Содержание

Физики предполагают, что наша Вселенная существует внутри чёрной дыры

Эта странная теория, над которой физики работают уже ни одно десятилетие, может пролить свет на многие вопросы, на которые не в состоянии ответить знаменитая теория Большого взрыва.

Согласно теории Большого взрыва, до того, как Вселенная начала расширяться, она пребывала в сингулярном состоянии-то есть в бесконечно малой точке пространства содержалась бесконечно высокая концентрация материи. Эта теория позволяет объяснить, например, почему невероятно плотная материя ранней Вселенной начала расширяться в пространстве с огромной скоростью и образовала небесные тела, галактики и скопления галактик.

Но в то же время, она оставляет без ответа и большое количество важных вопросов. Что спровоцировало сам Большой взрыв? Каков источник таинственной тёмной материи?

Теория о том, что наша Вселенная находится внутри чёрной дыры, может дать ответы на эти и многие другие вопросы. И к тому же в ней объединены принципы двух центральных теорий современной физики: общей теории относительности и квантовой механики.

Общая теория относительности описывает Вселенную в самых крупных масштабах и объясняет, как гравитационные поля таких массивных объектов, как Солнце, искривляют время-пространство. А квантовая механика описывает Вселенную в самых мелких масштабах — на уровне атома. Она, например, учитывает такую важную характеристику частиц, как спин (вращение).

Идея состоит в том, что спин частицы взаимодействует с космическим временем и передаёт ему свойство, называемое «торсион». Чтобы понять, что такое торсион, представьте космическое время в виде гибкого прута. Сгибание прута будет символизировать искривление космического времени, а скручивание — торсион пространства-времени.

Если прут очень тонкий, вы можете его согнуть, но разглядеть, скручен он или нет, будет очень сложно. Торсион пространства-времени может быть заметен только в экстремальных условиях — на ранних стадиях существования Вселенной, либо в чёрных дырах, где он будет проявляться как сила отталкивания, противоположная гравитационной силе притяжения, исходящей от кривизны пространства-времени.

Как следует из общей теории относительности, очень массивные объекты заканчивают своё существование, сваливаясь в чёрные дыры — области космоса, от которых не может ускользнуть ничего, даже свет.

В самом начале существования Вселенной гравитационное притяжение, вызванное искривлением пространства, будет превосходить силу отталкивания торсиона, благодаря чему материя будет сжиматься. Но затем торсион станет сильнее и начнёт препятствовать сжатию материи до бесконечной плотности. А поскольку энергия обладает способностью превращаться в массу, то чрезвычайно высокий уровень гравитационной энергии в этом состоянии приведёт к интенсивному образованию частиц, отчего масса внутри чёрной дыры будет нарастать.

Таким образом, механизм скручивания предполагает развитие поразительного сценария: каждая чёрная дыра должна порождать внутри себя новую Вселенную.

Если эта теория верна, то материя, из которой состоит наша Вселенная, тоже привнесена откуда-то извне. Тогда наша Вселенная тоже должна быть образована внутри чёрной дыры, существующей в другой Вселенной, которая приходится нам «родительской».

Движение материи при этом всегда происходит только в одном направлении, чем обеспечивается направление времени, которое мы воспринимаем как движение вперёд. Стрелка времени в нашей Вселенной, таким образом, тоже унаследована из «родительской» Вселенной.

Читайте также «6 удивительных фактов о чёрных дырах» на Пабли.

www.factroom.ru

Чёрная дыра — точка невозврата во Вселенной

Понятие чёрной дыры известно всем — от школьника до людей преклонного возраста, оно используется в научной и фантастической литературе, в желтых СМИ и на научных конференциях. Но что конкретно представляют собой такие дыры, известно далеко не всем.


Из истории чёрных дыр

1783 г. Первая гипотеза существования такого явления, как чёрная дыра, была выдвинута в 1783 году английским учёным Джоном Мичеллом. В своей теории он объединил два творению Ньютона — оптику и механику. Идея Мичелла была такова: если свет — это поток мельчайших частиц, то, как и все другие тела, частицы должны испытывать притяжение гравитационного поля. Получается, чем массивнее звезда, тем сложнее свету противиться её притяжению. Через 13 лет после Мичелла, французский астроном и математик Лаплас выдвинул (скорее всего, независимо от британского коллеги) схожую теорию.

1915 г. Однако, все их труды оставались невостребованными вплоть до начала XX века. В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности и показал, что гравитация есть искривление пространства-времени, вызванное материей, а спустя несколько месяцев немецкий астроном и физик-теоретик Карл Шварцшильд использовал её для решения конкретной астрономической задачи. Он исследовал структуру искривленного пространства-времени вокруг Солнца и заново открыл феномен чёрных дыр.

(Джон Уилер ввел в научный обиход термин «Чёрные дыры»)

1967 г. Американский физик Джон Уилер обрисовал пространство, которое можно скомкать, подобно листику бумаги, в бесконечно малую точку и обозначил термином «Чёрная дыра».

1974 г. Британский физик Стивен Хокинг доказал, что чёрные дыры, хоть и поглащают метерию без возврата, могут испускать излучение и в конце концов испаряться. Такое явление получило название «излучение Хокинга».

Наше время. Новейшие исследования пульсаров и квазаров, а также открытие реликтового излучения, наконец сделали возможным описать само понятие чёрных дыр. В 2013 году газовое облако G2 приблизилось на очень близкое расстояние к Чёрной дыре и скорее всего будет поглощено ей, наблюдения за уникальным процессом даст огромные возможности для новых открытий особенностей чёрных дыр.

Чем на самом деле являются чёрные дыры

Лаконичное объяснение феномена звучит так. Чёрная дыр — это пространственно-временная область, чье гравитационное притяжение настолько велико, что её не может покинуть ни один объект, в том числе световые кванты.

Когда-то чёрная дыра была массивной звёздой. Пока термоядерные реакции поддерживают в её недрах высокое давление, всё остаётся в норме. Но со временем запас энергии истощается и небесное тело, под действием собственной гравитации, начинает сжиматься. Завершающий этап этого процесса — схлопывание звездного ядра и образование чёрной дыры.

  • 1. Выбрасывание черной дырой струи на высокой скорости

  • 2. Диск материи перерастает в чёрную дыру

  • 3. Чёрная дыра

  • 4. Детальная схема региона чёрной дыры

  • 5. Размер найденных новых наблюдений

Самая распространённая теория гласит, что подобные феномены есть в каждой галактике, в том числе и в центре нашего Млечного пути. Огромная сила притяжения дыры способна удерживать вокруг себя несколько галактик, не давая им удаляться друг от друга. «Площадь покрытия» может быть разной, всё зависит от массы звёзды, которая превратилась в чёрную дыру, и может составлять тысячи световых лет.

Радиус Шварцшильда

Главное свойство чёрной дыры — любое вещество, которое в неё попало, никогда не сможет вернуться. Это же касается и света. По своей сути дыры — это тела, которые полностью поглощают весь попадающий на них свет и не испускающие собственного. Такие объекты визуально могут казаться сгустками абсолютной темноты.

  • 1. Движущаяся материя в половину скорости света

  • 2. Фотонное кольцо

  • 3. Внутреннее фотонное кольцо

  • 4. Горизонт событий в чёрной дыре

Отталкиваясь от Общей теории относительности Эйнштейна, если тело приблизилось на критическое расстояние к центру дыры, оно уже не сможет вернуться. Это расстояние называют радиусом Шварцшильда. Что именно происходит внутри этого радиуса доподлинно неизвестно, но есть наиболее распространенная теория. Считается, что всё вещество чёрной дыры концентрируется в бесконечно малой точке, а в её центре находится объект с бесконечной плотностью, который ученые именуют сингулярным возмущением.

Как происходит падение в чёрную дыру

(На картинке чёрная дыра Стрельца А* выглядит крайне ярким скоплением света)

Не так давно, в 2011 году, ученые обнаружили газовое облако, дав ему несложное название G2, которое испускает необычные свет. Такое свечение может давать трение в газе и пыли, вызываемое действием чёрной дыры Стрельца А* и которые вращаются вокруг нее в виде аккреционного диска. Таким образом, мы становимся наблюдателями удивительного явления поглощения сверхмассивной чёрной дырой газового облака.

По последним исследованиям наибольшее сближение с черной дырой произойдет в марте 2014 года. Мы можем воссоздать картину того, как будет происходит это захватывающее зрелище.

  • 1. При первом появлении в данных газовое облако напоминает огромный шар из газа и пыли.

  • 2. Сейчас по состоянию на июнь 2013 года облако находится в десятках миллиардов километров от чёрной дыры. Оно падает в неё со скоростью 2500 км/с.

  • 3. Ожидается, что облако пройдет мимо чёрной дыры, но приливные силы, вызванные различием в притяжении, действующем на передний и задний край облака, заставят его принимать всё более вытянутую форму.

  • 4. После того, как облако будет разорвано, большая его часть, скорее всего, вольется в аккреционный диск вокруг Стрельца А*, порождая в нём ударные волны. Температура при этом подскочит до нескольких миллионов градусов.

  • 5. Часть облака упадёт прямо в чёрную дыру. Никто не знает в точности, что случится потом с этим веществом, но ожидается, что в процессе падения оно будет испускать мощные потоки рентгеновских лучей, и больше его никто не увидит.

Видео: чёрная дыра поглощает газовое облако

(Компьютерное моделирование того, как большая часть газового облака G2 будет разрушено и поглощено чёрной дырой Стрельцом А*)

Что там внутри чёрной дыры?

Есть теория, которая утверждает, что чёрная дыра внутри практически пуста, а вся её масса сосредоточена в невероятно маленькой точке, находящейся в самом её центре — сингулярности.

Согласно другой теории, существующей на протяжении полувека, всё, что попадает в чёрную дыру, переходит в другую вселенную, находящуюся в самой чёрной дыре. Сейчас это теория не является основной.

И есть третья, самая современная и живучая теория, по которой всё, что попадает в чёрную дыру, растворяется в колебаниях струн на её поверхности, которую обозначают, как горизонт событий.

Так что же такое — горизонт событий? Внутрь чёрной дыры заглянуть нельзя даже сверхмощным телескопом, так как даже свет, попадая внутрь гигантской космической воронки, не имеет шансов вынырнуть назад. Всё, что можно хоть как-то рассмотреть, находится в её ближайших окрестностях.

Горизонт событий — это условная линия поверхности, из под которой ничто (ни газ, ни пыль, ни звезды, ни свет) выйти уже не сможет. И вот это и есть та самая таинственная точка невозврата в чёрных дырах Вселенной.

xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Наша Вселенная могла начаться с черной дыры

То, что мы воспринимаем как Большой Взрыв, как считают физики из Института Периметра, может быть трехмерным «миражом» коллапсирующей звезды во Вселенной, совершенно другой, чем наша собственная. Традиционное понимание предполагает, что Большой Взрыв начался с сингулярности — неизмеримо горячего и плотного явления пространства-времени, где стандартные законы физики уже не работают. Сингулярности причудливы, и наше понимание их весьма ограничено.

Наша Вселенная, возможно, вышла из черной дыры в многомерной вселенной — такое предложение сделали трое исследователей Perimeter Insitute, как пишет Scientific American. «Большой проблемой космологии является понимание самого Большого Взрыва», — пишет преподаватель Института Периметра Ниаеш Афшорди.

Большой Взрыв поднимает большой вопрос, простите за каламбур: если катаклизм, который привел нашу вселенную к существованию 13,7 миллиарда лет назад, действительно был, что его вызвало?

Три исследователя Института Периметра выдвинули новую идею о том, что могло быть до Большого Взрыва. Она немного сложна, но основывается на уверенной математике, проверяема и достаточно соблазнительна, чтобы быть рассмотренной.

«Все физики знают, что все всегда сводится к сингулярности», — рассказал Афшорди в интервью Nature.

Проблема, как ее видят авторы, в том, что гипотеза Большого Взрыва предполагает, что наша относительно приемлемая, однородная и предсказуемая Вселенная возникла в хаосе сингулярности, разрушающей физику. Это кажется маловероятным. Так что, возможно, случилось что-то еще. Возможно, наша Вселенная никогда не была сингулярной в первую очередь.

Их предложение: наша известная вселенная может быть трехмерной «упаковкой» вокруг горизонта событий четырехмерной черной дыры. В этом случае наша Вселенная начала существовать, когда звезда в четырехмерной вселенной коллапсировала в черную дыру.

В нашей трехмерной Вселенной черные дыры имеют двумерные горизонты событий — то есть они окружены двумерной границей, которая отмечает «точку невозврата» черной дыры. В случае четырехмерной вселенной черная дыра будет иметь трехмерный горизонт событий.

В предложенном ими сценарии наша Вселенная никогда не была внутри сингулярности; она, скорее, появилась на свет за пределами горизонта событий, защищенном от сингулярности. Она возникла — и остается — как только одна часть четырехмерной звезды, разрушенной в результате коллапса.

Исследователи подчеркивают, что эта идея хоть и может показаться «абсурдной», основывается на лучших понятиях современной математики, описывающих пространство и время. В частности, они использовали инструменты голографии, «чтобы вернуть Большой Взрыв в космический мираж». В ходе этого процесса и возникла их модель в качестве решения старой космологической загадки — и самое главное — оставила проверяемые предсказания.

Конечно, наша интуиция, как правило, не принимает идею того, что все, что мы знаем, вышло из горизонта событий одной четырехмерной черной дыры. Мы понятия не имеем о том, как четырехмерная Вселенная может выглядеть. Мы не знаем, как четырехмерный «родитель» сам стал вселенной.

Но наша ошибочная человеческая интуиция, как говорят исслед

hi-news.ru

Черная дыра – самый загадочный объект во Вселенной

06.05.2018

Бескрайняя Вселенная полна тайн, загадок и парадоксов. Несмотря на то, что современная наука сделала огромный скачок вперед в исследовании космоса, многое в этом бескрайнем мире остается непостижимым для человеческого мировосприятия. Нам достаточно много известно о звездах, туманностях, скоплениях и планетах. Однако на просторах Вселенной встречаются такие объекты, о существовании которых мы можем только догадываться. Например, о черных дырах нам известно крайне мало. Основные сведения и знания о природе черных дыр строятся на предположениях и догадках. Астрофизики, ученые-атомщики бьются над этим вопросом уже не один десяток лет. Что же такое черная дыра в космосе? Какова природа подобных объектов?

Черная дыра

Говоря о черных дырах простым языком

Чтобы представить, как выглядит черная дыра, достаточно увидеть хвост уходящего в туннель поезда. Сигнальные фонари на последнем вагоне по мере углубления поезда в туннель, будут уменьшаться в размерах, пока совсем не исчезнут из поля зрения. Другими словами — это объекты, где в силу чудовищного притяжения исчезает даже свет. Элементарные частицы, электроны, протоны и фотоны не в состоянии преодолеть невидимый барьер, проваливаются в черную бездну небытия, поэтому такая дыра в пространстве и получила название — черная. Нет внутри нее ни малейшего светлого участка, сплошная чернота и бесконечность. Что находится по ту стороны черной дыры – неизвестно.

Этот космический пылесос обладает колоссальной силой притяжения и в состоянии поглотить целую галактику со всеми скоплениями и сверхскоплениями звезд, с туманностями и с темной материей в придачу. Каким образом это возможно? Остается только догадываться. Известные нам законы физики в данном случае трещат по швам и не дают объяснения происходящим процессам. Суть парадокса заключается в том, что в данном участке Вселенной гравитационное взаимодействие тел определяется их массой. На процесс поглощения одним объектом другого не оказывают влияния их качественный и количественный состав. Частицы, достигнув критического количества на определенном участке, входят в другой уровень взаимодействия, где гравитационные силы становятся силами притяжения. Тело, объект, субстанция или материя под воздействием гравитации начинает сжиматься, достигая колоссальной плотности.

Примерно такие процессы происходят при образовании нейтронной звезды, где звездная материя под воздействием внутренней гравитации сжимается в объеме. Свободные электроны соединяются с протонами, образуя электрически нейтральные частицы — нейтроны. Плотность этой субстанции огромна. Частица материи размером с кусок рафинада имеет вес в миллиарды тонн. Здесь уместным будет вспомнить общую теорию относительности, где пространство и время — величины непрерывные. Следовательно, процесс сжатия не может быть остановлен на полпути и поэтому не имеет предела.

Схема черной дыры

Потенциально черная дыра выглядит как нора, в которой возможно существует переход из одного участка пространства в другой. При этом свойства самого пространства и времени меняются, закручиваясь в пространственно-временную воронку. Достигая дна этой воронки, любая материя распадается на кванты. Что находится по ту стороны черной дыры, этой гигантской норы? Возможно, там существует другое иное пространство, где действуют другие законы и время течет в обратном направлении.

В разрезе теории относительности теория черной дыры выглядит следующим образом. Точка пространства, где гравитационные силы сжали любую материю до микроскопических размеров, обладает колоссальной силой притяжения, величина которой возрастает до бесконечности. Появляется складка времени, а пространство искривляется, замыкаясь в одной точке. Поглощенные черной дырой объекты не в состоянии самостоятельно противостоять силе втягивания этого чудовищного пылесоса. Даже скорость света, которой обладают кванты, не позволяет элементарным частицам преодолеть силу притяжения. Любое тело, попавшее в такую точку, перестает быть материальным объектом, сливаясь с пространственно-временным пузырем.

Поглощение объектов черной дырой

Черные дыры с точки зрения науки

Если задаться вопросом, как образуются черные дыры? Однозначного ответа не будет. Во Вселенной достаточно много парадоксов и противоречий, которые невозможно объяснить с точки зрения науки. Теория относительности Эйнштейна позволяет только теоретически объяснить природу подобных объектов, однако квантовая механика и физика в данном случае молчат.

Пытаясь объяснить законами физики происходящие процессы, картина будет выглядеть следующим образом. Объект, образуется в результате колоссального гравитационного сжатия массивного или сверхмассивного космического тела. Этот процесс носит научное название — гравитационный коллапс. Термин «черная дыра» впервые прозвучал в научной среде в 1968 году, когда американский астроном и физик Джон Уиллер пытался объяснить состояние звездного коллапса. По его теории, на месте массивной звезды подвергнувшейся гравитационному коллапсу возникает пространственный и временной провал, в котором действует постоянно растущее сжатие. Все, из чего состояла звезда, уходит внутрь себя.

Эволюция черной дыры

Такое объяснение позволяет сделать вывод, что природа черных дыр никоим образом не связана с процессами, происходящими во Вселенной. Все, что происходит внутри этого объекта, никак не отражается на окружающем пространстве при одном «НО». Сила гравитации черной дыры настолько сильна, что искривляет пространство, заставляя вращаться галактики вокруг черных дыр. Соответственно становится понятна причина, почему галактики принимают форму спиралей. Сколько понадобится времени на то, чтобы огромная галактика Млечный путь исчезла в бездне сверхмассивной черной дыры, неизвестно. Любопытен факт, что черные дыры могут возникать в любой точке космического пространства, там, где для этого созданы идеальные условия. Такая складка времени и пространства нивелирует те огромные скорости, с которыми вращаются звезды и перемещаются в пространстве галактики. Время в черной дыре течет в другом измерении. Внутри этой области никакие законы гравитации не поддаются интерпретации с точки зрения физики. Такое состояние называется сингулярностью черной дыры.

Состав черной дыры

Черные дыры не проявляют никаких внешних идентификационных признаков, об их существовании можно судить по поведению других космических объектов, на которые воздействуют гравитационные поля. Вся картина борьбы не на жизнь, а на смерть происходит на границе черной дыры, которая прикрыта мембраной. Эта мнимая поверхность воронки называется «горизонтом событий». Все, что мы видим до этой границы, осязаемо и материально.

Сценарии образования черных дыр

Развивая теорию Джона Уиллера, можно сделать вывод, что тайна черных дыр скорее не в процессе ее формирования. Образование черной дыры возникает в результате коллапса нейтронной звезды. Причем масса такого объекта должна превосходить массу Солнца в три и более раз. Нейтронная звезда сжимается до тех пор, пока ее собственный свет уже не в состоянии вырваться из тесных объятий силы притяжения. Существует граничный предел в размере, до которого может сжиматься звезда, давая рождение черной дыре. Этот радиус называется гравитационным радиусом. Массивные звезды на финальной стадии своего развития должны иметь гравитационный радиус в несколько километров.

Гравитационный коллапс

Сегодня ученые получили косвенные доказательства присутствия черных дыр в десятке рентгеновских двойных звездах. У рентгеновских звезд, пульсара или барстера нет твердой поверхности. К тому же их масса больше массы трех Солнц. Нынешнее состояние космического пространства в созвездии Лебедя – рентгеновская звезда Лебедь Х-1, позволяет проследить процесс образования этих любопытных объектов.

Исходя из исследований и теоретических предположений, сегодня в науке существует четыре сценария образования черных звезд:

  • гравитационный коллапс массивной звезды на финальном этапе ее эволюции;
  • коллапс центральной области галактики;
  • формирование черных дыр в процессе Большого взрыва;
  • образование квантовых черных дыр.

Первый сценарий является самым реалистичным, однако то количество черных звезд, с которым мы знакомы на сегодняшний день, превышает количество известных нейтронных звезд. Да и возраст Вселенной не настолько большой, чтобы такое количество массивных звезд смогло пройти полный процесс эволюции.

Эволюция звезд- образование черной дыры

Второй сценарий имеет право на жизнь, и тому существует яркий пример – сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, приютившаяся в центре нашей галактики. Масса этого объекта 3,7 массы Солнца. Механизм этого сценария схож со сценарием гравитационного коллапса с той лишь разницей, что коллапсу подвергается не звезда, а межзвездный газ. Под воздействием гравитационных сил происходит сжатие газа до критической массы и плотности. В критический момент материя распадается на кванты, образуя черную дыру. Однако эта теория вызывает сомнения, так как недавно астрономы Колумбийского университета выявили спутники черной дыры Стрелец А*. Ими оказалось множество мелких черный дыр, которые вероятно образовались другим способом.

Черная дыра в центре галактики

Третий сценарий больше теоретический и связан с существованием теории Большого взрыва. В момент образования Вселенной часть материи и гравитационные поля претерпели флуктуацию. Другими словами, процессы пошли другим путем, не связанным с известными процессами квантовой механики и ядерной физики.

Последний сценарий ориентирован на физику ядерного взрыва. В сгустках материи в процессе ядерных реакций под влиянием гравитационных сил происходит взрыв, на месте которого образуется черная дыра. Материя взрывается внутрь себя, поглощая все частицы.

Существование и эволюция черных дыр

Имея приблизительное представление о природе столь странных космических объектов, интересно другое. Какие истинные размеры черных дыр, как быстро они растут? Размеры черных дыр определяются их гравитационным радиусом. Для черных дыр радиус черной дыры определяется ее массой и называется радиусом Шварцшильда. К примеру, если объект имеет массу равную массу нашей планеты, то радиус Шварцшильда в таком случае составляет 9 мм. Наше главное светило имеет радиус в 3 км. Средняя плотность черной дыры, образовавшейся на месте звезды массой 10⁸ масс Солнца, будет близкой к плотности воды. Радиус такого образования составит 300 млн. километров.

Гравитационный радиус

Вероятно, что такие гигантские черные дыры располагаются в центре галактик. На сегодняшний день известны 50 галактик, в центре которых находятся огромные временные и пространственные колодцы. Масса таких гигантов составляет миллиарды масса Солнца. Можно только представить, какой колоссальной и чудовищной силой притяжения обладает такая дыра.

Что касается мелких дырочек, то это мини-объекты, радиус которых достигает ничтожных величин, всего 10¯¹² см. Масса такой крошки составляет 10¹⁴гр. Подобные образования возникли в момент Большого взрыва, однако со временем увеличились в размерах и сегодня красуются в космическом пространстве в качестве монстров. Условия, при которых шло образование мелких черных дыр, ученые сегодня пытаются воссоздать в земных условиях. Для этих целей проводятся эксперименты в электронных коллайдерах, посредством которых элементарные частицы разгоняются до скорости света. Первые опыты позволили получить в лабораторных условиях кварк-глюонную плазму — материю, которая существовала на заре образования Вселенной. Подобные эксперименты позволяют надеяться, что черная дыра на Земле – дело времени. Другое дело, не обернется ли подобное достижение человеческой науки катастрофой для нас и для нашей планеты. Создав искусственно черную дыру, мы можем открыть ящик Пандоры.

Электронный коллайдер

Последние наблюдения за другими галактиками, позволили ученым открыть черные дыры, размеры которых превышают все мыслимые ожидания и предположения. Эволюция, которая происходит с подобными объектами, позволяет лучше понять, от чего растет масса черных дыр, каков ее реальный предел. Ученые пришли к выводу, что все известные черные дыры выросли до своих реальных размеров в течение 13-14 млрд. лет. Разница в размерах объясняется плотностью окружающего пространства. Если у черной дыры достаточно пищи в пределах досягаемости сил притяжения, она растет словно на дрожжах, достигая массы в сотни и тысячи солнечных масс. Отсюда и гигантские размеры таких объектов, расположенных в центре галактик. Массивное скопление звезд, огромные массы межзвездного газа являются обильной пищей для роста. При слиянии галактик, черные дыры могут сливаться воедино, образуя новый сверхмассивный объект.

Виды черных дыр

Судя по анализу эволюционных процессов, принято выделять два класса черных дыр:

  • объекты с массой в 10 раз больше солнечной массы;
  • массивные объекты, масса которых составляет сотни тысяч, миллиарды солнечных масс.

Существуют черные дыры со средней промежуточной массой равной 100-10 тыс. масс Солнца, однако их природа до сих пор остается неизвестной. На одну галактику приходится примерно один такой объект. Изучение рентгеновских звезд позволило найти на расстоянии 12 миллионов световых лет в галактике М82 сразу две средние по массе черные дыры. Масса одного объекта варьируется в диапазоне 200-800 масс Солнца. Другой объект гораздо больше и имеет массу 10-40 тыс. солнечных масс. Судьба таких объектов интересна. Располагаются они вблизи звездных скоплений, постепенно притягиваясь к сверхмассивной черной дыре, расположенной в центральной части галактики.

Наша планета и черные дыры

Несмотря на поиски разгадки о природе черных дыр, научный мир беспокоит место и роль черной дыры в судьбе галактики Млечный путь и, в частности, в судьбе планеты Земля. Складка времени и пространства, которая существует в центре Млечного пути, постепенно поглощает все существующие вокруг объекты. Уже поглощены в черной дыре миллионы звезд и триллионы тонн межзвездного газа. Со временем дойдет очередь и до рукавов Лебедя и Стрельца, в которых находится Солнечная система, пройдя расстояние в 27 тыс. световых лет.

militaryarms.ru

Персональный сайт — Мы живем внутри черной дыры

Наша вселенная — черная дыра

или

Еще раз об эволюции вселенгой

         Этот статья посвящена новой теории (модели) образования и эволюции вселенной, в которой доказывается, что наша вселенная – это гигантская черная дыра. Эта модель объясняет многочисленные нестыковки в существующих на сегодняшний день теориях, в частности теории «большого взрыва».

         В 20-х годах прошлого века стало понятно, что все мы живем в расширяющейся Вселенной – было определено, что осколки Вселенной, под названием галактики, разбегаются друг от друга с весьма приличными скоростями из какой-то общей для всех точки в результате Большого взрыва. Несколько позже было определено, что современная Вселенная массой МВс = 1050 тонн и радиусом  RВс = 1028 см образовалась 10…15 млрд. лет назад в результате чудовищного взрыва некоторого тела размером с апельсин; из осколков этого вещества позже образовались звезды и галактики, которые с тех пор движутся по инерции.

        Но вот беда: недавно астрономы обнаружили, что ~ 3,5 млрд. лет тому назад разбегание галактик почему-то ускорилось. А ведь в поле тяготения к общему центру масс разбегание галактик должно замедляться по времени!

        Остался открытым и такой простой вопрос: что же это такое за тело размером с апельсин и что заставило его взорваться?

        Полная энергия такого тела (энергия аннигиляции):

        Еполн = МС2   при М = МВс = 1050 тонн = 1053 кг

        С = 3 ·108 м/с

        Еполн =  1070 дж.

        Рассчитаем энергию гравитационных связей Егр вещества для тела размером с апельсин R = 5 см = 5 ·10-2 м и массой М = 1053 кг:

        Егр = 3 / 5×GM2 / R; где G = 6,68 ·10-11 н · м2 / кг2

        Егр ≈ 1097 дж.

        Т.е. гравитационная энергия такого тела Егр на 27 порядков больше полной энергии Еполн:  

        Егр / Еполн = 1097 / 1070 = 1027 – такого быть не должно! Да и откуда вдруг взялась такая чудовищная энергия, которая вдруг разметала колоссальные массы вещества?

        В поддержку теории Большого взрыва была создана теория инфляционной, или разбухающей Вселенной, по которой все вещество нашей Вселенной МВс  = 1050 тонн и множества других Вселенных образовалось в результате работы сил гравитации и скалярного поля в вакууме из частицы Планка размером LПл = 10-33 см и массой, mПл = 10-5 гр, которая взяла да и вдруг увеличилась в размерах в 101000000 раз, породив множество Вселенных с различными свойствами вещества – в том числе и нашу, размером с апельсин и массой МВс = 1050 тонн. И далее – все по теории Большого взрыва. А сама частица Планка появилась на свет в результате флуктуаций вакуума в момент времени ТВс = 0.

        Вопросов тут множество: с чего это вдруг в вакууме родилась частица Планка с весьма большой для микромира массой mПл = 10-5 гр и почему эти частицы не рождаются сейчас? И почему она вдруг увеличилась в 101000000 раз за 10-43 сек?

        А ответов на предыдущие вопросы нет, как и не было.

        На рубеже 19 и 20 веков М. Планк определил, что энергия передается дискретно, определенными «порциями». Так появилась постоянная Планка h = 6,266 · 10-27 эрг·сек, называемая «квантом действия». Известна также  квантовая постоянная Планка, равная ħ = h / 2p  = 1,05 · 10-27 эрг·сек., и служит она в том числе для измерения спина элементарных частиц.

        Таким образом, у М. Планка оказались в руках три мировых Константы:

        это  ħ = h / 2p ; скорость света С = 299000 км / сек и гравитационная постоянная G = 6,67 · 10-8 см3 / г·сек2 – из закона всемирного тяготения И. Ньютона, открытого им в 1666 году.

        Понятно, что эти три мировых Константы должны быть как-то связаны между собой, и М. Планк нашел эту зависимость.

        Эти Константы связаны между собой через:

        ℓПл = – Планковская длина; ℓПл = 10-33 см;

        tПл = – Планковское время; tПл = 10-43 сек;

        mПл = – Планковская масса; mПл = 10-5 гр;

        ρПл =  C5/ (ħ · G2)  — Планковская плотность; ρПл = 1094 гр /см3.

        Получились параметры какой-то странной частицы Планка с размерами ℓПл меньше размеров элементарных частиц почти на 20 порядков, с очень большой для элементарных частиц массой mПл = 10-5 гр (скорее, это масса какой-то пылинки) и с совершенно чудовищной плотностью ρПл = 1094 гр /см3 – при такой плотности в объеме элементарной частицы уместилась бы масса всей нашей Вселенной!

        Сегодня с этой частицей Планка теоретики связывают зарождение нашей Вселенной… А скорее всего это говорит о том, что пространство (ℓПл) и время (tПл) тоже дискретны.

        Изучая жизнь звезд, астрофизики определили, что массивные звезды массой 10 масс Солнца и более горят ярче, чем Солнце и поэтому время их жизни мало ~ 10 млн. лет (107 лет) в отличие от Солнца (время его жизни – 10 млрд. лет (1010 лет), т.е. в 1000 раз больше, и заканчивают массивные звезды свой жизненный цикл образованием черной дыры, т.е. звездного объекта, сила гравитации которого так велика, что даже луч света не может выйти с его поверхности. В нашей Галактике насчитывается 150 млрд. звезд и примерно 100 млн. черных дыр, в том числе и массивная, массой ~ 108 солнечных – в центре Галактики.

        Радиус  Rш черной дыры в зависимости от ее массы М на основании уравнений А. Энштейна определил К. Шварцшильд:

        Rш = 2 G×M / C2, где

        G — гравитационная постоянная;

        С – скорость света.

        Физически радиус Шварцшильда определяет радиус, на котором скорость падающего на черную дыру вещества достигает скорости света, или бесконечно близкой к ней скорости.

        Известно, что скорость света является максимально возможной и недостижимой для физического тела, так как его масса при приближении к скорости света будет возрастать бесконечно, строго по формуле:

        M1 = m / .

        Фотоны двигаются со скоростью света лишь по той причине, что не имеют массы покоя.

        В принципе, в черную дыру можно превратить практически любое тело – для этого его нужно только хорошенько сжать. Для Земли Rш.З = 9 мм: для Солнца  Rш.С = 3 км.

        Частица Планка также соответствует сверхминиатюрной черной дыре: МПл = 10‑5 гр, Rш.Пл = 10-33 см. Видимо, это предельно малые параметры черной дыры, и они неспроста зафиксированы в виде мировых Констант h, G и C.

        Единственной функцией родившейся из массивной звезды черной дыры является поглощение окружающего вещества, звезд и себе подобных – при этом радиус Rш черной дыры растет пропорционально ее массе М, а плотность уменьшается пропорционально квадрату Rш (М), а если черная дыра растет равномерно по времени – значит, и пропорционально времени t.

        Поверхность сферы Шварцшильда называется сингулярной (особенной с англ,), или горизонтом событий, так как ни один сигнал изнутри через сингулярную поверхность прорваться не может.

        При натекании на сингулярную поверхность вещество формируется в так называемый аккреционный диск, который весьма интенсивно излучает за счет разогрева от сил трения, в основном в рентгеновском диапазоне; по этому излучению и можно определить черную дыру.

        Считается, что вещество черной дыры внутри сингулярной поверхности стремится сжаться в точку, а законы физики внутри сингулярности нарушаются.

        Более вероятным же представляется, что законы физики в реальном звездном объекте соблюдаются, в противном случае гравитационная энергия черной дыры становилась бы бесконечно большой (а закон сохранения энергии нарушать нельзя!)

        В середине 20-го века трудами многих астрономов и астрофизиков была определена средняя плотность Вселенной (в больших масштабах Вселенная однородна) и она оказалась равной: ρВс = 10-30 гр /см3;при такой плотности вещества Вселенная могла бы расширяться бесконечно, т.е. это «открытая» Вселенная.

        Однако вскоре обнаружилось, что звезды и туманности – это далеко не вся масса Вселенной, что ~ на 90% массы Вселенной составляет так называемая «темная материя». С учетом этой массы средняя плотность равна или больше критической, ρВс = 10-29 гр /см3, т.е. Вселенная замкнута, и расширение Вселенной в будущем сменится ее сжатием.

        Самое интересное, что параметры Вселенной в этом случае соответствуют Черной Дыре, только очень большой.

        В самом деле, при МВс = 1050 тонн = 1056 г,

        RВс = 2 G×M / C2 = 1028 см (~10 млрд. световых лет) и

        ρВс =  МВс / VВс = 10-29 гр /см3.

        Если Вселенная родилась из частицы Планка, которая тоже соответствует сверхминиатюрной черной дыре, и сейчас Вселенная соответствует сверхбольшой черной дыре, то можно предположить, что и в процессе своей эволюции Вселенная всегда была черной дырой, со всеми вытекающими отсюда космологическими последствиями.

        Достоверность такой модели Черной Дыры – Вселенной (назовем ее сингулярной Вселенной) можно проверить, замерив изменение средней плотности Вселенной по времени. Ведь если Вселенная – это сфера Шварцшильда и расширяется по времени ТВС равномерно, то для нее можно записать:

        ρВс = 0,12 / G × TBс2, т.е.  зависимость здесь квадратичная, а не кубическая, как в модели Большого взрыва.

        В модели сингулярной Вселенной ее сингулярная поверхность, как и положено черной дыре, представляет идеальную сферу, т.е. Вселенная не просто замкнута, а наглухо запечатана сингулярной поверхностью, так называемым горизонтом событий, за пределы которого в принципе не выходит никакой сигнал!

        В этой модели Вселенная – это бурно растущая черная дыра, одна из сотен миллионов черных дыр, образующихся в Галактике при коллапсе массивных звезд, по каким-то причинам получившая возможность поглощать вещество «по потребности». С ростом массы средняя плотность ее интенсивно падает, и при размерах Солнечной системы (по оорбите Нептуна) средняя плотность ее равна плотности воздуха. Падающее на сингулярную поверхность вещество распадается на протоны, электроны и фотоны (своеобразная мельница), из которых внутри Черной Дыры – Вселенной образуются атомы водорода и гелия, из которых вновь образуются звезды – цикл замыкается.

        Что дает модель сингулярной Вселенной?

        1.Становится понятным, что за сила заставляет разбегаться галактики, причем ускоренно. Падающее на сингулярную поверхность Вселенной вещество разгоняется до околосветовых скоростей, что приводит к значительному увеличению его массы (по теории относительности А. Энштейна) и к соответствующему увеличению сил его гравитации. Это создает на сингулярной поверхности силы внешнего притяжения, которые и заставляют разбегаться галактики.

        В этой модели не требуется придумывать новый космологический l-фактор, т.е. новую космологическую силу отталкивания – достаточно сил гравитации, чтобы объяснить наблюдаемые явления.

        В зависимости от количества поступающего на сингулярную поверхность Вселенной вещества, силы внешней гравитации могут меняться по величине – соответственно будет ускоренно (или замедленно) расширяться Вселенная.

        2. Не нужно придумывать Большого Взрыва сверхмассивного тела массой М = 1050 тонн и размером с апельсин – образование и рост черных дыр происходит постоянно и естественным путем, без нарушения законов физики.

        3. Становится понятным появление на Земле космических лучей высокой энергии (а точнее – протонов, разогнанных до околосветовых скоростей) – это шлет «привет» сингулярная поверхность Вселенной.

        4. Становится понятным превышение количества фотонов над барионами во Вселенной (108 фотонов на один барион) – это «фонит» сингулярная поверхность.

        5. Становится понятным очень большое красное смещение квазаров – это вызвано «покраснением» фотонов, двигающихся в поле внешней гравитации.

        6. Становится понятным отсутствие монополей Дирака: они могли образоваться лишь на ранней стадии развития черной дыры, когда температура и плотность внутри ее были высоки. По этой причине концентрация монополей Дирака в настоящее время чрезвычайно низка.

        7. Становится понятным, почему мир трехмерный, а не четырех, пяти и т.д. мерный – при большем количестве измерений существование черных дыр было бы невозможно.

        8. становится понятным, почему Вселенная состоит из материи и не наблюдается антиматерия – видимо, антиматерия «сгорает» на сингулярной поверхности Вселенной, взаимодействуя с материей.

        9. Так как более 90 % вещества  во Вселенной представляет «темная материя», то и основным игроком с точки зрения гравитации является именно она, а не галактики.

        В предлагаемой модели и темная материя и галактики находятся под действием направленных в противоположные стороны внешних сил гравитации и направленных к общему центру масс внутренних сил гравитации, в результате чего должны образовываться многочисленные точки Лагранжа с околонулевой гравитацией, куда и «сливаются» наиболее легкие элементы: водород и гелий, из которых образуются затем галактики и звезды. То есть ячеисто-сетчатая структура скоплений галактик – это сумма многочисленных точек Лагранжа темной материи, в которых разместились галактики. 

        5 августа 2009 г.

        Автор:  Кузнецов В.А.

 

Литература:

  1. И.А. Климишин «Астрономия наших дней», Москва, «Наука», 1980 г.
  2. Дж. Нарликар «Неистовая Вселенная», Москва, «Мир», 1985 г.

 

 

new-theory.narod.ru

Вселенная из черной дыры

Алексей Левин
«Популярная механика» №11, 2014

Новая модель мироздания позволяет обойтись без квантовой сингулярности и космологической инфляции.

Основной вопрос космологии можно сформулировать буквально в трех словах: откуда возникла Вселенная? Для стандартного ответа хватит и двух: из квантовой сингулярности. Так называют особое состояние материи, где нет ни пространства, ни времени и не действуют известные физические законы. Принято считать, что оно оказалось неустойчивым и дало начало трехмерному пространству, наполненному квантовыми полями и рожденными ими частицами. Этот выход из сингулярности называют Большим взрывом и берут за начало отсчета возраста Вселенной.

Что такое эта сингулярность, никто толком не знает. Если «проиграть» космологические уравнения назад во времени к нулевой точке, плотность энергии и температура обратятся в бесконечность и потеряют физический смысл. Обычно сингулярность описывают как хаотическую квантовую флуктуацию вакуума, которая сделала возможным появление гравитации и других физических полей. Теоретики приложили немало усилий, пытаясь понять, как именно это могло произойти, но пока без особых успехов.

Не взрыв, а коллапс

Некоторые космологические модели вообще обходятся без сингулярности, но они в меньшинстве. А вот недавно трое канадских ученых выступили с весьма любопытной моделью Большого взрыва, не требующей гипотезы квантового хаоса. Профессор физики и астрономии Университета Ватерлоо Роберт Манн и его коллеги допускают, что наша Вселенная могла появиться как побочный продукт гравитационного стягивания космической материи, которое закончилось рождением черной дыры. Их ключевая идея состоит в том, что эта материя существовала в пространстве не с тремя, а с четырьмя измерениями. Новорожденная дыра, опять-таки четырехмерная, окружила себя трехмерной оболочкой, которая и стала зародышем Вселенной. Она позаимствовала от материнского четырехмерия не только тяготение, но и прочие поля и частицы, которые зажили самостоятельной трехмерной жизнью. Так что наш мир возник не из Большого взрыва, а из его противоположности, Большого коллапса!

Откуда взялась эта оболочка? «Обычная» черная дыра окружена замкнутой двумерной поверхностью, горизонтом событий. Частица, упавшая внутрь горизонта, уже не сможет вернуться обратно, и даже фотоны из-под горизонта тоже не преодолеют этот непроницаемый барьер. Если дыра неподвижна, горизонт имеет сферическую форму, а у вращающихся дыр эта сфера сплюснута у полюсов. Поскольку горизонт имеет нулевую толщину, внутри него, естественно, нет никакого вещества. Но это в трехмерном пространстве. Четырехмерная дыра тоже обладает горизонтом событий, чья размерность на единицу меньше ее собственной. Следовательно, ее горизонт — это трехмерное пространство. Согласно гипотезе канадских физиков, оно и может дать начало нашей Вселенной.

Для материи четырехмерного пространства, запертой внутри горизонта черной дыры, эта трехмерная область будет единственным миром, полностью отсеченным от четырехмерного окружения. Можно допустить, что втянутая внутрь горизонта материя будет вести себя по всем законам трехмерия. Новая модель позволяет обойтись без распространенной гипотезы космологической инфляции, предложенной в начале 1980-х, которая все еще сталкивается с серьезными нерешенными проблемами. В частности, непонятна природа физического поля, которое, как предполагается, запустило ускоряющееся расширение новорожденной Вселенной.

Отскок мира

Но если не принимать в расчет квантовые эффекты, горизонт трехмерной дыры стабилен, тогда как наша Вселенная расширяется. Модель Манна объясняет и это: «Гравитационный коллапс в четырехмерном пространстве не только породит черную дыру, но и вызовет «отскок» не провалившейся в нее материи и ее разлет по всем направлениям. Нечто подобное происходит при взрывах сверхновых, которые разбрасывают свои оболочки по окружающему пространству. Как показывают вычисления, эта материя может создать трехмерный слой вокруг горизонта, который будет расширяться и тянуть за собой сам горизонт. В результате возникнет единое расширяющееся пространство нашей Вселенной. Модель можно модифицировать таким образом, что она предскажет ускорение этого расширения, которое стандартная космология объясняет с помощью темной энергии».

Новая модель допускает опытную проверку. Гравитационное воздействие четырехмерия на нашу Вселенную должно вызвать определенные флуктуации реликтового излучения, спектр которых можно предсказать.

elementy.ru

Черные дыры во Вселенной — определение и интересные факты

Черные дыры во Вселенной – космическая загадка как для исследователей необозримого темного пространства текущих дней, так и для ученых древних цивилизаций.

Что в центре физической аномалии? Какие физические правила действуют там? Насколько изменчиво время? Отчего даже квантовые частицы светового потока теряются в ней?

Возможно, мы приоткроем темную завесу. Опираясь на теоретические данные физики и труды ученых, заглянем за горизонт событий.

Что такое чёрная дыра во Вселенной и как она выглядит



Определение сводится к одной точке в пространстве, гравитационное возмущение которой настолько сильное, что способно поглотить свет.

Почему? Размер материального пространства очень маленький. Подобное явление может быть вызвано смертью звезды.

Стоит отметить: дыру нельзя считать материальной единицей – это объект, где происходит искажение временного течения и трех общепринятых измерений.

Привычные геометрические формулы в этой точке не действуют.

Существует три известные модели дыр. Назовем их виды:

  1. Сверхмалые черные дыры — размер этих аномалий сопоставим с атомом, но их масса с небольшую гору.
  2. «Звездные» пространственные разрывы среднего размера с массой, двадцатикратно превышающей Солнце. Одна из таких находится в «Млечном пути».
  3. Самые крупные, со средней массой в миллион Солнц.

Как образуется и что находится внутри


Рождение исконных черных звезд ученые связывают с теорией первого взрыва, а также с ранним периодом образования Вселенной.

Звездные темные дыры появляются в результате остывания ядра массивной звезды, когда сила гравитации сдавливает ее до самоуничтожения. Подобный эффект провоцирует появление сверхновой, которая и разрывает часть звездного пространства.

Существует теория о происхождении сверхмассивных черных дыр: они образовались одновременно с галактикой, в которой находятся.

Для подробного изучения и понимания того, как устроена «дыра», нужно подробно рассмотреть самое важное явление космоса — гравитацию. Она является ключевой силой в определении строения «кротовых нор», способных поглотить звездный свет.

Также известно, что черные дыры не совсем черные, но испускают небольшое количество теплового излучения при температуре T = ħ c³ / 8 π k G m, где m — масса чёрной дыры.

То есть у подобных аномалий есть своего рода испарение. Так, для дыры, массой в 6 Солнц, Т = 10-8 К.

Что будет, если попасть в черную дыру



Человечеству не суждено описать или задокументировать данное явление. Невозможно понять происходящие события в космической аномалии – в этом состоит главная проблема.

Однако, падение за горизонт событий, где нет материи, вполне возможно. Даже человек мог бы попасть в нее, но его ждет, по мнению многих фантастов, мало приятного из-за огромной гравитационной силы. На самом деле произойти может все что угодно.

Горизонт событий, где время и пространство искажается, станет отображением нескольких вариаций будущего для путешественника. Возможно, за точкой невозврата будет открытие нового мира, параллельной вселенной.

Черная дыра ведет в темные, еще неведанные глубины космоса, а если подумать, что все в мире сбалансировано, то в конечном итоге она может вывести к новой звезде. Смерть планеты – черная дыра, но она же может стать и рождением новой галактики.

Самая большая чёрная дыра во Вселенной

Гигантская черная дыра была открыта во второй половине 18 века британским астрономом в 94-х миллионах парсеках от Земли. В центре галактики NGC 4889.

Название космического объекта – это первые буквы обсерваторий, которые по-английски звучат так: North Gemini & Cec.

Вес черной дыры, образовавшей галактику, составляет более 21 млрд. масс Солнца. Самый большой из зафиксированных горизонт событий имеет диаметр в 67,5 млрд. километров. Это в 15 раз больше, чем расстояние от Нептуна до Солнца.

Ближайшая черная дыра к Земле

Насколько опасны подобные космические аномалии, сказать сложно. Размеры и расположение подобных объектов астрономы устанавливают, руководствуясь только окружающим пространством. Поэтому столкновение, если оно и произойдёт, не будет иметь никакого значения для жителей планеты Земля.

Ближайшая к нам черная дыра, которую определяют ученые — это «Моноцеротес» (V616), также известный как Mon (V616). Удалена от нашей системы на безопасное расстояние (3 тысячи световых лет). Ее масса превышает массу Солнца в 9-13 раз.

Следующая ближайшая черная дыра («Сигнус икс-1») находится примерно в 6 тысяч световых лет. Она имеет примерно пятнадцатикратное массовое превышение над Солнцем.

Интересные факты о черных дырах в космосе

Теоретическая физика допускает, что темные дыры излучают небольшое количество частиц фотона и поэтому могут потерять массу и исчезнуть.

Предположим человек проживет достаточно долго, чтобы описать падение в черную дыру. Учёные предполагают, что сначала бы он испытал невесомость, а затем, по мере приближения к центру дыры, почувствовал интенсивные приливные гравитационные силы. Но все это только предположения и догадки, а так же тайна, которая человечеству пока недоступна.

1001student.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о