal, at ang buhay ng isang butas ng mass M ay humigit-kumulang 10 65 x (M/M s) 3 taon. Kapag ang laki nito ay naging katumbas ng haba ng Planck-Wheeler, ang butas ay nawawalan ng katatagan at sumasabog, na naglalabas ng parehong enerhiya tulad ng sabay-sabay na pagsabog ng isang milyong sampung-megaton na hydrogen bomb. Nakakapagtaka, ang masa ng butas sa oras ng pagkawala nito ay medyo malaki pa rin, 22 micrograms. Ayon sa ilang mga modelo, ang butas ay hindi nawawala nang walang bakas, ngunit nag-iiwan ng isang matatag na relic ng parehong masa, ang tinatawag na maximon.
Maximon ay ipinanganak 40 taon na ang nakakaraan - bilang isang termino at bilang isang pisikal na ideya. Noong 1965, iminungkahi ng Academician na si M. A. Markov na mayroong pinakamataas na limitasyon sa masa ng elementarya na mga particle. Iminungkahi niya na ang halaga ng limitasyong ito ay isaalang-alang ang dimensyon ng masa, na maaaring pagsamahin mula sa tatlong pangunahing pisikal na pare-pareho - ang pare-pareho ng Planck na h, ang bilis ng liwanag C at ang gravitational constant G (para sa mga mahilig sa mga detalye: upang gawin ito, kailangan mong multiply h at C, hatiin ang resulta sa G at kunin ang square root). Ito ang parehong 22 micrograms na binanggit sa artikulo, ang halagang ito ay tinatawag na Planck mass. Mula sa parehong mga constants posible na bumuo ng isang halaga na may sukat ng haba (lalabas ang haba ng Planck-Wheeler, 10 -33 cm) at may sukat ng oras (10 -43 sec).
Nagpatuloy si Markov sa kanyang pangangatwiran. Ayon sa kanyang hypothesis, ang pagsingaw ng isang black hole ay humahantong sa pagbuo ng isang "dry residue" - isang maximon. Tinawag ni Markov ang gayong mga istruktura na elementarya na mga black hole. Hanggang saan ang teoryang ito ay tumutugma sa katotohanan ay isang bukas na tanong. Sa anumang kaso, ang mga analogue ng Markov maximons ay nabuhay muli sa ilang mga modelo ng black hole batay sa superstring theory.
Kalaliman ng espasyo
Ang mga black hole ay hindi ipinagbabawal ng mga batas ng pisika, ngunit mayroon ba sila sa kalikasan? Ang ganap na mahigpit na katibayan ng pagkakaroon sa espasyo ng kahit isang bagay ay hindi pa natatagpuan. Gayunpaman, malaki ang posibilidad na sa ilang mga binary system ang mga X-ray na pinagmumulan ay mga itim na butas ng stellar na pinagmulan. Ang radiation na ito ay dapat lumabas bilang isang resulta ng pagsipsip ng kapaligiran ng isang ordinaryong bituin ng gravitational field ng isang kalapit na butas. Ang gas sa panahon ng paggalaw nito sa horizon ng kaganapan ay malakas na pinainit at naglalabas ng X-ray quanta. Hindi bababa sa dalawang dosenang X-ray source ang itinuturing na ngayon na angkop na mga kandidato para sa papel ng mga black hole. Bukod dito, iminumungkahi ng mga stellar statistics na mayroong humigit-kumulang sampung milyong butas ng stellar na pinagmulan sa ating Galaxy lamang.
Ang mga black hole ay maaari ding mabuo sa proseso ng gravitational condensation ng matter sa galactic nuclei. Ito ay kung paano lumitaw ang mga naglalakihang butas na may masa na milyun-milyon at bilyun-bilyong solar mass, na, sa lahat ng posibilidad, ay matatagpuan sa maraming mga kalawakan. Tila, sa gitna ng Milky Way, na natatakpan ng mga ulap ng alikabok, mayroong isang butas na may masa na 3-4 milyong solar masa.
Si Stephen Hawking ay dumating sa konklusyon na ang mga black hole ng arbitrary na masa ay maaaring ipanganak kaagad pagkatapos ng Big Bang, na nagbunga ng ating Uniberso. Ang mga pangunahing butas na tumitimbang ng hanggang isang bilyong tonelada ay sumingaw na, ngunit ang mga mas mabibigat ay maaari pa ring magtago sa kalaliman ng kalawakan at, sa takdang panahon, mag-set up ng mga cosmic fireworks sa anyo ng malalakas na kidlat ng gamma radiation. Gayunpaman, ang mga naturang pagsabog ay hindi pa naobserbahan sa ngayon.
pabrika ng black hole
Posible bang mapabilis ang mga particle sa accelerator sa napakataas na enerhiya na ang kanilang banggaan ay magbubunga ng black hole? Sa unang sulyap, ang ideyang ito ay simpleng baliw - ang pagsabog ng butas ay sisira sa lahat ng buhay sa Earth. Bukod dito, ito ay teknikal na hindi magagawa. Kung ang pinakamababang masa ng isang butas ay talagang 22 micrograms, kung gayon sa mga yunit ng enerhiya ito ay 10 28 electron volts. Ang threshold na ito ay 15 order ng magnitude na mas mataas kaysa sa kapasidad ng pinakamalakas na accelerator sa mundo, ang Large Hadron Collider (LHC), na ilulunsad sa CERN noong 2007.
Gayunpaman, posible na ang karaniwang pagtatantya ng pinakamababang masa ng isang butas ay labis na na-overestimated. Sa anumang kaso, ito ang sinasabi ng mga physicist na bumuo ng teorya ng superstrings, na kinabibilangan ng quantum theory of gravity (bagaman malayo sa kumpleto). Ayon sa teoryang ito, ang espasyo ay may hindi bababa sa tatlong dimensyon, ngunit hindi bababa sa siyam. Hindi namin napapansin ang mga dagdag na sukat, dahil ang mga ito ay naka-loop sa napakaliit na sukat na hindi nakikita ng aming mga instrumento. Gayunpaman, ang gravity ay nasa lahat ng dako, tumagos ito sa mga nakatagong sukat. Sa tatlong dimensyon, ang puwersa ng grabidad ay inversely proportional sa parisukat ng distansya, at sa siyam na dimensyon ito ang ikawalong kapangyarihan. Samakatuwid, sa isang multidimensional na mundo, ang intensity ng gravitational field ay tumataas nang mas mabilis sa pagbaba ng distansya kaysa sa isang three-dimensional. Sa kasong ito, ang haba ng Planck ay tumataas nang maraming beses, at ang pinakamababang masa ng butas ay bumaba nang husto.
Ang teorya ng string ay hinuhulaan na ang isang black hole na may mass na 10 -20 g lamang ay maaaring ipanganak sa siyam na dimensional na espasyo. Ang kinakalkula na relativistic mass ng mga proton na pinabilis sa zern superaccelerator ay humigit-kumulang pareho. Ayon sa pinaka-optimistikong senaryo, makakagawa siya ng isang butas bawat segundo, na mabubuhay nang humigit-kumulang 10 -26 segundo. Sa proseso ng pagsingaw nito, ang lahat ng uri ng elementarya na mga particle ay ipanganak, na magiging madaling irehistro. Ang paglaho ng butas ay hahantong sa pagpapakawala ng enerhiya, na hindi sapat kahit na magpainit ng isang microgram ng tubig bawat ikalibo ng isang degree. Samakatuwid, may pag-asa na ang LHC ay magiging isang pabrika ng hindi nakakapinsalang mga black hole. Kung tama ang mga modelong ito, ang mga bagong henerasyong orbital cosmic ray detector ay makaka-detect din ng mga naturang butas.
Nalalapat ang lahat ng nasa itaas sa mga nakatigil na black hole. Samantala, may mga umiikot na butas na mayroong isang grupo ng mga kagiliw-giliw na katangian. Ang mga resulta ng teoretikal na pagsusuri ng black hole radiation ay humantong din sa isang seryosong muling pag-iisip ng konsepto ng entropy, na nararapat din sa isang hiwalay na talakayan. Higit pa tungkol diyan sa susunod na isyu.