Черная дыра — это дыра в космосе?
Нет, черная дыра вовсе не дыра в космосе. Черная дыра — это объект, как и любой другой, за исключением того, что он чрезвычайно плотный. Это дает ему такое сильное гравитационное поле, что ничто, даже свет, не может вырваться. Поскольку ни один фотон света не выходит из черной дыры, она невидима — или «черная» — хотя они могут быть обнаружены по их воздействию на материю вокруг них. Термин «дыра» использовался потому, что все, что попадает в черную дыру, оказывается в ловушке навсегда.
Научная фантастика часто изображает черные дыры как порталы между разными частями Вселенной, разными Вселенными или даже разными временами. Это может быть причиной, по которой часто неправильно понимают, что черные дыры являются «дырами» в пространстве-времени. Однако эта концепция не совсем бессмысленная.
В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен предложили «червоточины» в пространстве-времени, которые могли бы обеспечить возможность мгновенного преодоления больших расстояний. Но естественная черная дыра не образует червоточину по умолчанию. На самом деле, есть сомнения, что червоточины вообще могут возникнуть естественным образом, что они будут оставаться стабильными дольше доли секунды или что они будут чем-то большим, чем исчезающе маленьким.
Жизнь на Земле будет процветать еще миллиарды лет.
Такой образ жизни был бы ужасно мрачным и одиноким, и трудно сказать, продержатся ли люди в таких условиях.
С другой стороны, животные, которые сегодня живут вокруг этих жерл, продолжали бы выживать в течение миллиардов лет после того, как исчезнет Солнце. Это потому, что этим животным для жизни не нужно Солнце. Вместо этого они получают пищу и энергию из тепла, выходящего из геотермальных источников.
В то время как большая часть жизни на нашей планете исчезла бы без Солнца, любящие геотермальную энергию организмы процветали бы миллиарды лет, не заботясь, что Солнце исчезло.
Как ни странно, Земля без Солнца напоминает некоторые спутники Юпитера, на которых, как подозревают астробиологи, могут существовать внеземные микробы.
Существенно повысится активность парниковых газов
Одна из первых вещей, которая случится после того, как Солнце выработает весь свой водород, – оно станет гораздо ярче. Чем ярче будет становиться звезда, тем больше солнечной энергии будет получать наша планета. Газы, содержащиеся в нашей атмосфере, такие как углекислый газ, метан и оксид азота, работают как покрывало, защищая нашу планету от излишнего тепла звезды и позволяя поддерживать на ней жизнь. Так как Солнце будет работать фактически сверхурочно, этим газам придется сдерживать больший объем энергии. На Земле станет очень жарко, вода на ней начнет испаряться и образовывать плотные облака в атмосфере.
Эти облака некоторое время будут защищать Землю от возросшего радиоактивного излучения. Однако после какого-то времени тепла на планете накопится слишком много, и океаны начнут в буквальном смысле закипать. С этого момента жизнь на Земле существовать не сможет. Если к этому моменту мы еще не погибнем, то в конечном итоге обязательно умрем от недостатка воды и очень сильного тепла.
Вечная сила движения вселенной
Вселенная постоянно находится в движении, каждую секунду времени:
- Спутники крутятся вокруг своих планет.
- Планеты вращаются вокруг звезд.
- Звезды движутся по спирали вокруг центра галактики.
- Даже галактики ни на секунду не прекращают движение.
Если так разобраться, в данный момент времени мы летим на небольшой «скале» в безразмерном пространстве с зашкаливающей скоростью. Сам этот факт может заставить сесть на кровать, найти точку опоры и пару минут спокойно посидеть, даже не пытаясь встать.
Но подобного движения человек не чувствует, все компенсируется гравитационным полем Земли. В этом плане остается лишь поверить на слово ученым, но можно и провести собственные наблюдения. Для этого нам понадобится безоблачная ночь и съемка на длинной выдержке. По фотографии будет понятно, что звезды меняют свое положение на небосклоне.
По ту сторону горизонта событий
Мы движемся по кроличьей норе, зная, что ваше знакомство с ней будет очень коротким. Надеемся, что мы успеем хотя бы оценить внутренний интерьер черной дыры. К счастью для нас, но к несчастью для Солнечной системы, эта черная дыра — сверхмассивная. Мы изменили правила, но если бы мы этого не сделали, все бы уже закончилось по некоторым причинам.
В небольшой черной дыре — скажем, с массой в 30 солнц — приливные силы, вызванные увеличением тяжести, разорвали бы нас задолго до того, как мы достигли горизонта событий. Но там гравитация составляет где-то миллион земных. На то, чтобы насладиться победой — ведь мы достигли горизонта событий — у нас не будет и 0,0001 секунды.
В сверхмассивной черной дыре с массой в 5 миллионов солнц, вроде той, что расположена в центре нашей галактики, нас ждет совсем другой опыт. Любая черная дыра, вобравшая массу более 30 тысяч солнц, обладает приливными силами с гравитацией меньше одной земной на горизонте событий. У нас будет 16 секунд, чтобы осмотреться (и изменить правила игры), прежде чем мы достигнем точки сингулярности. Чем больше масса, тем больше времени.
Падение сквозь горизонт событий похоже на процесс засыпания или влюбленности: сложно определить точку отсчета, когда это произойдет, но после этого ваше чувство реальности будет совершенно иным. В черной дыре вы будете видеть звезды (свет попадает внутрь, но не наоборот), но пространство вокруг будет напоминать мыльный пузырь.
Ну а после того, как вас раздавит в ноль, вы попадете в точку бесконечной кривизны, где известному нам времени и пространству приходит конец. И узнать, как работает физика в этой точке бесконечной кривизны времени и пространства, бесконечной массы и плотности, у нас просто нет возможности. Иногда кажется, что сердце черной дыры откроет перед нами все секреты Вселенной или поднимет бесконечное число вопросов. Но это всего лишь догадки. опубликовано econet.ru
Хорошие и плохие новости
В русском языке есть слово из шести букв, которое лучше всего описало бы то, что нас ждет. Давайте назовем это просто безнадегой. Ученые научились делить на ноль, и мы оказались в черной дыре. Даже Брюс Уиллис с отважным экипажем нефтяников, прошедший особую подготовку в Челябинске, не спас бы нас.
Появись черная дыра в окрестностях Нептуна, мы бы сразу почувствовали это. Ученые знают орбиту Нептуна так хорошо, что могут обнаружить даже отклонение в 1 угловую секунду (единица угловой меры). Обычная черная дыра с массой в десять солнц, летящая на скорости 300 км/c, выдала бы себя еще на расстоянии в одну десятую светового года.
И вот вам последняя порция хороших новостей: черная дыра такого размера даст нам минимум 100 лет, чтобы закончить свои земные дела. Возможно, опасность такого масштаба прекратит все земные войны или начнет одну глобальную. Возможно, человечество успеет уничтожить себя самостоятельно, как только узнает, что через сто лет — всё, капут
Пока это неважно. Если же дыра будет двигаться медленнее, фатальное время ожидания увеличится в десять раз
И вот тогда времени на строительство ковчега или сборы планетарного чемодана с вещами должно хватить.
По мере подхода к Нептуну, черная смерть стягивает газовый гигант с орбиты. Планета начинает вести себя странно: по мере удаления от нас происходит красное смещение — длина волны ее радиации, включая свет, уходит в красный спектр. Как только Нептун оказывается за черной дырой, гравитационная линза натягивается на черную сферу и обтекает ее. Когда планета появляется снова, уже перед нами, ее цвета переживают синее смещение — длина волны уходит в этот конец спектра.
Красное и синее смещение, как правило, является следствием удаления или приближения звездного объекта по отношению к нам. Похоже на эффект Допплера.
Вместе с тем, как черная дыра «кушает» планету, газ будет закручиваться в гравитационную спираль, как сахар во время создания сладкой ваты. С нашей точки зрения спираль будет вечно уходить в горизонт событий. Но свет, испущенный гибелью Нептуна, отразится от черной дыры в негативе, как солнечная корона во время затмения.
Чем ближе черная дыра будет к Земле, тем больше будет проявляться окружающий ее эффект искажения, как в кривом зеркале. Все телескопы будут видеть только пустоту в центре черной дыры.
Если наша черная смерть будет сверхмассивной черной дырой, история уже закончится — ее горизонт событий будет в пять раз больше, чем Солнечная система. Но это скучно. Давайте возьмем пример поменьше и все же постараемся разглядеть нутро этого монстра.
Что приходит в окрестность Черной Дыры
Что же может залететь в такую окрестность Черной Дыры, что окажется в гравитационной ловушке? Это два вида вещества:
- Случайные “гости” из далёкого космоса.
- Мелкие метеориты из системы родительской звезды.
В первом случае это тела, которые движутся около Черной Дыры по гиперболическим орбитам. В окрестности Черной Дыры они имеют чудовищно большие скорости, так сильно разгоняются, “падая” из далеких глубин
космоса. Подавляющее большинство таких тел, залетевших в область с радиусом родительской звезды, улетают прочь в глубины космоса. Черной Дырой захватываются только такие объекты, которые летели практически
точь-в-точь на маленькую область “ловушку”.
Вероятность такого точного попадания в маленькую область в пределах радиуса родительской звезды является очень маленькой. Если Вы с поверхности Луны будете каждую секунду стрелять из снайперской винтовки
по мухе, которая летит в атмосфере Земли, то у Вас выше вероятность случайно попасть в такую муху один раз в течение тысячи лет, чем вероятность прилёта на Черную Дыру одного килограмма вещества в течении
10 тысяч лет. (Это не точный подсчет!)
Второй случай прилета вещества из системы родительской звезды связан с тем, что орбиты небесных тел в звездных системах не являются точно замкнутыми эллипсами. Например, Луна, вращаясь вокруг Земли,
постепенно удаляется от Земли. Поэтому орбита Луны, это не идеальный замкнутый эллипс, а скорее спираль, каждый виток который очень близок к эллипсу. Физика такого постепенного изменения своей орбиты
связана и с возмущением, вносимым крупными планетами (так, например, Юпитер влияет на астероиды и кометы), и с приливными эффектами (это случай Луны).
Чем менее массивное тело, тем для него более характерен этот эффект постепенного изменения своей орбиты. У Юпитера такое относительное изменение орбиты очень мало. А вот у мелких метеоритов относительное
изменение орбит бывает достаточно большим.
Есть очень маленькая, но ненулевая вероятность, что через миллионы лет после образования Черной Дыры некоторые метеориты начнут периодически залетать в область, где когда-то располагалась родительская
звезда. И есть еще меньше вероятность, что некоторые из этих орбит начнут всё ближе и ближе проходить к Черной Дыре. Так что через миллиарды лет какие-то мелкие метеориты будут попадать в гравитационные
ловушки Черной Дыры и начнут вращаться вокруг Черной Дыры по эллиптическим орбитам полностью расположенным внутри такой ловушки.
Почему вероятность такого сценария маленькая? Потому что, во-первых, не все орбиты мелких тел меняются так, чтобы начать входить в область, которую когда-то занимала родительская звезда. Многие мелкие
объекты, например, наоборот, выталкиваются за пределы такой системы и навсегда покидают её. Во-вторых, совсем не факт, что если орбита какого-то метеорита начала вся или частично располагаться в
пространстве, которое когда-то занимала родительская звезда, то такая обрита будет обязана в дальнейшем всё больше приближаться к Черной Дыре. Орбита такого метеорита может со временем снова перестать
заходить в пространство, которое когда-то занимала родительская звезда.
Астероиды покинут нашу систему
Все мы уже привыкли к тому, что в нашей Солнечной системе находится множество различных астероидов. Но все они при гибели Солнца и перехода в фазу белого карлика тоже столкнутся с серьезной проблемой. К этому моменту Юпитер и другие дальние планеты уже изменят свои орбиты из-за радикальных изменений, связанных с нашим светилом. Так как Юпитер обладает огромной массой, то центром массы в системе, скорее всего, станет именно он. Он обладает очень мощной гравитационной силой. Ее вполне хватит для того, чтобы изменить орбиты астероидов, а некоторые из них и вовсе выкинуть на пределы Солнечной системы. Эти космические булыжники также могут быть брошены в сторону белого карлика или просто перемолоты гравитационными изменениями в пыль.
Ученые способны делать такие предсказания благодаря наблюдению за уже существующими белыми карликовыми звездами. Несмотря на то, что нужно выяснить еще множество особенностей по поводу Солнца, когда оно войдет в эту фазу, ученые отметили, что области вокруг белых карликов содержат множество пыли. Это, скорее всего, является прямым доказательством того, что раньше возле звезды могли находиться некие твердые космические тела, которые с гибелью своих звезд превратились в то, что и увидели астрономы.
Что внутри черной дыры: догадки
Некоторые из математиков считают, что внутри этих загадочных объектов Вселенной находятся так называемые червоточины – переходы в другие Вселенные. Иными словами, в точке сингулярности расположен пространственно-временной туннель. Эта концепция послужила источником вдохновения для многих писателей и режиссеров. Однако подавляющее большинство астрономов считают, что никаких туннелей между Вселенными не существует. Однако даже если бы они действительно были, у человека нет никаких способов узнать, что находится внутри черной дыры.
Существует и другая концепция, согласно которой в противоположном конце такого туннеля находится белая дыра, откуда из нашей Вселенной в другой мир через черные дыры поступает гигантское количество энергии. Однако на данном этапе развития науки и техники о путешествиях подобного рода не может быть и речи.
Влияние на человека
За год мы переживаем порядка 50–60 магнитных бурь, но оказывают ли они непосредственное влияние на организм? Этот вопрос остается дискуссионным среди ученых. Но факты говорят сами за себя: во время геомагнитных бурь многие люди чувствуют себя плохо, жалуются на перепады давления, головные боли, сонливость и усталость. Во время магнитной бури происходят изменения в окружающей среде: в частности, меняется атмосферное давление. Здоровый человек это вряд ли почувствует. А вот на людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями солнечная погода может оказывать негативное влияние.
«Это доказано статистически: во время больших магнитных бурь в два раза увеличивается количество инфарктов и инсультов. Проверено в разных местах Земли! В организме человека циркулирует около 5 л крови. И когда мы сдаем анализы, в крови оценивается такая реакция, как скорость оседания эритроцитов. Была замечена четкая закономерность: этот показатель меняется в зависимости от магнитной активности», — говорит Сергей Гайдаш, руководитель Центра прогнозов космической погоды Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН).
В ИЗМИРАН был разработан перечень рекомендаций для лиц с инфарктом миокарда и артериальной гипертензией по приему различных медицинских препаратов в зависимости от геомагнитной активности, а также создан автоответчик, который круглосуточно сообщает о состоянии геомагнитного поля и дает прогноз (можно звонить по телефону 8 (495) 851–19–34). Потенциальные инсультники могут получить информацию о рисках космической погоды и с помощью врача или самостоятельно принять меры: скорректировать дозу медикаментов, обеспечить себе покой и т. д.
Недавно японские ученые выяснили, что магнитные бури повышают риск суицида среди мужчин. Такие выводы они сделали на основе анализа статистики самоубийств с начала 1999 по конец 2008 года. Была обнаружена четкая корреляция между магнитными возмущениями и суицидом среди японцев мужского пола.
Изменится орбита Земли
Очевидно, что к тому времени, когда наше Солнце умрет, все на Земле уже погибнет, но это не означает, что планета остановится. Когда звезда достигнет фазы красного гиганта, то она расширится как минимум на три четверти расстояния до Земли.
Возможно, вы подумали, что Земля в таком случае выгорит до основания. Но на удивление все будет совсем не так. С расширением Солнца и его приближением к нашей планете гравитационные силы Земли и других соседних планет ослабнут. Это ослабление приведет к тому, что планеты отдалятся от Солнца и займут более безопасные орбиты. Для Меркурия и Венеры судьба будет гораздо печальнее – их просто сожрут. Конечно же, на нашей планете к этому времени все жизненные формы исчезнут, поэтому такой «побег» планеты будет фактически бессмысленным.
Люди могут попытаться найти еще один шанс
Сложно пытаться предсказать, какого уровня технологий мы сможем достичь в будущем, но довольно интересно представить такие возможности. Мы уже вплотную подобрались к тому, чтобы увидеть на дорогах общественного пользования самоуправляемые автомобили и другие футуристичные средства передвижения. Возможно, к тому моменту, когда все пойдет для нашей Солнечной системы очень плохо, мы уже сможем разработать способы путешествия на дальние космические расстояния. Нам уже известны места, которые могли бы быть обитаемыми, поэтому, когда придет время, мы могли бы туда наведаться. Вполне возможно, к тому моменту наша раса уже сможет превратиться в межпланетный вид и заселит множество других солнечных систем.
Сегодняшние новости говорят о подготовке NASA к полету на Марс. Многие другие компании, как частные, так и государственные, тоже выражают желание стать первыми колонизаторами Красной планеты. Если такая миссия действительно получится, то для человеческого будущего это станет настоящей революцией. Конечно же, полет на Марс и его заселение будут не такими масштабными, как это могло бы быть с заселением другой галактики или хотя бы солнечной системы, но, как говорил в свое время Нил Армстронг, «Это маленький шаг для человека и огромный скачок для всего человечества».
Нам остается лишь надеяться, что мы сможем избежать катастрофических событий до того момента, как у нас появится шанс заняться колонизацией Вселенной. Большинство того, что находится «там», нам остается неизвестным. Даже наши телескопы пока недостаточно мощны, чтобы разглядеть особенности тех или иных планет в других системах. В большинстве случаев все делается на базе предсказаний и анализа данных. Мы пока не знаем всех масштабов Вселенной, как и масштабов всех наших возможностей. Но даже если гибель Солнца сейчас может представляться для нас как гибель всего того живого, что нам известно, на самом деле это может быть не так. Единственное, что нам известно или по крайней мере очень хотелось бы на это надеяться, что наши умы смогут отправить нас во Вселенную гораздо дальше, чем мы можем сейчас себе представить.
Черная Дыра в системе двойной звезды
А что же тогда в Интернете, по телевидению и в научно-популярных книжках нам всё время показывают всякие картинки, где Черная Дыра прямо как вампир высасывает вещество соседней звезды?
Дело в том, что это высасывание вещества соседней звезды началось ещё до образования Черной Дыры. Ведь при коллапсе звезда теряет часть своей массы и поэтому сила притяжения к Черной Дыре всегда меньше,
чем сила притяжения к родительской звезде. Значит, раз Черная Дыра высасывает вещество соседней звезды, то родительская звезда тем более высасывала еще больше вещества своей соседки.
Единственное замечание, которое тут нужно сделать, это то, что родительская звезда не поглощала всё высасываемое вещество. Часть высасываемого вещества рассеивалось в окружающем пространстве за счет
давления солнечного ветра родительской звезды.
Таким образом, с одной стороны, Черная Дыра начинает чуть менее интенсивно засасывать в себя вещество соседней звезды из-за того, что масса Черной Дыры сначала меньше массы родительской звезды. А, с
другой стороны, Черная Дыра засасывает в себя почти всё вещество соседней звезды из-за того, что у Черной Дыры нет солнечного ветра, который выталкивает вещество в открытый космос. Мне сейчас трудно
сказать, какой из этих эффектов будет больше.
Но в любом случае, когда Черная Дыра полностью засосет в себя всю свою соседнюю звезду, то для соседних звезд ничего от этого не изменится. Ведь масса системы не изменилась. Изменилось только количество
объектов в системе. Было два объекта, а стал один объект с суммарной массой.
Просто раньше окружающие звезды притягивались к центру масс двойной звездной системы. Этот центр масс находился не в центре родительской звезды, а был чуть смещен в направлении соседней звезды. Это также,
как Луна вращается не вокруг центра Земли, а вокруг общего центра масс Земли и Луны. Марс и Венера притягиваются не к центру Земли, а к центру масс общей системы Земли и Луны. После поглощения Черной
Дырой своей соседний звезды, центр Черной Дыры аккуратно встанет в бывший центр масс бывшей двойной системы. Окружающие звезды от этого не изменят свои орбиты, так как для них ничего не меняется.
Почему же эти картинки с Черной Дырой, поглощающей соседнюю звезду, так любят публиковать? Потому что именно в таких двойных системах можно достаточно легко по косвенным признакам обнаружить присутствие
Черной Дыры. Дело в том, что соседняя звезда вращается вокруг своей оси. Поэтому вещество с неё не падает точно по направлению в центр Черной Дыры. Вещество летит к Черной Дыре под некоторым углом к
направлению на центр Черной Дыры. По этой причине падающее на Черную Дыру вещество начинает закручивать свою траекторию падения.
По закону сохранения момента вращения, чем меньше становится радиус вращения, тем больше становится скорость вращения. Поэтому, чем ближе к Черной дыре приближается вещество соседней звезды, тем быстрее
оно начинает вращаться вокруг Черной Дыры. А так как это вещество состоит не из нейтральных атомов, а представляет собой плазму, то есть смесь положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных
электронов, то, двигаясь с ускорением, эти заряженные частицы начинают излучать электромагнитное излучение с определенным спектром.
Ученые, детектируя такой спектр излучения от какой-нибудь звезды, могут с уверенностью сказать, что рядом с этой звездой располагается невидимый звездный “вампир” в образе Черной Дыры.
Как исчезают Черные Дыры
Черные Дыры испаряются.
Физика этого явления достаточно сложная. Но сам механизм этого явления основан на эффекте квантового туннелирования. Суть квантового туннельного перехода следующая. Если между двумя ямами потенциальной
энергии существует потенциальный барьер с конечной высотой и конечной толщиной, то существует ненулевая вероятность того, что элементарная частица может сделать подбарьерный переход и перейти из одной
потенциальной ямы в другую.
Какое это имеет отношение к Черным Дырам? Ведь гравитационный потенциал имеет бесконечную ширину. Значит, квантовый туннельный переход невозможен.
И, действительно, если Черная Дыра не вращается, то никакого эффекта квантового туннелирования не будет.
Но, на самом деле, все Черные Дыры вращаются, причем, не просто вращаются, а бешено вращаются. Это десятки и сотни оборотов в секунду. Дело в том, что все звезды хоть чуть-чуть, но вращаются. При сжатии
звезды во время коллапса в игру вступает закон сохранения момента вращения. Чем больше звезда сожмется, тем быстрее она станет вращаться.
Так вот, во вращающейся системе отсчета, связанной с точкой на “поверхности” Черной Дыры, кроме гравитации, появляется еще и центробежная сила. Суммарный энергетический потенциал в такой системе
становится с “горбом”, который имеет конечную высоту и конечную ширину. Если преодолеть такой потенциальный барьер, то частица улетит на бесконечность под действием центробежной силы и гравитация не сможет
затормозить её.
Вот под этим “горбом”, который появляется во вращающейся системе отсчета и происходит квантовое туннелирование элементарных частиц с “поверхности” Черной Дыры.
Это сильно упрощенное описание механизма испарения Черных Дыр, чтобы глубоко не вдаваться в природу этого сложного явления. На уровне примитивной идеи для неспециалистов.
Чем больше отношение скорости вращения на “поверхности” Черной Дыры к гравитации на “поверхности” Черной Дыры, тем быстрее идет процесс испарения Черной Дыры. Но, в любом случае, этот процесс испарения
Черных Дыр идет гораздо медленнее, чем процесс потери массы родительских звезд за счет электромагнитного излучения и выброса вещества с поверхности звезд во время вспышек. Поэтому Черные Дыры могут
существовать не миллиарды, а десятки и сотни миллиардов лет.
Но в любом случае Черные Дыры рано или поздно исчезнут и не поглотят всю Вселенную.
