Что в нутри черные дыры


космос, черная дыра, вселенная, космология Фракталы легко превращаются в искусство, не имеющее научного объяснения. Зато – какой простор для интерпретаций! Фото из книги: Х.-О. Пайеген, П.Х. Рихтер. «Красота фракталов», 1993

10 апреля 2019 года Национальным научным фондом США была впервые опубликована фотография черной дыры, полученная усилиями ученых многих стран. Под «объектив фотокамеры» попала сверхмассивная черная дыра в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 млн световых лет от Земли. Теперь мы знаем, как выглядят черные дыры снаружи. А вот как они выглядят изнутри, по-прежнему неизвестно.

Высказывания астрофизиков на этот счет противоречивы. С одной стороны, они утверждают, что постичь внутреннее устройство этих объектов трудно или вообще невозможно. С другой стороны, они высказывают о внутренней геометрии черных дыр вполне конкретные соображения: в центре черных дыр находится гравитационная сингулярность, в которой с пространством-временем происходят всякие чудеса, а вне ее внутри черной дыры – пустота; все попавшее внутрь черной дыры неудержимо падает в сингулярность, разрушаясь по дороге чудовищными градиентами гравитации.


Ниже приведены некоторые соображения в пользу той гипотезы, что черные дыры устроены совсем не так, как полагают астрофизики. Главная идея – окружающий нас космос (наша метагалактика) сам является гигантской черной дырой. Но только при условии, если справедлива гипотеза о фрактальности Вселенной. Я уже писал об этом в «НГ-науке» (см. номер от 13.10.04). Однако с тех пор в астрономии были сделаны открытия, резко поднявшие статус гипотезы о фрактальности Вселенной и тем изменившие космологическую картину мира.

Гипотеза об однородности Вселенной

На рубеже 1920–1930-х годов было установлено, что все наблюдаемые нами галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними (закон Хаббла). Мысленно обратив космическое расширение назад во времени, можно прийти к выводу, что наблюдаемый мир около 13,8 млрд лет назад претерпел Большой взрыв и с тех пор расширяется. Так как никакой сигнал не может распространяться быстрее света, то события, происходящие вне сферы радиусом 13,8 млрд световых лет, в принципе не могут нами наблюдаться.

Сферу радиусом 13,8 млрд световых лет, внутри которой находится весь наблюдаемый мир, называют горизонтом видимости, а весь материальный мир внутри и снаружи горизонта видимости – Вселенной.


Наблюдаемый нами мир часто называют метагалактикой. Так иногда будем делать и мы, хотя это не совсем корректно. Ведь метагалактики – это относительно компактные космические макроструктуры, отделенные друг от друга расстояниями, многократно превышающими их собственные размеры.

Между тем радиус горизонта видимости определяется не законами формирования компактных космических макроструктур, а совсем другим – временем, прошедшим после начала Большого взрыва. Размеры нашей метагалактики могут существенно превышать размеры наблюдаемого мира, да и сферической ей быть совсем не обязательно.

Как видим, космология, изучающая Вселенную в целом, начисто лишена эмпирической базы. Это ее отличает от других естественных наук. Все наши утверждения о Вселенной – это домыслы или гипотезы. Что замечательно, это не мешает космологам то и дело уверенно говорить о расширении Вселенной, Большом взрыве, возрасте Вселенной и т.д. Эта их уверенность неявно базируется на гипотезе об однородности Вселенной: для такой Вселенной часть (наблюдаемый мир) и на самом деле подобна целому (Вселенной). Если, однако, Вселенная устроена фрактально, то ее часть может существенно отличаться от целого. В этом случае мы будем иметь кардинальное изменение космологической картины мира.

Похоже, это и происходит на наших глазах. Астрономические наблюдения последних лет заставляют нас перейти к гипотезе о фрактальности Вселенной как более правдоподобной. И все-таки она неоднородная!


Гипотеза об однородности Вселенной – простейшая из возможных гипотез об ее устройстве. Ее выдвижение было закономерным и корректным (принцип экономии сущностей). С самого начала, однако, она вступила в противоречие с наблюдательными данными, говорящими о крайне неоднородном устройстве космического мира вокруг нас. Питаемые здоровым консерватизмом, свойственным всем нормальным людям, космологи принялись спасать гипотезу об однородности Вселенной, заменив ее гипотезой о МАКРОоднородности Вселенной, говорящей, что она (Вселенная) неоднородна якобы только на небольших масштабах, тогда как на расстояниях около или более 300 млн световых лет она однородна.

Интерес к проблеме однородности/неоднородности Вселенной был разогрет независимым открытием на рубеже 1970–1980-х годов эстонской и американской группами исследователей в пространственном распределении галактик ячеистых структур с расстоянием между стенками ячеек около 390 млн световых лет и толщиной стенок около 12 млн световых лет. Однако и после этого открытия космологи не отказались от гипотезы о макрооднородности Вселенной, направив свои усилия на возможно более точное установление верхнего порога масштабов, за которым неоднородное распределение галактик становится однородным. Это потребовало составления трехмерных карт распределения галактик на возможно бoльшую глубину, желательно до самого горизонта видимости и с возможно более широким обзором неба.


Перелом произошел в последние 10–15 лет, когда были открыты гигантские космические структуры, которые представляют собой скопления галактик и квазаров (светящихся ядер галактик), размеры которых вполне сравнимы с радиусом горизонта видимости (около 13,8 млрд световых лет). Укажем четыре таких объекта с их размерами:

– Великая стена Слоуна (2003), около 1,38 млрд световых лет; расстояние от Земли около 1,2 млрд световых лет;

– Громадная группа квазаров (2012), около 4 млрд световых лет; расстояние от Земли около 9 млрд световых лет;

– Великая стена Геркулес – Северная Корона (2014), более 10 млрд световых лет; расстояние от Земли около 10 млрд световых лет;

– Гигантская кольцеобразная структура (2015), около 5 млрд световых лет; расстояние от Земли около 7 млрд световых лет.

После их открытия тезис о неоднородности всего наблюдаемого мира приобретает статус подтвержденного эмпирического факта.

Важно, что космические структуры распределены в наблюдаемом мире не только неоднородно, но и фрактально. Это означает, во-первых, что они имеют четко выраженный иерархический характер (звезды – скопления звезд – галактики – скопления галактик и т.д.). И во-вторых, что плотность космических структур быстро падает с их размерами (плотность Солнца равна 1,416 г/см3, нашей Галактики – 10–24 г/см3, всего наблюдаемого мира – 2 х 10–31 г/см3), подчиняясь эмпирическому закону Карпентера: плотность сферического участка космической структуры пропорциональна его радиусу в степени (D–3). Величину D, приблизительно равную здесь 1,23, называют фрактальной размерностью.


Закон Карпентера обеспечивается особым устройством космических структур: расстояния между звездами много больше размеров звезд, расстояния между скоплениями звезд много больше размеров этих скоплений, расстояния между галактиками много больше размеров галактик и т.д.

Таким образом, тезис о фрактальности всего наблюдаемого мира также приобретает на наших глазах статус подтвержденного эмпирического факта. Экстраполируя его на Вселенную, заключаем, что гипотеза о фрактальности Вселенной стала сегодня более правдоподобной, чем гипотеза о ее макрооднородности.

Фрактальная Вселенная – это просто

Полагая Вселенную фрактальной, мы считаем ее еще и бесконечной, делая это по двум соображениям. Во-первых, это предположение – простейшее из возможных для фрактальной Вселенной. Во-вторых, как известно, Альберт Эйнштейн ввел в оборот модель замкнутой Вселенной (от которой он после открытия космического расширения отказался), чтобы избавиться от гравитационной неустойчивости бесконечной Вселенной с отличной от нуля глобальной плотностью. Бесконечная фрактальная Вселенная тем и хороша, что имеет нулевую глобальную плотность: устремляя в законе Карпентера радиус к бесконечности, получаем для плотности нулевое значение. Это снимает проблему ее (Вселенной) гравитационной неустойчивости, так как фрактальная бесконечная Вселенная с ее нулевой глобальной плотностью не может вся ни расширяться, ни сжиматься.


Фрактальная Вселенная устроена чрезвычайно просто. В бесконечном трехмерном глобально плоском (не искривленном гравитацией) пространстве, описываемом специальной теорией относительности, рассеяно бесконечное фрактально организованное множество звезд, галактик, метагалактик и т.д. Составляющие фрактальную Вселенную макросистемы конечных размеров (метагалактики и др.) могут расширяться и сжиматься, как им вздумается, однако из-за глобальной стационарности такой Вселенной все составляющие ее космические системы не могут расширяться или сжиматься одновременно.

Вывод: если Вселенная фрактальна, то она не переживала Большого взрыва, а наблюдаемое нами космическое расширение является результатом Большого взрыва только нашей метагалактики.

Здесь можно опираться на идею «отскока», высказанную космологами в отношении Вселенной. Судя по всему, в прошлом произошло сжатие нашей метагалактики «до упора», заданного известными и неизвестными нам негравитационными механизмами возникновения внутреннего давления, остановившего гравитационный коллапс и обратившего его вспять.

130-12-1_t.jpg
Полагая Вселенную фрактальной, мы считаем ее еще
и бесконечной. Серые Луны имеют такой же ландшафт,
как и на верхнем рисунке. Фото из книги: Х.-О. Пайеген,
П.Х. Рихтер. «Красота фракталов», 1993

Черная дыра – вид изнутри

Взрыв тела конечных размеров – будь то сверхновая звезда или газовый баллон – имеет центр и градиенты расширения (давления, плотности, температуры). У космического расширения ничего подобного не наблюдается: все галактики разбегаются не от какого-то центра, а друг от друга безо всяких перепадов давления, так что все точки наблюдаемого мира в этом отношении равноправны.

Пока мы считали, что Большой взрыв претерпела вся бесконечная Вселенная, отсутствие у нее центра и градиентов расширения могло быть объяснено космологическим принципом, который именно это и утверждает: у бесконечной Вселенной нет выделенных точек и направлений.

Если же мы считаем, полагаясь на гипотезу о фрактальности Вселенной, что наблюдаемый Большой взрыв претерпела только наша метагалактика, то следует признать, что в ее пределах космологический принцип не работает, как не работает он в пределах любой космической системы конечных размеров. Так что отсутствие у космического расширения нашей метагалактики центра и градиентов требует какого-то другого объяснения.

Единственно возможное объяснение этого феномена состоит в том, что наша метагалактика замкнута, будучи черной дырой.


Черные дыры обычно ассоциируют со сверхсжатыми массами. Между тем черной дырой может быть тело со сколь угодно малой плотностью, лишь бы она (плотность) была больше некоторой критической плотности, обратно пропорциональной квадрату радиуса тела.

Оценки показывают, что черная дыра с радиусом наблюдаемого мира может иметь плотность, меньшую плотности воды примерно на 30 порядков (1030). Самое странное, что реальная плотность наблюдаемого мира (2х10–31 г/см3) подозрительно близка к критической, но немного меньше ее. Этот факт хорошо известен, космологи говорят о нем как о проблеме плоскостности Вселенной. Применительно к нашей метагалактике этот факт говорит другое – оценки плотности материи в пределах наблюдаемого мира не противоречат тезису о том, что наша метагалактика замкнута в черную дыру.

На мой взгляд, нет оснований полагать, что внутренняя геометрия замкнутых космических систем конечного размера (черных дыр) сколько-нибудь существенно отличается от геометрии Вселенной в предположении ее замкнутости. Между тем о геометрии замкнутой Вселенной космологами выработаны достаточно определенные представления. Ее пространство, говорят нам, будучи конечным по объему, безгранично, так что луч света, движущийся в ней в определенном направлении, описав огромный круг, возвращается в исходную точку. Из-за безграничности предстающего перед наблюдателем пространства он не только не обнаружит в замкнутой Вселенной выделенного центра, но и все ее точки окажутся равноправными.


Обычному человеку трудно представить себе замкнутое трехмерное пространство. Трудно это дается и профессиональным космологам. Как свидетельствуют, например, наши выдающиеся физики Яков Зельдович и Игорь Новиков в книге «Строение и эволюция Вселенной», «наглядно представить себе замкнутую Вселенную невозможно». Чтобы облегчить себе жизнь, космологи часто используют аналогию трехмерного замкнутого безграничного пространства с двухмерной поверхностью трехмерной сферы – в обоих случаях пространство конечно (по объему или по площади), но не имеет границ.

Чтобы представить себе внутреннюю геометрию черной дыры, прибегнем к этой аналогии и мы, приложив ее к нашей метагалактике. Мысленно поместим на поверхность расширяющейся трехмерной сферы (надуваемого воздушного шарика или расширяющейся Земли) двухмерный газ взаимодействующих точек, имитирующий трехмерный газ звезд и галактик.

Если эти взаимодействия удачно имитируют реальные, то подобно тому, что мы видим в наблюдаемом мире, точки на нашей сфере будут образовывать фрактальные структуры. Из-за симметрии задачи газ на двухмерной сферической поверхности не будет иметь выделенных точек и направлений, оставаясь изотропным в каждой точке. По мере расширения сферы плотность газа на ее поверхности уменьшается, точки разбегаются, не имея центра и градиентов расширения. Все это, только в трехмерном пространстве, мы и наблюдаем в нашей метагалактике.


Сказанное доказывает, как мне представляется, в предположении справедливости гипотезы о фрактальности Вселенной, замкнутость нашей метагалактики, являющейся, таким образом, черной дырой. Другого объяснения отсутствия у нашей метагалактики центра и градиентов расширения я не вижу.

Таким образом, если справедлива гипотеза о фрактальности Вселенной и если, как следствие, наша метагалактика является черной дырой, то высказываемые космологами соображения о внутреннем устройстве черных дыр несостоятельны: в центре черных дыр НЕ находится сингулярность, а вне центра черных дыр – НЕ пустота; находящиеся внутри черной дыры тела НЕ падают неудержимо в ее сингулярность, разрушаясь градиентами гравитации.

Судя по нашей метагалактике, внутри черных дыр все устроено иначе. Они заполнены фрактально распределенной материей, которая расширяется, если расширяется черная дыра, или сжимается – в противном случае. У содержимого черной дыры отсутствуют при этом центр и градиенты расширения или сжатия.

Возможно, так, как здесь описано, устроены только очень большие, то есть очень разреженные, черные дыры. Небольшие, то есть с большой степенью сжатия, черные дыры, быть может, устроены иначе. Не в том плане, что в их центре находится сингулярность, за пределами которой пустота. Вопрос, на мой взгляд, состоит только в том, остается ли распределение вещества внутри черных дыр при большом сжатии фрактальным или же в них распределение вещества однородно, а фрактальность возникает с расширением черных дыр. 

Источник: www.ng.ru

Чёрная дыра
Куда ведёт чёрная дыра? Авторы и права: All About Space magazine.

Представьте, что вы вот-вот нырнёте в чёрную дыру. Что будет ожидать там, если вы, вопреки всему, выживете? Куда попадёте и какие удивительные истории сможете поведать, если найдёте дорогу назад?

Самый простой ответ на все эти вопросы даёт профессор Ричард Мэсси: “Это никому неизвестно”. Являясь научным сотрудником Королевского Исследовательского Общества при Институте космологических вычислений Даремского университета, Мэсси ясно осознаёт тот факт, что тайны чёрных дыр имеют очень глубокий характер. По его словам, “пройти через горизонт событий – это всё равно, что скрыться за вуалью; никто и никогда не сможет отправить какое-либо сообщение наружу. Попавший внутрь объект был бы раздавлен гравитацией чудовищной силы, так что я сильно сомневаюсь в том, что таким способом можно куда-либо попасть”.

Если такой ответ вас разочаровывает, то это не удивительно. Когда Альберт Эйнштейн разрабатывал свою общую теорию относительности, он предсказал особую связь пространства-времени с действием гравитационных сил чёрных дыр, а теперь известно и то, что эти космические аномалии появляются в результате смерти массивных звёзд, от которых остаётся лишь маленькое ядро высокой плотности.

Масса этого ядра по самым грубым расчётам превышает массу Солнца минимум в три раза, а сила гравитации достигает настолько высоких значений, что такое тело будет сжиматься в одну точку пространства (сингулярность), пока не станет ядром чёрной дыры бесконечной плотности. Таким образом, внутри чёрной дыры невозможна никакая жизнь, и даже свет не способен сопротивляться притяжению гравитационного поля. Так что, случись вам оказаться у горизонта событий (этот термин предложил немецкий астроном Карл Шварцшильд для обозначения границы чёрной дыры, после которой свет и материя могут двигаться только внутрь, но не наружу) – выхода больше нет. По словам Мэсси, приливные силы гравитационного поля превратят ваше тело в нити из атомов (этот эффект называется “спагеттификацией”), пока сингулярность не расщепит его полностью. Сама идея о том, что после такого можно куда-нибудь выскочить – включая “другую сторону” – кажется чрезвычайно фантастичной.

А как же червоточины?

Или не кажется? Многие годы учёные рассматривают вероятность того, что чёрные дыры могут являться червоточинами в другие галактики. Они могут быть даже – как некоторые предполагают – дверью в другую Вселенную.

Эта идея некоторое время витает в научных кругах: ещё в 1935 году Эйнштейн объединился с Натаном Розеном для того, чтобы вывести теорию о “мостах” между двумя разными точками пространства-времени. Новый виток обсуждений пришёлся на 1980 год, когда физик Кип Торн – один из главных мировых экспертов по общей теории относительности – поднял дискуссию о возможности физического перемещения объектов по таким “мостам”.

Мэсси признаётся: “будучи ребёнком, я вдохновился на изучение физики именно после прочтения научно-популярной книги Торна о червоточинах. Но сейчас мне не кажется, что они существуют”.

Сам Торн (который, кстати, консультировал режиссёрскую команду фильма “Интерстеллар”), пишет в своей новой книге: “сейчас мы не наблюдаем во Вселенной объекты, которые могли бы являться червоточинами”. В своём интервью для SpaceCom он заявил, что путешествия через такие гипотетические туннели скорее всего останутся научной фантастикой. Твёрдых доказательств того, что чёрные дыры могут для этого сгодиться, на данный момент нет.

Проблема в том, что мы не можем подобраться поближе и выяснить всё наверняка. Мы даже не можем сфотографировать то, что происходит внутри такого тела: так как весь свет вокруг поглощается центром дыры, то камера запечатлеет только черноту. На данный момент считается, что любой объект, пересёкший горизонт событий, просто становится частью чёрной дыры. А поскольку время искажается при приближении к этой границе, все события здесь будут происходить крайне медленно, из-за чего ответы мы получим ну очень нескоро.

“Я думаю, что попавшие в чёрную дыру объекты будут двигаться к концу времён”, – заявляет Дуглас Финкбейнер, профессор астрономии и физики Гарвардского Университета. “Наблюдающий издалека астронавт не увидит, как его коллега провалится внутрь, тот лишь будет становиться всё более красным и тусклым из-за так называемого гравитационного красного смещения. Но с позиции провалившегося, он будет падать прямо к центру, в место за гранью “вечности”. Что бы это ни значило”.

Чёрная дыра может вести к белой дыре

Определенно, если чёрная дыра ведёт в другую часть галактики или другую Вселенную, то там, на другой стороне, должен быть противоположный объект. Может быть, это белая дыра? Такую теорию выдвинул в 1964 году русский космолог Игорь Новиков. Он предположил, что чёрная дыра связана с белой, которая существует в прошлом. В отличие от чёрной, белая испускает свет и материю, но не позволяет им попасть внутрь.

Вместо уничтожения поглощённой информации, схлопнувшаяся чёрная дыра начнёт колебаться, произойдёт мощный квантовый скачок. В этом случае становится обоснованным предположение физика-теоретика Стивена Хокинга, сделанное им в 1970 году. Он говорил о вероятности того, что причиной термального излучения чёрной дыры (т.е. излучения частиц и радиации) является квантовая нестабильность.

Червоточина
Художественная концепция червоточины. Если червоточины существуют, то они могут привести нас в другую Вселенную. Но нет никаких доказательств того, что червоточины реальны. Авторы и права: Shutterstock.

Хокинг заявил, что чёрные дыры не могу существовать вечно. По его расчётам получается, что излучение радиации приводит к потере энергии, а затем к сжатию и смерти космического тела, а вся информация, которая к этому времени окажется поглощена исчезнет.

Это заявление вступает в противоречие с квантовой теорией, которая гласит, что информация не может быть уничтожена.

Идея Хокинга привела к “информационному парадоксу чёрной дыры” и долгое время ломала головы учёных. Некоторые считали, что Хокинг попросту не прав – Стивен и сам в 2004 году заявил о допущенной ошибке.

И что же, нам стоит вернуться к концепции чёрной дыры, которая выпускает поглощённую информацию через белую? Возможно. В 2013 году в журнале Physical Review Letters были опубликованы результаты исследования Джорджа Пуллина и Рудольфа Гамбини. Они применили петлевую квантовую гравитацию к чёрной дыре и обнаружили, что сила гравитации увеличивается до определённого момента приближения к ядру, но затем становится слабее и вышвыривает объект в другой регион Вселенной. Это исследование подтверждает идею о том, что чёрные дыры служат порталами, сингулярности внутри нет и затянутые объекты не уничтожаются. Информация не исчезает.

Может, чёрные дыры ведут в никуда?

Однако, физики Ахмед Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли уверены, что Хокинг в чём-то был прав. Они разработали гипотезу огненной стены внутри чёрной дыры. По их расчётам, квантовые механизмы, вероятно, могут преобразовывать горизонт событий в гигантскую стену огня, из-за чего любой попавший туда объект мгновенно сгорит. С этой точки зрения, чёрные дыры ведут в никуда, ведь ничего не может проникнуть внутрь.

Эта теория, однако, противоречит общей теории относительности Эйнштейна, ведь, согласно ей, попавший в чёрную дыру объект не должен сталкиваться с препятствиями какого угодно рода – он лишь будет подвержен свободному падению к центру космического тела. К тому же, идея огненной стены противоречит и теории квантового поля, ведь допускает вероятность полного уничтожения информации.

Событие приливного разрушения
Событие приливного разрушения происходит, когда звезда приближается достаточно близко к горизонту событий сверхмассивной чёрной дыры. Авторы и права: All About Space.

Чёрная дыра неопределенности

Вернёмся к Стивену Хокингу. В 2014 году он опубликовал исследование, в котором предложил отказаться от термина “горизонт событий”. По его мнению, гравитационный коллапс приводит к образованию другого явления, которое он назвал “видимым горизонтом”.

Этот горизонт на “определённый временной период” задерживает лучи света и материю внутри, расщепляет и смешивает их, а затем выпускает обратно. Такое объяснение хорошо ложится на квантовую теорию, ведь информация сохраняется, а не уничтожается. Таким образом, любой попавший внутрь объект со временем может выбраться из чёрной дыры. Хокинг пошёл дальше и поставил под сомнение сам факт существования чёрных дыр, написав: “чёрные дыры следует переименовать в объекты метастабильной связи гравитационного поля. Вероятно, что сингулярности нет, а видимый горизонт, который будет сжиматься внутрь под действием гравитационных сил, никогда не достигнет центра объекта и будет консолидирован в плотную массу”.

В этом случае, выпущенные объекты будут иметь совершенно иную форму от той, в которой находились при поглощении. Вряд ли удастся, глядя на выпущенный объект, точно определить, чем он являлся ранее. Что, разумеется, будет не очень приятной новостью для, скажем, попавших внутрь астронавтов.

Одно известно наверняка: эта загадка будет занимать умы учёных ещё очень долгое время. Ровелли и Франческа Видотто недавно предположили, что компоненты тёмной материи могут быть сформированы из останков испарившихся чёрных дыр, а в опубликованных в 2018 году записях Хокинга “О чёрных дырах и мягких волосах” он объясняет, как частицы нулевой энергии сохраняются около точки невозврата, горизонта событий, вместо того, чтобы исчезнуть. Многие физики сейчас изучают чёрные дыры с позиции физики элементарных частиц и в этой области уже появились смелые теории. Учёные активно обсуждают эти идеи, но потребуется ещё немало времени для того, чтобы точно заявить, куда же ведут чёрные дыры. Если бы только мы могли запрыгнуть хотя бы в одну их них…

Перевод: Дмитрий Гришин (специально для ресурса UniverseTodayRu).

Источник: universetoday.ru

Что такое черная дыра?

Определяющим свойством черной дыры является ее горизонт. Это граница, преодолев которую ничто, даже свет, не сможет вернуться обратно. Если отделенная область становится отделенной навсегда, мы говорим о «горизонте событий». Если же она только временно отделена, мы говорим о «видимом горизонте». Но это «временно» также может означать, что область будет отделенной гораздо дольше нынешнего возраста Вселенной. Если горизонт черной дыры является временным, но долгоживущим, разница между первым и вторым расплывается.

Насколько большие черные дыры?

Можно представить горизонт черной дыры как сферу, и ее диаметр будет прямо пропорциональным массе черной дыры. Поэтому чем больше массы падает в черную дыру, тем больше становится черная дыра. По сравнению со звездными объектами, впрочем, черные дыры крошечные, потому что масса сжимается в очень малые объемы под действием непреодолимого гравитационного давления. Радиус черной дыры массой с планету Земля, например, всего несколько миллиметров. Это в 10 000 000 000 раз меньше настоящего радиуса Земли.

Радиус черной дыры называется радиусом Шварцшильда в честь Карла Шварцшильда, который впервые вывел черные дыры как решение для общей теории относительности Эйнштейна.

Что происходит на горизонте?

Когда вы пересекаете горизонт, вокруг вас ничего особенного не происходит. Все из-за принципа эквивалентности Эйнштейна, из которого следует, что нельзя найти разницу между ускорением в плоском пространстве и гравитационным полем, создающим кривизну пространства. Тем не менее наблюдатель вдали от черной дыры, который наблюдает за тем, как кто-то другой падает в нее, заметит, что человек будет двигаться все медленнее и медленнее, подходя к горизонту. Будто бы время вблизи горизонта событий движется медленнее, чем вдали от горизонта. Однако пройдет некоторое время, и падающий в дыру наблюдатель пересечет горизонт событий и окажется внутри радиуса Шварцшильда.

То, что вы испытываете на горизонте, зависит от приливных сил гравитационного поля. Приливные силы на горизонте обратно пропорциональны квадрату массы черной дыры. Это означает, что чем больше и массивнее черная дыра, тем меньше силы. И если только черная дыра будет достаточно массивна, вы сможете преодолеть горизонт еще до того, как заметите, что что-то происходит. Эффект этих приливных сил растянет вас: технический термин, который для этого используют физики, называется «спагеттификация».

В первые дни общей теории относительности считалось, что на горизонте существует сингулярность, но это оказалось не так.

Что внутри черной дыры?

Никто не знает наверняка, но точно не книжная полка. Общая теория относительности прогнозирует, что в черной дыре сингулярность, место, в котором приливные силы становятся бесконечно большими, и как только вы преодолеваете горизонт событий, вы уже не можете попасть куда-либо еще, кроме как в сингулярность. Соответственно, ОТО лучше не использовать в этих местах — она попросту не работает. Чтобы сказать, что происходит внутри черной дыры, нам нужна теория квантовой гравитации. Общепризнанно, что эта теория заменит сингулярность чем-то другим.

Как образуются черные дыры?

В настоящее время мы знаем о четырех разных способах образования черных дыр. Лучше всего понимаем связанный со звездным коллапсом. Достаточно большая звезда образует черную дыру после того, как ее ядерный синтез прекращается, потому что все, что уже можно было синтезировать, было синтезировано. Когда давление, создаваемое синтезом, прекращается, вещество начинает проваливаться к собственному гравитационному центру, становясь все более плотным. В конце концов, оно настолько уплотняется, что ничто не может преодолеть гравитационное воздействие на поверхность звезды: так рождается черная дыра. Эти черные дыры называются «черными дырами солнечной массы» и наиболее распространены.

А вы когда-нибудь задумывались, что произойдет, если рядом с Землей появится Черная Дыра?

Следующим распространенным типом черных дыр являются «сверхмассивные черные дыры», которые можно найти в центрах многих галактик и которые имеют массы примерно в миллиард раз больше, чем черные дыры солнечной массы. Пока доподлинно неизвестно, как именно они формируются. Считается, что когда-то они начинались как черные дыры солнечной массы, которые в густонаселенных галактических центрах поглощали множество других звезд и росли. Тем не менее они, похоже, поглощают вещество быстрее, чем предполагает эта простая идея, и как именно они это делают — все еще остается предметом исследований.

Более спорной идеей стали первичные черные дыры, которые могли быть сформированы практически любой массой в крупных флуктуациях плотности в ранней Вселенной. Хотя это возможно, достаточно трудно найти модель, которая производит их, при этом не создавая чрезмерное их количество.

На нашем канале Яндекс.Дзен выходят эксклюзивные материалы, которых нет на сайте

Наконец, есть очень умозрительная идея о том, что на Большом адронном коллайдере могут образовываться крошечные черные дыры с массами, близкими массе бозона Хиггса. Это работает только в том случае, если у нашей Вселенной имеются дополнительные измерения. Пока не было никаких подтверждений в пользу этой теории.

Откуда мы знаем, что черные дыры существуют?

У нас есть много наблюдательных доказательств существования компактных объектов с крупными массами, которые не излучают свет. Эти объекты выдают себя по гравитационному притяжению, например, за счет движения других звезд или газовых облаков вокруг них. Они также создают гравитационное линзирование. Мы знаем, что у этих объектов нет твердой поверхности. Это вытекает из наблюдений, потому что вещество, падая на объект с поверхностью, должно вызывать выброс большего числа частиц, чем вещество, падающее сквозь горизонт.

Почему в прошлом году Хокинг сказал, что черные дыры не существуют?

Он имел в виду, что черные дыры не имеют вечного горизонта событий, а только временный кажущийся горизонт (см. пункт первый). В строгом смысле только горизонт событий считается черной дырой.

Как черные дыры испускают излучение?

Черные дыры испускают излучение за счет квантовых эффектов. Важно отметить, что это квантовые эффекты вещества, а не квантовые эффекты гравитации. Динамическое пространство-время коллапсирующей черной дыры меняет само определение частицы. Подобно течению времени, которое искажается рядом с черной дырой, понятие частиц слишком зависимо от наблюдателя. В частности, когда наблюдатель, падающий в черную дыру, думает, что падает в вакуум, наблюдатель далеко от черной дыры думает, что это не вакуум, а полное частиц пространство. Именно растяжение пространства-времени вызывает этот эффект.

Здесь можно почитать о самой большой Черной Дыре, которую удалось обнаружить на данный момент

Впервые обнаруженное Стивеном Хокингом, испускаемое черной дырой излучение называется «излучением Хокинга». Это излучение имеет температуру, обратно пропорциональную массе черной дыры: чем меньше черная дыра, тем выше температура. У звездных и сверхмассивных черных дыр, которые мы знаем, температура значительно ниже температуры микроволнового фона и поэтому не наблюдается.

Что такое информационный парадокс?

Парадокс потери информации обусловлен излучением Хокинга. Это излучение сугубо термическое, то есть случайно и из определенных свойств имеет только температуру. Излучение само по себе не содержит никакой информации о том, как сформировалась черная дыра. Но когда черная дыра испускает излучение, она теряет массу и сокращается. Все это совершенно не зависит от вещества, которое стало частью черной дыры или из которого она образовалась. Выходит, зная только конечное состояние испарения нельзя сказать, из чего сформировалась черная дыра. Этот процесс «необратим» — и загвоздка в том, что в квантовой механике нет такого процесса.

Выходит, испарение черной дыры несовместимо с квантовой теории, известной нам, и с этим нужно что-то делать. Каким-то образом устранить несогласованность. Большинство физиков считают, что решение состоит в том, что излучение Хокинга должно каким-то образом содержать информацию.

Что предлагает Хокинг для решения информационного парадокса черной дыры?

Идея состоит в том, что у черных дыр должен быть способ хранить информацию, который до сих пор не приняли. Информация хранится на горизонте черной дыры и может вызывать крошечные смещения частиц в излучении Хокинга. В этих крошечных смещения может быть информация о попавшей внутрь материи. Точные детали этого процесса в настоящее время не определены. Ученые ждут более подробного технического документа от Стивена Хокинга, Малькома Перри и Эндрю Строминджера. Говорят, он появится в конце сентября.

На данный момент мы уверены, что черные дыры существуют, знаем, где они находятся, как образуются и чем станут в итоге. Но детали того, куда девается поступающая в них информация, до сих пор представляют одну из самых больших загадок Вселенной.

Давайте обсудим Черные Дыры в нашем Telegram-канале?

Источник: Hi-News.ru

Не все черные дыры одинаковы

Черные дыры могут иметь разные характеристики, поэтому ни одна из них не является абсолютно одинаковой. Они различаются по размеру; у некоторых есть электрические заряды, в то время как у других нет, в то время как некоторые могут быть неподвижными в отличие от тех, которые вращаются быстро. Черная дыра — это просто колоссальное тело, если смотреть на нее с гравитационной силой других объектов с такой же массой.

Эта масса покрыта горизонтом событий, областью, которая отделяет черную дыру от внешнего пространства. Именно внешняя сторона черной дыры служит завесой и не позволяет нам заглянуть внутрь. Несмотря на то, что горизонт событий служит щитом для черной дыры, он не имеет физической формы. Это просто пространство, покрывающее определенное расстояние, и после его пересечения выход невозможен из-за сильного гравитационного притяжения, упомянутого выше. Даже свет не может избежать огромной силы гравитации, которая находится внутри черной дыры.

Внутри черной дыры

Как только горизонт событий пересекается, вход в черную дыру неизбежен. Ученые называют черную дыру сингулярностью. Это означает, что это точка, где все законы физики становятся идентичными друг другу. Пространство и время перестают существовать как взаимосвязанные реальности и сливаются, теряя всякую независимость.

Что в нутри черные дыры

Время, необходимое для достижения черной дыры, зависит от ее массы, но в общем случае она составляет не более нескольких секунд. Приближаясь к сингулярности, свет из окружающего его пространства все еще виден и продолжает следовать за входом. Из-за замедления времени вселенная за пределами черной дыры кажется, что она движется с более высокой скоростью.

Никто не знает, что будет дальше

Поскольку масса черной дыры сгущается в очень маленькую точку, сила тяжести может сильно варьироваться. Это означает, что любой объект, который входит, начинает быстро менять свою форму. Даже черная дыра растягивается до такой степени, что она занимает большую часть вашего зрения.
После того, как поверхность черной дыры достигнута, все остальное остается загадкой. Ничто не ускользает от сингулярности, поэтому нет способа извлечь точные данные, чтобы выяснить, что именно происходит внутри. С дальнейшими достижениями в наших теориях физики мы должны стать ближе к разгадке этой тайны.

Почему черная дыра также называется сингулярностью?

Потому что это точка, где все законы физики становятся идентичными друг другу. Пространство и время перестают существовать как взаимосвязанные реальности и сливаются, теряя всякую независимость.

Источник: new-science.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.