Čo je čierna diera? Čo je horizont udalostí?

Otázka: Čo je to čierna diera?

Čo je čierna diera? Kedy sa tvoria čierne diery? Môžu vedci vidieť čiernu dieru? Aký je „horizont udalostí“ čiernej diery?

odpoveď: Čierna diera je teoretická entita predpovedaná rovnicami všeobecná relativita. Čierna diera sa vytvára vtedy, keď hviezda s dostatočnou hmotnosťou prechádza gravitačným zrútením, s väčšinou alebo všetkou jej hmotnosťou stlačené do dostatočne malej oblasti priestoru, čo v tomto bode spôsobuje nekonečné zakrivenie časopriestoru (a "Singularity"). Takéto masívne zakrivenie časopriestoru nedovoľuje niču, ani ľahkému, uniknúť z „horizontu udalostí“ alebo z hranice.

Čierne diery neboli nikdy priamo pozorované, aj keď predpovede ich účinkov zodpovedajú pozorovaniam. Existuje niekoľko alternatívnych teórií, napríklad Magnetosférické objekty s vnútorným kolapsom (MECO), ktoré vysvetľujú tieto pozorovania, z ktorých väčšina sa vyhýba časopriestoru. jedinečnosť v strede čiernej diery, ale drvivá väčšina fyzikov verí, že vysvetlenie čiernej diery je najpravdepodobnejšou fyzickou reprezentáciou toho, čo je uskutoční sa.

V 17. storočí existovali ľudia, ktorí do nej navrhli, aby do nich mohol preniknúť supermasívny predmet. Newtonovská optika bola korpuskulárna teória svetla, ktorá považovala svetlo za častice.

John Michell uverejnil dokument v roku 1784, v ktorom predpovedal, že objekt s polomerom 500-krát väčším ako Slnko (ale rovnaká hustota) by mal únikovú rýchlosť rýchlosť svetla na svojom povrchu, a preto sú neviditeľné. Záujem o túto teóriu však zomrel v 20. rokoch 20. storočia, keď sa vlnová teória svetla dostala na popredné miesto.

Keď sa v modernej fyzike len zriedka spomínajú, tieto teoretické entity sa označujú ako „tmavé hviezdy“, aby sa odlíšili od pravých čiernych dier.

Do niekoľkých mesiacov od Einsteinovej publikácie všeobecnej relativity v roku 1916 fyzik Karl Schwartzchild vytvoril riešenie Einsteinovej rovnice pre sférickú masu (nazývanú Schwartzchildova metrika)... s neočakávanými výsledkami.

Výraz vyjadrujúci polomer mal rušivý charakter. Zdalo sa, že pre určitý polomer by sa menovateľ termínu zmenil na nulu, čo by matematicky spôsobilo, že sa tento výraz „vyhodí do povetria“. Tento polomer, známy ako Polomer Schwartzchild, r_s, je definovaný ako:

r_s = 2 GM/ C²

G je gravitačná konštanta, M je hmotnosť a C je rýchlosť svetla.

Pretože práca Schwartzchilda sa ukázala ako zásadná pre pochopenie čiernych dier, je podivnou náhodou, že názov Schwartzchild sa prekladá ako „čierny štít“.

Objekt, ktorého celá hmota M leží vo vnútri r_s sa považuje za čiernu dieru. Horizont udalostí je meno dané r_s, pretože z tohto polomeru je rýchlosť úniku z gravitácie čiernej diery rýchlosťou svetla. Čierne diery vtiahnite hmotu cez gravitačné sily, ale žiadna z tejto hmoty nemôže nikdy uniknúť.

Čierna diera sa často vysvetľuje ako predmet alebo hmota, ktorá do nej „spadne“.

Hodinky Y spadajú do čiernej diery

• Y pozoruje, že idealizované hodiny na X sa spomaľujú a mrznú v čase, keď X zasiahne r_s
• Y pozoruje svetlo z X redshift a dosahuje nekonečno o r_s (X sa tak stáva neviditeľným - napriek tomu stále nejako vidíme ich hodiny. nie je teoretická fyzika grand?)
• X vníma znateľnú zmenu teoreticky, aj keď raz prechádza r_s je nemožné, aby niekedy unikla z gravitácie čiernej diery. (Dokonca ani svetlo nemôže uniknúť z horizontu udalostí.)

V 20. rokoch 20. storočia dospeli fyziki Subrahmanyan Chandrasekhar k záveru, že každá hviezda je hmotnejšia ako 1,44 slnečnej hmoty ( Chadrasekharov limit) sa musia zrútiť podľa všeobecnej relativity. Fyzik Arthur Eddington veril, že niektoré vlastnosti zabránia kolapsu. Obaja mali pravdu, vlastným spôsobom.

Robert Oppenheimer v roku 1939 predpovedal, že supermasívna hviezda by sa mohla zrútiť, čím by sa vytvorila skôr „zamrznutá hviezda“, nielen v matematike. Zdá sa, že kolaps sa spomaľuje a v čase, keď križuje, v skutočnosti mrzne v čase r_s. Svetlo z hviezdy zažije ťažké RedShift na r_s.

Bohužiaľ, veľa fyzikov to považovalo iba za znak vysoko symetrickej povahy Schwartzchildova metrika, veriac, že ​​v prírode by taký kolaps v skutočnosti nenastal asymetria.

To nebolo až do roku 1967 - takmer 50 rokov po objavení r_s - že fyzici Stephen Hawking a Roger Penrose ukázal, že nielen čierne diery boli priamym dôsledkom všeobecnej relativity, ale tiež, že neexistoval spôsob, ako zastaviť takýto kolaps. Objav pulzarov podporil túto teóriu a krátko nato fyzik John Wheeler razil termín „čierna diera“ pre tento jav v prednáške 29. decembra 1967.

Ďalšia práca zahŕňala objav Jestvujúce žiarenie, pri ktorej môžu čierne diery vyžarovať žiarenie.

Čierne diery sú oblasťou, ktorá priťahuje teoretikov a experimentátorov, ktorí chcú výzvu. Dnes panuje takmer všeobecná zhoda o tom, že čierne diery existujú, hoci ich presná povaha je stále otázna. Niektorí veria, že materiál, ktorý spadne do čiernych dier, sa môže objaviť niekde inde vo vesmíre, ako v prípade červia diera.

Jedným z významných prírastkov do teórie čiernych dier je Jestvujúce žiarenie, vyvinutý britským fyzikom Stephen Hawking v roku 1974.