ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. PIETANATE
Să încercăm să întoarcem ceasul înapoi. Înainte de apariția vieții, înainte de apariția Pământului, înainte de nașterea Soarelui și de formarea galaxiilor, înainte ca lumina să înceapă să curgă, sa întâmplat. Și asta a fost acum 13,8 miliarde de ani.
Dar ce a fost mai întâi? Mulți fizicieni susțin că nu există „înainte”. Ei cred că timpul însuși a început în momentul Big Bang-ului și tot ceea ce a venit înainte nu se încadrează în sfera științifică. Conform acestui punct de vedere, nu vom putea niciodată să înțelegem cum era realitatea înainte de Big Bang, din ce componente s-a format și de ce s-a întâmplat să dea naștere universului nostru.
Dar există oameni de știință care sunt străini de convenții și nu sunt de acord. Acești oameni construiesc teorii complicate conform cărora, în momentul trecător de dinaintea Big Bang-ului, toată energia și masa universului în curs de dezvoltare a fost comprimată într-o grăuntă irealist de densă, dar destul de limitată. O poți numi „Sămânța unei noi realități”.
Acești fizicieni nebuni cred că Sămânța era inimaginabil de mică, probabil de trilioane de ori mai mică decât orice particulă elementară care poate fi observată de om. Și totuși, acest cereal a fost cel care a devenit impulsul pentru apariția tuturor celorlalte: alte particule, galaxii, sistemul nostru solar și oameni. Dacă ești cu adevărat dornic să numești ceva o părticică a lui Dumnezeu, atunci această Sămânță este cel mai bun candidat pentru un astfel de nume.
Atunci cum a apărut această Sămânță? Ideea prezentată de Nikodim Poplavsky de la Universitatea din New Haven afirmă că Sămânța realității noastre a apărut în cuptorul primordial al unei găuri negre.
Reproducerea multiversurilor
Înainte de a săpă mai adânc, merită să înțelegem că în ultimii ani, mulți interesați de această problemă au ajuns la concluzia că universul nostru este departe de a fi unic. Poate fi doar o mică parte a vastului multivers, una dintre bilele luminoase din adevăratele ceruri de noapte.
Nimeni nu știe cum sunt conectate aceste universuri între ele sau dacă există o astfel de conexiune. Și deși disputele apărute în această chestiune sunt speculative și de nedemonstrat, există totuși o idee interesantă că Sămânța fiecărui univers este foarte asemănătoare cu sămânța unei plante. O bucată mică de materie prețioasă, comprimată compact și ascunsă sub o carcasă de protecție.
Acest lucru explică foarte precis evenimentele care au loc în interiorul găurii negre. Toate găurile negre sunt rămășițele unor stele gigantice care au rămas fără combustibil și s-au prăbușit în miezul lor. Când forțele gravitației comprimă totul cu o putere uluitoare și din ce în ce mai mare. Apoi temperatura crește la 100 de miliarde de grade, atomii se dezintegrează, iar electronii sunt rupti în bucăți. Și atunci mizeria asta se micșorează și mai mult.
Acum steaua este o gaură neagră. Aceasta înseamnă că forța atracției sale este atât de enormă încât nici măcar o rază de lumină nu poate scăpa din ea. Granița dintre părțile exterioare și interioare ale unei găuri negre se numește orizont de evenimente. În centrul aproape fiecarei galaxii, fără a exclude Calea Lactee, dacă te uiți cu atenție, poți găsi Găuri Negre masive care sunt de milioane de ori mai mari decât Soarele nostru.
Întrebări fără fund
Folosind teoria lui Einstein pentru a determina ce se întâmplă în fundul găurii negre, cu siguranță ne vom întâlni cu conceptul de singularitate, conform căruia există un punct infinit de dens și infinit de mic. Și asta contrazice natura însăși, în care infiniturile par să nu existe... Problema constă în formulele lui Einstein în sine, care sunt ideale pentru calcule privind cea mai mare parte a spațiu-timpului, dar nu funcționează deloc la scara cuantică a incredibilului. forțe care guvernează nașterea universurilor și trăiesc în interiorul găurilor negre.
Fizicienii teoreticieni precum Dr. Poplavsky susțin că materia dintr-o gaură neagră ajunge în punctul în care nu mai este posibil să o comprimați. Această sămânță mică cântărește cât un miliard de stele, dar, spre deosebire de singularitate, este încă destul de reală.
Poplavsky crede că compresia se oprește, deoarece găurile negre se rotesc foarte repede, atingând eventual viteza luminii în această rotație. Iar această Sămânță mică și grea, care posedă o torsiune axială ireală, comprimată și răsucită, poate fi comparată cu un arc cu cric. Dintr-o dată, această Sămânță poate încolți și face acest lucru cu o bubuitură puternică. Astfel de cazuri se numesc Big Bang sau, așa cum preferă să spună Poplavsky, Big Rebound.
Cu alte cuvinte, se poate dovedi că Gaura Neagră este un tunel între două universuri și într-o singură direcție. Ceea ce înseamnă, la rândul său, că dacă cazi într-o Gaură Neagră, te vei regăsi imediat într-un alt univers (mai precis, ce a mai rămas din tine). Celălalt univers nu are legătură cu al nostru; gaura este doar o verigă de legătură, ca o rădăcină comună din care cresc doi copaci.
Deci, ce rămâne cu noi toți, în universul nostru natal? S-ar putea să fim copiii unui alt univers primordial, mai vechi. Sămânța forjată în interiorul găurii negre de universul-mamă poate să fi efectuat Big Bounce în urmă cu 13,8 miliarde de ani și, chiar dacă universul nostru încă se extinde rapid de atunci, este posibil să mai existăm dincolo de orizontul de evenimente al acelei găuri negre.
Știu că acest lucru se presupune că nu este binevenit aici, dar fac o postare încrucișată de aici, la cererea directă a autorului - Nikolai Nikolaevich Gorkavy. Există șanse ca ideea lor să revoluționeze știința modernă. Și este mai bine să citiți despre asta în original decât în repovestirea REN-TV sau Lenti.ru.
Pentru cei care nu au urmărit subiectul. Să luăm în considerare două găuri negre care se rotesc una în jurul celeilalte, să zicem, cu mase de 15 și 20 de unități (masa Soarelui). Mai devreme sau mai târziu se vor contopi într-o gaură neagră, dar masa acesteia nu va fi de 35 de unități, ci, să zicem, de doar 30. Cele 5 rămase vor zbura sub formă de unde gravitaționale. Este această energie pe care telescopul gravitațional LIGO o captează.
Esența ideii lui Gorkavy și Vasilkov este următoarea. Să presupunem că ești un observator, stând pe scaun și simțind atracția a 35 de unități de masă împărțite la pătratul distanței. Și apoi bam - literalmente într-o secundă masa lor scade la 30 de unități. Pentru tine, din cauza principiului relativității, acesta va fi imposibil de distins de situația în care ai fost aruncat înapoi în direcția opusă cu o forță de 5 unități, împărțită la pătratul distanței. Adică imposibil de distins de antigravitație.
UPD: deoarece nu toată lumea a înțeles paragraful anterior, luați în considerare un experiment de gândire folosind analogia propusă în. Deci, ești un observator, așezat într-un rezervor care se rotește pe o orbită circulară foarte înaltă în jurul centrului de masă al acestei perechi de găuri negre. După cum obișnuia să spună bunicul Einstein, fără să te uiți dintr-un tanc, nu poți face diferența dintre a te deplasa pe orbită și a agăța pe loc undeva în spațiul intergalactic. Acum, să presupunem că o gaură neagră a fuzionat și o parte din masa lor a zburat. În acest sens, va trebui să vă deplasați pe o orbită mai înaltă în jurul aceluiași centru de masă, dar deja o gaură neagră unită. Și vei simți această tranziție către o altă orbită în rezervorul tău (mulțumită ofmetalului), iar observatorii externi de la infinit o vor considera ca pe o lovitură care te împinge în direcția de la centrul de masă. /UPD
Apoi sunt o grămadă de calcule cu tensori OTO groaznici. Aceste calcule, după o verificare atentă, au fost publicate în două articole în MNRAS - una dintre cele mai autorizate reviste de astrofizică din lume. Legături către articole: , (preprint cu introducerea autorului).
Și concluziile sunt: nu a existat Big Bang, dar a existat (și există) o Big Black Hole. Ceea ce ne bântuie pe toți.
După lansarea a două articole principale cu soluții matematice, sarcina de a scrie un articol mai popular și mai larg, precum și de a promova cosmologia cosmică reînviată, a intrat pe ordinea de zi. Și apoi s-a dovedit că, în mod surprinzător, europenii au reușit să reacționeze la al doilea articol, care deja mă invitase să prezint un raport în plen de 25 de minute în iunie despre accelerația Universului cu masă variabilă. Văd asta ca un semn bun: experții s-au săturat de „întunericul cosmologic” și caută o alternativă.
Jurnalistul Ruslan Safin a trimis și el întrebări în legătură cu publicarea celui de-al doilea articol. O versiune oarecum scurtată a răspunsurilor a fost publicată astăzi în „South Ural Panorama” sub următorul titlu din partea editorilor: „În interiorul găurii negre. Astronomul Nikolai Gorki a găsit centrul Universului.”
În primul rând, de dragul adevărului, trebuie să remarc că Alexander Vasilkov a fost cel care a început să pună în mod activ întrebarea „naivă”: Are Universul un centru? - care a inițiat toată munca noastră cosmologică ulterioară. Așa că am căutat și am găsit acest centru împreună. În al doilea rând, ziarul a cerut o fotografie cu noi împreună, dar nu a primit-o, așa că o prezint aici împreună cu textul integral al interviului citit de Sasha și completat cu comentariile sale. Iată-ne: Alexander Pavlovich Vasilkov în stânga, iar eu în dreapta:
1. După publicarea primului tău articol cu Vasilkov, ai sugerat că expansiunea accelerată observată a Universului este asociată cu predominarea forțelor de respingere asupra forțelor atractive la distanțe mari. În noul articol, ajungi la o altă concluzie - despre expansiunea relativ accelerată: ni se pare că ceva se accelerează pentru că noi înșine încetinim. Ce te-a adus la această idee?
Într-o lucrare din 2016 publicată în Jurnalul Societății Regale de Astronomie, eu și Alexander Vasilkov am arătat că, dacă masa gravitațională a unui obiect se modifică, atunci pe lângă accelerația newtoniană obișnuită, în jurul acestuia apare o forță suplimentară. Ea cade invers proporțional cu distanța de la obiect, adică mai lent decât forța newtoniană, care depinde de pătratul distanței. Prin urmare, noua forță trebuie să domine pe distanțe lungi. Când masa unui obiect a scăzut, noua forță a dat repulsie sau antigravitație atunci când a crescut, a apărut o atracție suplimentară, hipergravitație. Acesta a fost un rezultat matematic riguros care a modificat celebra soluție Schwarzschild și a fost obținut în cadrul teoriei gravitației lui Einstein. Concluzia este aplicabilă pentru o masă de orice dimensiune și este făcută pentru un observator staționar.
Dar atunci când discutăm aceste rezultate, am exprimat verbal ipoteze suplimentare - mai degrabă, sperăm că antigravitația găsită este responsabilă atât pentru expansiunea Universului, cât și pentru accelerarea expansiunii sale în ochii observatorilor însoțitori, adică tu și eu. În timp ce lucram la cel de-al doilea articol, care a fost publicat în luna februarie a acestui an în aceeași revistă și a fost direct dedicat cosmologiei, am descoperit că realitatea este mai complexă decât speranțele noastre. Da, antigravitația descoperită este responsabilă pentru Big Bang și expansiunea evidentă a Universului - aici am avut dreptate în presupunerile noastre. Dar accelerația subtilă a expansiunii cosmologice observată de observatori în 1998 s-a dovedit a fi datorată nu antigravitației, ci hipergravitației din munca noastră din 2016. Soluția matematică riguroasă rezultată indică în mod clar că această accelerație va avea semnul observat numai atunci când o parte din masa Universului crește și nu scade. În raționamentul nostru calitativ, nu am ținut cont de faptul că dinamica expansiunii cosmologice arată foarte diferită din punctul de vedere al unui observator staționar și pentru observatorii însoțitori aflați în galaxiile în expansiune.
Matematica, care este mai inteligentă decât noi, conduce la următoarea imagine a evoluției Universului: datorită fuziunii găurilor negre și tranziției masei lor în unde gravitaționale, masa Universului care se prăbușește din ciclul anterior a scăzut brusc - și a apărut o puternică antigravitație, care a provocat Big Bang-ul, adică expansiunea modernă a Universului. Această antigravitație a scăzut apoi și a fost înlocuită de hipergravitație din cauza creșterii unei uriașe găuri negre care a apărut în centrul Universului. Ea crește datorită absorbției undelor gravitaționale de fundal, care joacă un rol important în dinamica spațiului. Această creștere a Marii Gauri Negre a fost cea care a cauzat întinderea părții observabile a Universului din jurul nostru. Acest efect a fost interpretat de observatori ca o accelerare a expansiunii, dar de fapt este o decelerare neuniformă a expansiunii. Până la urmă, dacă într-o coloană de mașini mașina din spate rămâne în urmă față de față, aceasta poate însemna atât accelerația primului automobil, cât și frânarea celui din spate. Din punct de vedere matematic, influența unei găuri negre mari în creștere face ca așa-numita „constantă cosmologică” să apară în ecuațiile lui Friedmann, care este responsabilă pentru accelerarea observată a recesiunii galaxiilor. Calculele teoreticienilor cuantiști s-au îndepărtat de observații cu 120 de ordine de mărime, dar le-am calculat în cadrul teoriei clasice a gravitației - și a coincis bine cu datele satelitului Planck. Iar concluzia că masa Universului crește acum oferă o oportunitate excelentă de a construi un model ciclic al Universului, la care au visat mai multe generații de cosmologi, dar nu s-a realizat niciodată. Universul este un pendul imens în care găurile negre se transformă în unde gravitaționale, iar apoi are loc procesul invers. Un rol cheie aici îl joacă concluzia lui Einstein că undele gravitaționale nu au masă gravitațională, ceea ce permite Universului să-și schimbe masa și să evite colapsul ireversibil.
2. Cum a apărut Marea Gaură Neagră în creștere, care este responsabilă pentru expansiunea relativ accelerată a Universului?
Natura materiei întunecate, care, de exemplu, a provocat rotația accelerată a galaxiilor, este un mister de aproape un secol. Cele mai recente rezultate de la observatorul LIGO, care a surprins mai multe unde gravitaționale de la fuziunea găurilor negre masive, au ridicat vălul secretului. O serie de cercetători au propus un model conform căruia materia întunecată este formată din găuri negre, în timp ce mulți cred că acestea au venit la noi din ultimul ciclu al Universului. Într-adevăr, o gaură neagră este singurul obiect macroscopic care nu poate fi distrus nici măcar prin comprimarea Universului. Dacă găurile negre alcătuiesc cea mai mare parte a masei barionice a spațiului, atunci când Universul se contractă la o dimensiune de câțiva ani lumină, aceste găuri negre se vor fuziona în mod activ între ele, aruncând o parte semnificativă din masa lor în unde gravitaționale. Ca urmare, masa totală a Universului va scădea brusc, iar la locul fuziunii norului de găuri mici va rămâne o gaură neagră uriașă, de dimensiunea de ordinul unui an lumină și cu o masă de trilioane. a maselor solare. Este un rezultat inevitabil al prăbușirii Universului și al fuziunii găurilor negre, iar după Big Bang începe să crească, absorbind radiația gravitațională și orice materie din jur. Mulți autori, printre care și Penrose, au înțeles că o astfel de supergăură va apărea în stadiul prăbușirii Universului, dar nimeni nu știa cât de important a jucat această Mare Gaură Neagră în dinamica expansiunii ulterioare a Universului.
3. Cât de departe este de noi și unde exact (în ce parte a cerului) se află? Care sunt parametrii ei?
Credem că se află la aproximativ cincizeci de miliarde de ani lumină distanță. O serie de studii independente indică anizotropia diferitelor fenomene cosmologice - și multe dintre ele indică o regiune a cerului în apropierea constelației slabe Sextant. Termenul „axă diavolească” a apărut chiar și în cosmologie. Pe baza ratei actuale de expansiune accelerată a Universului, se poate estima dimensiunea Marii Gauri Negre la un miliard de ani lumină, ceea ce dă masa sa de 6*10^54 grame sau miliarde de trilioane de mase solare - adică, a crescut de un miliard de ori de la origine! Dar am primit și aceste informații despre masa Marii Găuri Negre cu o întârziere de miliarde de ani. În realitate, Marea gaură neagră este deja mult mai mare, dar cât de greu este de spus este nevoie de cercetări suplimentare.
4. Este posibil, de la distanța la care se află această gaură neagră, folosind instrumentele existente pentru a vedea, dacă nu ea însăși, atunci măcar semne indirecte care indică prezența ei în această parte a Universului? În ce condiții va deveni disponibil pentru studiu direct?
Studiind accelerația expansiunii Universului și modul în care aceasta depinde de timp, vom determina evoluția parametrilor Marii Gauri Negre. Anizotropia efectelor cosmologice se manifestă în distribuția fluctuațiilor radiațiilor cosmice de fond cu microunde pe cer, în orientarea axelor galaxiilor și a unui număr de alte fenomene. Acestea sunt, de asemenea, modalități de a studia Marea Gaură Neagră de la distanță. O vom studia și direct, dar mai târziu.
5. Ce am vedea dacă am putea zbura către această gaură neagră? Este posibil să te scufunzi în ea fără a-ți risca viața? Ce vom găsi sub suprafața lui?
Chiar și manualele oferă o mulțime de informații contradictorii despre spațiul intern al găurilor negre. Mulți oameni cred că la granița găurilor negre vom fi cu siguranță sfâșiați de forțele mareelor în panglici mici - chiar și cuvântul „spaghetificare” a apărut. De fapt, forțele de maree la marginea unei găuri negre foarte mari sunt complet imperceptibile și, conform soluțiilor stricte ale ecuațiilor lui Einstein, pentru un observator în cădere, procesul de trecere a marginii unei găuri negre este neremarcabil. Cred că sub suprafața Marii Gauri Negre vom vedea aproape același Univers - acele galaxii care s-au scufundat în el mai devreme. Principala diferență va fi schimbarea de la retragerea galaxiilor la abordarea lor: toți cercetătorii sunt de acord că în interiorul unei găuri negre totul cade spre centru.
6. Dacă această gaură neagră crește, atunci într-o zi va absorbi toată cealaltă materie. Ce se va întâmpla atunci?
Granița Marii Gauri Negre va merge până la limita Universului observabil, iar soarta ei va înceta să ne îngrijoreze. Iar Universul din interiorul găurii va intra în a doua fază a ciclului său - când expansiunea lasă loc compresiei. Nu este nimic tragic în asta, deoarece compresia va dura aproximativ aceleași miliarde de ani pe care i-a luat pentru extindere. Ființele inteligente ale acestui ciclu al Universului vor simți probleme în zeci de miliarde de ani, când temperatura radiației cosmice de fond cu microunde crește atât de mult încât planetele se vor supraîncălzi din cauza cerului cald de noapte. Poate că pentru unii extratereștri al căror soare se stinge, aceasta va deveni, dimpotrivă, mântuire, deși temporară - pentru o sută de milioane de ani. Când Universul actual se micșorează la o dimensiune de câțiva ani lumină, își va pierde din nou masa, ceea ce va provoca Big Bang. Un nou ciclu de expansiune va începe și o nouă gaură neagră mare va apărea în centrul Universului.
7. Când credeți că ar trebui să aibă loc acest eveniment (prăbușirea Universului într-o gaură neagră)? Este acest interval de timp constant pentru toate ciclurile de expansiune/compresie sau poate varia?
Cred că ciclurile cosmologice urmează o anumită perioadă cu o bună acuratețe, raportată la masa și energia totală a Universului. Este dificil de spus în ce stadiu exact al ciclului nostru ne aflăm - pentru aceasta trebuie să construim modele cosmologice specifice cu un anumit număr de barioni, găuri negre, unde gravitaționale și alte tipuri de radiații. Când va ajunge la noi marginea unei găuri negre mari în creștere? Calculele arată că va ajunge cu siguranță la un mod de expansiune superluminală - acest lucru nu încalcă teoria relativității, deoarece limita unei găuri negre nu este un obiect material. Dar această viteză superluminală înseamnă că întâlnirea noastră cu această margine a Marii Gauri Negre se poate întâmpla în orice moment - nu vom putea detecta apropierea ei prin observații care sunt limitate de viteza luminii. Pentru a evita panica, repet: nu văd nimic tragic în asta, dar cosmologii vor începe să observe cum deplasarea roșie a galaxiilor îndepărtate se va schimba în albastru. Dar pentru aceasta, lumina de la ei trebuie să aibă timp să ajungă la noi.
8. Ce date observaționale și teoretice vorbesc în favoarea modelului cosmologic pe care îl propui, sau poate chiar îl fac obligatoriu?
Ecuațiile Friedmann clasice se bazează pe principiul izotropiei și al omogenității. Astfel, cosmologia convențională, în principiu, nu ar putea lua în considerare efectele de anizotropie despre care vorbesc mulți observatori. Ecuațiile Friedman modificate obținute în lucrarea noastră din 2018 cu Vasilkov includ efecte anizotrope - la urma urmei, Marea Gaură Neagră este situată într-o anumită direcție. Acest lucru deschide oportunități pentru studierea acestor efecte, ceea ce va confirma teoria în sine. Nu am construit o nouă cosmologie, pur și simplu inserăm izvoarele dinamice lipsă în cosmologia clasică bine dezvoltată care a apărut la mijlocul secolului al XX-lea, începând cu munca lui Gamow și a grupului său. Reînviam această cosmologie clasică, făcând-o parte din fizica obișnuită. Acum nu conține nicio presupunere despre gravitația cuantică, despre dimensiunile extraspațiale și despre entități întunecate precum „inflația”, „tranzițiile de fază în vid”, „energia întunecată” și „materia întunecată”. Funcționează numai în cadrul teoriei clasice și bine testate a gravitației a lui Einstein, folosind doar componente cunoscute ale cosmosului, cum ar fi găurile negre și undele gravitaționale. Deoarece explică bine fenomenele observabile, acest lucru îl face absolut obligatoriu - conform principiilor științei. Există multe modele cosmologice, dar există o singură realitate. Cosmologia clasică reînviată este uimitor de elegantă și simplă, așa că cred că am învățat adevăratul mod în care există universul.
Lumea nu-ți datorează nimic - a fost aici înaintea ta.
- Mark Twain
Un cititor întreabă:
De ce nu s-a prăbușit Universul într-o gaură neagră imediat după Big Bang?
Sincer să fiu, eu m-am gândit mult la asta. Si de aceea.
Universul este plin de toate zilele astea. Galaxia noastră este o mizerie rece de stele, planete, gaze, praf, multă materie întunecată, care conține 200 până la 400 de miliarde de stele și cântărește de un trilion de ori mai mult decât întregul nostru sistem solar. Dar galaxia noastră este doar una dintre trilioanele de galaxii de dimensiuni similare împrăștiate în Univers.
Dar oricât de masiv este Universul, această masă este distribuită într-un spațiu vast. Partea observabilă a Universului are un diametru de aproximativ 92 de miliarde de ani lumină, ceea ce este greu de imaginat în comparație cu limitele sistemului nostru solar. Orbita lui Pluto și a altor obiecte din centura Kuiper este de 0,06% dintr-un an lumină. Prin urmare, avem o masă uriașă distribuită pe un volum uriaș. Și mi-ar plăcea să-mi imaginez cum se raportează între ei.
Ei bine, Soarele nostru cântărește 2*10^30 kg. Aceasta înseamnă că conține 10^57 de protoni și neutroni. Dacă luăm în considerare că Universul conține 10^24 de mase solare de materie obișnuită, rezultă că o sferă cu o rază de 46 de miliarde de kilometri conține 10^81 de nucleoni. Dacă calculăm densitatea medie a Universului, se dovedește a fi aproximativ doi protoni pe metru cub. Și acesta este MISER!
Prin urmare, dacă începeți să vă gândiți la stadiul incipient al dezvoltării Universului nostru, când toată materia și energia au fost adunate într-un spațiu foarte mic, care era mult mai mic chiar decât Sistemul nostru Solar, trebuie să ne gândim la problema noastră. cititor.
Când Universul avea o picosecundă după Big Bang, toată această materie conținută acum în stele, galaxii, clustere și superclustere ale Universului se afla într-un volum mai mic decât o sferă cu o rază egală cu raza actuală a orbitei Pământului.
Și, fără a scăpa de teoria conform căreia întregul Univers se încadrează într-un volum atât de mic, să spunem că știm despre găuri negre care există deja și a căror masă este mult mai mică decât masa Universului, iar dimensiunea lor este mult mai mare decât volumul amintit!
În fața ta se află gigantica galaxie eliptică Messier 87, cea mai mare galaxie la o distanță de 50 de milioane de ani lumină de noi, ceea ce reprezintă 0,1% din raza Universului observabil. În centrul său există o gaură neagră supermasivă cu o masă de 3,5 miliarde solare. Aceasta înseamnă că are o rază Schwarzschild - sau raza din care lumina nu poate scăpa. Are aproximativ 10 miliarde de kilometri, adică de 70 de ori distanța de la Pământ la Soare.
Deci, dacă o astfel de masă într-un volum atât de mic duce la apariția unei găuri negre, de ce o masă de 10^14 ori mai mare, fiind într-un volum și mai mic, nu a dus la apariția unei găuri negre, dar, evident, a dus la apariția Universului nostru?
Așa că aproape că nu l-a adus. Universul se extinde în timp, iar rata lui de expansiune scade pe măsură ce ne îndreptăm spre viitor. În trecutul îndepărtat, în primele picosecunde ale Universului, rata de expansiune a acestuia era mult, mult mai mare decât este acum. Cât mai mult?
Astăzi, Universul se extinde cu o viteză de aproximativ 67 km/s/Mpc, ceea ce înseamnă că pentru fiecare megaparsec (aproximativ 3,26 milioane de ani lumină) în care ceva se află departe de noi, distanța dintre noi și acel obiect se extinde într-un ritm. de 67 de kilometri pe secundă. Când vârsta universului era de picosecunde, această viteză era mai aproape de 10^46 km/s/MPc. Pentru a pune acest lucru în perspectivă, această rată de expansiune de astăzi ar duce la îndepărtarea fiecărui atom de materie de pe Pământ de ceilalți atât de repede încât distanța dintre ei ar crește cu un an lumină în fiecare secundă!
Această extensie descrie ecuația de mai sus. Pe o parte se află H, rata de expansiune Hubble a Universului, iar pe cealaltă există o mulțime de lucruri. Dar cel mai important lucru este variabila ρ, care denotă densitatea de energie a Universului. Dacă H și ρ sunt perfect echilibrate, Universul poate supraviețui foarte mult timp. Dar chiar și un dezechilibru ușor va duce la una dintre cele două consecințe foarte neplăcute.
Dacă rata de expansiune a Universului ar fi puțin mai mică, în raport cu cantitatea de masă și energie, atunci Universul nostru s-ar confrunta cu un colaps aproape instantaneu. Transformarea într-o gaură neagră sau Big Crunch s-ar întâmpla foarte repede. Și dacă rata de expansiune ar fi doar puțin mai mare, atomii nu s-ar conecta deloc între ei. Totul s-ar extinde atât de repede încât fiecare particulă subatomică ar exista în propriul univers, fără cu ce să interacționeze.
Cât de diferite au trebuit să fie ratele de expansiune pentru a obține rezultate atât de diferite? La 10%? Cu 1%? Cu 0,1%?
Du-l mai sus. Ar fi nevoie de o diferență mai mică de 1/10^24 pentru a da timp Universului să dureze 10 miliarde de ani. Adică, chiar și o diferență de 0,00000001% față de rata de expansiune care a avut loc ar fi suficientă pentru ca Universul să se prăbușească înapoi în mai puțin de o secundă dacă expansiunea ar fi prea lentă. Sau pentru a preveni formarea chiar și a unui atom de heliu dacă expansiunea ar fi prea mare.
Dar nu avem nimic din toate acestea: avem un Univers care este un exemplu de echilibru aproape perfect între expansiunea și densitatea materiei și radiații, iar starea actuală diferă de echilibrul ideal doar printr-o constantă cosmologică foarte mică, diferită de zero. Nu putem explica încă de ce există, dar poate vă va plăcea să aflați despre ceea ce nu o explică!
Materialul a fost pregătit de editorii InoSMI special pentru secțiunea RIA Science >>
Michael Finkel
Să întoarcem ceasul înapoi. Înainte ca om, înainte ca Pământul, înainte ca Soarele să se aprindă, înainte să se nască galaxiile, înainte ca lumina să strălucească, a fost un „big bang”. Acest lucru s-a întâmplat acum 13,8 miliarde de ani.
Supernovele au însămânțat spațiul cu elemente grele în Universul timpuriuOamenii de știință care au folosit telescopul spațial cu raze X Suzaku din Japonia au examinat distribuția fierului în clusterul de galaxii Perseus, situat la 250 de milioane de ani lumină distanță.Dar ce s-a întâmplat înainte de asta? Mulți fizicieni spun că „înainte de aceasta” nu există. Ei susțin că timpul a început să conteze în momentul „big bang-ului”, crezând că tot ceea ce a existat anterior nu este inclus în domeniul științei. Nu vom înțelege niciodată cum era realitatea înainte de Big Bang, din ce s-a format și de ce a venit să creeze Universul nostru. Asemenea idei depășesc înțelegerea umană.
Dar unii oameni de știință neconvenționali nu sunt de acord. Acești fizicieni teoretizează că, cu câteva momente înainte de „big bang”, întreaga masă și energie a universului în curs de dezvoltare au fost comprimate într-un granul incredibil de dens, dar finit. Să-i spunem sămânța unui nou univers.
Ei cred că sămânța era inimaginabil de mică, poate de trilioane de ori mai mică decât orice particulă care ar putea fi observată de oameni. Și totuși, această particulă a dat naștere tuturor celorlalte particule, ca să nu mai vorbim despre galaxii, sistemul solar, planete și oameni.
Dacă vrei cu adevărat să numești ceva o părticică a lui Dumnezeu, atunci această sămânță este perfectă pentru acest nume.
Deci, cum a apărut această sămânță? O idee a fost prezentată în urmă cu câțiva ani de Nikodem Poplawski, care lucrează la Universitatea din New Haven. Este că sămânța Universului nostru a fost forjată în cuptorul primordial în care gaura neagră a devenit pentru el.
Înmulțirea multiversurilor
Înainte de a merge mai departe, este important să înțelegem că în ultimii douăzeci de ani mulți fizicieni teoreticieni s-au convins că universul nostru nu este singurul. Putem face parte dintr-un multivers, reprezentând un număr mare de universuri individuale, fiecare dintre ele fiind o minge strălucitoare pe adevăratul cer de noapte.
Există multe controverse cu privire la modul în care un univers este conectat la altul și dacă există o astfel de conexiune. Dar toate aceste dispute sunt pur speculative, iar adevărul este de nedemonstrat. Dar o idee atractivă este că sămânța universului este ca sămânța unei plante. Aceasta este o bucată de materie esențială, strâns comprimată și ascunsă în interiorul unei învelișuri de protecție.
Aceasta explică exact ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre. Găurile negre sunt cadavrele unor stele gigantice. Când o astfel de stea rămâne fără combustibil, miezul ei se prăbușește. Forța gravitației trage totul împreună cu o forță incredibilă și din ce în ce mai mare. Temperaturile ajung la 100 de miliarde de grade. Atomii se prăbușesc. Electronii sunt sfâșiați. Și atunci această masă se micșorează și mai mult.
În acest moment, steaua se transformă într-o gaură neagră. Aceasta înseamnă că forța sa atractivă este atât de enormă încât nici măcar o rază de lumină nu poate scăpa din ea. Limita dintre interiorul și exteriorul unei găuri negre se numește orizont de evenimente. În centrul aproape fiecărei galaxii, inclusiv în Calea Lactee, oamenii de știință descoperă găuri negre colosale, de câteva milioane de ori mai masive decât Soarele nostru.
Întrebări fără fond
Dacă folosiți teoria lui Einstein pentru a determina ce se întâmplă în partea de jos a unei găuri negre, puteți calcula un punct care este infinit de dens și infinit de mic. Acest concept ipotetic se numește singularitate. Dar în natură, de obicei, infiniturile nu există. Problema constă în teoriile lui Einstein, care oferă calcule excelente pentru o mare parte din spațiul cosmic, dar se destramă în fața unor forțe incredibile, cum ar fi cele din interiorul unei găuri negre sau cele prezente la nașterea universului.
Fizicieni precum Dr. Poplavsky spun că materia din interiorul unei găuri negre ajunge de fapt într-un punct în care nu mai poate fi strânsă. Această „sămânță” este incredibil de mică și cântărește cât un miliard de stele. Dar, spre deosebire de singularitate, este destul de reală.
Potrivit lui Poplavsky, procesul de compresie se oprește deoarece găurile negre se rotesc. Se rotesc foarte repede, posibil atingând viteza luminii. Și această torsiune conferă semințelor comprimate o rotație axială incredibilă. Sămânța nu este doar mică și grea; este tot răsucit și comprimat, ca arcul acelui diavol din tabatura.
Oamenii de știință au măsurat pentru prima dată câmpul magnetic al găurii negre din centrul galaxieiGaura neagră supermasivă Sgr A* este situată în centrul galaxiei noastre. Anterior, astronomii au descoperit pulsarul radio PSR J1745-2900 în centrul galaxiei noastre. Ei au folosit radiația emanată de el pentru a măsura puterea câmpului magnetic la gaura neagră.Cu alte cuvinte, este foarte posibil ca o gaură neagră să fie un tunel, o „uşă cu sens unic” între două universuri, spune Poplavsky. Aceasta înseamnă că dacă cazi în gaura neagră din centrul Căii Lactee, este foarte posibil să ajungi într-un alt univers (ei bine, dacă nu tu, atunci corpul tău zdrobit în particule minuscule). Acest alt univers nu este în interiorul nostru; gaura este pur și simplu o legătură de legătură, ca o rădăcină comună din care cresc doi arbori de aspen.
Dar noi toți, în propriul nostru univers? S-ar putea să fim un produs al altui univers, mai vechi. Să-l numim adevăratul nostru univers. Acea sămânță pe care universul-mamă a forjat-o în interiorul găurii negre ar fi putut să fi făcut o mare explozie acum 13,8 miliarde de ani și, deși Universul nostru s-a extins rapid de atunci, este posibil să fim încă dincolo de orizontul de evenimente al găurii negre.
Rezumat pe tema:
„Găurile negre ale universului”
Vladivostok
2000
Conţinut:
Găurile negre ale universului______________________________3
Ipoteze și paradoxuri______________________________6
Concluzie________________________________________________14
Lista literaturii folosite_________________15
Găurile negre ale universului
Acest fenomen părea să conțină atât de multe inexplicabile, aproape mistice, încât până și Albert Einstein, ale cărui teorii, de fapt, au dat naștere ideii găurilor negre, pur și simplu nu credea în existența lor. Astăzi, astrofizicienii sunt din ce în ce mai convinși că găurile negre sunt o realitate.
Calculele matematice arată că există giganți invizibili. Acum patru ani, un grup de astronomi americani și japonezi și-au îndreptat telescopul spre constelația Canes Venatici, spre nebuloasa spirală M106 situată acolo. Această galaxie se află la 20 de milioane de ani lumină distanță de noi, dar poate fi văzută chiar și cu un telescop amator. Mulți credeau că este la fel ca mii de alte galaxii. În urma unui studiu atent, s-a dovedit că nebuloasa M106 are o caracteristică rară - în partea sa centrală există un generator cuantic natural - un maser. Aceștia sunt nori de gaz în care moleculele, datorită „pompării” externe, emit unde radio în regiunea microundelor. Maserul ajută la determinarea cu precizie a locației sale și a vitezei norului și, în cele din urmă, a altor corpuri cerești.
Astronomul japonez Makoto Mionis și colegii săi, în timp ce observau nebuloasa M106, au descoperit un comportament ciudat al maserului său cosmic. S-a dovedit că norii se rotesc în jurul unui centru situat la 0,5 ani lumină depărtare de ei. Astronomii au fost deosebit de intrigați de particularitatea acestei rotații: straturile periferice ale norilor se mișcau cu patru milioane de kilometri pe oră! Acest lucru sugerează că o masă gigantică este concentrată în centru. Conform calculelor, este egal cu 36 de milioane de mase solare.
M106 nu este singura galaxie în care este suspectată o gaură neagră. În nebuloasa Andromeda, cel mai probabil, există și aproximativ aceeași masă - 37 de milioane de sori. Se presupune că în galaxia M87 - o sursă extrem de intensă de emisie radio - a fost descoperită o gaură neagră, în care sunt concentrate 2 miliarde de mase solare! Orez. 1 Galaxy M87
Doar mesagerul undelor radio poate fi o gaură neagră, încă neînchisă complet de „capsula” spațiului curbat. Fizicianul sovietic Yakov Zeldovich și colegul său american Edwin Salpeter au raportat despre modelul pe care l-au dezvoltat. Modelul a arătat că gaura neagră atrage gazul din spațiul înconjurător și la început se adună într-un disc lângă ea. Ca urmare a ciocnirii particulelor, gazul se încălzește, pierde energie și viteză și începe să se îndrepte spre gaura neagră. Gazul încălzit la câteva milioane de grade formează un vortex în formă de pâlnie. Particulele sale se repezi cu o viteză de 100 de mii de kilometri pe secundă. În cele din urmă, vortexul de gaz ajunge la „orizontul evenimentelor” și dispare pentru totdeauna în gaura neagră.
Maserul din galaxia M106, despre care a fost discutat chiar la început, este situat într-un disc de gaz. Găurile negre care apar în Univers, judecând după ceea ce astronomii americani și japonezi au observat în nebuloasa spirală M106, au o masă incomparabil mai mare decât cele descrise de teoria lui Oppenheimer. El a luat în considerare cazul prăbușirii unei stele, a cărei masă nu este mai mare de trei solare. Nu există încă o explicație pentru modul în care se formează astfel de giganți pe care astronomii îi observă deja.
Modelele computerizate recente au arătat că un nor de gaz din centrul unei galaxii în curs de dezvoltare ar putea da naștere unei uriașe gauri negre. Dar este posibilă și o altă cale de dezvoltare: acumularea de gaz se sparge mai întâi în mulți nori mai mici, care vor da viață unui număr mare de stele. Cu toate acestea, în ambele cazuri, o parte din gazul cosmic, sub influența propriei gravitații, își va încheia în cele din urmă evoluția sub forma unei găuri negre.
Conform acestei ipoteze, există o gaură neagră în aproape fiecare galaxie, inclusiv în a noastră, undeva în centrul Căii Lactee.
 |
Observațiile așa-numitelor sisteme de stele duble, când doar o stea este vizibilă printr-un telescop, dau motive să credem că partenerul invizibil este o gaură neagră. Stelele acestei perechi sunt situate atât de aproape una de cealaltă, încât masa invizibilă „suge” materia stelei vizibile și o absoarbe. În unele cazuri, este posibil să se determine timpul de revoluție al unei stele în jurul partenerului său invizibil și distanța până la partenerul invizibil, ceea ce face posibilă calcularea masei ascunse de observație.
Primul candidat pentru un astfel de model este o pereche descoperită la începutul anilor '70. Este situat în constelația Cygnus (indicată de indicele Cygnus XI) și emite raze X. Aici se rotește o stea albastră fierbinte și, după toate probabilitățile, o gaură neagră cu o masă egală cu 16 mase solare. O altă pereche (V404) are o masă invizibilă de 12 Orez. 2 Cygnus XIînsorită O altă pereche suspectată este o sursă de raze X (LMCX3) de nouă mase solare situată în Marele Nor Magellanic.
Toate aceste cazuri sunt bine explicate în discuția lui John Michell despre „stelele întunecate”. În 1783 el a scris: „Dacă corpurile luminoase se învârt în jurul unui ceva invizibil, atunci ar trebui să putem, din mișcarea acestui corp în rotație, să deducem cu o anumită probabilitate existența acestui corp central.”
Ipoteze și paradoxuri
Relativitatea generală a prezis celebru că masa îndoaie spațiul. Și la doar patru ani după publicarea lucrării lui Einstein, acest efect a fost descoperit de astronomi. În timpul unei eclipse totale de soare, observând cu un telescop, astronomii au văzut stele care de fapt erau ascunse de marginea discului lunar negru care acoperea Soarele. Sub influența gravitației solare, imaginile stelelor s-au schimbat. (Precizia măsurătorilor este, de asemenea, uimitoare aici, deoarece acestea s-au deplasat cu mai puțin de o miime de grad!)
Astronomii știu acum cu siguranță că sub influența „lentilei gravitației”, care este reprezentată de stele grele și, mai ales, de găuri negre, pozițiile reale ale multor corpuri cerești diferă de fapt de cele pe care le vedem de pe Pământ. Galaxiile îndepărtate ne pot părea informe și „în formă de capsulă”. Aceasta înseamnă: gravitația este atât de puternică și spațiul este atât de răsucit încât lumina călătorește într-un cerc. Cu adevărat acolo poți vedea ce se întâmplă după colț.
Să ne imaginăm ceva complet incredibil: un oarecare astronaut curajos a decis să-și trimită nava într-o gaură neagră pentru a-i afla secretele. Ce va vedea el în această călătorie fantastică?
Pe măsură ce ceasul se apropie de țintă, ceasul navei spațiale va rămâne din ce în ce mai în urmă - acest lucru rezultă din teoria relativității. Apropiindu-se de țintă, călătorul nostru se va găsi într-o țeavă, ca într-un inel care înconjoară o gaură neagră, dar i se va părea că zboară printr-un tunel complet drept, și deloc în cerc. Dar un fenomen și mai uimitor îl așteaptă pe astronaut: odată ce acesta depășește „orizontul evenimentelor” și se deplasează de-a lungul țevii, își va vedea spatele, ceafa...
Teoria generală a relativității spune că conceptele „afară” și „înăuntru” nu au un sens obiectiv, ele sunt relative, la fel ca indicațiile „stânga” sau „dreapta”, „sus” sau „jos”. Toată această confuzie paradoxală cu indicațiile se potrivește foarte prost cu evaluările noastre de zi cu zi.
Odată ce nava trece granița găurii negre, oamenii de pe Pământ nu vor mai putea vedea nimic din ceea ce se va întâmpla acolo. Iar ceasul de pe navă se va opri, toate culorile se vor amesteca spre roșu: lumina își va pierde o parte din energie în lupta împotriva gravitației. Toate obiectele vor căpăta forme ciudate, distorsionate. Și în cele din urmă, chiar dacă această gaură neagră ar fi doar de două ori mai grea decât Soarele nostru, gravitația ar fi atât de puternică încât atât nava, cât și ipoteticul ei căpitan ar fi trase într-o sfoară și în curând smulse. Materia prinsă într-o gaură neagră nu va putea rezista forțelor care o trag spre centru. Este probabil ca materia să se dezintegreze și să intre într-o stare singulară. Potrivit unor idei, această materie degradată va deveni parte a unui alt Univers - găurile negre conectează spațiul nostru cu alte lumi.
 |
Ca toate corpurile din natură, stelele nu rămân neschimbate, ele se nasc, evoluează și în cele din urmă „mor”. Pentru a urmări calea vieții stelelor și a înțelege cum îmbătrânesc, trebuie să știți cum apar. În trecut, acesta părea un mare mister; astronomii moderni pot descrie deja cu mare încredere căile care duc la apariția stelelor strălucitoare pe cerul nostru nocturn.
Nu cu mult timp în urmă, astronomii credeau că a fost nevoie de milioane de ani pentru a forma o stea din gaz și praf interstelar. Dar, în ultimii ani, au fost făcute fotografii uimitoare ale unei regiuni a cerului care face parte din Marea Nebuloasă Orion, unde un mic grup de stele a apărut de-a lungul mai multor ani. Pe Fig.3 Nebuloasa Mare Orion fotografii din 1947 un grup de trei obiecte asemănătoare stelelor era vizibil în această locație. Până în 1954 unele dintre ele au devenit alungite, iar până în 1959. aceste formațiuni alungite s-au împărțit în stele individuale - pentru prima dată în istoria omenirii, oamenii au observat nașterea stelelor literalmente în fața ochilor noștri, acest eveniment fără precedent le-a arătat astronomilor că stelele se pot naște într-un interval scurt de timp și anterior părea; raționament ciudat conform căruia stelele apar de obicei în grupuri sau grupurile de stele s-au dovedit a fi adevărate.
