Brezmejni svet je poln skrivnosti, ugank in paradoksov. Kljub dejstvu, da je sodobna znanost naredila velik korak naprej pri raziskovanju vesolja, je veliko v tem velikem svetu še vedno nerazumljivo za človeško dojemanje sveta. Veliko vemo o zvezdah, meglicah, grozdih in planetih. Vendar pa v prostranstvu vesolja obstajajo takšni predmeti, katerih obstoj lahko samo ugibamo. Na primer, zelo malo vemo o črnih luknjah. Osnovne informacije in znanje o naravi črnih lukenj temeljijo na domnevah in domnevah. Astrofiziki, jedrski znanstveniki se s to težavo bori že več kot ducat let. Kaj je črna luknja v prostoru? Kakšna je narava takih objektov?
Ko govorimo o črnih luknjah v preprostem jeziku
Če si predstavljate, kako izgleda črna luknja, je dovolj, da vidite rep vlaka, ki gre v tunel. Signalne lučke na zadnjem avtu, ko vlak gre globlje v tunel, se bodo zmanjšale, dokler popolnoma ne izginejo iz pogleda. Z drugimi besedami, to so predmeti, kjer zaradi pošastne privlačnosti izginja tudi svetloba. Elementarni delci, elektroni, protoni in fotoni ne morejo premagati nevidne pregrade, spadajo v črno brezno neobstoja, zato je bila taka luknja v prostoru imenovana črna. V njem ni najmanjše svetlobne površine, trdna črna in neskončnost. Kar je na drugi strani črne luknje, ni znano.
Ta prostorski sesalnik ima ogromno težo in je sposoben absorbirati celotno galaksijo z vsemi grozdi in superklasterji zvezd, z meglicami in s temno snovjo. Kako je to mogoče? Ostaja samo uganiti. Fizikalni zakoni, ki so nam v tem primeru znani, se razprostirajo po šivih in ne pojasnjujejo procesov, ki se dogajajo. Bistvo paradoksa je, da je gravitacijska interakcija teles v tem delu vesolja določena z njihovo maso. Na proces absorpcije enega objekta drugega ne vpliva njihova kvalitativna in kvantitativna sestava. Delci, ki so na določenem območju dosegli kritično količino, vstopijo v drugo stopnjo interakcije, kjer gravitacijske sile postanejo privlačne sile. Telo, predmet, snov ali snov se pod vplivom gravitacije začne krčiti in doseči ogromno gostoto.
Približno taki procesi se pojavijo med nastankom nevtronske zvezde, kjer se zvezdna snov pod vplivom notranje gravitacije stisne v prostornini. Prosti elektroni se kombinirajo s protoni, da tvorijo električno nevtralne delce - nevtrone. Gostota te snovi je velika. Delec snovi, velikosti kosa rafiniranega sladkorja, ima težo več milijard ton. Pri tem je primerno spomniti na splošno teorijo relativnosti, kjer sta prostor in čas stalne količine. Posledično se postopek stiskanja ne more ustaviti na pol poti in zato nima omejitev.
Potencialno črna luknja izgleda kot luknja, v kateri lahko pride do prehoda iz enega segmenta prostora v drugega. Hkrati se spremenijo tudi lastnosti prostora in časa, ki se vrtijo v prostorsko-časovni lijak. Ko dosežemo dno tega lijaka, vsaka snov pade v kvante. Kaj je na drugi strani črne luknje, ta ogromna luknja? Morda obstaja še en drug prostor, kjer se uporabljajo drugi zakoni, čas pa teče v nasprotni smeri.
V okviru teorije relativnosti je teorija črne luknje naslednja. Točka prostora, kjer so gravitacijske sile stisnile katero koli snov v mikroskopsko velikost, ima izjemno privlačnost, katere obseg se povečuje do neskončnosti. Pojavil se je čas in prostor je upognjen, zaprt na eni točki. Predmeti, ki jih absorbira črna luknja, se ne morejo upreti sili tega monstruoznega sesalca. Tudi hitrost svetlobe, ki jo imajo kvanti, ne dopušča premagovanju sile privlačnosti. Vsako telo, ki je prišlo do take točke, preneha biti materialni objekt, ki se združuje s prostorsko-časovnim mehurčkom.
Črne luknje v znanosti
Če vprašate, kako se oblikujejo črne luknje? Končni odgovor ne bo. V vesolju je veliko paradoksov in protislovij, ki jih ni mogoče razložiti z vidika znanosti. Einsteinova teorija relativnosti dopušča le teoretično razlago narave takih objektov, toda v tem primeru kvantna mehanika in fizika tiho.
Poskušali razložiti procese, ki potekajo po fizikalnih zakonih, bo slika videti takole. Predmet se oblikuje kot rezultat ogromnega gravitacijskega krčenja masivnega ali nadmasivnega kozmičnega telesa. Ta proces ima znanstveno ime - gravitacijski zlom. Izraz "črna luknja" se je prvič slišal v znanstveni skupnosti leta 1968, ko je ameriški astronom in fizik John Wheeler poskušal pojasniti stanje zvezdnega kolapsa. V skladu s svojo teorijo namesto masivne zvezde, ki je podvržena gravitacijskemu propadu, nastane prostorska in časovna neuspeh, v katerih nenehno narašča stiskanje. Vse, od česar je bila zvezda, gre notri.
Ta razlaga nam omogoča, da sklepamo, da narava črnih lukenj nikakor ni povezana s procesi, ki se dogajajo v vesolju. Vse, kar se dogaja v tem predmetu, se na noben način ne odraža na okolju z enim »ALI«. Gravitacijska sila črne luknje je tako močna, da upogiba prostor, zaradi česar galaksije vrtijo okoli črnih lukenj. Zato postane jasno, zakaj so galaksije v obliki spiral. Kako dolgo bo trajalo, da ogromna galaksija Rimske ceste izgine v brezno supermasivne črne luknje, ni znano. Nenavadno dejstvo je, da se lahko črne luknje pojavijo na kateri koli točki v vesolju, kjer so za to ustvarjeni idealni pogoji. Takšen čas in prostor odpravlja ogromne hitrosti, s katerimi se zvezde vrtijo in premikajo v prostoru galaksije. Čas v črni luknji teče v drugi dimenziji. Znotraj tega področja noben zakon gravitacije ni mogoče interpretirati z vidika fizike. To stanje se imenuje singularnost črne luknje.
Črne luknje ne kažejo nobenih zunanjih identifikacijskih znakov, njihov obstoj pa je mogoče presojati po vedenju drugih vesoljskih objektov, ki jih prizadenejo gravitacijska polja. Celotna slika boja za življenje in smrt poteka na meji črne luknje, ki je prekrita z membrano. Ta namišljena površina lijaka se imenuje "obzorje dogodkov". Vse, kar vidimo do te meje, je otipljivo in materialno.
Scenariji črnih lukenj
Z razvojem teorije Johna Wheelerja lahko sklepamo, da skrivnost črnih lukenj ni več v procesu nastajanja. Nastanek črne luknje je posledica propada nevtronske zvezde. Poleg tega mora masa takšnega predmeta tri ali večkrat preseči maso Sonca. Nevtronska zvezda se skrči, dokler se njena lastna svetloba ne more več osvoboditi tesnega objemanja gravitacije. Velikost meje, na katero se zvezda lahko skrči, je meja, ki rodi črno luknjo. Ta polmer se imenuje gravitacijski radij. Masivne zvezde v končni fazi razvoja naj bi imele gravitacijski polmer več kilometrov.
Danes so znanstveniki pridobili posredne dokaze o prisotnosti črnih lukenj v ducatu rentgenskih binarnih zvezd. Zvezde rentgenskih žarkov, pulzar ali burger nimajo trdne površine. Poleg tega je njihova masa večja od mase treh Sonc. Trenutno stanje zunanjega prostora v ozvezdju Cygnus - rentgenska zvezda Cygnus X-1, omogoča sledenje nastanku teh radovednih predmetov.
Na podlagi raziskav in teoretičnih predpostavk danes v znanosti obstajajo štirje scenariji za oblikovanje črnih zvezd:
- gravitacijsko kolaps masivne zvezde v zadnji fazi njenega razvoja;
- propad osrednje regije galaksije;
- oblikovanje črnih lukenj v procesu velikega poka;
- nastajanje kvantnih črnih lukenj.
Prvi scenarij je najbolj realističen, vendar število črnih zvezd, s katerimi se danes zavedamo, presega število znanih nevtronskih zvezd. Starost vesolja ni tako velika, da bi lahko tako veliko masivnih zvezd potekalo skozi celoten proces evolucije.
Drugi scenarij ima pravico do življenja in je živ primer: supermasivna črna luknja Strelec A *, ki se nahaja v središču naše galaksije. Masa tega objekta je 3,7 masa sonca. Mehanizem tega scenarija je podoben scenariju gravitacijskega zdrsa z edino razliko, da je medzvezdni plin in ne zvezda podvržen kolapsu. Pod vplivom gravitacijskih sil se plin stisne do kritične mase in gostote. V kritičnem trenutku se snov razgradi v kvante in oblikuje črno luknjo. Vendar pa je ta teorija dvomljiva, saj so nedavno astronomi na univerzi Columbia identificirali satelite Sateliti A *. Izkazalo se je, da je bilo veliko majhnih črnih lukenj, ki so bile verjetno oblikovane drugače.
Tretji scenarij je bolj teoretičen in je povezan z obstojem teorije velikega poka. V času nastanka vesolja je del snovi in gravitacijskih polj doživel nihanje. Z drugimi besedami, procesi so šli drugače in niso bili povezani z znanimi procesi kvantne mehanike in jedrske fizike.
Slednji scenarij je osredotočen na fiziko jedrske eksplozije. V strdkih materije v procesu jedrskih reakcij pod vplivom gravitacijskih sil pride do eksplozije, na kateri nastane črna luknja. Materija eksplodira navznoter, absorbira vse delce.
Obstoj in razvoj črnih lukenj
Z približno idejo o naravi tako nenavadnih vesoljskih objektov je zanimivo nekaj drugega. Kakšne so prave dimenzije črnih lukenj, kako hitro rastejo? Velikosti črnih lukenj so določene z njihovim gravitacijskim polmerom. Za črne luknje je polmer črne luknje določen z njegovo maso in se imenuje Schwarzschildov polmer. Na primer, če ima predmet maso, ki je enaka masi našega planeta, je Schwarzschildov radij v tem primeru 9 mm. Naše telo ima polmer 3 km. Povprečna gostota črne luknje, ki nastane na mestu zvezde z maso 10⁸ mase Sonca, bo blizu gostote vode. Polmer takšnega izobraževanja bo 300 milijonov kilometrov.
Verjetno so takšne ogromne črne luknje v središču galaksij. Do danes je znanih 50 galaksij, v središču katerih so ogromne začasne in prostorske vodnjake. Masa takih velikanov je milijarda mase Sonca. Lahko si samo predstavljamo, kakšna ogromna in pošastna sila privlačnosti ima takšno luknjo.
Pri majhnih luknjah so to mini predmeti, katerih polmer doseže nepomembne vrednosti, le 10 ą ² cm, masa takšne drobtine pa je 10 gr. Takšne formacije so nastale v času Velikega poka, vendar so se sčasoma povečale in se danes širijo v vesolju kot pošasti. Pogoji, v katerih je nastajala majhna črna luknja, danes znanstveniki poskušajo ponovno ustvariti v kopenskih razmerah. V ta namen se izvajajo eksperimenti na elektronskih koliderjih, skozi katere se pospešijo elementarni delci do hitrosti svetlobe. Prvi poskusi so v laboratorijskih pogojih omogočili pridobitev kvark-gluonske plazme - snovi, ki je obstajala ob zori nastanka vesolja. Taki poskusi kažejo, da je črna luknja na Zemlji vprašanje časa. Druga stvar je, ali se bo takšen dosežek človeške znanosti spremenil v katastrofo za nas in za naš planet. Z ustvarjanjem umetno črne luknje lahko odpremo Pandorino škatlo.
Nedavna opazovanja drugih galaksij so znanstveniki omogočila odkrivanje črnih lukenj, katerih velikost presega vsa možna pričakovanja in predpostavke. Evolucija, ki se pojavi s takimi objekti, nam omogoča, da bolje razumemo, kako raste masa črnih lukenj, kakšna je njena dejanska omejitev. Znanstveniki so ugotovili, da so vse znane črne luknje narasle do prave velikosti v 13-14 milijardah let. Razlika v velikosti je posledica gostote okoliškega prostora. Če ima črna luknja dovolj hrane, da doseže težo, raste kot kvas, doseže maso več sto in tisoč sončnih mas. Zato so ogromne dimenzije takih objektov, ki se nahajajo v središču galaksij. Masivna kopica zvezd, ogromne množice medzvezdnega plina so bogata hrana za rast. Ko se galaksije združijo, se lahko črne luknje združijo in tvorijo nov supermasivni objekt.
Sodeč po analizi evolucijskih procesov, je običajno ločiti dva razreda črnih lukenj:
- predmeti z maso 10-kratne mase sonca;
- masivni predmeti, katerih masa je več sto tisoč, milijarde sončnih mas.
Obstajajo črne luknje s povprečno srednjo maso 100-10 tisočkrat večjo od mase Sonca, vendar njihova narava še ni znana. Na galaksijo je približno en tak objekt. Študija rentgenskih zvezd je omogočila, da smo v galaksiji M82 naenkrat našli 12 srednje velikih črnih lukenj na razdalji 12 milijonov svetlobnih let. Masa enega objekta se giblje v razponu od 200 do 800 sončnih mas. Še en predmet je veliko večji in ima maso 10-40 tisoč sončnih mas. Usoda takšnih objektov je zanimiva. Nahajajo se v bližini zvezdnih kopic in se postopoma privlačijo v supermasivno črno luknjo, ki se nahaja v osrednjem delu galaksije.
Naš planet in črne luknje
Kljub iskanju pojma o naravi črnih lukenj je znanstveni svet zaskrbljen zaradi kraja in vloge črne luknje v usodi galaksije Rimska cesta in zlasti v usodi planeta Zemlje. Pregib časa in prostora, ki obstaja v središču Rimske ceste, postopoma absorbira vse predmete, ki obstajajo. V črno luknjo so že absorbirali milijone zvezd in trilijonov ton medzvezdnega plina. Sčasoma bo linija dosegla kraje Cygnusa in Strelca, v katerih se nahaja Solarni sistem, ki je potoval na razdalji 27 tisoč svetlobnih let.
Še ena bližnja supermasivna črna luknja se nahaja v osrednjem delu galaksije Andromeda. Od nas je približno 2,5 milijona svetlobnih let. Verjetno, dokler naš objekt Strelec A * ne pogoltne lastne galaksije, lahko pričakujemo združitev dveh sosednjih galaksij. V skladu s tem se bo zgodilo združevanje dveh supermasivnih črnih lukenj v eno celoto, grozno in pošastno.
Povsem druga stvar - majhne črne luknje. Za absorpcijo planeta Zemlja je črna luknja s polmerom nekaj centimetrov. Problem je v tem, da je po naravi črna luknja povsem brezličen predmet. Nobeno sevanje ali sevanje ne izhaja iz njegove maternice, zato je težko opaziti takšen skrivnostni predmet. Le v bližnjem obsegu lahko zaznamo ukrivljenost svetlobe ozadja, ki kaže, da je v prostoru v vesolju luknja v prostoru.
Do danes so znanstveniki ugotovili, da je črna luknja, ki je najbližja Zemlji, objekt V616 Monocerotis. Pošast se nahaja 3000 svetlobnih let od našega sistema. V velikosti je to velika tvorba, njena masa je 9-13 sončnih mas. Drugi bližnji objekt, ki ogroža naš svet, je črna luknja Gygnus X-1. S to pošastjo smo ločeni z razdaljo 6000 svetlobnih let. Črne luknje, odkrite v naši soseščini, so del binarnega sistema, tj. obstajajo v neposredni bližini zvezde, ki hrani nenasiten predmet.
Zaključek
Obstoj v prostoru takšnih skrivnostnih in skrivnostnih predmetov, kot so črne luknje, seveda nas sili, da smo na stražarju. Vendar se vse, kar se dogaja s črnimi luknjami, zgodi redko, če upoštevamo starost vesolja in velike razdalje. Za 4,5 milijarde let je sončni sistem v stanju počitka, ki obstaja v skladu z zakoni, ki so nam znani. V tem času se ni pojavilo nič takega, prostor ni izkrivljen ali pa so se časi v bližini sončnega sistema. Za to verjetno ni ustreznih pogojev. Tisti del Rimske ceste, v katerem prebiva zvezdni sistem Sonca, je miren in stabilen del prostora.
Znanstveniki predvidevajo idejo, da pojav črnih lukenj ni naključen. Takšni predmeti opravljajo v vesolju vlogo pomočnikov, ki uničujejo presežek kozmičnih teles. Kar zadeva usodo samih pošasti, njihov razvoj še ni popolnoma razumljen. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
