S. TRANKOVSKÝ
Medzi najdôležitejšie a najzaujímavejšie problémy modernej fyziky a astrofyziky pomenoval akademik V.L. Ginzburg problémy súvisiace s čiernymi dierami (pozri „Veda a život“ č. 11, 12, 1999). Existencia týchto zvláštnych objektov bola predpovedaná už pred viac ako dvesto rokmi, podmienky vedúce k ich vzniku boli presne vypočítané koncom 30. rokov 20. storočia a astrofyzika sa nimi začala vážne zaoberať pred necelými štyridsiatimi rokmi. Dnes vedecké časopisy po celom svete každoročne publikujú tisíce článkov o čiernych dierach.
K vzniku čiernej diery môže dôjsť tromi spôsobmi.
Takto je zvykom zobrazovať procesy prebiehajúce v blízkosti kolabujúcej čiernej diery. V priebehu času (Y) sa priestor (X) okolo neho (zatienená oblasť) zmenšuje a rúti sa smerom k singularite.
Gravitačné pole čiernej diery spôsobuje vážne deformácie geometrie priestoru.
Čierna diera, neviditeľná cez ďalekohľad, sa odhaľuje iba svojim gravitačným vplyvom.
V silnom gravitačnom poli čiernej diery sa rodia páry častica-antičastice.
Zrodenie páru častica-antičastica v laboratóriu.
AKO VZNIKAJÚ
Svetelné nebeské teleso, ktoré má hustotu rovnajúcu sa hustote Zeme a priemer dvestopäťdesiatkrát väčší ako priemer Slnka, v dôsledku gravitačnej sily nedovolí svojmu svetlu, aby sa k nám dostalo. Je teda možné, že najväčšie svietiace telesá vo vesmíre zostanú neviditeľné práve pre svoju veľkosť.
Pierre Simon Laplace.
Expozícia svetového systému. 1796
V roku 1783 anglický matematik John Mitchell a o trinásť rokov neskôr nezávisle od neho francúzsky astronóm a matematik Pierre Simon Laplace uskutočnili veľmi zvláštnu štúdiu. Pozreli sa na podmienky, za ktorých by svetlo nemohlo uniknúť hviezde.
Logika vedcov bola jednoduchá. Pre akýkoľvek astronomický objekt (planétu alebo hviezdu) je možné vypočítať takzvanú únikovú rýchlosť, alebo druhú kozmickú rýchlosť, ktorá umožňuje akémukoľvek telesu alebo častici ho navždy opustiť. A vo fyzike tej doby kraľovala Newtonova teória, podľa ktorej je svetlo tokom častíc (teória elektromagnetických vĺn a kvánt bola ešte takmer stopäťdesiat rokov vzdialená). Únikovú rýchlosť častíc možno vypočítať na základe rovnosti potenciálnej energie na povrchu planéty a kinetickej energie telesa, ktoré „utieklo“ do nekonečne veľkej vzdialenosti. Táto rýchlosť je určená vzorcom #1#
Kde M- hmotnosť vesmírneho objektu, R- jeho polomer, G- gravitačná konštanta.
Z toho môžeme ľahko získať polomer telesa danej hmotnosti (neskôr nazývaný „gravitačný polomer“ r g"), pri ktorej sa úniková rýchlosť rovná rýchlosti svetla:
To znamená, že hviezda stlačená do gule s polomerom r g< 2GM/c 2 prestane vyžarovať - svetlo ho nebude môcť opustiť. Vo vesmíre sa objaví čierna diera.
Je ľahké vypočítať, že Slnko (jeho hmotnosť je 2,1033 g) sa zmení na čiernu dieru, ak sa zmrští na polomer približne 3 kilometre. Hustota jeho látky dosiahne 10 16 g/cm 3 . Polomer Zeme, stlačený do čiernej diery, by sa zmenšil asi na jeden centimeter.
Zdalo sa neuveriteľné, že v prírode môžu existovať sily schopné stlačiť hviezdu na takú nepatrnú veľkosť. Preto boli závery z diel Mitchella a Laplacea viac ako sto rokov považované za niečo ako matematický paradox, ktorý nemal žiadny fyzikálny význam.
Dôkladný matematický dôkaz, že takýto exotický objekt vo vesmíre bol možný, bol získaný až v roku 1916. Nemecký astronóm Karl Schwarzschild po analýze rovníc všeobecnej teórie relativity Alberta Einsteina dospel k zaujímavému výsledku. Po štúdiu pohybu častice v gravitačnom poli masívneho telesa dospel k záveru: rovnica stráca svoj fyzikálny význam (jej riešenie sa zmení na nekonečno), keď r= 0 a r = r g.
Body, v ktorých vlastnosti poľa strácajú zmysel, sa nazývajú singulárne, teda špeciálne. Singularita v nulovom bode odráža bodovú, alebo, čo je to isté, centrálne symetrickú štruktúru poľa (veď každé guľové teleso - hviezda alebo planéta - môže byť reprezentované ako hmotný bod). A body umiestnené na guľovej ploche s polomerom r g, tvoria samotný povrch, z ktorého sa úniková rýchlosť rovná rýchlosti svetla. Vo všeobecnej teórii relativity sa nazýva Schwarzschildova singulárna guľa alebo horizont udalostí (prečo sa ukáže neskôr).
Už na základe príkladu nám známych objektov – Zeme a Slnka – je jasné, že čierne diery sú veľmi zvláštne objekty. Dokonca aj astronómovia, ktorí sa zaoberajú hmotou pri extrémnych hodnotách teploty, hustoty a tlaku, ich považujú za veľmi exotické a až donedávna nie každý veril v ich existenciu. Prvé náznaky možnosti vzniku čiernych dier však obsahovala už všeobecná teória relativity A. Einsteina, ktorá vznikla v roku 1915. Anglický astronóm Arthur Eddington, jeden z prvých interpretov a popularizátorov teórie relativity, odvodil v 30. rokoch sústavu rovníc popisujúcich vnútornú štruktúru hviezd. Vyplýva z nich, že hviezda je v rovnováhe pod vplyvom opačne smerujúcich gravitačných síl a vnútorného tlaku vytváraného pohybom horúcich častíc plazmy vo vnútri hviezdy a tlakom žiarenia vznikajúceho v jej hĺbkach. To znamená, že hviezda je plynová guľa, v strede ktorej je vysoká teplota, ktorá smerom k periférii postupne klesá. Z rovníc predovšetkým vyplynulo, že povrchová teplota Slnka bola asi 5500 stupňov (čo celkom zodpovedalo údajom astronomických meraní) a v jeho strede by mala byť asi 10 miliónov stupňov. To umožnilo Eddingtonovi urobiť prorocký záver: pri tejto teplote sa „zapáli“ termonukleárna reakcia, dostatočná na zabezpečenie žiary Slnka. Vtedajší atómoví fyzici s tým nesúhlasili. Zdalo sa im, že v hĺbke hviezdy je príliš „chlad“: teplota tam nestačila na to, aby reakcia „prešla“. Na to rozzúrený teoretik odpovedal: "Hľadajte teplejšie miesto!"
A nakoniec sa ukázalo, že mal pravdu: v strede hviezdy skutočne prebieha termonukleárna reakcia (iná vec je, že takzvaný „štandardný solárny model“, založený na predstavách o termonukleárnej fúzii, sa zjavne ukázal ako byť nesprávny – pozri napríklad „Veda a život“ č. 2, 3, 2000). Ale napriek tomu reakcia v strede hviezdy prebieha, hviezda svieti a vznikajúce žiarenie ju udržuje v stabilnom stave. Ale jadrové „palivo“ vo hviezde vyhorí. Uvoľňovanie energie sa zastaví, žiarenie zhasne a sila obmedzujúca gravitačnú príťažlivosť zmizne. Existuje limit hmotnosti hviezdy, po ktorom sa hviezda začne nenávratne zmenšovať. Výpočty ukazujú, že k tomu dôjde, ak hmotnosť hviezdy presiahne dve až tri hmotnosti Slnka.
GRAVITAČNÝ KOLAPS
Spočiatku je rýchlosť kontrakcie hviezdy malá, ale jej rýchlosť sa neustále zvyšuje, pretože sila gravitácie je nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti. Stlačenie sa stáva nezvratným; neexistujú žiadne sily schopné pôsobiť proti vlastnej gravitácii. Tento proces sa nazýva gravitačný kolaps. Rýchlosť pohybu obalu hviezdy smerom k jej stredu sa zvyšuje a blíži sa k rýchlosti svetla. A tu začínajú hrať rolu účinky teórie relativity.
Úniková rýchlosť bola vypočítaná na základe newtonovských predstáv o povahe svetla. Z hľadiska všeobecnej relativity sa javy v okolí kolabujúcej hviezdy vyskytujú trochu inak. V jeho mohutnom gravitačnom poli dochádza k takzvanému gravitačnému červenému posunu. To znamená, že frekvencia žiarenia prichádzajúceho z masívneho objektu je posunutá smerom k nižším frekvenciám. V limite, na hranici Schwarzschildovej gule, sa frekvencia žiarenia stáva nulovou. To znamená, že pozorovateľ, ktorý sa nachádza mimo nej, nebude môcť zistiť nič o tom, čo sa deje vo vnútri. Preto sa Schwarzschildova sféra nazýva horizont udalostí.
Ale zníženie frekvencie sa rovná spomaleniu času a keď sa frekvencia zníži na nulu, čas sa zastaví. To znamená, že vonkajší pozorovateľ uvidí veľmi zvláštny obraz: škrupina hviezdy, ktorá padá so zvyšujúcim sa zrýchlením, sa zastaví namiesto dosiahnutia rýchlosti svetla. Z jeho pohľadu sa kompresia zastaví, len čo sa veľkosť hviezdy priblíži gravitácii
usu. Nikdy neuvidí ani jednu časticu „potápať sa“ pod Schwarzschielovou guľou. Ale pre hypotetického pozorovateľa padajúceho do čiernej diery bude všetko v priebehu chvíľ na jeho hodinkách ukončené. Čas gravitačného kolapsu hviezdy s veľkosťou Slnka bude teda 29 minút a oveľa hustejšej a kompaktnejšej neutrónovej hviezde to bude trvať len 1/20 000 sekundy. A tu čelí problémom spojeným s geometriou časopriestoru v blízkosti čiernej diery.
Pozorovateľ sa ocitá v zakrivenom priestore. V blízkosti gravitačného polomeru sú gravitačné sily nekonečne veľké; natiahnu raketu s astronautom-pozorovateľom do nekonečne tenkého vlákna nekonečnej dĺžky. Ale on sám si to nevšimne: všetky jeho deformácie budú zodpovedať skresleniam časopriestorových súradníc. Tieto úvahy sa samozrejme vzťahujú na ideálny, hypotetický prípad. Akékoľvek skutočné telo bude roztrhané slapovými silami dlho predtým, než sa priblíži k Schwarzschildovej sfére.
ROZMERY ČIERNYCH DIER
Veľkosť čiernej diery, presnejšie polomer Schwarzschildovej gule, je úmerný hmotnosti hviezdy. A keďže astrofyzika nekladie žiadne obmedzenia na veľkosť hviezdy, čierna diera môže byť ľubovoľne veľká. Ak by napríklad vznikla pri kolapse hviezdy s hmotnosťou 10 8 hmotností Slnka (alebo v dôsledku splynutia státisícov, ba až miliónov relatívne malých hviezd), jej polomer bude asi 300 miliónov kilometrov, dvojnásobok obehu Zeme. A priemerná hustota látky takého obra je blízka hustote vody.
Podľa všetkého ide o tie druhy čiernych dier, ktoré sa nachádzajú v centrách galaxií. V každom prípade astronómovia dnes napočítajú asi päťdesiat galaxií, v strede ktorých sa podľa nepriamych dôkazov (diskutovaných nižšie) nachádzajú čierne diery s hmotnosťou asi miliardy (10 9) Slnka. Naša Galaxia má tiež zjavne svoju čiernu dieru; Jeho hmotnosť bola odhadnutá pomerne presne - 2,4. 10 6 ±10 % hmotnosti Slnka.
Teória naznačuje, že spolu s takýmito supergiantmi by sa mali objaviť aj čierne minidiery s hmotnosťou asi 10 14 g a polomerom asi 10 -12 cm (veľkosť atómového jadra). Mohli sa objaviť v prvých momentoch existencie Vesmíru ako prejav veľmi silnej nehomogenity časopriestoru s kolosálnou hustotou energie. Dnes si výskumníci uvedomujú podmienky, ktoré v tom čase existovali vo vesmíre na silných zrážačoch (urýchľovačoch využívajúcich zrážkové lúče). Experimenty v CERN začiatkom tohto roka vyprodukovali kvark-gluónovú plazmu, hmotu, ktorá existovala pred objavením sa elementárnych častíc. Výskum tohto stavu hmoty pokračuje v Brookhavene, americkom urýchľovacom centre. Je schopný urýchliť častice na energie o jeden a pol až dva rády vyššie ako urýchľovač v
CERN. Nadchádzajúci experiment vyvolal vážne obavy: vznikne pri jeho realizácii miničierna diera, ktorá ohne náš priestor a zničí Zem?
Tento strach zarezonoval tak silno, že vláda USA bola nútená zvolať autoritatívnu komisiu, aby preskúmala túto možnosť. Komisia pozostávajúca z významných výskumníkov dospela k záveru: energia urýchľovača je príliš nízka na to, aby vznikla čierna diera (tento experiment je popísaný v časopise Science and Life, č. 3, 2000).
AKO VIDIEŤ NEVIDITEĽNÉ
Čierne diery nevyžarujú nič, dokonca ani svetlo. Astronómovia sa ich však naučili vidieť, alebo skôr nájsť „kandidátov“ na túto úlohu. Existujú tri spôsoby, ako odhaliť čiernu dieru.
1. Je potrebné sledovať rotáciu hviezd v zhlukoch okolo určitého ťažiska. Ak sa ukáže, že v tomto strede nič nie je a zdá sa, že hviezdy sa točia okolo prázdneho priestoru, môžeme celkom s istotou povedať: v tejto „prázdnote“ je čierna diera. Práve na tomto základe sa predpokladala prítomnosť čiernej diery v strede našej Galaxie a odhadla sa jej hmotnosť.
2. Čierna diera do seba aktívne nasáva hmotu z okolitého priestoru. Medzihviezdny prach, plyn a hmota z blízkych hviezd naň dopadajú v špirále a vytvárajú takzvaný akréčný disk, podobný prstencu Saturnu. (Práve toto je strašiak brookhavenského experimentu: mini-čierna diera, ktorá sa objavila v urýchľovači, začne nasávať Zem do seba a tento proces nebolo možné zastaviť žiadnou silou.) Pri približovaní sa k Schwarzschildovej sfére častice zažijú zrýchlenie a začnú vyžarovať v oblasti röntgenového žiarenia. Toto žiarenie má charakteristické spektrum podobné dobre preštudovanému žiareniu častíc urýchlených v synchrotróne. A ak takéto žiarenie pochádza z nejakej oblasti vesmíru, môžeme s istotou povedať, že tam musí byť čierna diera.
3. Pri splynutí dvoch čiernych dier vzniká gravitačné žiarenie. Vypočítalo sa, že ak hmotnosť každého z nich je približne desať hmôt Slnka, potom keď sa v priebehu niekoľkých hodín spoja, uvoľní sa energia zodpovedajúca 1 % ich celkovej hmotnosti vo forme gravitačných vĺn. To je tisíckrát viac ako svetlo, teplo a iná energia, ktorú Slnko vyžarovalo počas celej svojej existencie – päť miliárd rokov. Dúfajú, že sa im podarí odhaliť gravitačné žiarenie pomocou observatórií gravitačných vĺn LIGO a ďalších, ktoré sa teraz stavajú v Amerike a Európe za účasti ruských výskumníkov (pozri „Veda a život“ č. 5, 2000).
A predsa, hoci astronómovia nepochybujú o existencii čiernych dier, nikto sa neodváži kategoricky tvrdiť, že práve jedna z nich sa nachádza v danom bode vesmíru. Vedecká etika a bezúhonnosť výskumníka si vyžaduje jednoznačnú odpoveď na položenú otázku, ktorá netoleruje nezrovnalosti. Nestačí odhadnúť hmotnosť neviditeľného objektu, musíte zmerať jeho polomer a ukázať, že nepresahuje Schwarzschildov polomer. A dokonca ani v rámci našej Galaxie tento problém ešte nie je riešiteľný. Vedci preto prejavujú istú zdržanlivosť pri podávaní správ o svojom objave a vedecké časopisy sú doslova preplnené správami o teoretických prácach a pozorovaniach účinkov, ktoré môžu vniesť svetlo do ich záhady.
Čierne diery však majú ešte jednu vlastnosť, teoreticky predpovedanú, vďaka ktorej by bolo možné ich vidieť. Avšak pod jednou podmienkou: hmotnosť čiernej diery by mala byť oveľa menšia ako hmotnosť Slnka.
ČIERNA DIERA MÔŽE BYŤ AJ „BIELA“
Po dlhú dobu boli čierne diery považované za stelesnenie temnoty, objekty, ktoré vo vákuu pri absencii absorpcie hmoty nič nevyžarujú. Slávny anglický teoretik Stephen Hawking však v roku 1974 ukázal, že čiernym dieram možno priradiť teplotu, a preto by mali vyžarovať.
Podľa konceptov kvantovej mechaniky nie je vákuum prázdnota, ale akási „pena časopriestoru“, mišmaš virtuálnych (v našom svete nepozorovateľných) častíc. Kvantové výkyvy energie však môžu z vákua „vyhodiť“ pár častica-antičastica. Napríklad pri zrážke dvoch alebo troch gama kvánt sa ako z ničoho nič objaví elektrón a pozitrón. Tento a podobné javy boli opakovane pozorované v laboratóriách.
Práve kvantové fluktuácie určujú procesy žiarenia čiernych dier. Ak dvojica častíc s energiami E A -E(celková energia páru je nulová) sa vyskytuje v okolí Schwarzschildovej gule, ďalší osud častíc bude iný. Môžu zničiť takmer okamžite alebo ísť spolu pod horizont udalostí. V tomto prípade sa stav čiernej diery nezmení. Ale ak sa pod horizont dostane len jedna častica, pozorovateľ zaregistruje ďalšiu a bude sa mu zdať, že ju vytvorila čierna diera. Zároveň čierna diera, ktorá absorbovala časticu energiou -E, zníži vašu energiu a s energiou E- sa zvýši.
Hawking vypočítal rýchlosť, akou všetky tieto procesy prebiehajú, a dospel k záveru: pravdepodobnosť absorpcie častíc s negatívnou energiou je vyššia. To znamená, že čierna diera stráca energiu a hmotu – vyparuje sa. Navyše vyžaruje ako úplne čierne teleso s teplotou T = 6 . 10 -8 M s / M kelvinov, kde M c - hmotnosť Slnka (2,10 33 g), M- hmotnosť čiernej diery. Tento jednoduchý vzťah ukazuje, že teplota čiernej diery s hmotnosťou šesťkrát väčšou ako Slnko sa rovná sto milióntine stupňa. Je jasné, že takto chladné teleso prakticky nič nevyžaruje a všetky vyššie uvedené úvahy zostávajú v platnosti. Miniotvory sú iná vec. Je ľahké vidieť, že pri hmotnosti 10 14 -10 30 gramov sú zohriate na desiatky tisíc stupňov a rozpálené do biela! Okamžite však treba poznamenať, že neexistujú žiadne rozpory s vlastnosťami čiernych dier: toto žiarenie je vyžarované vrstvou nad Schwarzschildovou sférou, a nie pod ňou.
Čierna diera, ktorá vyzerala ako večne zamrznutý objekt, teda skôr či neskôr zmizne a vyparí sa. Navyše, keď „schudne“, rýchlosť odparovania sa zvyšuje, ale stále to trvá extrémne dlho. Odhaduje sa, že miniotvory s hmotnosťou 10 14 gramov, ktoré sa objavili bezprostredne po Veľkom tresku pred 10-15 miliardami rokov, by sa do našej doby mali úplne vypariť. V poslednom štádiu života ich teplota dosahuje kolosálne hodnoty, takže produktom vyparovania musia byť častice s extrémne vysokou energiou. Možno sú to tie, ktoré vytvárajú rozsiahle vzdušné sprchy v zemskej atmosfére - EAS. V každom prípade je pôvod častíc anomálne vysokej energie ďalším dôležitým a zaujímavým problémom, ktorý môže úzko súvisieť s nemenej vzrušujúcimi otázkami fyziky čiernych dier.
Viem, že to tu údajne nie je vítané, ale robím odtiaľto krížový príspevok na priamu žiadosť autora - Nikolaja Nikolajeviča Gorkavyho. Existuje určitá šanca, že ich nápad spôsobí revolúciu v modernej vede. A je lepšie si o tom prečítať v origináli ako v prerozprávaní REN-TV alebo Lenti.ru.
Pre tých, ktorí nesledovali tému. Uvažujme dve čierne diery rotujúce okolo seba, povedzme, s hmotnosťou 15 a 20 jednotiek (hmotnosť Slnka). Skôr či neskôr splynú do jednej čiernej diery, no jej hmotnosť nebude 35 jednotiek, ale povedzme len 30. Zvyšných 5 odletí v podobe gravitačných vĺn. Práve túto energiu zachytáva gravitačný teleskop LIGO.
Podstata Gorkavyho a Vasilkovovej myšlienky je nasledovná. Povedzme, že ste pozorovateľ, sedíte na stoličke a cítite príťažlivosť 35 jednotiek hmotnosti delenej druhou mocninou vzdialenosti. A potom bam - doslova za sekundu sa ich hmotnosť zníži na 30 jednotiek. Pre vás to bude vďaka princípu relativity na nerozoznanie od situácie, keď vás vrhlo späť v opačnom smere silou 5 jednotiek, delenou druhou mocninou vzdialenosti. Teda na nerozoznanie od antigravitácie.
UPD: pretože nie každý pochopil predchádzajúci odsek, zvážte myšlienkový experiment s použitím analógie navrhnutej v. Ste teda pozorovateľ, ktorý sedí v nádrži, ktorá rotuje na veľmi vysokej kruhovej dráhe okolo ťažiska tejto dvojice čiernych dier. Ako hovorieval starý otec Einstein, bez toho, aby ste sa pozreli z nádrže, nerozoznáte rozdiel medzi pohybom na obežnej dráhe a len visením niekde v medzigalaktickom priestore. Teraz predpokladajme, že sa zlúčila čierna diera a časť ich hmoty odletela. V tomto ohľade sa budete musieť presunúť na vyššiu obežnú dráhu okolo rovnakého ťažiska, ale už zjednotenej čiernej diery. A tento prechod na inú obežnú dráhu pocítite vo svojej nádrži (vďaka ofmetalu) a externí pozorovatelia v nekonečne to budú považovať za kopnutie, ktoré vás tlačí v smere od ťažiska. /UPD
Potom je tu kopa výpočtov s hroznými tenzormi OTO. Tieto výpočty boli po dôkladnom overení publikované v dvoch článkoch v MNRAS - jednom z najuznávanejších astrofyzikálnych časopisov na svete. Odkazy na články: , (predtlač s úvodom autora).
A existujú závery: Veľký tresk nebol, ale bola (a je) Veľká čierna diera. Čo nás všetkých prenasleduje.
Po vydaní dvoch hlavných článkov s matematickými riešeniami prišla na rad úloha napísať populárnejší a širší článok, ako aj propagovať oživenú kozmickú kozmológiu. A potom sa ukázalo, že na druhý článok prekvapivo stihli zareagovať Európania, ktorí ma už v júni pozvali na 25-minútovú plenárnu správu o zrýchlení vesmíru s premenlivou hmotnosťou. Vidím to ako dobré znamenie: odborníci sú unavení z „kozmologickej temnoty“ a hľadajú alternatívu.
Otázky v súvislosti s uverejnením druhého článku poslal aj novinár Ruslan Safin. Trochu skrátená verzia odpovedí bola dnes uverejnená v Panoráme južného Uralu pod týmto redakčným názvom: „Vo vnútri čiernej diery. Astronóm Nikolaj Gorkij našiel stred vesmíru."
Po prvé, kvôli pravde musím poznamenať, že to bol Alexander Vasilkov, ktorý si začal aktívne klásť „naivnú“ otázku: Má vesmír stred? - ktorá iniciovala všetky naše ďalšie kozmologické práce. Tak sme spolu hľadali a našli toto centrum. Po druhé, noviny si vyžiadali našu spoločnú fotografiu, ale nedostali ju, preto ju tu uvádzam spolu s celým textom rozhovoru, ktorý Saša prečítal a doplnil o jeho komentáre. Tu sme: Alexander Pavlovič Vasilkov vľavo a ja vpravo:
1. Po zverejnení vášho prvého článku s Vasilkovom ste naznačili, že pozorované zrýchlené rozpínanie vesmíru súvisí s prevahou odpudivých síl nad príťažlivými silami na veľké vzdialenosti. V novom článku prichádzate k inému záveru – o relatívnej zrýchlenej expanzii: zdá sa nám, že sa niečo zrýchľuje, pretože my sami spomaľujeme. Čo ťa priviedlo na túto myšlienku?
V článku z roku 2016 publikovanom v časopise Journal of the Royal Astronomical Society sme s Alexandrom Vasilkovom ukázali, že ak sa zmení gravitačná hmotnosť objektu, potom okrem obvyklého newtonovského zrýchlenia vzniká okolo neho aj ďalšia sila. Klesá nepriamo úmerne k vzdialenosti od objektu, teda pomalšie ako newtonovská sila, ktorá závisí od druhej mocniny vzdialenosti. Preto musí nová sila dominovať na veľké vzdialenosti. Keď sa hmotnosť objektu znížila, nová sila spôsobila odpudzovanie alebo antigravitáciu, keď sa zvýšila, vznikla dodatočná príťažlivosť, hypergravitácia. Bol to rigorózny matematický výsledok, ktorý modifikoval slávne Schwarzschildovo riešenie a bol získaný v rámci Einsteinovej teórie gravitácie. Záver je použiteľný pre hmotnosť akejkoľvek veľkosti a je vyrobený pre stacionárneho pozorovateľa.
Pri diskusii o týchto výsledkoch sme však verbálne vyjadrili ďalšie hypotézy - skôr nádeje, že nájdená antigravitácia je zodpovedná za expanziu vesmíru aj za zrýchlenie jeho expanzie v očiach sprevádzajúcich pozorovateľov, teda vás a mňa. Pri práci na druhom článku, ktorý vyšiel vo februári tohto roku v tom istom časopise a bol priamo venovaný kozmológii, sme zistili, že realita je zložitejšia ako naše nádeje. Áno, objavená antigravitácia je zodpovedná za Veľký tresk a zjavnú expanziu Vesmíru – tu sme mali pravdu vo svojich predpokladoch. Ukázalo sa však, že jemné zrýchlenie kozmologickej expanzie pozorované pozorovateľmi v roku 1998 nie je spôsobené antigravitáciou, ale hypergravitáciou z našej práce z roku 2016. Výsledné rigorózne matematické riešenie jasne naznačuje, že toto zrýchlenie bude mať pozorované znamenie len vtedy, keď bude nejaká časť hmoty vesmíru rásť a nie klesať. V našom kvalitatívnom uvažovaní sme nebrali do úvahy, že dynamika kozmologického rozpínania vyzerá veľmi odlišne z pohľadu stacionárneho pozorovateľa a pre sprevádzajúcich pozorovateľov sediacich v rozpínajúcich sa galaxiách.
Matematika, ktorá je múdrejšia ako my, vedie k nasledujúcemu obrazu vývoja vesmíru: v dôsledku splynutia čiernych dier a prechodu ich hmoty do gravitačných vĺn sa hmotnosť kolabujúceho vesmíru predchádzajúceho cyklu prudko znížila - a vznikla silná antigravitácia, ktorá spôsobila Veľký tresk, teda novodobú expanziu Vesmíru. Táto antigravitácia sa potom znížila a nahradila ju hypergravitácia v dôsledku rastu obrovskej čiernej diery, ktorá vznikla v strede vesmíru. Zvyšuje sa v dôsledku absorpcie gravitačných vĺn pozadia, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v dynamike vesmíru. Práve tento rast Veľkej čiernej diery spôsobil natiahnutie pozorovateľnej časti vesmíru okolo nás. Tento efekt bol pozorovateľmi interpretovaný ako zrýchlenie expanzie, no v skutočnosti ide o nerovnomerné spomalenie expanzie. Ak totiž v kolóne áut zadné auto zaostáva za predným, môže to znamenať aj zrýchlenie prvého auta, aj brzdenie toho zadného. Z matematického hľadiska vplyv rastúcej Veľkej čiernej diery spôsobuje, že sa vo Friedmannových rovniciach objavuje takzvaná „kozmologická konštanta“, ktorá je zodpovedná za pozorované zrýchlenie recesie galaxií. Výpočty kvantových teoretikov sa líšili od pozorovaní o 120 rádov, ale vypočítali sme to v rámci klasickej teórie gravitácie – a dobre sa zhodovali s údajmi Planckovho satelitu. A záver, že hmota Vesmíru teraz narastá, poskytuje vynikajúcu príležitosť na zostavenie cyklického modelu Vesmíru, o ktorom snívalo niekoľko generácií kozmológov, no nikdy sa nenaplnil. Vesmír je obrovské kyvadlo, v ktorom sa čierne diery menia na gravitačné vlny a potom nastáva opačný proces. Kľúčovú úlohu tu zohráva Einsteinov záver, že gravitačné vlny nemajú gravitačnú hmotnosť, čo umožňuje vesmíru zmeniť svoju hmotnosť a vyhnúť sa nezvratnému kolapsu.
2. Ako sa objavila rastúca Veľká čierna diera, ktorá je zodpovedná za relatívne zrýchlené rozpínanie vesmíru?
Povaha tmavej hmoty, ktorá napríklad spôsobila zrýchlenú rotáciu galaxií, je záhadou už takmer storočie. Najnovšie výsledky z observatória LIGO, ktoré zachytilo niekoľko gravitačných vĺn zo spájania masívnych čiernych dier, poodhalili závoj tajomstva. Niekoľko výskumníkov predložilo model, podľa ktorého sa temná hmota skladá z čiernych dier, pričom mnohí veria, že k nám prišli z posledného cyklu vesmíru. Čierna diera je skutočne jediným makroskopickým objektom, ktorý nemožno zničiť ani stlačením vesmíru. Ak čierne diery tvoria väčšinu baryonickej hmoty vesmíru, potom, keď sa vesmír zmenší na veľkosť niekoľkých svetelných rokov, tieto čierne diery sa navzájom aktívne spoja a značnú časť svojej hmoty vyhodia do gravitačných vĺn. V dôsledku toho celková hmotnosť vesmíru prudko klesne a na mieste zlúčenia oblaku malých dier zostane obrovská čierna diera s veľkosťou rádovo svetelného roka a hmotnosťou biliónov. slnečných hmôt. Je to nevyhnutný dôsledok kolapsu Vesmíru a splynutia čiernych dier a po Veľkom tresku začína rásť a pohlcuje gravitačné žiarenie a akúkoľvek hmotu okolo. Mnohí autori, vrátane Penrosea, chápali, že takáto superdiera vznikne v štádiu kolapsu Vesmíru, no nikto nevedel, akú dôležitú úlohu zohráva táto Veľká čierna diera v dynamike následného rozpínania Vesmíru.
3. Ako ďaleko je od nás a kde presne (v akej časti oblohy) sa nachádza? Aké má parametre?
Veríme, že je vzdialený asi päťdesiat miliárd svetelných rokov. Séria nezávislých štúdií poukazuje na anizotropiu rôznych kozmologických javov – a mnohé z nich poukazujú na oblasť oblohy v blízkosti tmavého súhvezdia Sextant. Pojem „diabolská os“ sa dokonca objavil v kozmológii. Na základe súčasného tempa zrýchleného rozpínania vesmíru sa dá odhadnúť veľkosť Veľkej čiernej diery na miliardu svetelných rokov, čo dáva jej hmotnosť 6*10^54 gramov alebo miliardy biliónov slnečných hmôt – tj. od svojho vzniku narástla miliardkrát! Ale aj túto informáciu o hmote Veľkej čiernej diery sme dostali s oneskorením miliárd rokov. V skutočnosti je Veľká čierna diera už oveľa väčšia, ale je ťažké povedať, koľko je potrebné vykonať ďalší výskum.
4. Je možné zo vzdialenosti, v ktorej sa táto čierna diera nachádza, pomocou existujúcich prístrojov vidieť, ak nie seba, tak aspoň nepriame znaky naznačujúce jej prítomnosť v tejto časti vesmíru? Za akých podmienok bude k dispozícii na priame štúdium?
Štúdiom zrýchlenia expanzie vesmíru a toho, ako závisí od času, určíme vývoj parametrov Veľkej čiernej diery. Anizotropia kozmologických efektov sa prejavuje v rozložení fluktuácií kozmického mikrovlnného žiarenia na oblohe, v orientácii osí galaxií a množstve ďalších javov. Aj toto sú spôsoby, ako na diaľku študovať Veľkú čiernu dieru. Budeme to tiež študovať priamo, ale neskôr.
5. Čo by sme videli, keby sme mohli letieť k tejto čiernej diere? Je možné sa do nej ponoriť bez toho, aby ste riskovali svoj život? Čo nájdeme pod jeho povrchom?
Dokonca aj učebnice poskytujú množstvo protichodných informácií o vnútornom priestore čiernych dier. Mnoho ľudí si myslí, že na hranici čiernych dier nás všetkých určite roztrhajú prílivové sily na malé stužky – dokonca sa objavilo aj slovo „špagetifikácia“. V skutočnosti sú slapové sily na okraji veľmi veľkej čiernej diery úplne nepostrehnuteľné a podľa striktných riešení Einsteinových rovníc je pre padajúceho pozorovateľa proces prekročenia okraja čiernej diery nepozoruhodný. Verím, že pod povrchom Veľkej čiernej diery uvidíme takmer rovnaký Vesmír – tie galaxie, ktoré sa doň ponorili skôr. Hlavným rozdielom bude zmena od ústupu galaxií k ich približovaniu: všetci výskumníci sa zhodujú, že vo vnútri čiernej diery všetko padá do stredu.
6. Ak táto čierna diera narastie, jedného dňa pohltí všetku ostatnú hmotu. čo sa stane potom?
Hranica Veľkej čiernej diery pôjde na hranicu pozorovateľného Vesmíru a jej osud nás prestane znepokojovať. A vesmír vo vnútri diery vstúpi do druhej fázy svojho cyklu - keď expanzia ustúpi kompresii. Nie je na tom nič tragické, pretože kompresia bude trvať približne toľko miliárd rokov ako expanzia. Inteligentné bytosti tohto kolobehu Vesmíru pocítia problémy o desiatky miliárd rokov, keď sa teplota žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia natoľko zvýši, že sa planéty prehrejú v dôsledku teplej nočnej oblohy. Možno pre niektorých mimozemšťanov, ktorých slnko zhasína, sa to naopak stane spásou, aj keď dočasnou - na sto miliónov rokov. Keď sa súčasný vesmír zmenší na veľkosť niekoľkých svetelných rokov, opäť stratí svoju hmotnosť, čo spôsobí Veľký tresk. Začne sa nový expanzný cyklus a v strede vesmíru sa objaví nová veľká čierna diera.
7. Kedy by podľa vás mala nastať táto udalosť (zrútenie vesmíru do čiernej diery)? Je tento časový interval konštantný pre všetky cykly expanzie/kompresie alebo sa môže meniť?
Myslím si, že kozmologické cykly sledujú s dobrou presnosťou určité obdobie súvisiace s celkovou hmotnosťou a energiou vesmíru. Ťažko povedať, v akom presnom štádiu nášho cyklu sa nachádzame – na to potrebujeme postaviť špecifické kozmologické modely s daným počtom baryónov, čiernych dier, gravitačných vĺn a iných typov žiarenia. Kedy k nám dorazí okraj rastúcej Veľkej čiernej diery? Výpočty ukazujú, že určite dosiahne nadsvetelný expanzný režim - to neporušuje teóriu relativity, pretože hranica čiernej diery nie je hmotný objekt. Ale táto nadsvetelná rýchlosť znamená, že k nášmu stretnutiu s týmto okrajom Veľkej čiernej diery môže dôjsť kedykoľvek - nebudeme schopní odhaliť jej priblíženie žiadnymi pozorovaniami, ktoré sú obmedzené rýchlosťou svetla. Aby som predišiel panike, opakujem: nevidím v tom nič tragické, ale kozmológovia si začnú všímať, ako sa červený posun vzdialených galaxií zmení na modrý. Ale na to musí mať svetlo z nich čas, aby sa k nám dostalo.
8. Aké pozorovacie a teoretické údaje hovoria v prospech kozmologického modelu, ktorý navrhujete, alebo ho možno dokonca robíte povinným?
Klasické Friedmannove rovnice sú založené na princípe izotropie a homogenity. Konvenčná kozmológia teda v zásade nemohla brať do úvahy anizotropné efekty, o ktorých mnohí pozorovatelia hovoria. Upravené Friedmanove rovnice získané v našom článku z roku 2018 s Vasilkovom zahŕňajú anizotropné efekty - koniec koncov, Veľká čierna diera sa nachádza v určitom smere. Tým sa otvárajú možnosti na štúdium týchto účinkov, čo potvrdí samotnú teóriu. Nevybudovali sme novú kozmológiu, jednoducho vkladáme chýbajúce dynamické pramene do dobre rozvinutej klasickej kozmológie, ktorá vznikla v polovici 20. storočia, počnúc dielom Gamowa a jeho skupiny. Oživujeme túto klasickú kozmológiu, čím sa stáva súčasťou bežnej fyziky. Teraz neobsahuje žiadne predpoklady o kvantovej gravitácii, o extra priestorových dimenziách a o temných entitách, ako sú „inflácia“, „vákuové fázové prechody“, „tmavá energia“ a „temná hmota“. Funguje iba v rámci Einsteinovej klasickej a dobre overenej teórie gravitácie, pričom využíva iba známe zložky vesmíru, ako sú čierne diery a gravitačné vlny. Keďže dobre vysvetľuje pozorovateľné javy, je to absolútne povinné – podľa princípov vedy. Existuje veľa kozmologických modelov, ale realita je len jedna. Oživená klasická kozmológia je úžasne elegantná a jednoduchá, takže verím, že sme sa naučili skutočný spôsob existencie vesmíru.
Pojem čierna diera pozná každý – od školákov až po starších ľudí, používa sa vo vedeckej a beletrii, v žltých médiách a na vedeckých konferenciách. Ale čo presne také diery sú, nie je každému známe.
Z histórie čiernych dier
1783 Prvú hypotézu o existencii takého javu ako čierna diera predložil v roku 1783 anglický vedec John Michell. Vo svojej teórii spojil dva Newtonove výtvory – optiku a mechaniku. Michellova myšlienka bola takáto: ak je svetlo prúdom drobných častíc, tak ako všetky ostatné telesá, aj častice by mali zažiť príťažlivosť gravitačného poľa. Ukazuje sa, že čím je hviezda hmotnejšia, tým ťažšie je pre svetlo odolávať jej príťažlivosti. 13 rokov po Michellovi predložil francúzsky astronóm a matematik Laplace (pravdepodobne nezávisle od svojho britského kolegu) podobnú teóriu.
1915 Všetky ich diela však zostali až do začiatku 20. storočia nevyžiadané. V roku 1915 Albert Einstein publikoval Všeobecnú teóriu relativity a ukázal, že gravitácia je zakrivenie časopriestoru spôsobené hmotou a o niekoľko mesiacov neskôr ju nemecký astronóm a teoretický fyzik Karl Schwarzschild použil na riešenie konkrétneho astronomického problému. Skúmal štruktúru zakriveného časopriestoru okolo Slnka a znovu objavil fenomén čiernych dier.
(John Wheeler vymyslel termín „čierne diery“)
1967 Americký fyzik John Wheeler načrtol priestor, ktorý sa dá pokrčiť ako kus papiera do nekonečne malého bodu a označil ho výrazom „čierna diera“.
1974 Britský fyzik Stephen Hawking dokázal, že čierne diery, aj keď absorbujú hmotu bez návratu, môžu vyžarovať žiarenie a nakoniec sa vypariť. Tento jav sa nazýva „Hawkingovo žiarenie“.
2013 Najnovšie výskumy pulzarov a kvazarov, ako aj objav kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia konečne umožnili popísať samotný koncept čiernych dier. V roku 2013 sa oblak plynu G2 dostal veľmi blízko k čiernej diere a bude ňou s najväčšou pravdepodobnosťou pohltený, pričom pozorovanie jedinečného procesu poskytuje obrovské príležitosti na nové objavy vlastností čiernych dier.
(Masívny objekt Sagittarius A*, jeho hmotnosť je 4 milióny krát väčšia ako Slnko, čo znamená zhluk hviezd a vytvorenie čiernej diery.)
2017. Skupina vedcov z multikrajinského teleskopu Event Horizon Telescope, ktorý spája osem ďalekohľadov z rôznych miest na zemských kontinentoch, pozorovala čiernu dieru, čo je supermasívny objekt nachádzajúci sa v galaxii M87 v súhvezdí Panna. Hmotnosť objektu je 6,5 miliardy (!) hmotností Slnka, čo je pre porovnanie gigantický krát väčšia ako hmotný objekt Sagittarius A*, s priemerom o niečo menším, ako je vzdialenosť od Slnka k Plutu.
Pozorovania sa uskutočnili v niekoľkých etapách, počnúc jarou 2017 a počas celého roka 2018. Objem informácií sa rovnal petabajtom, ktoré sa potom museli dešifrovať a získať skutočný obraz ultra vzdialeného objektu. Dôkladné spracovanie všetkých údajov a ich spojenie do jedného celku preto trvalo ďalšie celé dva roky.
2019Údaje boli úspešne dešifrované a zobrazené, čím vznikol vôbec prvý obraz čiernej diery.
(Vôbec prvá snímka čiernej diery v galaxii M87 v súhvezdí Panna)
Rozlíšenie obrazu vám umožňuje vidieť tieň bodu, z ktorého niet návratu v strede objektu. Obraz bol získaný ako výsledok ultradlhých základných interferometrických pozorovaní. Ide o takzvané synchrónne pozorovania jedného objektu z viacerých rádioteleskopov prepojených sieťou a umiestnených v rôznych častiach zemegule, nasmerovaných rovnakým smerom.
Čo čierne diery vlastne sú
Lakonické vysvetlenie tohto javu vyzerá takto.
Čierna diera je časopriestorová oblasť, ktorej gravitačná príťažlivosť je taká silná, že ju nemôže opustiť žiadny objekt, vrátane svetelných kvánt.
Čierna diera bola kedysi masívnou hviezdou. Pokiaľ termonukleárne reakcie udržujú v jeho hĺbkach vysoký tlak, všetko zostáva normálne. No časom sa zásoby energie vyčerpajú a nebeské teleso sa vplyvom vlastnej gravitácie začne zmenšovať. Konečným štádiom tohto procesu je kolaps hviezdneho jadra a vytvorenie čiernej diery.
- 1. Čierna diera vyvrhne prúd vysokou rýchlosťou
- 2. Disk hmoty vyrastie do čiernej diery
- 3. Čierna diera
- 4. Podrobný diagram oblasti čiernej diery
- 5. Veľkosť zistených nových pozorovaní
Najbežnejšou teóriou je, že podobné javy existujú v každej galaxii, vrátane stredu našej Mliečnej dráhy. Obrovská gravitačná sila diery je schopná udržať okolo seba niekoľko galaxií, čo im bráni vzdialiť sa od seba. „Oblasť pokrytia“ môže byť rôzna, všetko závisí od hmotnosti hviezdy, ktorá sa zmenila na čiernu dieru, a môže byť tisíce svetelných rokov.
Schwarzschildov polomer
Hlavnou vlastnosťou čiernej diery je, že akákoľvek látka, ktorá do nej spadne, sa už nikdy nemôže vrátiť. To isté platí pre svetlo. Vo svojom jadre sú diery telesá, ktoré úplne absorbujú všetko svetlo dopadajúce na ne a nevyžarujú žiadne vlastné. Takéto predmety sa môžu vizuálne javiť ako zrazeniny absolútnej tmy.
- 1. Hmota sa pohybuje polovičnou rýchlosťou svetla
- 2. Fotónový krúžok
- 3. Vnútorný fotónový kruh
- 4. Horizont udalostí v čiernej diere
Na základe Einsteinovej Všeobecnej teórie relativity, ak sa teleso priblíži ku kritickej vzdialenosti k stredu diery, už sa nebude môcť vrátiť. Táto vzdialenosť sa nazýva Schwarzschildov polomer. Čo presne sa deje vo vnútri tohto polomeru, nie je s určitosťou známe, ale existuje najbežnejšia teória. Predpokladá sa, že všetka hmota čiernej diery je sústredená v nekonečne malom bode a v jej strede je objekt s nekonečnou hustotou, ktorý vedci nazývajú singulárna porucha.
Ako sa stane pád do čiernej diery?
(Na obrázku čierna diera Sagittarius A* vyzerá ako extrémne jasný zhluk svetla)
Nie je to tak dávno, v roku 2011, vedci objavili oblak plynu a dali mu jednoduchý názov G2, ktorý vyžaruje nezvyčajné svetlo. Táto žiara môže byť spôsobená trením v plyne a prachu spôsobenom čiernou dierou Sagittarius A*, ktorá okolo nej obieha ako akrečný disk. Stávame sa tak pozorovateľmi úžasného fenoménu pohlcovania oblaku plynu supermasívnou čiernou dierou.
Podľa nedávnych štúdií sa najbližšie priblíženie k čiernej diere uskutoční v marci 2014. Môžeme si znovu vytvoriť obraz o tom, ako sa toto vzrušujúce predstavenie bude odohrávať.
- 1. Keď sa oblak plynu prvýkrát objaví v údajoch, pripomína obrovskú guľu plynu a prachu.
- 2. Teraz, od júna 2013, je oblak desiatky miliárd kilometrov od čiernej diery. Padá do nej rýchlosťou 2500 km/s.
- 3. Očakáva sa, že oblak prejde okolo čiernej diery, ale slapové sily spôsobené rozdielom v gravitácii pôsobiacej na nábežnú a zadnú hranu oblaku spôsobia, že bude nadobúdať čoraz predĺženejší tvar.
- 4. Po roztrhnutí oblaku väčšina z neho s najväčšou pravdepodobnosťou pretečie do akrečného disku okolo Sagittarius A* a vygeneruje v ňom rázové vlny. Teplota vyskočí na niekoľko miliónov stupňov.
- 5. Časť oblaku spadne priamo do čiernej diery. Nikto presne nevie, čo sa s touto látkou bude ďalej diať, no očakáva sa, že pri páde bude vyžarovať silné prúdy röntgenových lúčov a už ju nikdy nikto neuvidí.
Video: čierna diera pohltí oblak plynu
(Počítačová simulácia toho, koľko z oblaku plynu G2 by zničila a spotrebovala čierna diera Sagittarius A*)
Čo je vo vnútri čiernej diery
Existuje teória, ktorá tvrdí, že čierna diera je vo vnútri prakticky prázdna a všetka jej hmota je sústredená v neuveriteľne malom bode umiestnenom v jej samom strede – singularite.
Podľa inej teórie, ktorá existuje už pol storočia, všetko, čo spadne do čiernej diery, prechádza do iného vesmíru umiestneného v samotnej čiernej diere. Teraz táto teória nie je hlavná.
A je tu aj tretia, najmodernejšia a húževnatá teória, podľa ktorej sa všetko, čo spadne do čiernej diery, rozpúšťa vo vibráciách strún na jej povrchu, ktorý je označený ako horizont udalostí.
Čo je teda horizont udalostí? Je nemožné pozrieť sa dovnútra čiernej diery ani pomocou supervýkonného ďalekohľadu, pretože ani svetlo, ktoré vstupuje do obrovského kozmického lievika, nemá šancu vrátiť sa späť. Všetko, čo sa dá aspoň ako-tak zvážiť, sa nachádza v jeho tesnej blízkosti.
Horizont udalostí je konvenčná povrchová čiara, spod ktorej nemôže uniknúť nič (ani plyn, ani prach, ani hviezdy, ani svetlo). A toto je veľmi tajomný bod, odkiaľ niet návratu v čiernych dierach vesmíru.
Americkí vedci navrhli absolútne neuveriteľnú hypotézu, že celý náš obrovský vesmír sa nachádza vo vnútri obrovskej čiernej diery. Prekvapivo takýto model dokáže vysvetliť mnohé záhady vesmíru.
Americký fyzik z Indiana University Nikodem Poplavsky je zakladateľom pomerne nezvyčajnej teórie štruktúry nášho vesmíru. Podľa tejto teórie sa celý náš vesmír nachádza vo vnútri obrovskej čiernej diery, ktorá sa zase nachádza v superveľkom vesmíre.
Táto zdanlivo nezvyčajná hypotéza môže vysvetliť mnohé nezrovnalosti, ktoré existujú v modernej teórii vesmíru. Poplavsky svoju teóriu predstavil už pred rokom a teraz ju objasnil a výrazne rozšíril.
Čierna diera - vstup do tunela časopriestoru
V modeli konštrukcie vesmíru vyvinutom americkým fyzikom je predpoklad, že čierne diery
sú vchody do Einstein-Rosenových červích dier, teda priestorových tunelov, ktoré spájajú rôzne časti štvorrozmerného časopriestoru.
V tomto modeli je Čierna diera prepojená tunelom s vlastným antipódom – Bielou dierou, ktorá sa nachádza na druhom konci časového tunela. Vo vnútri červej diery s touto štruktúrou vesmíru je pozorované neustále rozširovanie priestoru.
Teraz Poplavsky dospel k záveru, že náš vesmír je vnútrom tohto tunela spájajúceho čierne a biele diery. Tento model vesmíru vysvetľuje väčšinu neriešiteľných problémov modernej kozmológie: temnú hmotu, temnú energiu, kvantové efekty pri analýze gravitácie v kozmickom meradle.
Na zostavenie svojho modelu použil autor teórie špeciálny matematický aparát – teóriu krútenia. V ňom sa časopriestor javí ako jeden lúč, ktorý sa krúti vplyvom gravitačného zakrivenia časopriestoru. Tieto zakrivenia možno odhaliť aj našimi veľmi nedokonalými pozorovacími prostriedkami v globálnom meradle.
Aký je v skutočnosti svet?
Preto v našom okolitom svete každý vidí len to, čo je prístupné jeho zmyslom, napríklad ploštica lezúca po balóne ho cíti plochý a nekonečný. Preto je veľmi ťažké odhaliť krútenie flexibilného časopriestoru, najmä ak ste vo vnútri tejto dimenzie.
Samozrejme, takýto model štruktúry Vesmíru predpokladá, že každá Čierna diera v našom Vesmíre je bránou do iného Vesmíru. Vôbec však nie je jasné, koľko „vrstiev“, ako ich Poplavsky nazýva, existuje vo vesmíre pra-N-krát-veľkých, v ktorom sa nachádza naša Čierna diera s naším Vesmírom.
Neuveriteľná hypotéza sa potvrdila
Je naozaj možné potvrdiť takú neuveriteľnú hypotézu? Nikodem Poplavsky verí, že je to možné. Koniec koncov, v našom vesmíre sa všetky čierne diery a hviezdy otáčajú. Podľa logickej úvahy by to malo byť úplne rovnaké v super-prime-vesmíre. To znamená, že parametre rotácie nášho Vesmíru by mali byť rovnaké ako parametre Čiernej diery, v ktorej sa nachádza.
V tomto prípade by sa časť špirálových galaxií mala skrútiť doľava a druhá priestorovo protiľahlá časť doprava. A skutočne, podľa moderných pozorovacích údajov je väčšina špirálových galaxií skrútená doľava – „ľavá“ a v druhej, opačnej časti pozorovateľného vesmíru je opak pravdou – väčšina špirálových galaxií je skrútená. doprava.
Fyzici naznačujú, že náš vesmír existuje vo vnútri čiernej diery 21. novembra 2014
O niečom takomto sme diskutovali. A teraz sa ukazuje, že sa objavila teória, podľa ktorej sa uvádza, že náš Vesmír existuje vo vnútri čiernej diery
Táto zvláštna teória, na ktorej fyzici pracujú už desaťročia, môže objasniť mnohé otázky, na ktoré slávna teória veľkého tresku nevie odpovedať.
Podľa teórie veľkého tresku bol vesmír predtým, ako sa začal rozpínať, v singulárnom stave – to znamená, že v nekonečne malom bode vo vesmíre bola obsiahnutá nekonečne malá koncentrácia hmoty. Táto teória pomáha napríklad vysvetliť, prečo sa neuveriteľne hustá hmota raného vesmíru začala rozširovať vesmírom obrovskou rýchlosťou a vytvárala nebeské telesá, galaxie a zhluky galaxií.
Zároveň však necháva veľké množstvo dôležitých otázok nezodpovedaných. Čo spustilo samotný Veľký tresk?
Čo je zdrojom tajomnej temnej hmoty?
Odpovede na tieto a mnohé ďalšie otázky môže poskytnúť teória, že náš vesmír je vo vnútri čiernej diery. A okrem toho spája princípy dvoch ústredných teórií modernej fyziky: všeobecnej teórie relativity a kvantovej mechaniky.
Všeobecná relativita popisuje vesmír v najväčších mierkach a vysvetľuje, ako gravitačné polia masívnych objektov ako Slnko ohýbajú časopriestor. A kvantová mechanika opisuje vesmír v najmenších mierkach - na úrovni atómov. Napríklad berie do úvahy takú dôležitú charakteristiku častíc, ako je spin (rotácia).
Ide o to, že rotácia častice interaguje s kozmickým časom a prepožičiava mu vlastnosť nazývanú „torzia“. Aby ste pochopili, čo je torzná tyč, predstavte si kozmický čas vo forme pružnej tyče. Ohnutie tyče bude symbolizovať zakrivenie kozmického času a krútenie bude symbolizovať torzu časopriestoru.
Ak je tyč veľmi tenká, môžete ju ohnúť, ale bude veľmi ťažké vidieť, či je skrútená alebo nie. Torzia časopriestoru môže byť badateľná len v extrémnych podmienkach – v raných fázach existencie Vesmíru, alebo v čiernych dierach, kde sa prejaví ako odpudivá sila opačná než gravitačná sila príťažlivosti vychádzajúca zo zakrivenia. časopriestoru.
Ako vyplýva zo všeobecnej teórie relativity, veľmi masívne objekty končia svoju existenciu pádom do čiernych dier – oblastí vesmíru, z ktorých nemôže uniknúť nič, ani svetlo.
Na samom začiatku existencie Vesmíru gravitačná príťažlivosť spôsobená zakrivením priestoru prevýši odpudivú silu torznej tyče, v dôsledku čoho dôjde k stlačeniu hmoty. Potom však torzná tyč zosilnie a začne brániť stláčaniu hmoty do nekonečnej hustoty. A keďže energia má schopnosť premeniť sa na hmotu, extrémne vysoká úroveň gravitačnej energie v tomto stave povedie k intenzívnej tvorbe častíc, čo spôsobí nárast hmoty vo vnútri čiernej diery.
Mechanizmus krútenia teda naznačuje vývoj pozoruhodného scenára: každá čierna diera by mala v sebe vytvoriť nový vesmír.
Ak je táto teória správna, potom hmota, ktorá tvorí náš vesmír, bola tiež prinesená odniekiaľ zvonku. Potom náš
Vesmír musí byť vytvorený aj vo vnútri čiernej diery, ktorá existuje v inom vesmíre, ktorý je naším „rodičom“.
Pohyb hmoty prebieha vždy len jedným smerom, čo zabezpečuje smerovanie času, ktorý vnímame ako pohyb vpred. Časová šípka v našom vesmíre je teda tiež zdedená z „rodičovského“ vesmíru.
Tu sme sa o tom rozprávali a tu sme sa na to pozreli a dozvedeli sme sa o tom Pôvodný článok je na webe InfoGlaz.rf Odkaz na článok, z ktorého bola vytvorená táto kópia -
