Bezgalīgais visums ir pilns ar noslēpumiem, mīklām un paradoksiem. Neskatoties uz to, ka mūsdienu zinātne ir devusi milzīgu lēcienu kosmosa izpētē, daudz šajā plašajā pasaulē paliek nesaprotama attiecībā uz cilvēka uztveri pasaulē. Mēs daudz pazīstam par zvaigznēm, miglām, klasteriem un planētām. Tomēr Visuma plašumā ir tādi objekti, kuru esamību mēs varam tikai uzminēt. Piemēram, mēs ļoti maz zinām par melnajiem caurumiem. Pamatinformācija un zināšanas par melno caurumu raksturu balstās uz pieņēmumiem un pieņēmumiem. Astrofizisti, kodolzinātnieki ir cīnījušies ar šo jautājumu vairāk nekā divpadsmit gadus. Kas ir melns caurums kosmosā? Kāda ir šādu objektu būtība?
Runājot par melniem caurumiem vienkāršā valodā
Iedomāties, kā izskatās melnais caurums, pietiek ar vilciena astes redzamību tuneļos. Signāla gaismas uz pēdējo automašīnu, kad vilciens iet dziļāk tunelī, samazināsies, līdz tās pilnībā pazūd no skata. Citiem vārdiem sakot, tie ir priekšmeti, kuros neparastas piesaistes dēļ pat gaismas izzūd. Elementāras daļiņas, elektroni, protoni un fotoni nespēj pārvarēt neredzamo barjeru, tie nonāk neeksistences melnajā bezdibenī, tāpēc šādu caurumu telpā sauca par melnu. Tā iekšpusē nav mazākās gaismas zonas, ciets melnums un bezgalība. Tas, kas atrodas melnā cauruma otrā pusē, nav zināms.
Šim telpu putekļsūcējam ir milzīga smaguma pakāpe, un tā spēj absorbēt visu galaktiku ar visām zvaigznēm un superplastēm, ar miglām un tumšām vielām, lai sāktu darbu. Kā tas ir iespējams? Tas paliek tikai uzminēt. Fizikas likumi, kas mums šajā gadījumā ir zināmi, atdalās vīlēs un nesniedz skaidrojumu par notiekošajiem procesiem. Paradoksāla būtība ir tāda, ka šajā Visuma daļā ķermeņu gravitācijas mijiedarbību nosaka to masa. To kvalitatīvais un kvantitatīvais sastāvs neietekmē citu objektu absorbcijas procesu. Daļiņas, kas sasniegušas kritisku daudzumu noteiktā apgabalā, iekļūst citā mijiedarbības līmenī, kur gravitācijas spēki kļūst par piesaistes spēkiem. Ķermenis, objekts, viela vai viela smaguma ietekmē sāk sarukt, sasniedzot milzīgu blīvumu.
Aptuveni šādi procesi notiek neitronu zvaigznes veidošanās laikā, kad zvaigžņu materiāls iekšējās gravitācijas ietekmē ir saspiests. Brīvie elektroni apvienojas ar protoniem, veidojot elektriski neitrālas daļiņas - neitronus. Šīs vielas blīvums ir milzīgs. Materiāla daļiņu rafinētā cukura lielumam ir miljardu tonnu svars. Šeit ir lietderīgi atcerēties vispārējo relativitātes teoriju, kur telpa un laiks ir nepārtraukti daudzumi. Līdz ar to saspiešanas procesu nevar apturēt līdz pusei, un tāpēc tai nav ierobežojuma.
Iespējams, melns caurums izskatās kā caurums, kurā var būt pāreja no viena telpas segmenta uz citu. Tajā pašā laikā pašas telpas un laika īpašības mainās, pagriežot telpu laika piltuvē. Sasniedzot šo piltuves dibenu, jebkurš jautājums nonāk kvantā. Kas ir melnā cauruma otrā pusē, šis milzīgais caurums? Varbūt pastāv vēl cita telpa, kurā piemēro citus likumus, un laiks plūst pretējā virzienā.
Relativitātes teorijas kontekstā melnā cauruma teorija ir šāda. Kosmosa punktam, kur gravitācijas spēki ir izspieduši jebkuru jautājumu uz mikroskopisko lielumu, ir milzīgs piesaistes spēks, kura lielums palielinās līdz bezgalībai. Parādās laika posms, un telpa ir saliekta, aizveroties vienā punktā. Melnā cauruma absorbētie priekšmeti nespēj izturēt šī monstro putekļsūcēja spēku. Pat gaismas ātrums, kas ir kvantitatīvs, neļauj elementārajām daļiņām pārvarēt piesaistes spēku. Jebkura iestāde, kas ir nonākusi pie šāda punkta, vairs nav materiāls objekts, kas apvienojas ar kosmosa laika burbuli.
Melnais caurums zinātnē
Ja jautājat, kā veidojas melnie caurumi? Noteikta atbilde nebūs. Visumā ir daudz paradoksu un pretrunu, ko nevar izskaidrot no zinātnes viedokļa. Einšteina relativitātes teorija ļauj teorētiski izskaidrot šādu objektu būtību, bet šajā gadījumā kvantu mehānika un fizika klusē.
Mēģinot izskaidrot procesus, kas notiek fizikas likumos, attēls izskatīsies šādi. Objekts veidojas masveida vai supermassīva kosmiskā ķermeņa milzīgā gravitācijas kontrakcijas rezultātā. Šim procesam ir zinātnisks nosaukums - gravitācijas sabrukums. Termins "melnais caurums" pirmo reizi tika izklausīts zinātnieku aprindās 1968. gadā, kad amerikāņu astronoms un fiziķis Džons Wheelers mēģināja izskaidrot zvaigžņu sabrukuma stāvokli. Saskaņā ar viņa teoriju masveida zvaigzne vietā, kas pakļauta gravitācijas sabrukumam, rodas telpiska un laicīga neveiksme, kurā pastāvīgi pieaug saspiešanas darbības. Viss, ko zvaigzne bija izgatavota, iet iekšā.
Šis skaidrojums ļauj secināt, ka melno caurumu raksturs nekādā veidā nav saistīts ar Visumā notiekošajiem procesiem. Viss, kas notiek šī objekta iekšienē, neatspoguļo apkārtējo telpu ar vienu “BUT”. Melnā cauruma gravitācijas spēks ir tik spēcīgs, ka tā saliek vietu, liekot galaktikām rotēt ap melnajiem caurumiem. Līdz ar to kļūst skaidrs, kāpēc galaktikas veidojas spirāles veidā. Cik ilgi būs nepieciešams, lai milzīgā Piena ceļa galaktika izzustu supermazīva melnā cauruma bezdibenī, nav zināms. Interesants fakts ir tas, ka melnās caurumi var rasties jebkurā kosmosa vietā, kur tam ir ideāli apstākļi. Šāds laiks un telpa izslēdz milzīgos ātrumus, ar kuriem zvaigznes rotē un pārvietojas galaktikas telpā. Laiks melnajā caurumā plūst citā dimensijā. Šajā jomā neviena gravitācijas likums nav interpretējams no fizikas viedokļa. Šo stāvokli sauc par melnā cauruma singularitāti.
Melnajiem caurumiem nav nekādu ārēju identifikācijas zīmju, to esamību var vērtēt pēc citu kosmosa objektu uzvedības, ko ietekmē gravitācijas lauki. Visa cīņa par dzīvību un nāvi notiek uz melna cauruma robežas, ko pārklāj membrāna. Šo piltuves iedomāto virsmu sauc par "notikumu horizontu". Viss, ko mēs redzam šajā robežā, ir materiāls un materiāls.
Melnā cauruma scenāriji
Izstrādājot John Wheeler teoriju, var secināt, ka melno caurumu noslēpums, visticamāk, nav tā veidošanās procesā. Melnā cauruma veidošanos izraisa neitronu zvaigznes sabrukums. Turklāt šāda objekta masai trīs vai vairāk reizes ir jāpārsniedz Saules masa. Neitronu zvaigzne saraujas līdz brīdim, kad sava gaisma vairs nespēj atbrīvoties no saspringtās smaguma pakāpes. Ir robežu robeža, kurai zvaigzne var sarukt, dzemdējot melnu caurumu. Šo rādiusu sauc par gravitācijas rādiusu. Masīvajām zvaigznēm to attīstības pēdējā posmā jābūt vairāku kilometru gravitācijas rādiusam.
Šodien zinātnieki ir ieguvuši netiešus pierādījumus par melno caurumu klātbūtni duci rentgena binārās zvaigznes. Rentgena zvaigznēm, pulsaram vai bursterim nav cietas virsmas. Turklāt to masa ir lielāka par trīs Saules masu. Pašreizējā kosmosa situācija zvaigznājā Cygnus - rentgena zvaigzne Cygnus X-1 - ļauj izsekot šo ziņkārīgo objektu veidošanos.
Pamatojoties uz pētījumiem un teorētiskajiem pieņēmumiem, šodien zinātnē ir četri melnzvaigžņu veidošanās scenāriji:
- masveida zvaigznes gravitācijas sabrukums tās evolūcijas beigās;
- galaktikas centrālā reģiona sabrukums;
- melno caurumu veidošanos lielā sprādziena procesā;
- kvantu melno caurumu veidošanos.
Pirmais scenārijs ir reālistiskākais, bet melno zvaigžņu skaits, ar kurām mēs šodien pazīstam, pārsniedz zināmo neitronu zvaigznes skaitu. Un Visuma laikmets nav tik liels, ka tik daudz masveida zvaigznes varētu iet cauri pilnam evolūcijas procesam.
Otrajam scenārijam ir tiesības uz dzīvību, un ir spilgts piemērs - supermassīvais melnais caurums Strēlnieks A *, kas atrodas mūsu galaktikas centrā. Šī objekta masa ir 3,7 masas saules. Šā scenārija mehānisms ir līdzīgs gravitācijas sabrukuma scenārijam, un vienīgā atšķirība ir tā, ka starpzvaigžņu gāze, nevis zvaigzne, ir pakļauta sabrukumam. Gravitācijas spēku ietekmē gāze tiek saspiesta līdz kritiskai masai un blīvumam. Kritiskajā brīdī viela sadalās kvantā, veidojot melnu caurumu. Tomēr šī teorija ir apšaubāma, jo nesenā Kolumbijas universitātes astronomi ir identificējuši melnā cauruma Satelītu A * satelītus. Viņi izrādījās daudz mazu melnu caurumu, kas, iespējams, veidojās citā veidā.
Trešais scenārijs ir vairāk teorētisks un saistīts ar Big Bang teorijas esamību. Visuma veidošanās laikā daļai materiāla un gravitācijas laukumu notika svārstības. Citiem vārdiem sakot, procesi gāja citā veidā, kas nav saistīts ar zināmiem kvantu mehānikas un kodolfizikas procesiem.
Pēdējais scenārijs ir vērsts uz kodolatkritumu fiziku. Materiāla recekļos kodolreakciju procesā gravitācijas spēku ietekmē notiek sprādziens, kura vietā veidojas melns caurums. Matter eksplodē uz iekšu, absorbējot visas daļiņas.
Melno caurumu esamība un attīstība
Ņemot vērā aptuvenu priekšstatu par šādu dīvainu kosmosa objektu raksturu, kaut kas cits ir interesants. Kādi ir melno caurumu patiesie izmēri, cik ātri viņi aug? Melno caurumu izmērus nosaka to gravitācijas rādiuss. Melnajiem caurumiem melnā cauruma rādiusu nosaka tās masa un to sauc par Schwarzschild rādiusu. Piemēram, ja objekta masa ir vienāda ar mūsu planētas masu, tad Schwarzschild rādiuss šajā gadījumā ir 9 mm. Mūsu galvenais korpuss ir 3 km rādiusā. Melnā cauruma vidējais blīvums, kas veidojas zvaigznes vietā, kura masa ir 10⁸ no Saules masas, būs tuvu ūdens blīvumam. Šādas izglītības rādiuss būs 300 miljoni kilometru.
Iespējams, ka šādi milzu melnie caurumi atrodas galaktiku centrā. Līdz šim ir zināmas 50 galaktikas, kuru centrā ir milzīgas pagaidu un telpiskās akas. Šādu milzu masa ir miljardi Saules masa. Var tikai iedomāties, kas ir milzīgs un briesmīgs piesaistes spēks šādam caurumam.
Kas attiecas uz maziem caurumiem, tie ir mini objekti, kuru rādiuss sasniedz nenozīmīgas vērtības, tikai 10 ² ² Šādas drupatas masa ir 10 gr. Šādi veidojumi radās lielā sprādziena laikā, tomēr ar laiku tie palielinājās un šodien paši sevi apbēdināja kosmosā kā monstriem. Nosacījumi, kādos notika nelielu melno caurumu veidošanās, šodien zinātnieki mēģina atjaunot sauszemes apstākļos. Šim nolūkam eksperimenti tiek veikti elektronu kolektoros, caur kuriem elementārās daļiņas tiek paātrinātas līdz gaismas ātrumam. Pirmie eksperimenti ļāva laboratorijas apstākļos iegūt quark-gluon plazmu - vielu, kas pastāvēja Visuma veidošanās rītausmā. Šādi eksperimenti liecina, ka melnais caurums uz Zemes ir laika jautājums. Vēl viena lieta ir, vai šāds cilvēka zinātnes sasniegums kļūs par katastrofu mums un mūsu planētai. Izveidojot mākslīgi melnu caurumu, mēs varam atvērt Pandoras kasti.
Nesenie citu galaktiku novērojumi ir ļāvuši zinātniekiem atklāt melnus caurumus, kuru izmērs pārsniedz visus iespējamos cerības un pieņēmumus. Attīstība, kas notiek ar šādiem objektiem, ļauj mums labāk saprast, kā aug melno caurumu masa, kāda ir tās patiesā robeža. Zinātnieki ir secinājuši, ka visi zināmie melnie caurumi ir palielinājušies līdz reālajam lielumam 13-14 miljardu gadu laikā. Lieluma atšķirība ir saistīta ar apkārtējās vides blīvumu. Ja melnajā caurumā ir pietiekami daudz pārtikas smaguma sasniegšanai, tas aug kā raugs, sasniedzot simtiem un tūkstošiem saules masu. Līdz ar to šādu objektu gigantiskie izmēri atrodas galaktiku centrā. Milzīga zvaigžņu kopa, milzīgas starpzvaigžņu gāzes ir bagātīgas izaugsmes barības. Kad galaktikas saplūst, melnie caurumi var apvienoties, veidojot jaunu supermassīvu objektu.
Spriežot pēc evolūcijas procesu analīzes, ir ierasts atšķirt divas melno caurumu klases:
- objekti, kuru masa ir 10 reizes lielāka par saules masu;
- masveida priekšmeti, kuru masa ir simtiem tūkstošu, miljardu saules masu.
Ir melni caurumi, kuru vidējā masa ir 100-10 tūkstoši reizes lielāka par Saules masu, bet to daba vēl nav zināma. Galaktikā ir aptuveni viens šāds objekts. Rentgena zvaigžņu izpēte ļāva atrast divus vidējus melnos caurumus 12 miljonu gaismas gadu attālumā galaktikā M82. Viena objekta masa svārstās no 200 līdz 800 saules masām. Vēl viens objekts ir daudz lielāks un tam ir masa 10-40 tūkstoši saules masu. Šādu objektu liktenis ir interesants. Tie atrodas netālu no zvaigžņu kopām, pakāpeniski piesaistot sevi supermazīvam melnajam caurumam, kas atrodas galaktikas centrālajā daļā.
Mūsu planēta un melnie caurumi
Neskatoties uz pavediena meklējumiem par melno caurumu raksturu, zinātniskā pasaule ir norūpējusies par melnā cauruma vietu un lomu Piena ceļa galaktikas liktenī un jo īpaši uz planētas Zemes likteni. Piena ceļa centrā esošais laiks un telpa pakāpeniski absorbē visus apkārt esošos objektus. Miljoniem zvaigznes un triljoni tonnu starpzvaigžņu gāzes jau ir absorbētas melnajā caurumā. Laika gaitā līnija sasniegs Cygnus un Strēlnieka ieročus, kuros atrodas Saules sistēma, braucot 27 tūkstošus gaismas gadu attālumā.
Otrs blakus esošais melnais caurums atrodas Andromeda galaktikas centrālajā daļā. Tas ir apmēram 2,5 miljoni gaismas gadu prom no mums. Iespējams, līdz mūsu objekts Strēlnieks A * norij savu galaktiku, mums vajadzētu sagaidīt divu kaimiņu galaktiku apvienošanos. Līdz ar to notiks divu supermassīvo melno caurumu apvienošana vienā veselā, briesmīgā un briesmīgā izmērā.
Pavisam cita lieta - mazi melni caurumi. Uzņemt Zemi ir diezgan melns caurums ar pāris centimetru rādiusu. Problēma ir tā, ka melnais caurums pēc būtības ir pilnīgi sejas objekts. No dzemdes neizraisa starojumu vai starojumu, tāpēc ir diezgan grūti pamanīt šādu noslēpumainu priekšmetu. Tikai tuvā diapazonā mēs varam noteikt fona gaismas izliekumu, kas norāda, ka šajā Visuma reģionā telpā ir caurums.
Līdz šim zinātnieki ir atklājuši, ka melnais caurums, kas atrodas vistuvāk Zemei, ir V616 Monocerotis objekts. Monstrs atrodas 3000 gaismas gadu laikā no mūsu sistēmas. Izmērā tas ir liels veidojums, tā masa ir 9-13 saules masas. Vēl viens tuvs objekts, kas apdraud mūsu pasauli, ir melnais caurums Gygnus X-1. Ar šo monstru mēs esam atdalīti ar 6000 gaismas gadu. Mūsu apkārtnē atklātie melnie caurumi ir bināro sistēmu daļa, t.i. pastāv tuvu zvaigznei, kas baro negausīgo objektu.
Secinājums
Protams, šādu noslēpumainu un noslēpumainu priekšmetu kā melnu caurumu esamība telpā liek mums būt pie sarga. Tomēr viss, kas notiek ar melnajiem caurumiem, notiek diezgan reti, ja ņemam vērā Visuma vecumu un milzīgus attālumus. 4,5 miljardu gadu laikā Saules sistēma atrodas miera stāvoklī, kas pastāv saskaņā ar mums zināmiem likumiem. Šajā laikā nekas nav parādījies, kā arī nav izkropļota telpa vai laika krokām pie Saules sistēmas. Iespējams, ka tam nav piemērotu apstākļu. Šī Piena ceļa daļa, kurā atrodas Saules zvaigzne, ir mierīga un stabila telpas daļa.
Zinātnieki uzskata, ka melno caurumu parādīšanās nav nejauša. Šādi priekšmeti Visumā darbojas kā ordeņa loma, kas iznīcina kosmisko ķermeņu pārpalikumu. Kas attiecas uz pašu monstru likteni, to attīstība vēl nav pilnībā izprasta. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
