Universul nostru se află într-o gaură neagră. Trăim într-o gaură neagră? Cum apar ele
Fizicienii sugerează că universul nostru există în interiorul unei găuri negre 21 noiembrie 2014
Așa cum am discutat. Și acum se dovedește că a apărut o teorie, conform căreia se afirmă că Universul nostru există în interiorul unei găuri negre.
Această teorie ciudată, la care fizicienii au lucrat de zeci de ani, poate arunca lumină asupra multor întrebări la care celebra teorie Big Bang nu poate răspunde.
Conform teoriei Big Bang, înainte ca Universul să înceapă să se extindă, acesta era într-o stare singulară - adică o concentrație infinit de mare de materie era conținută într-un punct infinit de mic din spațiu. Această teorie ne permite să explicăm, de exemplu, de ce materia incredibil de densă a Universului timpuriu a început să se extindă în spațiu cu o viteză extraordinară și a format corpuri cerești, galaxii și grupuri de galaxii.
Dar, în același timp, lasă un număr mare de întrebări importante fără răspuns. Ce a declanșat Big Bang-ul în sine?
Care este sursa misterioasei materie întunecată?
Teoria conform căreia universul nostru se află în interiorul unei găuri negre poate oferi răspunsuri la aceste întrebări și la multe alte întrebări. Și, în plus, combină principiile a două teorii centrale ale fizicii moderne: teoria generală a relativității și mecanica cuantică.
Relativitatea generală descrie universul la cea mai mare scară și explică modul în care câmpurile gravitaționale ale obiectelor masive precum soarele deformează spațiul-timp. Iar mecanica cuantică descrie Universul la cea mai mică scară - la nivelul unui atom. De exemplu, ia în considerare o caracteristică atât de importantă a particulelor precum spinul (rotația).
Ideea este că spin-ul particulei interacționează cu timpul cosmic și îi conferă o proprietate numită „torsiune”. Pentru a înțelege ce este o torsiune, imaginați-vă timpul cosmic ca o tijă flexibilă. Îndoirea tijei va simboliza curbura timpului cosmic, iar răsucirea - torsiunea spațiu-timp.
Dacă tija este foarte subțire, o poți îndoi, dar va fi foarte greu să vezi dacă este răsucită sau nu. Torsiunea spațiu-timp poate fi văzută doar în condiții extreme - on primele etape existența Universului, sau în găurile negre, unde se va manifesta ca o forță respingătoare, opusă forței gravitaționale de atracție emanată din curbura spațiu-timpului.
După cum reiese din teoria generală a relativității, obiectele foarte masive își încheie existența prin căderea în găuri negre - regiuni ale spațiului din care nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa.
Chiar la începutul existenței Universului, atracția gravitațională cauzată de curbura spațiului va depăși forța de respingere a torsiunei, datorită căreia materia va fi comprimată. Dar apoi torsiunea va deveni mai puternică și va începe să prevină comprimarea materiei la o densitate infinită. Și din moment ce energia are capacitatea de a se transforma în masă, este extrem de nivel inalt Energia gravitațională în această stare va duce la o producție intensă de particule, determinând creșterea masei din interiorul găurii negre.
Astfel, mecanismul de răsucire sugerează dezvoltarea unui scenariu izbitor: fiecare gaură neagră ar trebui să dea naștere unui nou univers în sine.
Dacă această teorie este corectă, atunci materia care alcătuiește universul nostru este adusă și de undeva din afară. Apoi al nostru
Universul trebuie să se formeze și în interiorul unei găuri negre care există într-un alt univers, care este „părintele” nostru.
În acest caz, mișcarea materiei are loc întotdeauna doar într-o singură direcție, ceea ce asigură direcția timpului, pe care o percepem ca mișcare înainte. Săgeata timpului din Universul nostru este astfel moștenită și de la Universul „părinte”.
Aici am vorbit despre, și aici am examinat și am aflat despre Articolul original este pe site InfoGlaz.rf Link către articolul din care este făcută această copie -
Știu că acest lucru nu este binevenit aici, dar fac o postare încrucișată de aici, la cererea directă a autorului, Nikolai Nikolayevich Gorkavy. Există unele șanse ca ideea lor să se întoarcă stiinta moderna. Și este mai bine să citiți despre asta în original decât în repovestirea ren-tv sau tape.ru.
Pentru cei care nu au urmat firul. Luați în considerare două găuri negre care se rotesc una în jurul celeilalte, să spunem, cu mase de 15 și 20 de unități (masele Soarelui). Mai devreme sau mai târziu se vor contopi într-o gaură neagră, dar masa acesteia nu va fi de 35 de unități, ci, să zicem, de doar 30. Cele 5 rămase vor zbura sub formă de unde gravitaționale. Este această energie pe care telescopul gravitațional LIGO o captează.
Esența ideii lui Gorkavy și Vasilkov este următoarea. Să presupunem că ești un observator, stând pe scaun și simțind atracția a 35 de unități de masă împărțite la pătratul distanței. Și apoi bam - literalmente într-o secundă masa lor scade la 30 de unități. Pentru tine, din cauza principiului relativității, va fi imposibil de distins de situația în care ai fost aruncat în direcția opusă cu o forță de 5 unități, împărțită la pătratul distanței. Adică imposibil de distins de antigravitație.
UPD: deoarece nu toată lumea a înțeles paragraful anterior, luați în considerare un experiment de gândire prin analogie propus în. Deci, ești un observator, așezat într-un rezervor, care se rotește pe o orbită circulară foarte înaltă în jurul centrului de masă al acestei perechi de găuri negre. După cum obișnuia să spună bunicul Einstein, fără să te uiți din rezervor, nu poți face diferența dintre orbită și pur și simplu agățat pe loc undeva în spațiul intergalactic. Acum, să presupunem că o gaură neagră a fuzionat și o parte din masa lor a zburat. În acest sens, va trebui să vă deplasați pe o orbită mai înaltă în jurul aceluiași centru de masă, dar deja o gaură neagră îmbinată. Și vei simți această tranziție către o altă orbită în rezervorul tău (mulțumită metalului), observatorii externi de la infinit o vor considera o lovitură care te-a împins departe de centrul de masă. /UPD
În plus, există o grămadă de calcule cu tensori de relativitate groaznici. Aceste calcule, după o verificare atentă, sunt publicate în două articole în MNRAS, una dintre cele mai respectate reviste de astrofizică din lume. Link-uri către articole:, (preprint cu introducerea autorului).
Iar concluziile de acolo sunt următoarele: nu a existat Big Bang, dar a existat (și este) o Big Black Hole. Ceea ce ne bântuie pe toți.
După lansarea a două articole principale cu soluții matematice, sarcina de a scrie un articol mai popular și mai larg, precum și de a promova o cosmologie spațială reînviată, a fost pe ordinea de zi. Și apoi s-a dovedit că, în mod surprinzător, europenii au reușit să reacționeze la al doilea articol, care deja mă invitase să fac un raport în plen de 25 de minute în iunie despre accelerația Universului cu masă variabilă. Văd asta ca un semn bun: experții s-au săturat de „întunericul cosmologic” și caută o alternativă.
De asemenea, jurnalistul Ruslan Safin a trimis întrebări în legătură cu lansarea celui de-al doilea articol. O versiune oarecum prescurtată a răspunsurilor a fost publicată astăzi în Yuzhnouralskaya Panorama sub titlul editorial „În interiorul unei găuri negre. Astronomul Nikolai Gorkavy a găsit centrul universului.
În primul rând, de dragul adevărului, trebuie să remarc că Alexander Vasilkov a fost cel care a început să pună în mod activ întrebarea „naivă”: Are Universul un centru? - care a inițiat toată munca noastră cosmologică ulterioară. Așa că am căutat și am găsit acest centru împreună. În al doilea rând, ziarul a cerut fotografia noastră comună, dar nu a așteptat, așa că o aduc aici împreună cu textul integral al interviului citit și completat de Sasha conform comentariilor sale. Iată-ne: Alexander Pavlovich Vasilkov în stânga, iar eu în dreapta:
1. După publicarea primului tău articol cu Vasilkov, ai sugerat că expansiunea accelerată observată a Universului este asociată cu predominarea forțelor de respingere asupra forțelor atractive la distanțe mari. În noul articol, ajungi la o altă concluzie - despre expansiunea relativ accelerată: ni se pare că ceva se accelerează, pentru că noi înșine încetinim. Ce te-a condus la acest gând?
Într-un articol din 2016 publicat în Jurnalul Societății Regale de Astronomie, eu și Alexander Vasilkov am arătat că, dacă masa gravitațională a unui obiect se modifică, atunci pe lângă accelerația newtoniană obișnuită, în jurul acestuia apare o forță suplimentară. Ea cade invers proporțional cu distanța de la obiect, adică mai lent decât forța newtoniană, care depinde de pătratul distanței. Prin urmare, noua forță ar trebui să domine pe distanțe lungi. Odată cu scăderea masei unui obiect, o nouă forță a dat repulsie sau antigravitație, cu o creștere - a existat o atracție suplimentară, hipergravitația. A fost un rezultat matematic riguros care a modificat binecunoscuta soluție Schwarzschild și a fost obținut în cadrul teoriei gravitației lui Einstein. Concluzia este aplicabilă unei mase de orice dimensiune și este făcută pentru un observator staționar.
Dar când am discutat aceste rezultate, am exprimat verbal ipoteze suplimentare - mai degrabă, sperăm că antigravitația găsită este responsabilă atât pentru expansiunea Universului, cât și pentru accelerarea expansiunii sale în ochii observatorilor însoțitori, adică tu și eu. În timp ce lucram la cel de-al doilea articol, care a fost publicat în luna februarie a acestui an în aceeași revistă și era deja dedicat direct cosmologiei, am constatat că realitatea este mai dificilă decât speranțele noastre. Da, antigravitația găsită este responsabilă pentru Big Bang și expansiunea evidentă a Universului - aici am avut dreptate în presupunerile noastre. Dar accelerarea subtilă a expansiunii cosmologice detectată de observatori în 1998 s-a dovedit a fi legată nu de antigravitație, ci de hipergravitație din lucrarea noastră din 2016. Soluția matematică riguroasă rezultată indică fără ambiguitate că această accelerație va avea un semn observabil numai atunci când o parte din masa Universului crește, nu scade. În raționamentul nostru calitativ, nu am ținut cont de faptul că dinamica expansiunii cosmologice arată foarte diferită din punctul de vedere al unui observator staționar și pentru observatorii însoțitori aflați în galaxiile în expansiune.
Matematica, care este mai inteligentă decât noi, conduce la următoarea imagine a evoluției Universului: datorită fuziunii găurilor negre și tranziției masei lor în unde gravitaționale, masa Universului care se prăbușește din ultimul ciclu a scăzut brusc. - și a apărut o puternică antigravitație, care a provocat Big Bang-ul, adică expansiunea modernă a Universului. Această antigravitație a scăzut apoi și a fost înlocuită de hipergravitație din cauza creșterii unei găuri negre uriașe care a apărut în centrul universului. Ea crește datorită absorbției undelor gravitaționale de fundal, care joacă un rol important în dinamica spațiului. Această creștere a Marii Gauri Negre a fost cea care a cauzat întinderea părții observabile a Universului din jurul nostru. Acest efect a fost interpretat de observatori ca o accelerare a expansiunii, dar, de fapt, aceasta este o decelerare neuniformă a expansiunii. La urma urmei, dacă într-o coloană de mașini mașina din spate rămâne în urma mașinii din față, atunci aceasta poate însemna atât accelerația primului mașină, cât și frânarea mașinii din spate. Din punct de vedere matematic, influența în creștere a găurii negre mari determină apariția în ecuațiile Friedman a așa-numitei „constante cosmologice”, care este responsabilă de accelerarea observată a recesiunii galaxiilor. Calculele teoreticienilor cuantiști s-au îndepărtat de observații cu 120 de ordine de mărime, dar am calculat-o în cadrul teoriei clasice a gravitației - și a coincis bine cu datele satelitului Planck. Iar concluzia că masa Universului crește acum oferă o oportunitate excelentă de a construi un model ciclic al Universului, care a fost visat de mai multe generații de cosmologi, dar nu a venit în mână. Universul este un pendul imens în care găurile negre se transformă în unde gravitaționale, iar apoi are loc procesul invers. Aici, concluzia lui Einstein că undele gravitaționale nu au masă gravitațională joacă un rol cheie, ceea ce permite Universului să-și schimbe masa și să evite colapsul ireversibil.
2. Cum a apărut Marea Gaură Neagră în creștere, care este responsabilă pentru expansiunea relativ accelerată a Universului?
Natura materiei întunecate, care, de exemplu, a provocat rotația accelerată a galaxiilor, este un mister de aproape un secol. Cele mai recente rezultate de la observatorul LIGO, care a surprins mai multe unde gravitaționale de la fuziunea găurilor negre masive, au ridicat vălul misterului. O serie de cercetători au propus un model conform căruia materia întunecată este formată din găuri negre, în timp ce mulți cred că acestea au venit la noi din ultimul ciclu al Universului. Într-adevăr, o gaură neagră este singurul obiect macroscopic care nu poate fi distrus nici măcar prin compresia Universului. Dacă găurile negre formează cea mai mare parte a masei barionice a cosmosului, atunci când universul este comprimat la o dimensiune de câțiva ani lumină, aceste găuri negre se vor fuziona în mod activ între ele, aruncând o proporție semnificativă din masa lor în unde gravitaționale. . Ca urmare, masa totală a Universului va scădea brusc, iar la locul fuziunii norului găuri mici va exista o gaură neagră uriașă cu o dimensiune de ordinul unui an lumină și cu o masă de trilioane de mase solare. Este un rezultat indispensabil al prăbușirii Universului și al fuziunii găurilor negre, iar după Big Bang începe să crească, absorbind radiația gravitațională și orice materie din jur. Mulți autori, printre care și Penrose, au înțeles că o astfel de supergăură va apărea în stadiul prăbușirii Universului, dar nimeni nu știa cât de importantă joacă această Mare Gaură Neagră în dinamica expansiunii ulterioare a Universului.
3. Cât de departe de noi și unde exact (în ce parte a cerului) se află? Care sunt parametrii ei?
Credem că la o distanță de aproximativ cincizeci de miliarde de ani lumină. O serie întreagă de studii independente vorbește despre anizotropia diferitelor fenomene cosmologice - și multe dintre ele indică o regiune a cerului în apropierea constelației slabe Sextants. În cosmologie a apărut chiar și termenul „axa diavolului”. Conform valorii actuale a expansiunii accelerate a Universului, se poate estima dimensiunea Marii Gauri Negre la un miliard de ani lumină, ceea ce dă masa sa la 6 * 10^54 grame sau miliarde de trilioane de mase solare - adică , a crescut de un miliard de ori de la înființare! Dar am primit și aceste informații despre masa Marii Găuri Negre cu o întârziere de miliarde de ani. În realitate, Marea Gaură Neagră este deja mult mai mare, dar cât de greu este de spus, este nevoie de mai multe cercetări.
4. Este posibil să vedem, cu ajutorul instrumentelor existente, dacă nu chiar LBH, atunci măcar semne indirecte care indică prezența sa în această parte a Universului de la o asemenea distanță la care se află acest LBH? În ce condiții va deveni disponibil pentru studiu direct?
După ce am studiat accelerația expansiunii Universului și modul în care aceasta depinde de timp, vom determina evoluția parametrilor Marii Gauri Negre. Anizotropia efectelor cosmologice se manifestă în distribuția fluctuațiilor CMB pe cer, în orientarea axelor galaxiilor și într-o serie de alte fenomene. Acestea sunt, de asemenea, modalități de a studia Marea Gaură Neagră de la distanță. O vom studia și direct, dar mai târziu.
5. Ce am vedea dacă am putea zbura către acest BCH? Este posibil să te scufundi în ea fără riscuri pentru viață? Ce vom găsi sub suprafața lui?
În ceea ce privește interiorul găurilor negre, chiar și în manuale există o mulțime de informații contradictorii. Mulți oameni cred că la marginea găurilor negre vom fi cu siguranță sfâșiați de forțele mareelor în panglici mici - chiar și cuvântul „spaghetificare” a apărut. De fapt, forțele de maree de la marginea unei găuri negre foarte mari sunt complet invizibile și, conform soluțiilor riguroase ale ecuațiilor lui Einstein, procesul de trecere a graniței unei găuri negre este neremarcabil pentru un observator în cădere. Cred că sub suprafața Marii Gauri Negre, vom vedea aproape același Univers - acele galaxii care s-au scufundat în el mai devreme. Principala diferență va fi schimbarea retragerii galaxiilor către convergența lor: toți cercetătorii sunt de acord că totul în interiorul unei găuri negre cade spre centru.
6. Dacă această gaură neagră crește, atunci într-o zi va absorbi tot restul materiei în sine. Ce se va întâmpla atunci?
Granița Marii Gauri Negre va merge până la limita Universului observabil, iar soarta ei va înceta să ne entuziasmeze. Și Universul din interiorul găurii va intra în a doua fază a ciclului său - când expansiunea este înlocuită de contracție. Nu este nimic tragic în asta, pentru că contracția va dura aproximativ aceleași miliarde de ani pe care i-a luat pentru extindere. Ființele inteligente ale acestui ciclu al Universului vor simți probleme în zeci de miliarde de ani, când temperatura radiației cosmice de fond cu microunde va crește atât de mult încât planetele se vor supraîncălzi din cauza cerului cald de noapte. Poate că pentru unii extratereștri, al căror soare se va stinge, va fi, dimpotrivă, o salvare, deși temporară - pentru o sută de milioane de ani. Când universul actual se micșorează la câțiva ani lumină, își va pierde din nou masa, provocând Big Bang. Un nou ciclu de expansiune va începe și o nouă gaură neagră va apărea în centrul Universului.
7. Când credeți că ar trebui să se întâmple acest eveniment (prăbușirea Universului într-un BCH)? Este acest interval de timp același pentru toate ciclurile de expansiune/compresie sau se poate schimba?
Cred că ciclurile cosmologice urmează o anumită perioadă cu o bună acuratețe, raportată la masa și energia totală a Universului. Este dificil de spus în ce stadiu exact al ciclului nostru ne aflăm - pentru aceasta trebuie să construim modele cosmologice specifice cu un anumit număr de barioni, găuri negre, unde gravitaționale și alte tipuri de radiații. Când ne va depăși marginea în creștere a Marii găuri negre? Calculele arată că va intra cu siguranță în regimul de expansiune superluminală - acest lucru nu încalcă teoria relativității, deoarece limita unei găuri negre nu este obiect material. Dar această viteză superluminală înseamnă că întâlnirea noastră cu această graniță a Marii Găuri Negre se poate întâmpla în orice moment - nu vom putea detecta apropierea ei din unele observații care sunt limitate de viteza luminii. Pentru a evita panica, repet: nu văd nimic tragic în asta, dar cosmologii vor începe să observe cum deplasarea către roșu a galaxiilor îndepărtate se va schimba în albastru. Dar pentru aceasta, lumina de la ei trebuie să aibă timp să ajungă la noi.
8. Ce date observaționale și teoretice vorbesc în favoarea modelului cosmologic propus de tine, sau poate chiar îl fac obligatoriu?
Ecuațiile Friedmann clasice se bazează pe principiul izotropiei și al omogenității. Astfel, cosmologia convențională, în principiu, nu ar putea lua în considerare efectele de anizotropie despre care vorbesc mulți observatori. Ecuațiile Friedman modificate obținute în lucrarea lui Vasilkov și I din 2018 includ efecte anizotrope deoarece Marea Gaură Neagră se află într-o anumită direcție. Acest lucru deschide posibilități pentru studierea acestor efecte, ceea ce va confirma, de asemenea, teoria în sine. Nu construim o nouă cosmologie, pur și simplu inserăm izvoarele dinamice lipsă în cosmologia clasică bine dezvoltată care a apărut la mijlocul secolului al XX-lea, începând cu munca lui Gamow și a grupului său. Reînviam această cosmologie clasică făcând-o parte din fizica obișnuită. Acum nu conține ipoteze despre gravitația cuantică, despre dimensiunile extraspațiale și despre entități întunecate precum „inflația”, „tranzițiile de fază în vid”, „energia întunecată” și „materia întunecată”. Funcționează numai în cadrul teoriei clasice și bine testate a gravitației a lui Einstein, folosind doar componente cunoscute ale cosmosului, cum ar fi găurile negre și undele gravitaționale. Deoarece explică bine fenomenele observate, acest lucru îl face absolut obligatoriu - conform principiilor științei. Există multe modele cosmologice, dar realitatea este una. Cosmologia clasică reînviată este izbitor de elegantă și simplă, motiv pentru care cred că am învățat adevăratul mod în care există universul.
Rezumat pe tema:
„Găurile negre ale universului”
Vladivostok
2000
Conţinut:
Găurile negre ale universului ______________________________3
Ipoteze și paradoxuri______________________________6
Concluzie ____________________________________________ 14
Lista referințelor _________________15
Găurile negre ale universului
Acest fenomen părea să conțină atât de multe inexplicabile, aproape mistice, încât chiar și Albert Einstein, ale cărui teorii, de fapt, au dat naștere ideii găurilor negre, pur și simplu nu credea în existența lor. Astăzi, astrofizicienii sunt din ce în ce mai convinși că găurile negre sunt o realitate.
Calculele matematice arată că există giganți invizibili. În urmă cu patru ani, o echipă de astronomi americani și japonezi și-a îndreptat telescopul spre constelația Canes Venatici, spre nebuloasa spirală M106 aflată acolo. Această galaxie se află la 20 de milioane de ani lumină distanță de noi, dar poate fi văzută chiar și cu un telescop amator. Mulți credeau că este la fel ca mii de alte galaxii. În urma unui studiu atent, s-a dovedit că nebuloasa M106 are o caracteristică rară - în partea sa centrală există un generator cuantic natural - un maser. Aceștia sunt nori de gaz în care moleculele, datorită „pompării” externe, emit unde radio în regiunea microundelor. Maserul ajută la determinarea cu precizie a locației dvs. și a vitezei norului și, ca urmare, a altor corpuri cerești.
Astronomul japonez Makoto Mionis și colegii săi în timpul observațiilor nebuloasei M106 au descoperit comportamentul ciudat al maserului său spațial. S-a dovedit că norii se învârt în jurul unui centru, la 0,5 ani lumină depărtare de ei. Astronomii au fost deosebit de intrigați de particularitatea acestei rotații: straturile periferice de nori se mișcau cu patru milioane de kilometri pe oră! Acest lucru sugerează că o masă uriașă este concentrată în centru. Conform calculelor, este egal cu 36 de milioane de mase solare.
M106 nu este singura galaxie în care este suspectată o gaură neagră. În Nebuloasa Andromeda, cel mai probabil, există și aproximativ aceeași masă - 37 de milioane de sori. Se presupune că în galaxia M87 - o sursă extrem de intensă de emisie radio - a fost descoperită o gaură neagră, în care sunt concentrate 2 miliarde de mase solare! Orez. 1 Galaxy M87
Doar mesagerul undelor radio poate fi o gaură neagră, încă neînchisă complet de „capsula” spațiului curbat. fizician sovietic Yakov Zel'dovich și colegul său american Edwin Salpeter au raportat despre modelul pe care l-au dezvoltat. Modelul a arătat că gaura neagră atrage gazul din spațiul înconjurător, iar la început se adună într-un disc din apropierea ei. Din ciocnirile de particule, gazul se încălzește, pierde energie, viteză și începe să se îndrepte spre gaura neagră. Un gaz încălzit la câteva milioane de grade formează un vortex în formă de pâlnie. Particulele sale se repezi cu o viteză de 100 de mii de kilometri pe secundă. În cele din urmă, vortexul de gaz ajunge la „orizontul evenimentelor” și dispare pentru totdeauna în gaura neagră.
Maserul din galaxia M106, despre care a fost discutat chiar la început, este situat într-un disc gazos. Găurile negre care apar în Univers, judecând după ceea ce astronomii americani și japonezi au observat în nebuloasa spirală M106, au o masă incomparabil mai mare decât cele despre care vorbește teoria lui Oppenheimer. El a luat în considerare cazul prăbușirii unei stele, a cărei masă nu este mai mare de trei solare. Și cum se formează astfel de giganți, pe care astronomii îl observă deja, nu există încă o explicație.
Modele recente de computer au arătat că un nor de gaz în centrul unei galaxii în curs de dezvoltare ar putea da naștere unei găuri negre uriașe. Dar este posibilă și un alt mod de dezvoltare: acumularea de gaz se descompune mai întâi în mulți nori mai mici, care vor da viață unui număr mare de stele. Cu toate acestea, în ambele cazuri, o parte din gazul cosmic sub influența propriei gravitații își va pune capăt evoluției sub forma unei găuri negre.
Conform acestei ipoteze, există o gaură neagră în aproape fiecare galaxie, inclusiv în a noastră, undeva în centrul Căii Lactee.
 |
Observațiile așa-numitelor sisteme stelare binare, când doar o stea este vizibilă printr-un telescop, dau motive să credem că partenerul invizibil este o gaură neagră. Stelele acestei perechi sunt situate atât de aproape una de cealaltă, încât masa invizibilă „suge” substanța stelei vizibile și o absoarbe. În unele cazuri, este posibil să se determine timpul de revoluție al unei stele în jurul partenerului său invizibil și distanța până la cel invizibil, ceea ce face posibilă calcularea masei ascunse de observație.
Primul candidat pentru un astfel de model este o pereche descoperită la începutul anilor '70. Este situat în constelația Cygnus (indicată de indicele Cygnus XI) și emite raze X. Aici se rotesc o stea albastră fierbinte și, după toate probabilitățile, o gaură neagră cu o masă egală cu 16 mase solare. Cealaltă pereche (V404) are o masă invizibilă de 12 Orez. 2 Cygnus XI solar. O altă pereche suspectă este o sursă de raze X (LMCX3) de nouă mase solare situată în Marele Nor Magellanic.
Toate aceste cazuri sunt bine explicate în discuția lui John Michell despre „stelele întunecate”. În 1783, el a scris: „Dacă corpurile luminoase se învârt în jurul unui ceva invizibil, atunci ar trebui să putem deduce din mișcarea acestui corp în rotație cu o anumită probabilitate existența acestui corp central”.
Ipoteze și paradoxuri
Se știe că relativitatea generală a prezis că masa curbează spațiul. Și deja la patru ani după publicarea lucrării lui Einstein, acest efect a fost descoperit de astronomi. În timpul unei eclipse totale de soare, când observau cu un telescop, astronomii au văzut stele care de fapt erau ascunse de marginea discului lunar negru care acoperea Soarele. Sub influența gravitației solare, imaginile stelelor s-au schimbat. (Aici, precizia măsurătorii este, de asemenea, izbitoare, deoarece s-au deplasat cu mai puțin de o miime de grad!)
Astronomii știu acum cu siguranță că sub influența „lentilei gravitaționale”, care este reprezentată de stele grele și, mai ales, de găuri negre, pozițiile reale ale multor corpuri cerești diferă de fapt de cele pe care le vedem de pe Pământ. Galaxiile îndepărtate ne pot apărea ca informe și sub forma unei „capsule”. Aceasta înseamnă: gravitația este atât de puternică și spațiul este atât de răsucit încât lumina călătorește într-un cerc. Puteți vedea cu adevărat ce se întâmplă după colț.
Să ne imaginăm absolut incredibil: un anume astronaut curajos a decis să-și trimită nava într-o gaură neagră pentru a-i afla secretele. Ce va vedea el în această călătorie fantastică?
Pe măsură ce te apropii de țintă, ceasul nava spatiala va rămâne în urmă din ce în ce mai mult - acest lucru rezultă din teoria relativității. Apropiindu-se de țintă, călătorul nostru se va găsi, parcă într-o țeavă, un inel care înconjoară gaura neagră, dar i se va părea că zboară de-a lungul unui tunel complet drept și deloc în cerc. Dar un fenomen și mai uimitor îl așteaptă pe astronaut: căzând în spatele „orizontului evenimentelor” și deplasându-se de-a lungul tubului, își va vedea spatele, capul ...
Teoria generală a relativității spune că conceptele „în afară” și „înăuntru” nu au nicio semnificație obiectivă, ele sunt relative în același mod ca indicațiile de „stânga” sau „dreapta”, „sus” sau „jos”. Toată această confuzie paradoxală cu indicațiile este foarte prost în concordanță cu evaluările noastre de zi cu zi.
De îndată ce nava va trece granița găurii negre, oamenii de pe Pământ nu vor mai putea vedea nimic din ceea ce se va întâmpla acolo. Și ceasul se va opri pe navă, toate culorile se vor amesteca spre roșu: lumina își va pierde o parte din energie în lupta împotriva gravitației. Toate articolele vor lua forme ciudate distorsionate. Și în cele din urmă, chiar dacă această gaură neagră ar fi doar de două ori mai grea decât Soarele nostru, atracția ar fi atât de puternică încât atât nava, cât și căpitanul ei ipotetic ar fi trase într-o sfoară și în curând sfâșiate. Materia prinsă într-o gaură neagră nu va putea rezista forțelor care o trag spre centru. Probabil, materia va decădea și va trece într-o stare singulară. Potrivit unor idei, această materie degradată va deveni parte a unui alt univers - găurile negre conectează spațiul nostru cu alte lumi.
 |
Ca toate corpurile din natură, stelele nu rămân neschimbate, ele se nasc, evoluează și în cele din urmă „mur”. Pentru a urmări calea vieții stelelor și a înțelege cum îmbătrânesc, este necesar să știm cum apar. În trecut, acesta părea un mare mister; astronomii moderni pot deja descrie cu mare certitudine în detaliu căile care duc la apariția stelelor strălucitoare pe cerul nostru nocturn.
Nu cu mult timp în urmă, astronomii credeau că a fost nevoie de milioane de ani pentru ca o stea să se formeze din gaz și praf interstelar. Dar în anul trecut Au fost făcute fotografii uimitoare ale unei regiuni a cerului care face parte din Marea Nebuloasă a lui Orion, unde un mic grup de stele a apărut de-a lungul mai multor ani. Pe Fig.3 Marea Nebuloasă Orion fotografii din 1947. în acest loc, era vizibil un grup de trei obiecte asemănătoare stelelor. Până în 1954 unele dintre ele au devenit alungite, iar până în 1959. aceste formațiuni alungite s-au împărțit în stele individuale - pentru prima dată în istoria omenirii, oamenii au observat nașterea stelelor literalmente în fața ochilor noștri, acest eveniment fără precedent le-a arătat astronomilor că stelele se pot naște într-un interval scurt de timp, iar anterior raționamentul părea ciudat conform căruia stelele apar de obicei în grupuri, sau grupurile de stele s-au dovedit a fi adevărate.
S. TRANKOVSKI
Printre cele mai importante și interesante probleme ale fizicii și astrofizicii moderne, academicianul V. L. Ginzburg a numit întrebări legate de găurile negre (vezi Science and Life, nr. 11, 12, 1999). Existența acestor obiecte ciudate a fost prezisă în urmă cu mai bine de două sute de ani, condițiile care au condus la formarea lor au fost calculate cu exactitate la sfârșitul anilor 30 ai secolului XX, iar astrofizica a ajuns să le facă față cu mai puțin de patruzeci de ani în urmă. Astăzi, reviste științifice din întreaga lume publică mii de articole despre găurile negre în fiecare an.
Formarea unei găuri negre poate avea loc în trei moduri.
Așa se obișnuiește să se descrie procesele care au loc în vecinătatea unei găuri negre care se prăbușește. Pe măsură ce timpul trece (Y), spațiul (X) din jurul lui (zona umbrită) se micșorează spre singularitate.
Câmpul gravitațional al unei găuri negre introduce distorsiuni puternice în geometria spațiului.
O gaură neagră, invizibilă printr-un telescop, se dezvăluie numai prin influența gravitațională.
În câmpul gravitațional puternic al unei găuri negre, se nasc perechile particule-antiparticule.
Nașterea unei perechi particule-antiparticule în laborator.
CUM APAR
Un corp ceresc luminos, având o densitate egală cu cea a Pământului și un diametru de două sute cincizeci de ori mai mare decât diametrul Soarelui, datorită forței de atracție a acestuia, nu va permite luminii sale să ajungă la noi. Astfel, este posibil ca cele mai mari corpuri luminoase din univers, tocmai din cauza dimensiunii lor, să rămână invizibile.
Pierre Simon Laplace.
Prezentarea sistemului lumii. 1796
În 1783, matematicianul englez John Mitchell, iar treisprezece ani mai târziu, independent de el, astronomul și matematicianul francez Pierre Simon Laplace au efectuat un studiu foarte ciudat. Ei au luat în considerare condițiile în care lumina nu ar putea părăsi o stea.
Logica oamenilor de știință era simplă. Pentru orice obiect astronomic (planetă sau stea), puteți calcula așa-numita viteză de evacuare, sau a doua viteză cosmică, care permite oricărui corp sau particulă să o părăsească pentru totdeauna. Și în fizica acelui timp, domnea supremă teoria newtoniană, potrivit căreia lumina este un flux de particule (înainte de teoria undele electromagnetice si mai erau aproape o suta cincizeci de ani). Viteza de evacuare a particulelor poate fi calculată pe baza egalității energiei potențiale de pe suprafața planetei și a energiei cinetice a corpului „scăpând” la o distanță infinit de mare. Această viteză este determinată de formula #1#
Unde M este masa obiectului spațial, R este raza lui, G este constanta gravitațională.
De aici, se obține cu ușurință raza unui corp cu o masă dată (numită mai târziu „raza gravitațională r g "), la care viteza de evacuare este egală cu viteza luminii:
Aceasta înseamnă că o stea s-a comprimat într-o sferă cu rază r g< 2GM/c 2 va înceta să mai emită - lumina nu o va putea părăsi. O gaură neagră va apărea în univers.
Este ușor de calculat că Soarele (masa sa este de 2,1033 g) se va transforma într-o gaură neagră dacă se micșorează la o rază de aproximativ 3 kilometri. Densitatea substanței sale în acest caz va ajunge la 10 16 g/cm 3 . Raza Pământului, comprimată în starea unei găuri negre, ar scădea la aproximativ un centimetru.
Părea incredibil că s-ar putea găsi în natură forțe care ar putea comprima o stea la o dimensiune atât de nesemnificativă. Prin urmare, concluziile din lucrările lui Mitchell și Laplace de mai bine de o sută de ani au fost considerate ceva ca un paradox matematic care nu are sens fizic.
O dovadă matematică riguroasă că un astfel de obiect exotic în spațiu este posibil a fost obținută abia în 1916. Astronomul german Karl Schwarzschild, după ce a analizat ecuațiile teoriei generale a relativității a lui Albert Einstein, a primit un rezultat interesant. După ce a studiat mișcarea unei particule în câmpul gravitațional al unui corp masiv, a ajuns la concluzia că ecuația își pierde sensul fizic (soluția ei merge la infinit) atunci când r= 0 și r = r g.
Punctele în care caracteristicile domeniului își pierd sensul se numesc singulare, adică speciale. Singularitatea la punctul zero reflectă punctul sau, ceea ce este același lucru, structura central simetrică a câmpului (la urma urmei, orice corp sferic - o stea sau o planetă - poate fi reprezentat ca punct material). Și punctele situate pe o suprafață sferică cu o rază r g , formează însăși suprafața de pe care viteza de evacuare este egală cu viteza luminii. În teoria generală a relativității, se numește sfera singulară Schwarzschild sau orizontul evenimentelor (de ce - va deveni clar mai târziu).
Deja pe exemplul obiectelor cunoscute nouă - Pământul și Soarele - este clar că găurile negre sunt obiecte foarte ciudate. Chiar și astronomii care se ocupă de materie la temperaturi, densitate și presiune extreme le consideră a fi foarte exotice și până de curând nu toată lumea credea în existența lor. Cu toate acestea, primele indicii ale posibilității formării găurilor negre erau deja conținute în teoria generală a relativității a lui A. Einstein, creată în 1915. Astronomul englez Arthur Eddington, unul dintre primii interpreți și popularizatori ai teoriei relativității, a derivat în anii 1930 un sistem de ecuații care descriu structura internă a stelelor. Din ele rezultă că steaua se află în echilibru sub acțiunea forțelor gravitaționale direcționate opus și a presiunii interne create de mișcarea particulelor de plasmă fierbinte în interiorul luminii și de presiunea radiației generate în adâncurile sale. Și asta înseamnă că steaua este o minge de gaz, în centrul căreia se află o temperatură ridicată, care scade treptat spre periferie. Din ecuații, în special, a rezultat că temperatura suprafeței Soarelui este de aproximativ 5500 de grade (ceea ce este destul de în acord cu datele măsurătorilor astronomice), iar în centrul său ar trebui să fie aproximativ 10 milioane de grade. Acest lucru i-a permis lui Eddington să facă o concluzie profetică: la o astfel de temperatură, o reacție termonucleară este „aprinsă”, suficientă pentru a asigura strălucirea Soarelui. Fizicienii atomici din acea vreme nu erau de acord cu acest lucru. Lor li s-a părut că e prea „rece” în măruntaiele stelei: temperatura acolo era insuficientă pentru ca reacția să „meargă”. La aceasta teoreticianul înfuriat a răspuns: „Căutați un loc mai fierbinte!”
Și în cele din urmă, s-a dovedit a avea dreptate: există într-adevăr o reacție termonucleară în centrul stelei (un alt lucru este că așa-numitul „model solar standard”, bazat pe idei despre fuziunea termonucleară, se pare că s-a dovedit a fi fi incorect - vezi, de exemplu, „Știința și viața” nr. 2, 3, 2000). Cu toate acestea, reacția în centrul stelei are loc, steaua strălucește, iar radiația care apare în acest caz o menține într-o stare stabilă. Dar acum „combustibilul” nuclear din stea se stinge. Eliberarea de energie se oprește, radiația se stinge, iar forța care reține atracția gravitațională dispare. Există o limită a masei unei stele, după care steaua începe să se micșoreze ireversibil. Calculele arată că acest lucru se întâmplă dacă masa stelei depășește două sau trei mase solare.
PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ
La început, rata de contracție a stelei este mică, dar rata ei crește continuu, deoarece forța de atracție este invers proporțională cu pătratul distanței. Compresia devine ireversibilă, nu există forțe capabile să contracareze autogravitația. Acest proces se numește colaps gravitațional. Viteza cochiliei stelei spre centrul acesteia crește, apropiindu-se de viteza luminii. Și aici efectele teoriei relativității încep să joace un rol.
Viteza de evacuare a fost calculată pe baza ideilor newtoniene despre natura luminii. Din punctul de vedere al relativității generale, fenomenele din vecinătatea unei stele care se prăbușesc apar oarecum diferit. În câmpul său gravitațional puternic, are loc așa-numita deplasare gravitațională spre roșu. Aceasta înseamnă că frecvența radiațiilor provenite de la un obiect masiv este deplasată spre frecvente joase. În limită, la limita sferei Schwarzschild, frecvența radiației devine egală cu zero. Adică, un observator care se află în afara ei nu va putea afla nimic despre ceea ce se întâmplă în interior. De aceea sfera Schwarzschild este numită orizont de evenimente.
Dar reducerea frecvenței echivalează cu încetinirea timpului, iar când frecvența devine zero, timpul se oprește. Aceasta înseamnă că un observator din exterior va vedea o imagine foarte ciudată: învelișul unei stele care cade cu o accelerație crescândă, în loc să atingă viteza luminii, se oprește. Din punctul său de vedere, contracția se va opri imediat ce dimensiunea stelei se va apropia de raza gravitațională.
mustață. El nu va vedea niciodată nici măcar o particulă „scufundându-se” sub sfera Schwarzschild. Dar pentru un observator ipotetic care cade într-o gaură neagră, totul se va termina în câteva clipe, conform ceasului său. Astfel, timpul de colaps gravitațional al unei stele de dimensiunea Soarelui va fi de 29 de minute, iar o stea neutronică mult mai densă și mai compactă - doar 1/20.000 de secundă. Și iată-l în necaz, legat de geometria spațiului-timp lângă o gaură neagră.
Observatorul intră într-un spațiu curbat. În apropierea razei gravitaționale, forțele gravitaționale devin infinit de mari; ele întind racheta cu astronautul-observator într-un fir infinit de subțire de lungime infinită. Dar el însuși nu va observa acest lucru: toate deformațiile sale vor corespunde distorsiunilor coordonatelor spațiu-timp. Aceste considerații, desigur, se referă la cazul ideal, ipotetic. Orice corp real va fi sfâșiat de forțele mareelor cu mult înainte de a se apropia de sfera Schwarzschild.
DIMENSIUNI GĂURI NEGRE
Dimensiunea unei găuri negre, sau mai degrabă, raza sferei Schwarzschild este proporțională cu masa stelei. Și din moment ce astrofizica nu impune nicio restricție cu privire la dimensiunea unei stele, o gaură neagră poate fi arbitrar de mare. Dacă, de exemplu, a apărut în timpul prăbușirii unei stele cu o masă de 10 8 mase solare (sau datorită fuziunii a sute de mii, sau chiar milioane de stele relativ mici), raza sa ar fi de aproximativ 300 de milioane de kilometri, de două ori orbita Pământului. Și densitatea medie a substanței unui astfel de gigant este aproape de densitatea apei.
Aparent, tocmai aceste găuri negre se găsesc în centrele galaxiilor. În orice caz, astronomii numără astăzi aproximativ cincizeci de galaxii, în centrul cărora, judecând după dovezi indirecte (le vom discuta mai jos), există găuri negre cu o masă de aproximativ un miliard (10 9) solare. Aparent, Galaxy noastră are și propria sa gaură neagră; masa sa a fost estimată destul de precis - 2,4. 10 6 ±10% din masa Soarelui.
Teoria presupune că, împreună cu astfel de supergiganți, ar fi trebuit să apară mini-găuri negre cu o masă de aproximativ 10 14 g și o rază de aproximativ 10 -12 cm (dimensiunea nucleului atomic). Ele ar putea apărea în primele momente ale existenței Universului ca o manifestare a unei neomogenități foarte puternice de spațiu-timp cu o densitate energetică colosală. Condițiile care existau atunci în Univers sunt acum realizate de cercetătorii de la ciocnitori puternici (acceleratoare pe fascicule care se ciocnesc). Experimentele de la CERN la începutul acestui an au făcut posibilă obținerea plasmei cuarc-gluoni - materie care exista înainte de apariția particulelor elementare. Cercetările asupra acestei stări a materiei continuă la Brookhaven, centrul american de accelerare. Este capabil să accelereze particulele la energii cu unu și jumătate până la două ordine de mărime mai mari decât un accelerator în
CERN. Următorul experiment a provocat o mare anxietate: va apărea o mini-gaură neagră în timpul implementării sale, care va îndoi spațiul nostru și va distruge Pământul?
Această frică a provocat rezonanță puternică că guvernul SUA a fost nevoit să convoace o comisie autorizată pentru a testa această posibilitate. Comisia, formată din cercetători de seamă, a concluzionat că energia acceleratorului este prea mică pentru a se forma o gaură neagră (acest experiment este descris în revista „Science and Life” nr. 3, 2000).
CUM SĂ VEDEȚI INVIZIBILUL
Găurile negre nu emit nimic, nici măcar lumină. Cu toate acestea, astronomii au învățat să-i vadă, sau mai bine zis, să găsească „candidați” pentru acest rol. Există trei moduri de a detecta o gaură neagră.
1. Este necesar să se urmărească circulația stelelor în clustere în jurul unui anumit centru de greutate. Dacă se dovedește că nu există nimic în acest centru, iar stelele se învârt, parcă, în jurul unui loc gol, putem spune destul de încrezători: există o gaură neagră în acest „gol”. Pe această bază a fost presupusă prezența unei găuri negre în centrul galaxiei noastre și a fost estimată masa acesteia.
2. O gaură neagră aspiră activ materia în sine din spațiul înconjurător. Praful interstelar, gazul, materia stelelor din apropiere cad pe el în spirală, formând așa-numitul disc de acreție, asemănător cu inelul lui Saturn. (Acesta este exact ceea ce a fost înfricoșător în experimentul Brookhaven: o mini-gaură neagră care a apărut în accelerator va începe să sugă Pământul în sine, iar acest proces nu a putut fi oprit de nicio forță.) Apropiindu-se de sfera Schwarzschild, particulele experimentează accelerație și începe să radieze în intervalul de raze X. Această radiație are un spectru caracteristic similar cu radiația bine studiată a particulelor accelerate într-un sincrotron. Și dacă o astfel de radiație provine dintr-o regiune a Universului, putem spune cu certitudine că acolo trebuie să existe o gaură neagră.
3. Când două găuri negre se îmbină, are loc radiația gravitațională. Se calculează că dacă masa fiecăruia este de aproximativ zece ori mai mare decât masa Soarelui, atunci când se contopesc în câteva ore, energie echivalentă cu 1% din masa lor totală va fi eliberată sub formă de unde gravitaționale. Aceasta este de o mie de ori mai mult decât lumina, căldura și alte energii pe care Soarele le-a emis pe întreaga perioadă a existenței sale - cinci miliarde de ani. Ei speră să detecteze radiația gravitațională cu ajutorul observatoarelor de unde gravitaționale LIGO și altele, care acum sunt construite în America și Europa cu participarea cercetătorilor ruși (vezi „Știința și viața” nr. 5, 2000).
Și totuși, deși astronomii nu au nicio îndoială cu privire la existența găurilor negre, nimeni nu poate afirma categoric că exact una dintre ele este situată într-un anumit punct al spațiului. Etica științifică, conștiinciozitatea cercetătorului necesită un răspuns fără ambiguitate la întrebarea pusă, care nu tolerează discrepanțe. Nu este suficient să estimați masa unui obiect invizibil, trebuie să măsurați raza acestuia și să arătați că nu o depășește pe cea Schwarzschild. Și chiar și în Galaxy noastră, această problemă nu este încă rezolvată. De aceea, oamenii de știință dau dovadă de o anumită reținere în raportarea descoperirii lor, iar revistele științifice sunt literalmente pline de rapoarte despre lucrări teoretice și observații ale efectelor care pot arunca lumină asupra misterului lor.
Adevărat, găurile negre mai au o proprietate, prezisă teoretic, care, poate, ar face posibil să le vezi. Dar, totuși, cu o condiție: masa găurii negre trebuie să fie mult mai mică decât masa Soarelui.
O GAURA NAGRA POATE FI "ALBA"
Multă vreme, găurile negre au fost considerate întruchiparea întunericului, obiecte care în vid, în absența absorbției materiei, nu radiază nimic. Cu toate acestea, în 1974, celebrul teoretician englez Stephen Hawking a arătat că găurilor negre li se poate atribui o temperatură și, prin urmare, trebuie să radieze.
Conform conceptelor mecanicii cuantice, vidul nu este un vid, ci un fel de „spumă a spațiu-timpului”, un amestec de particule virtuale (neobservabile în lumea noastră). Cu toate acestea, fluctuațiile de energie cuantică sunt capabile să „aruncă” o pereche particule-antiparticule din vid. De exemplu, când două sau trei cuante gamma se ciocnesc, un electron și un pozitron vor apărea ca din nimic. Acest fenomen și fenomene similare au fost observate în mod repetat în laboratoare.
Fluctuațiile cuantice determină procesele de radiație din găurile negre. Dacă o pereche de particule cu energii Eși -E(energia totală a perechii este zero), apare în vecinătatea sferei Schwarzschild, soarta ulterioară a particulelor va fi diferită. Se pot anihila aproape imediat sau pot trece împreună sub orizontul evenimentelor. În acest caz, starea găurii negre nu se va schimba. Dar dacă doar o particulă trece sub orizont, observatorul va înregistra alta și i se va părea că a fost generată de o gaură neagră. În acest caz, o gaură neagră care a absorbit o particulă cu energie -E, își va reduce energia, și cu energie E- crește.
Hawking a calculat ratele cu care se desfășoară toate aceste procese și a ajuns la concluzia că probabilitatea de absorbție a particulelor cu energie negativă este mai mare. Aceasta înseamnă că gaura neagră pierde energie și masă - se evaporă. În plus, radiază ca un corp complet negru cu o temperatură T = 6 . 10 -8 M Cu / M kelvin, unde M c este masa Soarelui (2,1033 g), M este masa găurii negre. Această relație simplă arată că temperatura unei găuri negre cu o masă de șase ori mai mare decât cea a Soarelui este de o sută de milionemi de grad. Este clar că un corp atât de rece nu radia practic nimic, iar toate argumentele de mai sus rămân valabile. Un alt lucru - mini-găuri. Este ușor de observat că, cu o masă de 10 14 -10 30 de grame, sunt încălzite la zeci de mii de grade și sunt alb fierbinți! Cu toate acestea, trebuie remarcat imediat că nu există contradicții cu proprietățile găurilor negre: această radiație este emisă de un strat deasupra sferei Schwarzschild, și nu dedesubt.
Așadar, gaura neagră, care părea a fi un obiect înghețat pentru totdeauna, mai devreme sau mai târziu dispare, evaporându-se. Mai mult, pe măsură ce „slăbește”, viteza de evaporare crește, dar durează totuși un timp extrem de lung. Se estimează că mini-găurile cu o greutate de 10-14 grame, care au apărut imediat după Big Bang-ul de acum 10-15 miliarde de ani, ar trebui să se evapore complet până la vremea noastră. Pe ultimul pas Pe parcursul vieții, temperatura lor atinge o valoare colosală, astfel încât produsele de evaporare trebuie să fie particule de energie extrem de mare. Este posibil ca ei să fie cei care generează averse atmosferice ample - EAS-uri în atmosfera Pământului. În orice caz, originea particulelor de energie anormal de mare este o altă problemă importantă și interesantă care poate fi strâns legată de întrebările la fel de interesante ale fizicii găurii negre.
Într-o analiză a mișcării particulelor care intră într-o gaură neagră, publicată în martie de Nikodim Poplavsky de la Universitatea Indiana Bloomington, s-a demonstrat că în interiorul fiecărei găuri negre ar putea exista un alt univers. „Poate că uriașele găuri negre din centrul Căii Lactee și alte galaxii sunt „punți” între diferite universuri”, spune Poplavsky. Dacă acest lucru este adevărat, și acesta este un mare „dacă”, nimic nu exclude faptul că universul nostru se află și în interiorul unei găuri negre.
În teoria generală a relativității (GR) a lui Einstein, interioarele găurilor negre sunt regiuni în care densitatea materiei ajunge la infinit. Indiferent dacă singularitatea este un punct real de densitate infinită, sau doar o ambiguitate matematică în relativitatea generală, ecuațiile lui Einstein „se prăbușesc” în interiorul unei găuri negre. În orice caz, versiunea modificată a ecuațiilor lui Einstein folosită de Poplavsky elimină cu totul singularitatea.
Pentru analiza sa, Poplavsky a apelat la o variantă a ecuațiilor Einstein Cartan-Keeble-Scyam (KKS) ale teoriei gravitației. Spre deosebire de ecuațiile lui Einstein, CCS-ul teoriei gravitației ia în considerare spinul sau momentul unghiular al particulelor elementare. Luând în considerare rotația, devine posibil să se calculeze geometria spațiu-timp a unei găuri negre.
Când densitatea unei substanțe atinge proporții gigantice (mai mult de 1050 de kilograme per metru cub) în interiorul unei găuri negre, torsiunea apare ca o forță echivalentă cu gravitația. Acest lucru previne întrebările despre timpul de compresie nedefinit pentru a ajunge la densitate infinită. În schimb, spune Poplavsky, materia se reorganizează și începe din nou să se extindă.
Poplavsky a aplicat aceste idei la un model al comportamentului spațiu-timp în interiorul unei găuri negre. Scenariul amintește de ceea ce se întâmplă când comprimați un arc: Poplavsky a calculat că inițial gravitația învinge forțele de respingere și de torsiune și menține materia în compresie, dar în cele din urmă forța de respingere devine atât de puternică încât materia încetează să se comprima și se reorganizează. Calculele lui Poplavsky arată că spațiul-timp din interiorul unei găuri negre se extinde de aproximativ 1,4 ori în comparație cu cea mai mică dimensiuneîn doar 10-46 de secunde.
Această revenire uimitor de rapidă, spune Poplavsky, ar putea fi ceea ce a condus la expansiunea universului pe care îl vedem astăzi.
De unde știm că trăim într-o gaură neagră? Ei bine, o gaură neagră care se învârte s-ar învârti în spațiu-timp în interiorul ei, iar aceasta ar apărea ca o „direcție favorabilă” în universul nostru, spune Poplavsky. Această direcție preferată ar încălca o proprietate a spațiu-timp numită simetrie Lorentz care leagă spațiul și timpul. S-a sugerat că astfel de perturbări pot fi cauzate de fluctuațiile observate ale neutrinilor de la un tip la altul.
Din păcate, nu are sens ca noi să căutăm alte lumi în interiorul găurilor negre. Pe măsură ce te apropii de gaura neagră, creșterea câmpului gravitațional face timpul din ce în ce mai lent. Astfel, pentru un observator din exterior, orice nou univers din interior va apărea numai după ce a trecut o perioadă infinită de timp.
