Náš vesmír je vo vnútri čiernej diery. Žijeme v čiernej diere? Ako vznikajú

Fyzici naznačujú, že náš vesmír existuje vo vnútri čiernej diery 21. novembra 2014

Ako sme sa dohodli. A teraz sa ukazuje, že sa objavila teória, podľa ktorej sa uvádza, že náš Vesmír existuje vo vnútri čiernej diery

Táto zvláštna teória, na ktorej fyzici pracujú už desaťročia, môže objasniť mnohé otázky, na ktoré slávna teória veľkého tresku nevie odpovedať.

Podľa teórie veľkého tresku bol vesmír predtým, ako sa začal rozpínať, v singulárnom stave – to znamená, že v nekonečne malom bode vo vesmíre bola obsiahnutá nekonečne vysoká koncentrácia hmoty. Táto teória nám napríklad umožňuje vysvetliť, prečo sa neuveriteľne hustá hmota raného vesmíru začala rozpínať vo vesmíre obrovskou rýchlosťou a vytvárala nebeské telesá, galaxie a zhluky galaxií.
Zároveň však ponecháva veľké množstvo dôležitých otázok nezodpovedaných. Čo spustilo samotný Veľký tresk?

Čo je zdrojom tajomnej temnej hmoty?

Odpovede na tieto a mnohé ďalšie otázky môže poskytnúť teória, že náš vesmír je vo vnútri čiernej diery. A okrem toho spája princípy dvoch ústredných teórií modernej fyziky: všeobecnej teórie relativity a kvantovej mechaniky.

Všeobecná relativita opisuje vesmír v najväčšom rozsahu a vysvetľuje, ako gravitačné polia masívnych objektov, ako je slnko, deformujú časopriestor. A kvantová mechanika opisuje vesmír v najmenšom meradle – na úrovni atómu. Napríklad berie do úvahy takú dôležitú charakteristiku častíc, ako je spin (rotácia).

Myšlienka je taká, že rotácia častice interaguje s kozmickým časom a dáva mu vlastnosť nazývanú "torzia". Aby ste pochopili, čo je torzia, predstavte si kozmický čas ako ohybnú tyč. Ohýbanie tyče bude symbolizovať zakrivenie kozmického času a krútenie - torzu časopriestoru.
Ak je tyč veľmi tenká, môžete ju ohnúť, ale bude veľmi ťažké zistiť, či je skrútená alebo nie. Torziu časopriestoru je možné vidieť len v extrémnych podmienkach – na skoré štádia existenciu Vesmíru, alebo v čiernych dierach, kde sa prejaví ako odpudivá sila, opačná než gravitačná sila príťažlivosti vychádzajúca zo zakrivenia časopriestoru.

Ako vyplýva zo všeobecnej teórie relativity, veľmi masívne objekty končia svoju existenciu pádom do čiernych dier – oblastí vesmíru, z ktorých nemôže uniknúť nič, ani svetlo.

Na samom začiatku existencie Vesmíru gravitačná príťažlivosť spôsobená zakrivením priestoru prevýši odpudivú silu krútenia, v dôsledku čoho dôjde k stlačeniu hmoty. Potom však krútenie zosilnie a začne brániť stláčaniu hmoty na nekonečnú hustotu. A keďže energia má schopnosť premeniť sa na hmotu, je to mimoriadne vysoký stupeň gravitačná energia v tomto stave povedie k intenzívnej produkcii častíc, čo spôsobí nárast hmoty vo vnútri čiernej diery.

Mechanizmus krútenia teda naznačuje vývoj pozoruhodného scenára: každá čierna diera by mala dať v sebe vzniknúť novému vesmíru.

Ak je táto teória správna, potom hmota, ktorá tvorí náš vesmír, je tiež prinesená odniekiaľ zvonku. Potom náš
Vesmír musí vzniknúť aj vo vnútri čiernej diery, ktorá existuje v inom vesmíre, ktorý je naším „rodičom“.

V tomto prípade k pohybu hmoty dochádza vždy len jedným smerom, čo zabezpečuje smerovanie času, ktorý vnímame ako pohyb vpred. Šíp času v našom Vesmíre je teda tiež zdedený z „materského“ Vesmíru.

Tu sme hovorili o a tu sme skúmali a učili sa o tom Pôvodný článok je na webe InfoGlaz.rf Odkaz na článok, z ktorého je táto kópia vytvorená -

Viem, že to tu údajne nie je vítané, ale robím odtiaľto krížový príspevok na priamu žiadosť autora Nikolaja Nikolajeviča Gorkavyho. Existuje určitá šanca, že sa ich nápad zmení moderná veda. A je lepšie si o tom prečítať v origináli ako v prerozprávaní ren-tv alebo tape.ru.

Pre tých, ktorí nesledovali vlákno. Uvažujme dve čierne diery rotujúce okolo seba, povedzme, s hmotnosťou 15 a 20 jednotiek (hmotnosti Slnka). Skôr či neskôr splynú do jednej čiernej diery, no jej hmotnosť nebude 35 jednotiek, ale povedzme len 30. Zvyšných 5 odletí v podobe gravitačných vĺn. Práve túto energiu zachytáva gravitačný teleskop LIGO.

Podstata myšlienky Gorkavyho a Vasilkova je nasledovná. Povedzme, že ste pozorovateľ, sedíte na stoličke a cítite príťažlivosť 35 jednotiek hmotnosti delenej druhou mocninou vzdialenosti. A potom bam - doslova za sekundu sa ich hmotnosť zníži na 30 jednotiek. Pre vás to bude vďaka princípu relativity na nerozoznanie od situácie, keď vás vrhlo do protismeru silou 5 jednotiek, delenou druhou mocninou vzdialenosti. Teda na nerozoznanie od antigravitácie.

UPD: pretože nie každý pochopil predchádzajúci odsek, zvážte myšlienkový experiment podľa analógie navrhnutý v. Ste teda pozorovateľom, ktorý sedí v nádrži, ktorá rotuje na veľmi vysokej kruhovej dráhe okolo ťažiska tejto dvojice čiernych dier. Ako hovoril starý otec Einstein, bez toho, aby ste sa pozreli von z nádrže, nerozoznáte rozdiel medzi obežnou dráhou a len visením niekde v medzigalaktickom priestore. Teraz predpokladajme, že sa zlúčila čierna diera a časť ich hmoty odletela. V tomto ohľade sa budete musieť presunúť na vyššiu obežnú dráhu okolo rovnakého ťažiska, ale už zlúčenej čiernej diery. A budete cítiť tento prechod na inú obežnú dráhu vo vašej nádrži (vďaka kovu), externí pozorovatelia v nekonečne to budú považovať za kopnutie, ktoré vás odtlačilo od ťažiska. /UPD

Ďalej je tu množstvo výpočtov s hroznými tenzormi relativity. Tieto výpočty sú po dôkladnom overení publikované v dvoch článkoch v MNRAS, jednom z najuznávanejších časopisov o astrofyzike na svete. Odkazy na články:, (predtlač s úvodom autora).

A závery sú nasledovné: Veľký tresk nebol, ale bola (a je) Veľká čierna diera. Čo nás všetkých prenasleduje.

Po vydaní dvoch hlavných článkov s matematickými riešeniami bola na programe úloha napísať populárnejší a širší článok, ako aj propagovať oživenú vesmírnu kozmológiu. A potom sa ukázalo, že na druhý článok prekvapivo stihli zareagovať Európania, ktorí ma už v júni vyzvali, aby som urobil 25-minútovú plénu správu o zrýchlení vesmíru s premenlivou hmotnosťou. Vidím to ako dobré znamenie: odborníci sú unavení z „kozmologickej temnoty“ a hľadajú alternatívu.

V súvislosti s vydaním druhého článku poslal otázky aj novinár Ruslan Safin. Trochu skrátená verzia odpovedí bola dnes uverejnená v Yuzhnouralskaya Panorama pod redakčným názvom „Vnútri čiernej diery. Astronóm Nikolaj Gorkavy našiel stred vesmíru.

Po prvé, kvôli pravde musím poznamenať, že to bol Alexander Vasilkov, ktorý si začal aktívne klásť „naivnú“ otázku: Má vesmír stred? - ktorá iniciovala všetky naše ďalšie kozmologické práce. Tak sme spolu hľadali a našli toto centrum. Po druhé, noviny požiadali o našu spoločnú fotografiu, no nečakali, tak ju sem prinášam spolu s celým textom rozhovoru, ktorý Saša prečítal a doplnil podľa jeho komentárov. Tu sme: Alexander Pavlovič Vasilkov vľavo a ja vpravo:

1. Po zverejnení vášho prvého článku s Vasilkovom ste naznačili, že pozorované zrýchlené rozpínanie Vesmíru súvisí s prevahou odpudivých síl nad príťažlivými silami na veľké vzdialenosti. V novom článku prichádzate k inému záveru – o relatívnej zrýchlenej expanzii: zdá sa nám, že sa niečo zrýchľuje, pretože my sami spomaľujeme. Čo ťa viedlo k tejto myšlienke?

V článku z roku 2016 uverejnenom v časopise Journal of the Royal Astronomical Society sme s Alexandrom Vasilkovom ukázali, že ak sa zmení gravitačná hmotnosť objektu, potom okrem obvyklého newtonovského zrýchlenia vzniká okolo neho aj ďalšia sila. Klesá nepriamo úmerne k vzdialenosti od objektu, teda pomalšie ako newtonovská sila, ktorá závisí od druhej mocniny vzdialenosti. Preto by mala nová sila dominovať na veľké vzdialenosti. S poklesom hmotnosti objektu nová sila spôsobila odpudzovanie alebo antigravitáciu, so zvýšením - došlo k ďalšej príťažlivosti, hypergravitácii. Bol to rigorózny matematický výsledok, ktorý upravil známe Schwarzschildovo riešenie a bol získaný v rámci Einsteinovej teórie gravitácie. Záver je použiteľný pre hmotu akejkoľvek veľkosti a je vyrobený pre stacionárneho pozorovateľa.

Pri diskusii o týchto výsledkoch sme však verbálne vyjadrili ďalšie hypotézy - skôr nádeje, že nájdená antigravitácia je zodpovedná za expanziu vesmíru aj za zrýchlenie jeho expanzie v očiach sprevádzajúcich pozorovateľov, teda vás a mňa. Pri práci na druhom článku, ktorý vyšiel vo februári tohto roku v tom istom časopise a už bol priamo venovaný kozmológii, sme zistili, že realita je ťažšia ako naše nádeje. Áno, nájdená antigravitácia je zodpovedná za Veľký tresk a zjavnú expanziu Vesmíru – tu sme mali v našich predpokladoch pravdu. Ukázalo sa však, že jemné zrýchlenie kozmologickej expanzie zistené pozorovateľmi v roku 1998 nesúvisí s antigravitáciou, ale s hypergravitáciou z nášho článku z roku 2016. Výsledné rigorózne matematické riešenie jednoznačne naznačuje, že toto zrýchlenie bude mať pozorovateľné znamenie len vtedy, keď bude nejaká časť hmoty vesmíru rásť, nie klesať. V našom kvalitatívnom uvažovaní sme nebrali do úvahy, že dynamika kozmologického rozpínania vyzerá veľmi odlišne z pohľadu stacionárneho pozorovateľa a pre sprevádzajúcich pozorovateľov sediacich v rozpínajúcich sa galaxiách.

Matematika, ktorá je múdrejšia ako my, vedie k nasledujúcemu obrazu vývoja vesmíru: v dôsledku splynutia čiernych dier a prechodu ich hmoty na gravitačné vlny sa hmotnosť kolabujúceho vesmíru posledného cyklu prudko znížila - a vznikla silná antigravitácia, ktorá spôsobila Veľký tresk, teda novodobú expanziu Vesmíru. Táto antigravitácia sa potom znížila a nahradila ju hypergravitácia v dôsledku rastu obrovskej čiernej diery, ktorá vznikla v strede vesmíru. Zvyšuje sa v dôsledku absorpcie gravitačných vĺn pozadia, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v dynamike vesmíru. Práve tento rast Veľkej čiernej diery spôsobil natiahnutie pozorovateľnej časti vesmíru okolo nás. Tento efekt bol pozorovateľmi interpretovaný ako zrýchlenie expanzie, ale v skutočnosti ide o nerovnomerné spomalenie expanzie. Ak totiž v kolóne áut zadné auto zaostáva za predným, môže to znamenať zrýchlenie prvého auta aj brzdenie zadného auta. Z matematického hľadiska vplyv rastúcej Veľkej čiernej diery spôsobuje, že sa vo Friedmanových rovniciach objavuje takzvaná "kozmologická konštanta", ktorá je zodpovedná za pozorované zrýchlenie recesie galaxií. Výpočty kvantových teoretikov sa líšili od pozorovaní o 120 rádov, ale vypočítali sme to v rámci klasickej teórie gravitácie – a dobre sa zhodovali s údajmi Planckovho satelitu. A záver, že hmota Vesmíru teraz narastá, poskytuje výbornú príležitosť na zostavenie cyklického modelu Vesmíru, o ktorom snívalo niekoľko generácií kozmológov, no neprišiel do úvahy. Vesmír je obrovské kyvadlo, v ktorom sa čierne diery menia na gravitačné vlny a potom nastáva opačný proces. Tu hrá kľúčovú úlohu Einsteinov záver, že gravitačné vlny nemajú žiadnu gravitačnú hmotnosť, čo umožňuje vesmíru zmeniť svoju hmotnosť a vyhnúť sa nezvratnému kolapsu.

2. Ako sa objavila rastúca Veľká čierna diera, ktorá je zodpovedná za relatívne zrýchlené rozpínanie vesmíru?

Povaha tmavej hmoty, ktorá napríklad spôsobila zrýchlenú rotáciu galaxií, je záhadou už takmer storočie. Najnovšie výsledky observatória LIGO, ktoré zachytilo niekoľko gravitačných vĺn zo spájania masívnych čiernych dier, poodhalili závoj tajomstva. Niekoľko výskumníkov predložilo model, podľa ktorého sa temná hmota skladá z čiernych dier, pričom mnohí veria, že k nám prišli z posledného cyklu vesmíru. Čierna diera je skutočne jediným makroskopickým objektom, ktorý nemôže byť zničený ani stlačením vesmíru. Ak čierne diery tvoria väčšinu baryonickej hmoty kozmu, potom keď sa vesmír stlačí na veľkosť niekoľkých svetelných rokov, tieto čierne diery sa navzájom aktívne spoja a značnú časť svojej hmoty vyhodia do gravitačných vĺn. . V dôsledku toho celková hmotnosť vesmíru prudko klesne av mieste zlúčenia oblaku malé otvory bude tam obrovská čierna diera s veľkosťou rádovo svetelný rok a s hmotnosťou biliónov slnečných hmôt. Je to nepostrádateľný výsledok kolapsu Vesmíru a splynutia čiernych dier a po Veľkom tresku začína rásť, absorbuje gravitačné žiarenie a akúkoľvek hmotu okolo. Mnohí autori, vrátane Penrosea, pochopili, že takáto superdiera sa objaví vo fáze kolapsu vesmíru, ale nikto nevedel, akú dôležitú úlohu hrá táto Veľká čierna diera v dynamike následného rozpínania vesmíru.

3. Ako ďaleko od nás a kde presne (v akej časti oblohy) sa nachádza? Aké má parametre?

Veríme, že vo vzdialenosti asi päťdesiat miliárd svetelných rokov. Celý rad nezávislých štúdií hovorí o anizotropii rôznych kozmologických javov – a mnohé z nich poukazujú na oblasť oblohy v blízkosti tmavého súhvezdia Sextants. V kozmológii sa dokonca objavil pojem „diablova os“. Podľa aktuálnej hodnoty zrýchleného rozpínania vesmíru možno odhadnúť veľkosť Veľkej čiernej diery na miliardu svetelných rokov, čo dáva jej hmotnosť 6 * 10^54 gramov alebo miliardy biliónov slnečných hmôt – tj. , od svojho vzniku narástla miliardkrát! Ale aj túto informáciu o hmote Veľkej čiernej diery sme dostali s oneskorením miliárd rokov. V skutočnosti je Veľká čierna diera už oveľa väčšia, ale ako veľmi je ťažké povedať, je potrebný ďalší výskum.

4. Je možné s pomocou existujúcich prístrojov vidieť ak už nie samotný LBH, tak aspoň nepriame znaky naznačujúce jeho prítomnosť v tejto časti Vesmíru z takej vzdialenosti, v akej sa tento LBH nachádza? Za akých podmienok bude k dispozícii na priame štúdium?

Po preštudovaní zrýchlenia expanzie vesmíru a toho, ako závisí od času, určíme vývoj parametrov Veľkej čiernej diery. Anizotropia kozmologických efektov sa prejavuje v rozložení CMB fluktuácií po oblohe, v orientácii osí galaxií a v množstve ďalších javov. Aj toto sú spôsoby štúdia Veľkej čiernej diery na diaľku. Budeme to tiež študovať priamo, ale neskôr.

5. Čo by sme videli, keby sme mohli letieť do tohto BCH? Dá sa do nej ponoriť bez ohrozenia života? Čo nájdeme pod jeho povrchom?

Čo sa týka vnútra čiernych dier, aj v učebniciach je množstvo protichodných informácií. Mnoho ľudí si myslí, že na okraji čiernych dier nás slapové sily určite roztrhajú na malé stužky - dokonca sa objavilo aj slovo „špagetovanie“. V skutočnosti sú slapové sily na okraji veľmi veľkej čiernej diery úplne neviditeľné a podľa rigoróznych riešení Einsteinových rovníc je proces prekročenia hranice čiernej diery pre padajúceho pozorovateľa zanedbateľný. Verím, že pod povrchom Veľkej čiernej diery uvidíme takmer rovnaký Vesmír – tie galaxie, ktoré sa doň ponorili skôr. Hlavným rozdielom bude zmena v ustupovaní galaxií k ich konvergencii: všetci výskumníci sa zhodujú, že všetko vo vnútri čiernej diery padá smerom k stredu.

6. Ak táto čierna diera narastie, jedného dňa do seba nasaje všetku zvyšnú hmotu. čo sa stane potom?

Hranica Veľkej čiernej diery pôjde na hranicu pozorovateľného Vesmíru a jej osud nás prestane vzrušovať. A vesmír vo vnútri diery vstúpi do druhej fázy svojho cyklu - keď expanziu nahradí kontrakcia. Nie je v tom nič tragické, pretože kontrakcia bude trvať približne toľko miliárd rokov, ako expanzia. Inteligentné bytosti tohto kolobehu Vesmíru pocítia problémy o desiatky miliárd rokov, keď teplota žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia stúpne natoľko, že sa planéty prehrievajú v dôsledku teplej nočnej oblohy. Možno pre niektorých mimozemšťanov, ktorých slnko zhasne, to bude, naopak, záchrana, aj keď dočasná - na sto miliónov rokov. Keď sa súčasný vesmír scvrkne na niekoľko svetelných rokov, opäť stratí svoju hmotu, čo spôsobí Veľký tresk. Začne sa nový cyklus expanzie a v strede vesmíru sa objaví nová veľká čierna diera.

7. Kedy by podľa vás mala nastať táto udalosť (zrútenie vesmíru do BCH)? Je tento časový interval rovnaký pre všetky cykly expanzie/kompresie alebo sa môže zmeniť?

Myslím si, že kozmologické cykly sledujú s dobrou presnosťou určité obdobie súvisiace s celkovou hmotnosťou a energiou vesmíru. Ťažko povedať, v akom presnom štádiu nášho cyklu sa nachádzame – na to potrebujeme postaviť špecifické kozmologické modely s daným počtom baryónov, čiernych dier, gravitačných vĺn a iných typov žiarenia. Kedy nás predbehne okraj rastúcej Veľkej čiernej diery? Výpočty ukazujú, že určite vstúpi do režimu superluminálnej expanzie - to nie je v rozpore s teóriou relativity, pretože hranica čiernej diery nie je hmotný predmet. Ale táto nadsvetelná rýchlosť znamená, že naše stretnutie s touto hranicou Veľkej čiernej diery sa môže stať kedykoľvek - z niektorých pozorovaní, ktoré sú obmedzené rýchlosťou svetla, nebudeme schopní odhaliť jej priblíženie. Aby som predišiel panike, opakujem: nevidím v tom nič tragické, ale kozmológovia si začnú všímať, ako sa červený posun vzdialených galaxií zmení na modrý. Ale na to musí mať svetlo z nich čas, aby sa k nám dostalo.

8. Aké pozorovacie a teoretické údaje hovoria v prospech vami navrhovaného kozmologického modelu alebo ho možno dokonca robia povinným?

Klasické Friedmannove rovnice sú založené na princípe izotropie a homogenity. Konvenčná kozmológia teda v zásade nemohla brať do úvahy anizotropné efekty, o ktorých mnohí pozorovatelia hovoria. Upravené Friedmanove rovnice získané v práci Vasilkova a I z roku 2018 zahŕňajú anizotropné efekty, pretože Veľká čierna diera je v určitom smere. Otvárajú sa tak možnosti na štúdium týchto účinkov, čo potvrdí aj samotnú teóriu. Nebudujeme novú kozmológiu, jednoducho vkladáme chýbajúce dynamické pramene do dobre rozvinutej klasickej kozmológie, ktorá vznikla v polovici 20. storočia, počnúc dielom Gamowa a jeho skupiny. Kriesime túto klasickú kozmológiu tým, že ju robíme súčasťou bežnej fyziky. Teraz neobsahuje žiadne predpoklady o kvantovej gravitácii, o extra priestorových dimenziách a o temných entitách ako „inflácia“, „vákuové fázové prechody“, „temná energia“ a „temná hmota“. Funguje iba v rámci Einsteinovej klasickej a dobre overenej teórie gravitácie, pričom využíva iba známe zložky vesmíru, ako sú čierne diery a gravitačné vlny. Keďže dobre vysvetľuje pozorované javy, je to absolútne povinné – podľa princípov vedy. Existuje veľa kozmologických modelov, ale realita je len jedna. Oživená klasická kozmológia je nápadne elegantná a jednoduchá, a preto verím, že sme sa naučili skutočný spôsob existencie vesmíru.

Abstrakt na tému:

"Čierne diery vesmíru"

Vladivostok

2000
Obsah:

Čierne diery vesmíru ______________________________3

Hypotézy a paradoxy_______________________________6

Záver ________________________________________ 14

Zoznam odkazov __________________15

Čierne diery vesmíru

Zdá sa, že tento jav obsahuje toľko nevysvetliteľného, ​​takmer mystického, že dokonca ani Albert Einstein, ktorého teórie v skutočnosti viedli k myšlienke čiernych dier, sám jednoducho neveril v ich existenciu. Dnes sú astrofyzici čoraz viac presvedčení, že čierne diery sú realitou.

Matematické výpočty ukazujú, že existujú neviditeľní obri. Pred štyrmi rokmi tím amerických a japonských astronómov namieril svoj ďalekohľad na súhvezdie Canes Venatici, na špirálovú hmlovinu M106, ktorá sa tam nachádza. Táto galaxia je od nás vzdialená 20 miliónov svetelných rokov, no možno ju vidieť aj amatérskym ďalekohľadom. Mnohí verili, že je rovnaký ako tisíce iných galaxií. Pri pozornom štúdiu sa ukázalo, že hmlovina M106 má jednu vzácnu vlastnosť – v jej centrálnej časti sa nachádza prirodzený kvantový generátor – maser. Ide o plynové oblaky, v ktorých molekuly v dôsledku vonkajšieho „pumpovania“ vyžarujú rádiové vlny v mikrovlnnej oblasti. Maser pomáha presne určiť vašu polohu a rýchlosť oblaku a v dôsledku toho aj iných nebeských telies.

Japonský astronóm Makoto Mionis a jeho kolegovia počas pozorovaní hmloviny M106 objavili zvláštne správanie jej vesmírneho masera. Ukázalo sa, že oblaky sa točia okolo nejakého stredu vzdialeného od nich 0,5 svetelného roka. Astronómov obzvlášť zaujala zvláštnosť tejto rotácie: okrajové vrstvy oblakov sa pohybovali rýchlosťou štyri milióny kilometrov za hodinu! To naznačuje, že v strede je sústredená obrovská hmota. Podľa výpočtov sa rovná 36 miliónom slnečných hmôt.

M106 nie je jedinou galaxiou, kde existuje podozrenie na čiernu dieru. V hmlovine Andromeda je s najväčšou pravdepodobnosťou tiež približne rovnaká hmotnosť - 37 miliónov Sĺnk. Predpokladá sa, že v galaxii M87 – mimoriadne intenzívnom zdroji rádiovej emisie – bola objavená čierna diera, v ktorej sú sústredené 2 miliardy slnečných hmôt! Ryža. 1 Galaxy M87

Iba poslom rádiových vĺn môže byť čierna diera, ktorá ešte nie je úplne uzavretá „kapsulou“ zakriveného priestoru. Sovietsky fyzik Yakov Zel'dovich a jeho americký kolega Edwin Salpeter informovali o modeli, ktorý vyvinuli. Model ukázal, že čierna diera priťahuje plyn z okolitého priestoru a najskôr sa zhromažďuje v disku v jej blízkosti. Zrážkami častíc sa plyn zahrieva, stráca energiu, rýchlosť a začína sa špirálovito otáčať smerom k čiernej diere. Plyn zahriaty na niekoľko miliónov stupňov vytvára lievikovitý vír. Jeho častice sa rútia rýchlosťou 100 tisíc kilometrov za sekundu. Nakoniec sa vír plynu dostane na „horizont udalostí“ a navždy zmizne v čiernej diere.

Maser v galaxii M106, o ktorom sa hovorilo na samom začiatku, sa nachádza v plynnom disku. Čierne diery, ktoré sa objavujú vo vesmíre, súdiac podľa toho, čo americkí a japonskí astronómovia pozorovali v špirálovej hmlovine M106, majú neporovnateľne väčšiu hmotnosť ako tie, o ktorých hovorí Oppenheimerova teória. Uvažoval o prípade kolapsu jednej hviezdy, ktorej hmotnosť nie je väčšia ako tri slnečné. A ako takíto obri vznikajú, ktorých už astronómovia pozorujú, zatiaľ neexistuje žiadne vysvetlenie.

Nedávne počítačové modely ukázali, že oblak plynu v strede rodiacej sa galaxie by mohol spôsobiť vznik obrovskej čiernej diery. Možný je však aj iný spôsob vývoja: akumulácia plynu sa najskôr rozpadne na množstvo menších oblakov, ktoré dajú život veľkému počtu hviezd. V oboch prípadoch však časť kozmického plynu pod vplyvom vlastnej gravitácie nakoniec ukončí svoj vývoj v podobe čiernej diery.

Podľa tejto hypotézy je čierna diera takmer v každej galaxii, vrátane našej, niekde v strede Mliečnej dráhy.

Pozorovania takzvaných dvojhviezdnych systémov, keď je ďalekohľadom viditeľná iba jedna hviezda, dávajú dôvod domnievať sa, že neviditeľným partnerom je čierna diera. Hviezdy tohto páru sú umiestnené tak blízko seba, že neviditeľná hmota „vysáva“ substanciu viditeľnej hviezdy a absorbuje ju. V niektorých prípadoch je možné určiť čas otáčania hviezdy okolo jej neviditeľného partnera a vzdialenosť od neviditeľného partnera, čo umožňuje vypočítať hmotnosť skrytú pred pozorovaním.

Prvým kandidátom na takýto model je pár objavený začiatkom 70. rokov. Nachádza sa v súhvezdí Labuť (označená indexom Cygnus XI) a vyžaruje röntgenové lúče. Rotuje tu horúca modrá hviezda a s najväčšou pravdepodobnosťou čierna diera s hmotnosťou rovnajúcou sa 16 hmotnostiam Slnka. Druhý pár (V404) má neviditeľnú hmotnosť 12 Ryža. 2 Cygnus XI solárne. Ďalším podozrivým párom je röntgenový zdroj (LMCX3) deviatich slnečných hmôt umiestnených vo Veľkom Magellanovom oblaku.

Všetky tieto prípady sú dobre vysvetlené v diskusii Johna Michella o „temných hviezdach“. V roku 1783 napísal: "Ak sa svietiace telesá točia okolo niečoho neviditeľného, ​​potom by sme mali byť schopní odvodiť z pohybu tohto rotujúceho telesa so známou pravdepodobnosťou existenciu tohto centrálneho telesa."

Hypotézy a paradoxy

Je známe, že všeobecná relativita predpovedala, že hmota zakrivuje priestor. A už štyri roky po zverejnení Einsteinovej práce tento efekt objavili astronómovia. Počas úplného zatmenia Slnka pri pozorovaní ďalekohľadom astronómovia videli hviezdy, ktoré boli v skutočnosti zakryté okrajom čierneho lunárneho disku, ktorý pokrýval Slnko. Pod vplyvom slnečnej gravitácie sa obrazy hviezd posunuli. (Tu je presnosť merania tiež zarážajúca, pretože sa posunuli o menej ako jednu tisícinu stupňa!)

Astronómovia dnes už s istotou vedia, že pod vplyvom „gravitačnej šošovky“, ktorú predstavujú ťažké hviezdy a predovšetkým čierne diery, sa skutočné polohy mnohých nebeských telies v skutočnosti líšia od tých, ktoré vidíme zo Zeme. Vzdialené galaxie sa nám môžu javiť ako beztvaré a vo forme „kapsuly“. To znamená: gravitácia je taká silná a priestor je taký skrútený, že svetlo sa pohybuje v kruhu. Môžete skutočne vidieť, čo sa deje za rohom.

Predstavme si to úplne neuveriteľné: istý odvážny astronaut sa rozhodol poslať svoju loď do čiernej diery, aby spoznal jej tajomstvá. Čo uvidí na tejto fantastickej ceste?

Keď sa priblížite k cieľu, k hodinám vesmírna loď bude stále viac zaostávať – vyplýva to z teórie relativity. Keď sa náš cestovateľ priblíži k cieľu, ocitne sa akoby v potrubí, prstenci obklopujúcom čiernu dieru, ale bude sa mu zdať, že letí po úplne priamom tuneli a vôbec nie v kruhu. Na astronauta však čaká ešte úžasnejší jav: keď spadne za „horizont udalostí“ a pohybuje sa pozdĺž potrubia, uvidí svoj chrbát, hlavu ...

Všeobecná teória relativity hovorí, že pojmy „vonku“ a „vnútri“ nemajú žiadny objektívny význam, sú relatívne rovnako ako označenie „vľavo“ alebo „vpravo“, „hore“ alebo „dole“. Celý tento paradoxný zmätok s pokynmi je veľmi zle v súlade s našimi každodennými hodnoteniami.

Len čo loď prekročí hranicu čiernej diery, ľudia na Zemi už nebudú môcť vidieť nič z toho, čo sa tam bude diať. A hodiny sa na lodi zastavia, všetky farby sa zmiešajú smerom k červenej: svetlo stratí časť svojej energie v boji proti gravitácii. Všetky položky nadobudnú zvláštne skreslené tvary. A napokon, aj keby bola táto čierna diera len dvakrát ťažšia ako naše Slnko, príťažlivosť by bola taká silná, že by loď aj jej hypotetického kapitána strhli do povrazu a čoskoro by sa roztrhli. Hmota uväznená vo vnútri čiernej diery nebude schopná odolať silám, ktoré ju ťahajú do stredu. Pravdepodobne sa hmota rozpadne a prejde do singulárneho stavu. Podľa niektorých predstáv sa táto rozpadnutá hmota stane súčasťou nejakého iného vesmíru – čierne diery spájajú náš priestor s inými svetmi.

Ako všetky telesá v prírode, ani hviezdy nezostávajú nezmenené, rodia sa, vyvíjajú a nakoniec „zomrú“. Na sledovanie životnej cesty hviezd a pochopenie toho, ako starnú, je potrebné vedieť, ako vznikajú. V minulosti sa to zdalo ako veľká záhada; moderní astronómovia už vedia s veľkou istotou podrobne opísať cesty vedúce k objaveniu sa jasných hviezd na našej nočnej oblohe.

Nie je to tak dávno, čo astronómovia verili, že trvá milióny rokov, kým sa hviezda sformuje z medzihviezdneho plynu a prachu. Ale v posledné roky boli urobené úžasné fotografie oblasti oblohy, ktorá je súčasťou Veľkej hmloviny Orion, kde sa v priebehu niekoľkých rokov objavila malá hviezdokopa. Na Obr.3 Veľká hmlovina Orion fotografie z roku 1947. na tomto mieste bola viditeľná skupina troch objektov podobných hviezdam. Do roku 1954 niektoré z nich sa stali podlhovastými a do roku 1959. tieto podlhovasté útvary sa rozpadli na jednotlivé hviezdy – po prvýkrát v histórii ľudstva ľudia pozorovali zrod hviezd doslova pred našimi očami, táto bezprecedentná udalosť astronómom ukázala, že hviezdy sa môžu zrodiť v krátkom časovom období a predtým sa zdalo zvláštne uvažovanie, že hviezdy zvyčajne vznikajú v skupinách, alebo hviezdokopy sa ukázali ako pravdivé.

S. TRANKOVSKÝ

Medzi najdôležitejšie a najzaujímavejšie problémy modernej fyziky a astrofyziky pomenoval akademik VL Ginzburg otázky súvisiace s čiernymi dierami (pozri Veda a život, č. 11, 12, 1999). Existencia týchto zvláštnych objektov bola predpovedaná pred viac ako dvesto rokmi, podmienky vedúce k ich vzniku boli presne vypočítané koncom 30. rokov 20. storočia a astrofyzika sa s nimi vysporiadala pred menej ako štyridsiatimi rokmi. Dnes vedecké časopisy po celom svete publikujú každý rok tisíce článkov o čiernych dierach.

K vzniku čiernej diery môže dôjsť tromi spôsobmi.

Takto je zvykom zobrazovať procesy prebiehajúce v blízkosti kolabujúcej čiernej diery. Ako plynie čas (Y), priestor (X) okolo neho (tieňovaná oblasť) sa zmenšuje smerom k singularite.

Gravitačné pole čiernej diery vnáša do geometrie priestoru silné deformácie.

Čierna diera, neviditeľná cez ďalekohľad, sa odhaľuje iba svojim gravitačným vplyvom.

V silnom gravitačnom poli čiernej diery sa rodia páry častica-antičastice.

Zrodenie páru častica-antičastica v laboratóriu.

AKO SA VYJADUJÚ

Svietiace nebeské teleso s hustotou rovnajúcou sa hustote Zeme a priemerom dvestopäťdesiatkrát väčším ako je priemer Slnka silou svojej príťažlivosti nedovolí svojmu svetlu, aby sa k nám dostalo. Je teda možné, že najväčšie svietiace telesá vo vesmíre práve pre svoju veľkosť zostanú neviditeľné.
Pierre Simon Laplace.
Prezentácia systému sveta. 1796

V roku 1783 anglický matematik John Mitchell a o trinásť rokov neskôr nezávisle od neho francúzsky astronóm a matematik Pierre Simon Laplace vykonali veľmi zvláštnu štúdiu. Zvažovali podmienky, za ktorých by svetlo nemohlo opustiť hviezdu.

Logika vedcov bola jednoduchá. Pre akýkoľvek astronomický objekt (planétu alebo hviezdu) môžete vypočítať takzvanú únikovú rýchlosť alebo druhú kozmickú rýchlosť, ktorá umožňuje ľubovoľnému telesu alebo častici opustiť ho navždy. A vo fyzike tej doby kraľovala newtonovská teória, podľa ktorej je svetlo prúd častíc (pred teóriou elektromagnetické vlny a zostávalo ešte takmer stopäťdesiat rokov). Únikovú rýchlosť častíc možno vypočítať na základe rovnosti potenciálnej energie na povrchu planéty a kinetickej energie telesa „utekajúceho“ do nekonečne veľkej vzdialenosti. Táto rýchlosť je určená vzorcom #1#

kde M je hmotnosť vesmírneho objektu, R je jeho polomer, G je gravitačná konštanta.

Odtiaľto sa dá ľahko získať polomer telesa danej hmotnosti (neskôr nazývaný „gravitačný polomer r g"), pri ktorej sa úniková rýchlosť rovná rýchlosti svetla:

To znamená, že hviezda stlačená do gule s polomerom r g< 2GM/c 2 prestane vyžarovať - ​​svetlo ho nebude môcť opustiť. Vo vesmíre sa objaví čierna diera.

Je ľahké vypočítať, že Slnko (jeho hmotnosť je 2,1033 g) sa zmení na čiernu dieru, ak sa zmenší na polomer asi 3 kilometrov. Hustota jeho látky v tomto prípade dosiahne 10 16 g/cm 3 . Polomer Zeme, stlačený do stavu čiernej diery, by sa zmenšil asi na jeden centimeter.

Zdalo sa neuveriteľné, že v prírode možno nájsť sily, ktoré dokážu stlačiť hviezdu na takú nepatrnú veľkosť. Preto sa závery z práce Mitchella a Laplacea za viac ako sto rokov považovali za niečo ako matematický paradox, ktorý nemá fyzikálny význam.

Dôkladný matematický dôkaz, že takýto exotický objekt vo vesmíre je možný, bol získaný až v roku 1916. Nemecký astronóm Karl Schwarzschild, ktorý analyzoval rovnice všeobecnej teórie relativity Alberta Einsteina, získal zaujímavý výsledok. Po štúdiu pohybu častice v gravitačnom poli masívneho telesa dospel k záveru, že rovnica stráca svoj fyzikálny význam (jej riešenie ide do nekonečna), keď r= 0 a r = r g.

Body, v ktorých charakteristika poľa stráca svoj význam, sa nazývajú singulárne, teda špeciálne. Singularita v nulovom bode odráža bod alebo, čo je to isté, centrálne symetrickú štruktúru poľa (napokon, každé guľové teleso - hviezda alebo planéta - môže byť reprezentované ako hmotný bod). A body umiestnené na guľovej ploche s polomerom r g , tvoria samotný povrch, z ktorého sa úniková rýchlosť rovná rýchlosti svetla. Vo všeobecnej teórii relativity sa nazýva Schwarzschildova singulárna sféra alebo horizont udalostí (prečo - to sa ukáže neskôr).

Už na príklade nám známych objektov – Zeme a Slnka – je jasné, že čierne diery sú veľmi zvláštne objekty. Aj astronómovia zaoberajúci sa hmotou pri extrémnych teplotách, hustote a tlaku ich považujú za veľmi exotické a donedávna v ich existenciu neverili všetci. Prvé náznaky možnosti vzniku čiernych dier však obsahovala už všeobecná teória relativity A. Einsteina, vytvorená v roku 1915. Anglický astronóm Arthur Eddington, jeden z prvých vykladačov a popularizátorov teórie relativity, odvodil v 30. rokoch minulého storočia sústavu rovníc popisujúcich vnútornú štruktúru hviezd. Vyplýva z nich, že hviezda je v rovnováhe pôsobením opačne smerujúcich gravitačných síl a vnútorného tlaku vytváraného pohybom horúcich častíc plazmy vo vnútri svietidla a tlakom žiarenia vznikajúceho v jeho hĺbkach. A to znamená, že hviezda je plynová guľa, v strede ktorej je vysoká teplota, ktorá smerom k periférii postupne klesá. Z rovníc predovšetkým vyplynulo, že povrchová teplota Slnka je asi 5500 stupňov (čo je celkom v súlade s údajmi astronomických meraní) a v jeho strede by malo byť asi 10 miliónov stupňov. To umožnilo Eddingtonovi urobiť prorocký záver: pri takejto teplote sa „zapáli termonukleárna reakcia“, dostatočná na zabezpečenie žiary Slnka. Vtedajší atómoví fyzici s tým nesúhlasili. Zdalo sa im, že v útrobách hviezdy je príliš "chladno": teplota tam bola nedostatočná na to, aby reakcia "prešla". Na to rozzúrený teoretik odpovedal: "Hľadajte teplejšie miesto!"

A nakoniec sa ukázalo, že mal pravdu: v strede hviezdy skutočne prebieha termonukleárna reakcia (iná vec je, že takzvaný „štandardný solárny model“, založený na predstavách o termonukleárnej fúzii, sa zjavne ukázal ako byť nesprávny – pozri napr. „Veda a život“ č. 2, 3, 2000). Napriek tomu reakcia v strede hviezdy prebieha, hviezda svieti a žiarenie, ktoré v tomto prípade vzniká, ju udržuje v stabilnom stave. Teraz však jadrové „palivo“ vo hviezde dohorí. Uvoľňovanie energie sa zastaví, žiarenie zhasne a sila zadržiavajúca gravitačnú príťažlivosť zmizne. Existuje limit hmotnosti hviezdy, po ktorom sa hviezda začne nenávratne zmenšovať. Výpočty ukazujú, že k tomu dôjde, ak hmotnosť hviezdy presiahne dve alebo tri hmotnosti Slnka.

GRAVITAČNÝ KOLAPS

Spočiatku je rýchlosť kontrakcie hviezdy malá, ale jej rýchlosť sa neustále zvyšuje, pretože sila príťažlivosti je nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti. Kompresia sa stáva nezvratnou, neexistujú žiadne sily schopné pôsobiť proti vlastnej gravitácii. Tento proces sa nazýva gravitačný kolaps. Rýchlosť obalu hviezdy smerom k jej stredu sa zvyšuje a blíži sa rýchlosti svetla. A tu začínajú hrať rolu účinky teórie relativity.

Úniková rýchlosť bola vypočítaná na základe newtonovských predstáv o povahe svetla. Z hľadiska všeobecnej relativity sa javy v okolí kolabujúcej hviezdy vyskytujú trochu inak. V jej mohutnom gravitačnom poli dochádza k takzvanému gravitačnému červenému posunu. To znamená, že frekvencia žiarenia prichádzajúceho z masívneho objektu je posunutá smerom nízke frekvencie. V limite, na hranici Schwarzschildovej gule, sa frekvencia žiarenia rovná nule. To znamená, že pozorovateľ, ktorý je mimo nej, nebude môcť zistiť nič o tom, čo sa deje vo vnútri. Preto sa Schwarzschildova sféra nazýva horizont udalostí.

Zníženie frekvencie sa však rovná spomaleniu času a keď sa frekvencia zníži na nulu, čas sa zastaví. To znamená, že vonkajší pozorovateľ uvidí veľmi zvláštny obraz: škrupina hviezdy padajúcej so zvyšujúcim sa zrýchlením, namiesto toho, aby dosiahla rýchlosť svetla, sa zastaví. Z jeho pohľadu sa kontrakcia zastaví, len čo sa veľkosť hviezdy priblíži ku gravitačnému polomeru
fúzy. Nikdy neuvidí ani jednu časticu „potápajúcu sa“ pod Schwarzschildovou guľou. No pre hypotetického pozorovateľa padajúceho do čiernej diery sa všetko podľa jeho hodiniek skončí v priebehu chvíľky. Čas gravitačného kolapsu pre hviezdu s veľkosťou Slnka bude teda 29 minút a pre oveľa hustejšiu a kompaktnejšiu neutrónovú hviezdu iba 1/20 000 sekundy. A tu má problémy spojené s geometriou časopriestoru v blízkosti čiernej diery.

Pozorovateľ vstupuje do zakriveného priestoru. V blízkosti gravitačného polomeru sa gravitačné sily nekonečne zväčšujú; natiahnu raketu s astronautom-pozorovateľom do nekonečne tenkého vlákna nekonečnej dĺžky. Ale on sám si to nevšimne: všetky jeho deformácie budú zodpovedať skresleniam súradníc časopriestoru. Tieto úvahy sa samozrejme vzťahujú na ideálny, hypotetický prípad. Akékoľvek skutočné telo bude roztrhané slapovými silami dlho predtým, než sa priblíži k Schwarzschildovej sfére.

ROZMERY ČIERNYCH DIER

Veľkosť čiernej diery alebo skôr polomer Schwarzschildovej gule je úmerný hmotnosti hviezdy. A keďže astrofyzika nekladie žiadne obmedzenia na veľkosť hviezdy, čierna diera môže byť ľubovoľne veľká. Ak by napríklad vznikla pri kolapse hviezdy s hmotnosťou 10 8 hmotností Slnka (alebo v dôsledku splynutia státisícov, ba až miliónov relatívne malých hviezd), jej polomer by bol asi 300 miliónov kilometrov, dvojnásobok obehu Zeme. A priemerná hustota látky takého obra je blízka hustote vody.

Zrejme presne takéto čierne diery sa nachádzajú v centrách galaxií. V každom prípade astronómovia dnes počítajú asi päťdesiat galaxií, v strede ktorých, súdiac podľa nepriamych znakov (povieme si o nich nižšie), sú čierne diery s hmotnosťou asi miliardy (10 9) slnečných. Zdá sa, že aj naša Galaxia má svoju čiernu dieru; jeho hmotnosť bola odhadnutá pomerne presne - 2,4. 10 6 ±10 % hmotnosti Slnka.

Teória predpokladá, že spolu s takýmito supergiantmi mali vzniknúť čierne minidiery s hmotnosťou asi 10 14 g a polomerom asi 10 -12 cm (veľkosť atómového jadra). Mohli sa objaviť v prvých momentoch existencie Vesmíru ako prejav veľmi silnej nehomogenity časopriestoru s kolosálnou hustotou energie. Podmienky, ktoré vtedy existovali vo vesmíre, si teraz výskumníci uvedomujú na silných zrážačoch (urýchľovačoch na zrážaných lúčoch). Experimenty v CERN-e začiatkom tohto roka umožnili získať kvark-gluónovú plazmu – hmotu, ktorá existovala pred objavením sa elementárnych častíc. Výskum tohto stavu hmoty pokračuje v Brookhavene, americkom urýchľovacom centre. Je schopný urýchliť častice na energie o jeden a pol až dva rády vyššie ako urýchľovač v
CERN. Nadchádzajúci experiment vyvolal vážne obavy: vznikne pri jeho realizácii čierna minidiera, ktorá ohne náš priestor a zničí Zem?

Tento strach spôsobil silná rezonanciaže vláda USA bola nútená zvolať autoritatívnu komisiu, aby túto možnosť otestovala. Komisia, ktorá pozostávala z významných výskumníkov, dospela k záveru, že energia urýchľovača je príliš nízka na to, aby vznikla čierna diera (tento experiment je popísaný v časopise Nauka i Zhizn, č. 3, 2000).

AKO VIDIEŤ NEVIDITEĽNÉ

Čierne diery nevyžarujú nič, dokonca ani svetlo. Astronómovia sa ich však naučili vidieť, alebo skôr nájsť „kandidátov“ na túto úlohu. Existujú tri spôsoby, ako odhaliť čiernu dieru.

1. Je potrebné sledovať obeh hviezd v zhlukoch okolo určitého ťažiska. Ak sa ukáže, že v tomto strede nič nie je a hviezdy sa točia akoby okolo prázdneho miesta, môžeme celkom s istotou povedať: v tejto „prázdnote“ je čierna diera. Práve na tomto základe sa predpokladala prítomnosť čiernej diery v strede našej Galaxie a odhadla sa jej hmotnosť.

2. Čierna diera do seba aktívne nasáva hmotu z okolitého priestoru. Dopadá naň špirálovito medzihviezdny prach, plyn, hmota blízkych hviezd a vytvára takzvaný akrečný disk, podobný prstencu Saturnu. (Práve toto bolo desivé na experimente v Brookhavene: čierna minidiera, ktorá vznikla v urýchľovači, začne nasávať Zem do seba a tento proces nebolo možné zastaviť žiadnou silou.) Pri priblížení sa k Schwarzschildovej sfére častice zažijú zrýchlenie a začnú vyžarovať v oblasti röntgenového žiarenia. Toto žiarenie má charakteristické spektrum podobné dobre preštudovanému žiareniu častíc urýchlených v synchrotróne. A ak takéto žiarenie pochádza z nejakej oblasti Vesmíru, môžeme s istotou povedať, že tam musí byť čierna diera.

3. Pri splynutí dvoch čiernych dier vzniká gravitačné žiarenie. Vypočítalo sa, že ak je hmotnosť každého z nich približne desať hmôt Slnka, potom keď sa v priebehu niekoľkých hodín spoja, uvoľní sa energia zodpovedajúca 1 % ich celkovej hmotnosti vo forme gravitačných vĺn. To je tisíckrát viac ako svetlo, teplo a iná energia, ktorú Slnko vyžarovalo za celú dobu svojej existencie – päť miliárd rokov. Dúfajú, že gravitačné žiarenie zachytia pomocou gravitačných vlnových observatórií LIGO a ďalších, ktoré sa teraz budujú v Amerike a Európe za účasti ruských výskumníkov (pozri „Veda a život“ č. 5, 2000).

A predsa, hoci astronómovia nepochybujú o existencii čiernych dier, nikto nemôže kategoricky tvrdiť, že práve jedna z nich sa nachádza v danom bode vesmíru. Vedecká etika, svedomitosť výskumníka si vyžaduje jednoznačnú odpoveď na položenú otázku, ktorá netoleruje rozpory. Nestačí odhadnúť hmotnosť neviditeľného objektu, treba zmerať jeho polomer a ukázať, že nepresahuje Schwarzschildovský. A ani v rámci našej Galaxie tento problém ešte nie je vyriešený. Vedci preto prejavujú istú zdržanlivosť pri podávaní správ o svojom objave a vedecké časopisy sú doslova plné správ o teoretických prácach a pozorovaniach účinkov, ktoré môžu vniesť svetlo do ich záhady.

Je pravda, že čierne diery majú ešte jednu teoreticky predpovedanú vlastnosť, ktorá by ich možno umožnila vidieť. Avšak pod jednou podmienkou: hmotnosť čiernej diery musí byť oveľa menšia ako hmotnosť Slnka.

ČIERNA DIERA MÔŽE BYŤ „BIELA“

Po dlhú dobu boli čierne diery považované za stelesnenie temnoty, objekty, ktoré vo vákuu, pri absencii absorpcie hmoty, nič nevyžarujú. Slávny anglický teoretik Stephen Hawking však v roku 1974 ukázal, že čiernym dieram možno priradiť teplotu, a preto musia vyžarovať.

Podľa konceptov kvantovej mechaniky nie je vákuum prázdnota, ale akási „pena časopriestoru“, miska virtuálnych (v našom svete nepozorovateľných) častíc. Fluktuácie kvantovej energie sú však schopné „vyhodiť“ pár častica-antičastica z vákua. Napríklad, keď sa zrazia dve alebo tri gama kvantá, elektrón a pozitrón sa objavia ako z ničoho. Tento a podobné javy boli opakovane pozorované v laboratóriách.

Práve kvantové fluktuácie určujú procesy žiarenia z čiernych dier. Ak dvojica častíc s energiami E a -E(celková energia páru je nulová), vzniká v okolí Schwarzschildovej gule, ďalší osud častíc bude iný. Môžu zničiť takmer okamžite alebo ísť spolu pod horizont udalostí. V tomto prípade sa stav čiernej diery nezmení. Ale ak sa pod horizont dostane len jedna častica, pozorovateľ zaregistruje ďalšiu a bude sa mu zdať, že ju vytvorila čierna diera. V tomto prípade čierna diera, ktorá absorbovala časticu s energiou -E, zníži svoju energiu a s energiou E- zvýšiť.

Hawking vypočítal rýchlosti, ktorými všetky tieto procesy prebiehajú, a dospel k záveru, že pravdepodobnosť absorpcie častíc s negatívnou energiou je vyššia. To znamená, že čierna diera stráca energiu a hmotu – vyparuje sa. Navyše vyžaruje ako úplne čierne teleso s teplotou T = 6 . 10 -8 M s / M kelvinov, kde M c je hmotnosť Slnka (2,1033 g), M je hmotnosť čiernej diery. Tento jednoduchý vzťah ukazuje, že teplota čiernej diery s hmotnosťou šesťkrát viac ako Slnko je sto milióntina stupňa. Je jasné, že takto chladné teleso nevyžaruje prakticky nič a všetky vyššie uvedené argumenty zostávajú v platnosti. Ďalšia vec - mini-diery. Je ľahké vidieť, že s hmotnosťou 10 14 -10 30 gramov sa zahrievajú na desaťtisíce stupňov a sú rozpálené do biela! Malo by sa však okamžite poznamenať, že neexistujú žiadne rozpory s vlastnosťami čiernych dier: toto žiarenie je vyžarované vrstvou nad Schwarzschildovou sférou a nie pod ňou.

Čierna diera, ktorá sa zdala byť navždy zamrznutým objektom, teda skôr či neskôr zmizne a vyparí sa. Navyše, ako sa „schudne“, rýchlosť vyparovania sa zvýši, no aj tak to trvá extrémne dlho. Odhaduje sa, že miniotvory s hmotnosťou 10 14 gramov, ktoré sa objavili bezprostredne po Veľkom tresku pred 10-15 miliardami rokov, by sa do našej doby mali úplne vypariť. Na posledný krok Počas životnosti ich teplota dosahuje kolosálne hodnoty, takže produktmi vyparovania musia byť častice s extrémne vysokou energiou. Je možné, že práve oni generujú široké atmosférické spŕšky – EAS v zemskej atmosfére. V každom prípade je pôvod anomálne vysokoenergetických častíc ďalším dôležitým a zaujímavým problémom, ktorý môže úzko súvisieť s nemenej vzrušujúcimi otázkami fyziky čiernych dier.

V analýze pohybu častíc vstupujúcich do čiernej diery, ktorú v marci publikoval Nikodim Poplavsky z Indiana University Bloomington, sa ukázalo, že vo vnútri každej čiernej diery môže existovať iný vesmír. „Možno sú obrovské čierne diery v strede Mliečnej dráhy a iných galaxií ‚mosty‘ medzi rôznymi vesmírmi,“ hovorí Poplavsky. Ak je to pravda a je to veľké „keby“, nič nevylučuje, že aj náš vesmír je vo vnútri čiernej diery.

V Einsteinovej všeobecnej teórii relativity (GR) sú vnútro čiernych dier oblasti, kde hustota hmoty dosahuje nekonečno. Či už je singularita skutočným bodom nekonečnej hustoty, alebo len matematickou nejednoznačnosťou vo všeobecnej teórii relativity, Einsteinove rovnice sa „zrútia“ vo vnútri čiernej diery. V každom prípade upravená verzia Einsteinových rovníc, ktorú používa Poplavsky, úplne eliminuje singularitu.

Pre svoju analýzu sa Poplavsky obrátil na variant Einsteinových Cartan-Keeble-Scyamových (KKS) rovníc teórie gravitácie. Na rozdiel od Einsteinových rovníc, CCS teórie gravitácie berie do úvahy rotáciu alebo moment hybnosti elementárnych častíc. Zohľadnením rotácie je možné vypočítať časopriestorovú geometriu čiernej diery.

Keď hustota látky dosiahne gigantické rozmery (viac ako 1050 kilogramov na meter kubický) vo vnútri čiernej diery sa krútenie javí ako sila ekvivalentná gravitácii. To zabraňuje otázkam o neurčitom čase kompresie na dosiahnutie nekonečnej hustoty. Namiesto toho, hovorí Poplavsky, sa hmota sama reorganizuje a začína sa znova rozširovať.

Poplavsky aplikoval tieto myšlienky na model správania sa časopriestoru vo vnútri čiernej diery. Scenár pripomína to, čo sa stane, keď stlačíte pružinu: Poplavsky vypočítal, že spočiatku gravitácia prekoná odpudivé a torzné sily a udrží hmotu v kompresii, ale nakoniec sa odpudivá sila stane takou silnou, že hmota sa prestane stláčať a sama sa reorganizuje. Poplavského výpočty ukazujú, že časopriestor vo vnútri čiernej diery sa zväčšuje asi 1,4-krát v porovnaní s najmenšia veľkosť len za 10-46 sekúnd.

Tento prekvapivo rýchly návrat, hovorí Poplavsky, by mohol viesť k rozpínavému vesmíru, ktorý dnes vidíme.

Ako vieme, že žijeme vo vnútri čiernej diery? Otáčajúca sa čierna diera by vo vnútri poskytla určitý časopriestor a to by sa ukázalo ako "priaznivý smer" v našom vesmíre, hovorí Poplavsky. Tento preferovaný smer by porušil vlastnosť časopriestoru nazývanú Lorentzova symetria, ktorá spája priestor a čas. Bolo navrhnuté, že takéto poruchy môžu byť spôsobené pozorovanými fluktuáciami neutrín z jedného typu na druhý.

Žiaľ, nemá pre nás zmysel hľadať iné svety vo vnútri čiernych dier. Keď sa približujete k čiernej diere, nárast gravitačného poľa čas spomalí a spomalí. Pre vonkajšieho pozorovateľa sa teda akýkoľvek nový vesmír vo vnútri objaví až po uplynutí nekonečného množstva času.