Что происходит, когда испаряется сингулярность черной дыры? Сингулярность черной дыры
Что такое сингулярность и как она связана с гравитацией и черными дырами
- Подписаться
- Лента публикаций
- Последние публикации
- Лучшие публикации
- за все время
- за полгода
- за месяц
- Категории
- Города и страны
- Здоровье
- Изобретения
- Интересные факты
- История
- Космос
- Наука
- Природа
- Рекорды
- Технологии
- Человек
vseonauke.com
Что происходит, когда испаряется сингулярность черной дыры?
Не так просто представить, учитывая все разнообразие форм, которые принимает материя во вселенной, что на протяжении миллионов лет существовали только нейтральные атомы газа водорода и гелия. И точно так же трудно представить, что однажды, через квадриллионы лет, все звезды померкнут. Останутся лишь останки нашей пока еще живой вселенной и … черные дыры. Но и они не будут жить вечно. В связи с чем рождается интересный вопрос
Об истинных размерах черных дыр на пальцах™: sly2m
Эпиграф: Как известно, снаружи институт выглядел двухэтажным. На самом деле в нём было не менее двенадцати этажей. Выше двенадцатого я просто никогда не поднимался, потому что лифт постоянно чинили, а летать я ещё не умел. Фасад с десятью окнами, как и большинство фасадов, тоже был обманом зрения. Вправо и влево от вестибюля институт простирался по крайней мере на километр, и тем не менее решительно все окна выходили на ту же кривоватую улицу и на тот же самый лабаз. Это поражало меня необычайно. Первое время я приставал к Ойре–Ойре, чтобы он мне объяснил,как это совмещается с классическими или хотя бы с релятивистскими представлениями о свойствах пространства. Из объяснений я ничего не понял, но постепенно привык и перестал удивляться. Я совершенно убеждён, что через десять–пятнадцать лет любой школьник будет лучше разбираться в общей теории относительности, чем современный специалист. Для этого вовсе не нужно понимать,как происходит искривление пространства–времени, нужно только, чтобы такое представление с детства вошло в быт и стало привычным."Понедельник начинается в субботу" А. и Б. Стругацкие
Интересный и совершенно неинтуитивный факт о черных дырах. Несмотря на то, что при взгляде снаружи черная дыра имеет вполне себе конечный объем, если мы думаем о черной дыре как о некой черной сфере, ограниченной Горизонтом Событий, у которого есть определенный радиус, а, значит, и конечный объем, находящийся под этим Горизонтом Событий, то при взгляде изнутри — черная дыра бесконечна, то есть объем пространства, находящегося под Горизонтом Событий бесконечен, или как минимум очень велик, гораздо больше, чем объем нашей Вселенной.
Сегодня мы не знаем наверняка, что происходит под поверхностью (в смысле, за Горизонтом Событий) черной дыры. Мы можем лишь догадываться и более–менее обоснованно предполагать. Так как непосредственное наблюдение внутренностей черной дыры нам сегодня недоступно (а может так статься, что не будет доступно никогда), самое верное, что остается, это взять лучшую существующую на сегодняшний день теорию, и попытаться предсказать, что внутри черной дыры в принципе может происходить.
Лучшая теория, в которой мы более–менее уверены (потому что она подтверждена непосредственными наблюдениями) на космических масштабах - это Теория Относительности Эйнштейна. Как говорится, это не самое лучшее, что лучшее, но покуда это лучшее из того, что у нас есть.
Сами черные дыры, как экстремальные артефакты пространства–времени, как раз и были вначале теоретически предсказаны в Теории Относительности, и лишь многие десятилетия спустя мы начали наблюдать их в реальности.
Потому, для исследования (а на самом деле — аргументированного теоретизирования) внутренностей черных дыр сам Эйнштейн велел пользоваться математикой Теории Относительности, покуда это лучшее, что мы можем натеоретизировать, полагая, что раз остальные выводы у этой теории подтверждаются наблюдениями, то и на пока неподтвержденные тоже можно кое–как положиться.
Согласно Теории Относительности космос представляет из себя гладкое пространство–время, в некоторых местах искривленное туда–сюда наличием в космосе вещества. Черные дыры делают с пространством–временем особо извращенную пертурбацию, они не просто гнут, а прямо–таки рвут пространство–время в клочья, от чего для описания пространства–времени вблизи черной дыры удобнее пользоваться не привычными нам декартовыми координатами, которые все изучали в пятом классе, а т.н. координатами (или диаграммой) Крускала.
Диаграмма Крускала
Диаграмма Крускала не такой уж и сложный, но все–таки приличный матан, это хорошо видно в английской версии википедии, от чего сразу предлагаю перейти к ее упрощенному варианту, т.н. диаграмме Пенроуза, что по сути одно и тоже (даже визуально сходство заметно), только лишних линий меньше и формул нет совсем.
Диаграмма Пенроуза
Для того, чтобы не взрывать с разбегу неподготовленный мозг, широкой публике обычно демонстрируется только правая половина этой диаграммы, потому как народ начинает возбуждаться и неадекватно реагировать на слова "Параллельная Вселенная", "Антигоризонт", "Белая Дыра" и так далее.
Диаграмма Пенроуза "для бедных"
Упрощенная диаграмма Пенроуза говорит о том, что пространство–время во Вселенной можно и нужно разделить на две части, одна, где находимся мы, наша Вселенная, и другая, которая находится внутри Черной Дыры. Там уже не совсем наша Вселенная, точнее говоря, там тоже часть нашей Вселенной, но в которой пространство–время ведет себя не так, как мы привыкли. Эти две части разделены границей Горизонта Событий, и на рисунке видно, что граница эта односторонняя, внутрь пройти можно (там стрелочка нарисована), а назад уже нет.
Почему так происходит? Потому, что, строго говоря, граница Горизонта Событий не делит одно пространство–время на две части — внутри и снаружи. Она является местом соединения (ученые говорят "местом склейки") двух совершенно разных метрик, двух разных пространств–времен.
Принципиально разных.
Если мы возьмем формулы Теории Относительности, и начнем их решать в пространстве–времени, которое находится в нашей Вселенной (снаружи Горизонта Событий, то есть в квадранте I, там где ромбик с надписью "Вселенная"), то получим знакомые нам три координаты пространства и одну координату времени. Которые как–то там изменяются в процессе, искривляются и закручиваются в зависимости от присутствия массы, но все более–менее в привычных рамочках.
А если мы начнем решать те же самые формулы, но находиться при этом будем внутри черной дыры (внутри Горизонта Событий, в квадранте II, в треугольничке, у которого одна сторона - пила не закусывая), то все решения будут явно говорить нам — чуваки, у вас пространство и время поменялись местами!
Выходит, что там, где мы ожидаем встретить наши знакомые пространственные координаты x, y и z вдруг начинает вылезать временная координата t и наоборот, в части формулы, где мы ждем изменения по оси времени, вдруг появляются x, y и z, точнее, их производные, хотя по большому счету, в нашем случае это одно и то же. То есть можно набраться храбрости и заявить во всеуслышание: "В черной дыре пространство стало временем, а время — пространством!"
NB! Внимание, автор категорически не рекомендует заявлять такого вслух! Это не совсем верно, точнее совсем не верно. Время в черной дыре не становится пространством на самом деле, просто формулы начинают указывать на то, что будто бы происходит что–то подобное.
Получается, что пространство приобретает свойства, которые мы раньше логически связывали со временем, а время в какой–то мере, наделяется свойствами пространства.
Например, всем известно, что три координаты пространства у нас вроде "свободные", мы можем двигаться по ним в любую сторону, а вот координата времени четко указывает вперед, и хочешь не хочешь, а двигаться по ней можно только туда, куда указывает стрелка, то есть из прошлого в будущее.
Внутри черной дыры пространство–время устроено так, что нельзя двигаться куда хочешь. Можно двигаться только в центр, туда, где расположено сердце черной дыры, сингулярность. Которая в данном представлении рисуется не привычной нам точкой, а линией, да еще и специально изображается кровожадно–зубчатой линией, чтобы показать неосторожному путешественнику, собравшемуся вместо Турции на отдых в черную дыру — "там конец, там съедят". Сингулярность черной дыры неизбежна (в данном случае, это, кстати, совсем не каламбур), как для нас неизбежно будущее, потому что она находится вроде как в пространственном будущем. Получается, что единственная судьба любого предмета, упавшего в черную дыру — оказаться в сингулярности. Куда бы ты ни двигался, в какую сторону ни пытался бы лететь, разницы никакой, внутри черной дыры физически нет путей, ведущих куда–либо "в другую сторону", все равно пространство тебя вынесет аккурат к сингулярности и разорвет там перед смертью на атомы.
Вот почему из черной дыры невозможно выбраться. Не потому, что она "так сильно притягивает", хотя и это, конечно, тоже. А потому, что как в нашей привычной жизни, что бы ты ни делал, куда бы ни двигался, все равно в прошлое не попадешь, а будущего не избежать, так и в черной дыре — все дороги ведут только к сингулярности, назад в прошлое, в обычную Вселенную, пути уже нет.
В то же время, получается обратная штука, которую я вынес в начало, собственно. Теоретически у времени нет предела, будущее простирается в бесконечность. А, значит, внутри черной дыры у пространства нет предела, объем черной дыры изнутри — бесконечно огромен. Ну, то есть да, время жизни конкретно нашей Вселенной, скорее всего не бесконечно, ее ждет Тепловая Смерть (или даже Большой Разрыв), но если абстрагироваться, в будущее можно двигаться бесконечно долго, даже при Тепловой Смерти Вселенной время не остановится, просто в космосе перестанут происходить видимые процессы, отчего один момент времени станет неотличим от другого, но это уже начинается софистика, в любом случае ждать этого еще очень–очень–очень–очень долго.
Черная дыра тоже не вечна, из–за излучения Хокинга она должна, вроде бы, потихоньку испаряться. Но это очень–очень небыстрый процесс, черная дыра массой в Солнце будет испаряться ~1066 лет (не забываем, что возраст Вселенной всего только ~1010 лет!), отчего можно с некой долей фантазии и упрощения, заявить, что размеры черной дыры звездной величины изнутри составляют как минимум 1066 световых лет, что внутри она если не бесконечно большая, то как минимум в 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз больше Обозримой Вселенной.
Ну, и еще раз. Естественно, все это пока лишь досужие рассуждения и теоретизирование. Что действительно происходит внутри черной дыры мы не знаем. Скажу больше, мы наверняка знаем, что там скорее всего не совсем то, что мы можем сегодня натеоретизировать. Нам известно, что Теория Относительности не полна, чтобы точно и четко работать в черных дырах, ее обязательно нужно поженить с квантовой механикой, а этого, вот уже почти целый век, не удается сделать никому. И реальность, вероятно, окажется еще более сложной и замороченной штукой, чем мы тут себе думаем и рассуждаем.
sly2m.livejournal.com
Уничтожить черную дыру? - сингулярность, черные дыры, пространство, время, астрофизика
Мало кому известно, что сама идея черной дыры впервые прозвучала еще в конце XVIII в., когда английский геолог Джон Мичелл (John Michell) предположил существование тела, настолько массивного, что его притяжение не дозволяет покинуть определенные пределы даже свету. В представлении Мичелла движение света в окрестностях такого тела должно напоминать полет камня, брошенного над землей: оно понемногу замедляется, пока не достигнет апогея, замрет там на мгновение – и снова устремится обратно.
Современная концепция черных дыр, конечно, гораздо более сложна, чем идеи 220-летней давности; к примеру, мы знаем, что скорость света – величина постоянная. Однако и сегодня под черной дырой понимается область пространственно-временного континуума, «притяжение которой столь велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света ( в т.ч. и сам свет)». Если пытаться передать современный взгляд несколько упрощенно, можно сказать, что гравитация искажает пространство-время, и, несмотря на то, что свет в окрестностях черной дыры продолжает двигаться с неизменной скоростью и прямолинейно, прямая устремляет его прямо в центр дыры, в точку сингулярности. Туда «соскальзывает» само пространство-время.
В этой концепции особенную важность приобретает понятие горизонта событий – воображаемой границы, за пределами которой скорость «соскальзывания» пространства-времени превышает скорость света. Иначе говоря, именно за пределами этой границы свет уже теряет последние шансы вырваться из объятий черной дыры. Именно за ней черная дыра становится по-настоящему черной.
Это может разочаровывать любого: все самое интересное происходит как раз за горизонтом событий, но как раз за ним мы в принципе не можем ничего наблюдать. К примеру, совершенно неясно, что же это такое за сингулярность в центре черной дыры, что это за точка, где кривизна пространства-времени уходит в бесконечность.
Если б можно было бы каким-то образом «уничтожить» горизонт событий и раскрыть внутренность черной дыры для исследований! Конечно, это приведет к разрушению самой дыры – но, возможно, на какое-то время откроет нам нечто еще более интересное… С такими необычными идеями выступили недавно известные астрофизики Тед Якобсон (Ted Jacobson) и Томас Сотирью (Thomas Sotiriou).
С точки зрения математики Общей Теории Относительности горизонт событий описывается простым неравенством М2 > (J/M)2+Q 2. Здесь М – масса черной дыры, J – угловой момент ее вращения и Q – заряд. Чтобы «разрушить» горизонт событий, - рассуждали ученые, - достаточно увеличивать вращательный момент и (или) заряд до тех пор, пока неравенство не перестанет соблюдаться. Тогда горизонт событий исчезнет, и нам предстанет… что?
Пока именно в этой точке физика отступает – и начинается почти что философия. Сингулярность - то самое место, где современные теории не должны работать. И вообще трудно сказать, что такое эта самая сингулярность, является ли она физической реальностью, или лишь математической абстракцией. Ни увидеть ее, ни почувствовать ее влияние мы не можем, сингулярность рождается лишь на кончике пера, что и порождает самые разные и самые экзотические теории о том, что же она представляет собой.
И вообще, в выкладках с этим неравенством лишь на первый взгляд, все проще простого. Если вы технологически освоите контроль над достаточной энергией, попробуйте нарастить вращение или заряд черной дыры, и поглядите, что из этого получится. Но на деле с таким прямым подходом у вас будут сложности. Увеличивая заряд или вращение дыры, вы будете увеличивать и ее массу – и неравенство сохранится. Все расчеты и все подходы, которые опробовали Якобсон и Сотирью, не дали однозначного решения о том, как же все-таки нарушить это неравенство.
Уничтожим горизонт?...
trendclub.ru
Сверхмассивная чёрная дыра | Точка сингулярности
Ночью 15 октября 1991 г., на военной базе Dugway Proving Grounds (USA) был зарегистрирован проход элементарной частицы, прилетевшей из космоса, с энергией приблизительно в 50 Джоулей. .Такую энергию ударом ракетки теннисисты сообщают теннисному мячу во время игры. Каким образом одна единственная частица могла содержать столько энергии?! (Максимальная энергия зарегистрированная на тот момент).
Тогда ученые не могли ответить на этот вопрос и дали ей шуточное название — частица «О, боже мой! «,как пародия на существовавший ранее термин «божья частица». Теперь известно, что такие частицы излучают чёрные дыры гиганты, находящиеся в ядрах т.н. «активных» галактик, самых «энергичных» космических объектах.
Эти самые черные дыры, в определённых условиях, возможно могут искривить пространство и время, и создать в своих недрах настоящую космическую машину времени.
Энергичные.
Космическое излучение в основном состоит из протонов, излучаемых звёздами и солнцем. Но самые загадочные из них — это высокоэнергетические частицы с энергией выше 10 в 19-ой степени eV, т.е. в десятки миллионов раз выше той, которая достигается в ускорителях заряженных частиц. Ранее было неизвестно что их генерирует, но недавно было сделано важное открытие — это излучение не приходит равномерно из всех направлений космоса, а из некоторых определённых точек. Некоторые из этих точек соответствуют позициям ядер активных галактик, галактик, которые содержат чёрные дыры с массой до 100 миллионов масс солнца.
Затерянные в пампасах. 
Открытие произошло в обсерватории Pierre Auger, на инструменте, состоящем из 1600 детекторов рассеянных в аргентинских пампасах на площади 3000 км2. Каждый детектор фиксирует прохождение заряженной частицы космического излучения через атмосферу земли. Кроме этих детекторов имеются так же 24 телескопа, разбросанных по той же площади, которые засекают флуоресценцию, производимую этими частицами при вхождении в атмосферу — это нужно для определения направления из которого пришли частицы.
В своих исследованиях, учёные выделили 27 прохождений частиц со сверхвысокой энергией, из которых у 20-ти удалось определить их происхождение — активные галактики. Но исследования только начались. Учёные говорят, что эти лучи так же могли быть произведены и другими феноменами, такими как пульсары или компактные быстро вращающиеся звёзды.
Мощные вспышки.
Активная галактика NGC 5128 в созвездии Центавра. В своём ядре содержит чёрную дыру.Сверхмассивные чёрные дыры, спрятанные в ядрах активных галактик, кроме производства космических лучей высокой энергии, могут быть так же гигантскими космическими машинами времени, ответственными за ещё один грандиозный феномен — вспышки гамма излучения, излучения, гораздо более энергичного и проникающего, чем рентгеновское.
Согласно последним теориям, вспышки гамма излучения возникают когда звезда с массой в несколько десятков масс Солнца достигает конца своего жизненного цикла и, умирая, трансформируется в чёрную дыру.
Однако может существовать другое объяснение этих вспышек — они могут возникать в неких особенных чёрных дырах.
Голый монстр.
Чёрная дыра — это настолько компактная звезда, что вся её масса сосредоточена в одной единственной точке, называемой «сингулярностью». Точка сингулярности обычно невидима, поскольку скрыта от нас так называемым «горизонтом событий«. Этот горизонт является «местом невозвращения», всё, что за него попадает не может вернуться обратно, даже свет.
Активная галактика NGC 4151. Находится 40 миллионах световых лет от нас, в созвездии Гончих псов.Обычно невозможно увидеть сингулярность, спрятанную за горизонтом событий. Однако в некоторых чёрных дырах этот горизонт сжимается до степени полного исчезновения, оставляя открытой саму сингулярность. Это может случится в чёрных дырах, вращающихся вокруг себя с огромной скоростью.
Монстры этого типа никогда не наблюдались, но могли бы существовать теоретически. Они больше всего удивляют физиков, поскольку позволили бы увидеть то, что происходит около сингулярности. Здесь время и пространство максимально искривляются, до такой степени, что траектория полёта частицы заворачивается сама в себя (этот эффект называется «time loop» — временная петля ), практически частица, путешествующая из прошлого в будущее, встречает сама себя в прошлом.
Всё в один момент.
Некоторые чёрные дыры (вращающиеся) могут быть гигантскими машинами времени. Могли бы мы использовать их для путешествий или для передачи информации? Теоретически — да. Если допустить, что нам удалось туда попасть,мы были бы как во временном кольце, в котором прошлое соединяется с будущим. Это было бы все равно, что ходить по кругу — двигаясь вперёд, рано или поздно вернёшься в исходную точку. Но есть одна серьёзная сложность — при входе в чёрную дыру очень легко быть раздавленным силами гравитации.Однако, какое отношение имеют гамма-вспышки к временной петле? — деформация пространства-времени вокруг сингулярности позволяет энергии, высвобождающейся в разные моменты времени, сложиться в один момент.
Гравитационное поле вокруг сингулярности изменяет свои характеристики, и вся саккумулированная энергия высвобождается мгновенно — это и есть вспышка гамма излучения.
На практике чёрная дыра питается энергией, поглощённой из внешнего мира. Вся эта энергия входит во временное кольцо в различные моменты, вплоть до промежутков в миллионы лет, и высвобождается моментально. Как слишком жадный монстр, который лопается, освобождая всё, что он поглотил.
www.krugozors.ru
Что такое сингулярность? Точка сингулярности. Сингулярность черной дыры
На сегодняшний момент вопрос о том, что такое сингулярность, волнует не только людей, интересующихся наукой, но и лучших ученых мира. Этот термин нам встречается в математике, физике, астрономии, космологии и прочих точных науках. Его трактовка немного варьируется, но принцип остается прежним. Потому сейчас мы поочередно рассмотрим, что такое сингулярность с различных точек зрения, и выясним, чем так интересно для исследователей это загадочное явление.
Общая трактовка термина
Перед тем как мы начнем углубляться в тайны Вселенной, обратимся к истории мироздания. Самой правильной на нынешней момент версией возникновения мира является теория Большого взрыва. В момент зарождения всего того, что нас окружает, была лишь одна-единственная точка сингулярности. Ее размеры точно неизвестны, но для понимания ученые часто сравнивают ее с горошиной. При этом не стоит думать, что этот мини-шарик можно было бы удержать в руке. Его масса равнялась массе всех звезд и галактик, которые сегодня есть в космосе. Более того, температура этой горошины просто зашкаливала, а сила гравитации в ней была выше, чем у ныне существующих черных дыр. Иными словами, точка сингулярности – это единица пространства-времени, в которой заключалась вся материя, наполняющая нашу Вселенную.
Как появилось время?
Непременно стоит выделить, что под термином «материя» подразумевается не только космическое пространство, состоящее из миллиардов астрономических единиц, но и все временные отрезки. Да, представить себе это сложно, но чтобы понять, что такое сингулярность, нужно представить себе время как пространственное измерение, в котором можно перемещаться как вперед, так и назад. Все это неразрывно связано с кривизной пространства, о которой мы поговорим ниже. Ученым также неизвестно, в течение какого времени по земным меркам существовала эта горошина. Парадоксально то, что в таком сжатом состоянии в любом измерении бесконечность равна нулю. Позже точка сингулярности стала расти, температура в ней падала, частицы отталкивались друг от друга. Так время отделилось от остальных измерений и перестало быть пространственной единицей. Потому сегодня оно может идти только вперед.
Видео по теме
Космологические понятия
Как известно, наука космология занимается изучением эволюции Вселенной. Тут рассматриваются все так называемые эпохи, которые последовали после Большого взрыва. Именно в соответствии с этой теорией ученые выдвинули гипотезу о том, что Вселенная возникла из сингулярности. При этом период существования последней установить невозможно. Исходя из этого, до сих пор тщательно прорабатываются две наиболее правдоподобные версии. Первая заключается в том, что наш мир статичен. Большой взрыв произошел в определенный момент, когда все частицы, находящиеся в состоянии бесконечного сжатия, резко оттолкнулись друг от друга. Кроме того, сингулярность Вселенной до момента взрыва характеризовалась наличием материи и антиматерии. В наши дни ученые не обнаружили ни единой античастицы. Вторая версия строится на том, что Большой взрыв – это настоящее космоса. Установлено, что галактики постоянно удаляются друг от друга, следовательно, процесс расширения мира продолжается по сей день.
Сингулярность в космологии
В эволюции космоса, как это ни странно, нет места действующим на Земле физическим формулам и законам. Это явление наглядно нам демонстрирует космологическая сингулярность. Конечно же, на практике выяснить, в каком состоянии в момент зарождения мира пребывала материя, невозможно, но теоретически ученые высчитали парадоксальные закономерности. Первое – кривизна пространства-времени. Это означает, что проложить ровную геодезическую линию или угол в сфере сингулярности невозможно. Второе – это, как мы уже говорили, совсем иное время. Тут можно попасть в любую точку на временном отрезке. Космологическая сингулярность, по мнению ученых, - точка отсчета, которая именуется Большим взрывом. В этот период плотность и температура вещества близились к бесконечным. Одновременно мера хаоса стремилась к нулю, умножая на себя две предыдущие единицы. С точки зрения земной физики температура и плотность не могут одновременно пребывать в бесконечном состоянии. И это лишь один из множества парадоксов, которые ученые так и не могут разгадать.
Старая и новая теория
Много лет назад Альберт Эйнштейн подарил миру знаменитую теорию относительности, которую ныне называют теорией гравитации. Благодаря ей мы сегодня описываем все явления в пространстве и времени, которые нас окружают. В соответствии с теорией физические объекты не могут обладать сингулярностью. То есть на практике никакое вещество или материя не могут иметь массу, плотность или температуру, равную бесконечности. А вот математика слывет как теоретическая наука, потому в ней есть место функциям с бесконечными значениями. Накладывая одну область знаний на другую, мы получаем примерные расчеты того, что могло происходить в момент Большого взрыва. Это, как уже говорилось, точки с бесконечными физическими величинами. Такое явление получило название физическая или космическая сингулярность. Но ее законы несопоставимы с теорией относительности. Объяснить такое явление может новая теория квантовой гравитации. Это раздел физики, где изучается поведение света, его свойства и значимость во Вселенной. Самой теории еще не существует, но имеются определенные расчеты и предпосылки, которые могут стать ее основой.
Разгадываем тайны гравитации
В астрофизике существует такое понятие, как скорость убегания. Оно используется для того, чтобы определить степень разгона, с которой определенный объект сможет сопротивляться гравитационным силам. К примеру, ракета с учетом ее массы должна двигаться со скоростью около 12 км/с, чтобы покинуть атмосферу Земли. Но если бы наша планета имела диаметр не 12 742 километра, а один сантиметр, то для преодоления поля притяжения нужно было бы двигаться со скоростью большей, чем скорость света. В таком случае Землю окружала бы не привычная нам сила тяготения, а гравитационная сингулярность. Конечно же, все это теория, так как если наша планета примет подобные размеры, она превратится в черную дыру. Но такой опыт дает возможность понять, каково значение гравитации во Вселенной.
От чего зависит сила тяготения?
Чем ближе атомы располагаются друг к другу, тем плотнее вещество. Если молекулы как-либо взаимодействуют между собой, то происходит процесс нагревания, следовательно, температура этого вещества повышается. В земных условиях такие процессы происходят в определенных рамках, потому мы давно изобрели формулы, позволяющие рассчитать поведение любого химического элемента. Все потому, что сила земного притяжения не дает частицам сближаться меньше, чем на определенное расстояние, и отдаляться более, чем на конкретную величину. В открытом космосе, где наблюдаются пустоши между галактиками, пространство особенно разряжено, это называется вакуумом. Тут гравитации нет в принципе, потому малое количество материи пребывает в хаосе. Возле очень плотных объектов (гигантские голубые звезды, квазары, а также черные дыры) сила притяжения поднимается до нереальных для нас, землян, величин. Частицы тут расположены настолько близко друг к другу, что образуется явление, которое называется "гравитационная сингулярность". Это та самая основа, влияющая на искажение пространства и степень кривизны.
Гравитация и поведение материи
В область сингулярности материя не засасывается. Туда притягивается только космический ветер и микроскопические частицы. Но человек чисто теоретически может по доброй воле отправиться в такие области. Они располагаются в квазарах и в черных дырах и, увы, для живых существ являются смертоносными с точки зрения биологии. Попадая в область большой приливной силы, тело начнет растягиваться как вдоль, так и поперек. В результате очертания человека окутают сферу и будут вращаться в ней. Теоретически, если глаза еще будут видеть и передавать сигнал в мозг, человек одновременно сможет лицезреть все свои части тела, включая лицо, которое будет вращаться перед ним, превышая скорость света. Понятно, что в таком виде человеческое тело существовать не может, но ведь это касается земной физики. Однако подобный пример дает нам возможность представить, что такое сингулярность с практической точки зрения. Было бы интересно предположить, что мы как биологический вид сможем принять эти новые физические законы и существовать в таких формах, образуя новые миры для себя.
Течение времени
О том, что такое время, можно спорить вечно. Сегодня его определяют как процесс прохождения физиологических, физических и психических процессов для живых организмов и материи нашего мира. Но свойства времени, его скрытые возможности так и не изучены. Мы воспринимаем его как нечто субъективное, и это тщательно можно отследить, вспоминая свои прошедшие годы. Когда мы проживали первый год жизни, этот отрезок для нас был равен 100 процентам. Он был единственным, что у нас есть, всей жизнью и опытом. На второй свой день рождения один год уже стал 50 процентами, на третий – лишь третью. К 80-летнему возрасту один год уже был лишь 1/80 частицей жизни и ничего практически не значил. Так случалось потому, что в течение первого года все, что мы видели, было новым. В дальнейшем нам попадались уже все более и более привычные вещи и явления. Потому и казалось, что детство тянется невероятно долго, а зрелые годы пролетают моментально. Это наглядный пример того, как восприятие одного человека искажает течение времени. А что же будет, если взглянуть на этот термин с астрономической точки зрения?
Время в начале времен
Это было небольшое отступление, которое дало возможность понять все то, что мы видим. Находясь запертыми в рамках физики и, более того, своего собственного восприятия, нам сложно представить, что мир был и может быть совсем другим. Так вот, сингулярность времени имела такое же место в космологии, как и сингулярность пространства. Сейчас для преодоления отрезка в 1 километр со скоростью 5 км/ч потребуется 0,2 часа. Чтобы долететь от Земли до Сатурна, необходимо затратить несколько лет. Но как быть с временем, если все расстояние, которое имеется в мире, равно 1 сантиметру? Умножая столь ничтожные параметры на бесконечно большую плотность и массу, мы получаем кривизну пространства-времени. Это означает, что в момент, когда Вселенная была сингулярной, могло происходить все то, что мы видим сейчас. События, возможно, перемешивались, невероятно искажались и сопоставлялись. Проще выражаясь, любой материальный объект мог заглянуть как в прошлое Земли или другой планеты, так и в ее будущее.
Технологии и вступление в новую эру
Существует и так называемая теория сингулярности, согласно которой наша планета скоро превратится в большой биотехнический интеллект. По мнению исследователей, к середине 21-го века будет создан компьютер, возможности которого превзойдут возможности мозга. Искусственный разум, естественно, возьмет верх над менее развитыми существами. В этот момент наступит технологическая сингулярность. Такое название было придумано потому, что неизвестно, чем такой прогрессивный скачок в области науки закончится и удастся ли выжить человечеству.
Червоточины
Сингулярность черной дыры, из которой, собственно, и состоит этот космический объект, – одна из самых больших загадок мира. Сама кротовая нора на самом деле выглядит не как яма с воронкой и узким тоннелем, а как сфера, образованная гигантской силой гравитации. О черных дырах мы уже говорили выше, определяя их как смертоносные объекты во Вселенной. Сила их сжатия невероятно велика, потому на горизонте событий искривляется пространство и останавливается время. Сингулярность черной дыры сравнима с теорией Большого взрыва. Досконально не изучено, но считается, что сила сжатия внутри червоточины такая же, как в момент зарождения мира. Вот почему бытует теория о том, что черные дыры – это эволюция новых Вселенных, которые существуют параллельно с нашей.
Приложение, объясняющее часть теории
В общих чертах теорию точки невозврата и бесконечной плотности дает понять игра «Сингулярность». Прохождение миссии связано с перемещением в пространстве и времени, где эти два понятия едины. Герой передвигается между 1950 годом и 2010-м, исправляя ошибки советских ученых и спасая современных каторжников, заключенных на острове, окруженном радиацией. Если погрузиться в этот мир, то постепенно можно понять, что значит время в пространственном измерении.
Подведение итогов
Изучение всех тайн космоса, которые касаются гравитации, дает возможность понять, что теория относительности нас предельно ограничивает. Конечно же, это невероятная находка для земных условий, но если речь идет об изучении иных пространств, то стоит отбросить все стереотипы. Такое понятие, как "сингулярность", переворачивает восприятие звука, световых импульсов, кривизны пространства и длительности времени. Но встречается оно пока что только в математической теории, а в физической практике не находит себе объяснения. Наиболее детально ныне исследуется сингулярность черной дыры, но считается, что эта область хоть и сжата до бесконечности, это не самая сколлапсированная точка Вселенной.
Источник: fb.ru Автомобили Что такое фильтр тонкой очистки топлива и грубая сепарация?Исправная работа автомобиля зависит не только от условий эксплуатации, но и от топлива, которым заправляется транспортное средство. Для того чтобы исключить чрезмерную зашлакованность двигателя, применяется несколько ...
Компьютеры Рабочая станция: это что такое с точки зрения компьютерных систем?Сегодня в нашем обиходе все чаще и чаще фигурирует такое понятие, как «рабочая станция». Это что такое? Многие догадываются об ответе, но далеко не все могут дать четкое определение этого термина. Рассмотр...
Спорт и Фитнес Йога - это что такое с точки зрения здоровья? Занятия йогой, советы для начинающихВсе привыкли считать, что йога – это обязательно что-то связанное с физическими упражнениями и религией индийцев. В какой-то части так и есть. Йога – это довольно-таки широкое понятие, которое совмещает в ...
Образование Что такое черная дыра?Как бы прискорбно это ни звучало, но сегодня многие совершенно неправильно или в лучшем случае смутно представляют себе, что такое черная дыра. А таких объектов во Вселенной довольно много. И они являются настолько...
Бизнес Что такое точка безубыточностиТочка безубыточности часто ошибочно воспринимается за точку окупаемости, однако эти два понятия совершенно различны по своей сути. Если окупаемость выражается в месяцах и обозначает тот момент, когда расходы на предпр...
Духовное развитие Что такое Черная Луна в астрологии?В карте рождения каждого человека есть несколько ключевых точек. Они определяют особенности характера, жизненные дороги, судьбу. Это те данности, с которыми человек приходит в этот мир. Мы развиваемся каждый со своей ...
Здоровье Что такое бузина? Бузина черная: лечебные свойства и применениеБузина черная — это листопадный кустарник, относящийся к семейству Адоксовые. В народе его называют бузиновый цвет, бузовник, пусторосль, самбук, пищальник. Есть мнение, что латинское наименование растения &laqu...
Искусство и развлечения Что такое черный юмор: симптомы, особенности, лечениеВ лаборатории доктор был один. Он тяжело дышал, на лбу выступили капельки пота, под глазами отчетливо виднелись мешки, что появились в результате бессонных ночей. Доктор пребывал в отчаянии: ночью, примерно в 01:34, у...
Искусство и развлечения Что такое предисловие? Узнаем точки зрения писателей, редакторов и литературоведовПредисловия в книгах люди часто прочитывают по диагонали, а то и просто пропускают. А зря! Именно в этой части книги можно найти важную информацию, которая облегчит понимание написанного в основной части.Узнаем...
Компьютеры Что такое графика с точки зрения компьютераО том, что такое графика, и какая графика лучше, можно дискутировать часами, одно остается неизменным – использование компьютера в качестве инструмента для создания изображений позволяет быстро и красиво получит...
monateka.com
Что происходит, когда испаряется сингулярность черной дыры?
Не так просто представить, учитывая все разнообразие форм, которые принимает материя во Вселенной, что на протяжении миллионов лет существовали только нейтральные атомы газа водорода и гелия. И точно так же трудно представить, что однажды, через квадриллионы лет, все звезды померкнут. Останутся лишь останки нашей пока еще живой Вселенной и… черные дыры. Но и они не будут жить вечно. В связи с чем рождается интересный вопрос. Что произойдет, когда черная дыра потеряет достаточно энергии вследствие излучения Хокинга, так что ее энергетическая плотность больше не сможет поддерживать сингулярность с горизонтом событий? То есть когда черная дыра перестанет быть черной дырой из-за излучения Хокинга?
Чтобы ответить на этот вопрос, важно понять, чем на самом деле является черная дыра.
Черные дыры обычно образуются во время коллапса ядра массивной звезды, когда отработанное ядерное топливо перестает синтезировать более тяжелые элементы. По мере замедления и прекращения синтеза, в ядре падает давление излучения, которое было единственным, что удерживало звезду от гравитационного коллапса. В то время как внешние слои зачастую испытывают нарастающую реакцию синтеза, раздувая бывшую звезду в сверхновую, ядро сначала коллапсирует в нейтронную звезду, но если масса будет слишком большой, сами нейтроны коллапсируют в еще более плотное состояние черной дыры. Также черная дыра может сформироваться, если нейтронная звезда наберет достаточно массы от звезды-компаньона и пересечет порог, необходимый для превращения в черную дыру.
С точки зрения гравитации, чтобы стать черной дырой, нужно просто набрать достаточно массы в достаточно небольшом объеме пространства, из которого даже свет не может выйти. Каждая масса, включая планету Земля, имеет скорость убегания: скорость, которую нужно развить, чтобы полностью выйти из гравитационного притяжения на определенном расстоянии (например, расстоянии от центра Земли до ее поверхности) от ее центра масс. Но если массы достаточно, чтобы скорость убегания стала равна скорости света, в таком случае ничто не сможет преодолеть этот барьер, потому что ничто не может превысить скорость света.
Это расстояние от центра масс, где скорость убегания равна скорости света — назовем его R — определяет размер горизонта событий черной дыры. Но тот факт, что в таких условиях существует материя, имеет еще одно незаметное следствие: эта материя должна коллапсировать в сингулярность. Можно предположить, что должно существовать состояние материи, которое будет стабильно и находиться в определенном объеме в пределах горизонта событий, но это физически невозможно.
Чтобы проявить внешнюю силу, внутренняя частица должна отправить частицу-переносчика силы от центра масс к горизонту событий. Но этот переносчик силы также ограничен скоростью света, и вне зависимости где вы находитесь в пределах горизонта событий, все светоподобные кривые заканчиваются в центре. Для медленных и массивных частиц все еще хуже. Как только вы сформируете черную дыру с горизонтом событий, вся материя внутри свернется в сингулярность.
И поскольку ничто не может покинуть черную дыру, можно было бы подумать, что черная дыра останется таковой навечно. И если бы не квантовая физика, то так бы и было. Но в квантовой физике существует ненулевое количество энергии, присущей самому пространству: квантовый вакуум. В искривленном пространстве квантовый вакуум приобретает совершенно другие свойства, нежели в плоском, и не бывает областей, кривизна которых была бы больше, чем возле сингулярности черной дыры. Совместите два этих закона природы — квантовую физику и релятивистское пространство-время возле черной дыры — и получите явление излучения Хокинга.
Вычисления квантовой теории поля в искривленном пространстве дают удивительное решение: в пространство, окружающее горизонт событий черной дыры, испускается тепловое излучение черного тела. И чем меньше горизонт событий, тем больше кривизна пространства возле горизонта событий, а вместе с тем выше скорость излучения Хокинга. Если бы наше Солнце было черной дырой, температура излучения Хокинга составляла бы 62 нанокельвина; если бы вы взяли черную дыру в центре нашей галактики, в 4 000 000 раз массивнее солнца, температура составляла бы 15 фемтокельвинов, или 0,000025% от температуры излучения меньшего объекта.
Это значит, что чем меньше черная дыра, тем быстрее она распадается, и дольше всего живут самые большие. Черная дыра солнечной массы будет существовать около 10^67 лет до испарения, но черная дыра в центре нашей галактики будет жить в 10^20 раз дольше. Интересно то, что до самой последней секунды существования у черной дыры будет оставаться горизонт событий. После образования сингулярности — и пока остается горизонт событий — она будет оставаться сингулярностью до тех пор, пока масса не станет нулевой.
Однако эта последняя секунда жизни черной дыры приведет к очень специфическому и мощному выбросу энергии. Когда масса падает до 228 метрических тонн, это сигнал к тому, что остается ровно одна секунда. Размер горизонта событий в это время составит 340 йоктометров, или 3,4 х 10^-22: размер одной длины волны фотона с энергией, превышающей энергию любой частицы, которую когда-либо производил БАК. В эту последнюю секунду будет выпущено 2,05 х 10^22 джоулей энергии, пять миллионов мегатонн в тротиловом эквиваленте. Это как если бы миллион термоядерных бомб взорвались в крошечном кусочке пространства; это заключительная стадия испарения черной дыры.
Что останется? Просто уходящее излучение. Если раньше в пространстве была сингулярность, в которой масса, а также, возможно, заряд и угловой момент существовали в бесконечно малом объеме, больше нет. Пространство восстановится до своего несингулярного состояния, как будто не было ничего до этого. Но когда это случится, Вселенная успеет сделать все свои дела триллионы раз. Не останется больше никаких звезд или других источников света, когда испарится первая черная дыра. И нет никакого «порога», после которого это должно случиться. Просто черная дыра должна полностью испариться. И насколько нам известно, останется только излучение.
Другими словами, если бы вы наблюдали, как испаряется последняя черная дыра в нашей Вселенной, вы увидели бы только черную пустоту пространства, в которой не было бы ни света, ни признаков активности уже на протяжении 10^100 лет или больше. Внезапная мощная вспышка излучения определенного спектра и величины станет последним разом, когда наша наблюдаемая Вселенная искупается в излучении. Испарение последней черной дыры станет последним разом, когда Вселенная скажет: да будет свет!
healthystyle.info
