Što je crna rupa? Što je horizont događaja?

Pitanje: Što je crna rupa?

Što je crna rupa? Kada nastaju crne rupe? Mogu li znanstvenici vidjeti crnu rupu? Koji je "horizont događaja" crne rupe?

Odgovor: Crna rupa je teorijska cjelina predviđena jednadžbama opća relativnost. Crna rupa nastaje kada zvijezda dovoljne mase podvrgne gravitacijskom kolapsu s većinom ili cijelom svojom masom komprimirani na dovoljno malom prostoru prostora, uzrokujući u tom trenutku beskonačno zakrivljenost prostora (a "Singularitet"). Takva ogromna zakrivljenost prostornog vremena ne dopušta ništa, čak ni svjetlost, da pobjegne s "horizonta događaja" ili granice.

Crne rupe nikada nisu izravno primijećene, premda su se predviđanja o njihovom učinku podudarala s opažanjima. Postoji nekoliko alternativnih teorija, poput magnetskosfernih vječno srušenih objekata (MECO), da se objasne ova opažanja, od kojih većina izbjegava prostor singularnost u središtu crne rupe, ali velika većina fizičara vjeruje da je objašnjenje crne rupe najvjerojatnije fizički prikaz onoga što je odvijati.

U 1700-ima, bilo je nekih koji su predložili da supermasivan objekt unese svjetlost u njega. Newtonova optika bila je korpuskularna teorija svjetla, tretirajući svjetlost kao čestice.

John Michell objavio je članak 1784. predviđajući da će objekt s polumjerom 500 puta većim od sunca (ali s istom gustoćom) imati brzinu bijega od brzina svjetlosti na njenoj površini i na taj način biti nevidljiv. Interes za teoriju umro je, međutim, u 1900-ima, budući da je valna teorija svjetlosti dobila značajnu ulogu.

Kad se u modernoj fizici rijetko spominju, ove teorijske cjeline nazivaju "tamnim zvijezdama" kako bi ih razlikovali od pravih crnih rupa.

Nekoliko mjeseci nakon Einsteinove objave opće relativnosti 1916. godine, fizičar Karl Schwartzchild proizveo je rješenje Einsteinove jednadžbe za sfernu masu (nazvanu tzv. Schwartzchildova metrika)... s neočekivanim rezultatima.

Izraz koji izražava polumjer imao je uznemirujuće svojstvo. Činilo se da će za određeni polumjer nazivnik pojma postati nula, što će uzrokovati da se izraz matematički "raznese". Ovaj radijus, poznat kao the Schwartzchildov polumjer, r_a, je definirano kao:

r_a = 2 GM/ c²

G je gravitaciona konstanta, M je masa, i c je brzina svjetlosti.

Budući da se Schwartzchildovo djelo pokazalo ključnim za razumijevanje crnih rupa, neobična je slučajnost da naziv Schwartzchild znači "crni štit".

Objekt čija je cijela masa M nalazi se unutar r_a smatra se crnom rupom. Horizont događaja je ime dodijeljeno r_a, jer je iz tog radijusa brzina bijega iz gravitacije crne rupe brzina svjetlosti. Crne rupe uvući masu putem gravitacijskih sila, ali nitko od te mase nikad ne može pobjeći.

Crna rupa često se objašnjava u smislu da predmet ili masa "padne" u nju.

Y Satovi X padaju u crnu rupu

• Y promatra kako idealizirani satovi na Xu usporavaju, smrzavajući se u vremenu kada X pogodi r_a
• Y promatra svjetlost X crvenog pomaka, dostižući beskonačnost na r_a (na taj način X postaje nevidljiv - a ipak nekako još uvijek možemo vidjeti njihove satove. nije teorijska fizika veličanstven?)
• X uočava primjetnu promjenu, u teoriji, iako jednom prijeđe r_a nemoguće je da ikada pobjegne iz gravitacije crne rupe. (Čak ni svjetlost ne može pobjeći od horizonta događaja.)

U 1920-ima, fizičari Subrahmanyan Chandrasekhar zaključili su da je svaka zvijezda veća od 1,44 sunčeve mase ( Granica Chadrasekhar) mora se srušiti pod općom relativnošću. Fizičar Arthur Eddington vjerovao je da će neko vlasništvo spriječiti urušavanje. Oboje su bili u pravu, na svoj način.

Robert Oppenheimer predvidio 1939. da bi se supermasivna zvijezda mogla srušiti, stvarajući tako "zaleđenu zvijezdu" u prirodi, a ne samo u matematici. Čini se da bi se kolaps usporio, zapravo smrzavajući se u vremenu u trenutku kad ga pređe r_a. Svjetlost zvijezde doživjela bi jaku crveni pomak na r_a.

Nažalost, mnogi fizičari smatrali su to samo obilježjem izrazito simetrične prirode Schwartzchildova metrika, vjerujući da se u prirodi takav kolaps zapravo neće dogoditi zbog asimetrija.

Tek 1967. - gotovo 50 godina nakon otkrića r_a - da fizičari Stephen Hawking i Roger Penrose pokazali su da ne samo da su crne rupe izravan rezultat opće relativnosti, već i da ne postoji način da se zaustavi takav kolaps. Otkriće pulsara podržalo je ovu teoriju i, nedugo zatim, fizičar John Wheeler skovao je pojam "crna rupa" za taj fenomen u predavanju 29. prosinca 1967. godine.

Naknadni radovi uključivali su otkriće Hawkingovo zračenje, u kojima crne rupe mogu emitirati zračenje.

Crne rupe su polje koje privlači teoretičare i eksperimentalce koji žele izazov. Danas je gotovo univerzalan dogovor da postoje crne rupe, iako je njihova točna narav još uvijek u pitanju. Neki vjeruju da se materijal koji padne u crne rupe može ponovo pojaviti negdje drugdje u svemiru, kao u slučaju a rupa od crva.

Jedan značajan dodatak teoriji crnih rupa je onaj o Hawkingovo zračenje, koji je razvio britanski fizičar Stephen Hawking 1974. godine.