Новости науки

6 988 подписчиков

Свежие комментарии

  • jursemmailru Пенхасов ЮС
    БЫЛ великий Советский Союз, БЫЛА великая Россия… Жили по-человечески, первыми вырвались в космос, первым облетел мату...Зонд OSIRIS-REx у...
  • Владимир Сабакарь
    """""""Третье допущение есть обобщение результатов опыта Майкельсона (1881 год), из которого следует, что скорость св...Антиэйнштейн: Как...
  • Владимир Сабакарь
    Приведите первоисточники отрицания Эйнштейном Эфира....Антиэйнштейн: Как...

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры

Чёрные дыры – одни из самых странных объектов во вселенной. Почему они такие? Откуда они появились? Что будет, если упасть в неё? 

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

(В рамках международного проекта «Event Horizon Telescope» астрономам впервые за всю историю наблюдений удалось получить снимок черной дыры в 2019)

 

Умершие звёзды.

 

 

Звёзды состоят из огромного количества атомов, в основном из водорода. В центре звёзд проходит ядерный синтез, при котором водород превращается в гелий. При этом выделяется огромное количество энергии. Эта энергия препятствует силе гравитации. В звезде появляется тонкий баланс между двумя силами. Пока держится этот баланс – звезда будет оставаться стабильной. В звёздах намного массивнее Солнца превращения заходят куда дальше – до атомов железа. Дело в том, что процесс создания железа в ядре не выделяет никакой энергии. Железо накапливается до тех пор, пока его объём не станет критическим. Тогда тонкий баланс между энергией и гравитацией нарушится. Вся масса звезды “упадёт” на ядро со скоростью в четверть скорости света. Звезда умирает во взрыве сверхновой. В этот момент создаются тяжёлые элементы во вселенной. Появляется нейтронная звезда или чёрная дыра, если изначально звезда была достаточно массивной.

Кстати, любой объект может быть чёрной дырой, если бы тот достиг радиуса Шварцшильда. Это радиус горизонта события, в котором вещество становится таким плотным, что превращается в чёрную дыру. Например, радиус Шварцшильда у Земли – с грецкий орех. Посмотрите в чёрную дыру и вы увидите то, что называется горизонтом событий. Всё, что пересечёт горизонт событий, останется в чёрной дыре навсегда. Это связано с тем, что гравитация чёрной дыры настолько огромна, что даже свет не может её покинуть. Мы мало знаем о том, что за горизонтом событий по двум причинам. Первая – чёрные дыры далеки. Вторая – мы не сможем достичь его и изучить, не обрекая себя на неминуемую гибель. То, что мы видим – чёрная сфера, которая ничего не отражает. Чёрные дыры не всасывают всё в себя, как пылесос. Если поменять наше Солнце на чёрную дыру с той же массой, то, в принципе, ничего не поменяется. Разве что – мы замёрзнем насмерть.

 

Сердце чёрной дыры -

 

Сингулярность. Учёные ещё не дали точный ответ, что же это такое. Сингулярность может быть бесконечно плотной, потому что вся её масса сосредоточенна в бесконечно малой точке без какого либо пространства или объёма. Или же быть чем-то совсем иным.

 

Что будет, если упасть в чёрную дыру?

 

Из-за того, что чёрная дыра буквально искривляет пространство-время – ощущение времени различны вокруг них. По мере приближения к горизонту события вам бы казалось, что всё замедляется. В какой-то момент для наблюдателя вы бы застыли на месте, медленно становясь красным, а после и вовсе исчезли. Для вас же всё только начинается. Вы бы смогли увидеть остальную вселенную будто бы в быстрой перемотке. Почти что как взглянуть в будущее. Никто не знает, что происходит дальше. Мне кажется, что у упавшего в чёрную дыру будет два варианта. Быстрая смерть и очень быстрая смерть. Это зависит от массы чёрной дыры. “Маленькая” чёрная дыра убьёт вас даже раньше, чем вы успеете “подобраться” к горизонту событий. Внутри же сверхмассивной чёрной дыры вы бы смогли даже “путешествовать” некоторое время. Чем дальше от сингулярности – тем дольше жизнь.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

(Спагеттификация в представлении художника)

 

Быстрая смерть. После того, как вы пересечёте горизонт событий, у вас будет лишь одно направления, куда двигаться – центр чёрной дыры. Масса чёрной дыры сконцентрирована в одной точке. Из-за чего гравитация будет воздействовать в миллионы раз сильнее даже на крошечные расстояния в несколько сантиметров. Из-за этого ваше тело будет как бы вытягиваться. Этот процесс называется спагеттификация. Ваши клетки будут разрываться, а тело вытягиваться всё больше и больше, пока вы не превратитесь в горячий поток плазмы шириной в один атом.

Очень быстрая смерть. После пересечения горизонта событий вы столкнётесь со стеной огня, которая мгновенно испепелит вас.


Чёрные дыры разные. Бывают чёрные дыры с массой в несколько раз больше солнечной и размерами астероида. А бывают сверхмассивные чёрные дыры – сердца каждой галактики. Самая крупная сверхмассивная чёрная дыра – S5 00014 + 81. Она больше солнца по массе в 40 миллиардов раз. Это 236 миллиардов километров в диаметре. Это столько же, сколько 47 расстояний от Солнца до Плутона.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

Чёрные дыры испаряются.

 

И чем они больше, тем процесс, что носит название «Излучение Хокинга» быстрее. Чёрные дыры излучают свою массу, как кастрюля с супом испаряет в воду в виде пара. Чтобы разобраться в этом лучше – необходимо посмотреть на пустое пространство. Пустое пространство, на самом деле, не пустое. Оно заполнено виртуальными частицами, которые при появлении сразу же уничтожают друг друга. Когда это происходит на краю чёрной дыры, одна из виртуальных частиц будет втянута внутрь, другая же сможет избежать “засасывания” и станет настоящей частицей. Так чёрные дыры теряют энергию. Долгое время это происходит медленно. Чёрная дыра уменьшается, теряет в массе. И чем она меньше, тем быстрее это происходит. Когда чёрная дыра достигнет массы большого астероида, температура излучения будет комнатной температуры. А когда станет массой с гору, то будет жарить, как Солнце. В последние секунды жизни чёрная дыра выбросит энергию равную энергии миллиардов ядерных бомб в огромном взрыве. Хороший такой предсмертный хрип.


Но весь этот процесс длится невообразимо долго. Для самых больших чёрных дыр, которые мы знаем, потребуется гугол лет для испарения. Это число со 100 нулями. Я думаю, что это настолько долго, что, когда последняя чёрная дыра испарится, это уже никто не сможет запечатлеть.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

Чёрные дыры могут “удалить” вселенную.

 

Когда последняя звезда будет мертва как минимум триллион лет, чёрные дыры будут становиться всё меньше и меньше, пока не взорвутся и не оставят после себя каплю радиации. В этом-то и проблема. В процессе исчезновения чёрные дыры могут удалить важное - Информацию. В физике она понимается, как свойство распределения частиц. Представьте пачку атомов углерода. Распределите их в определённом порядке и вы получите уголь, графит и даже алмазы. Добавим ещё немножко разных атомов – мы получим яблоко. Измените порядок атомов и добавьте что-то новое – получите собаку. Основной строительный материал вселенной един для всех. И без разницы часть он белки или же карандаша. Без информации всё во вселенной было бы одинаковым. По теории квантовой механики, информацию не уничтожить. Информация может изменить форму, но никогда не будет утеряна. Сожгите бумажный лист, и вы получите пепел. Пепел никогда не превратится обратно в бумагу. Но, если у вас получится собрать каждый атом углерода, считать дым и тепло, то, в теории, сможете “возродить” бумажку. Информация бумажки всё ещё находится во вселенной, её лишь трудно прочитать. Если вы каким-либо образом сможете считать каждый атом, частицу и волну излучения во вселенной, то сможете увидеть и даже отследить информацию в них вплоть до Большого взрыва. Но тут чёрные дыры как раз не кстати. Информация делает вещи разными. Чёрная дыра превращает всё в одну “кашу”, уничтожая информацию. Это создаёт Парадокс Информации, который является серьёзной проблемой.

 

 

То, что информация неразрушима – фундамент законов физики. Но, может быть, информация вовсе не утеряна?

 

Где и как чёрные дыры “хранят” информацию?

 

Давайте сделаем чёрную дыру из печенья. Для начала, мы наполняем комнату печеньем. В какой-то момент комната будет настолько полной, что уже ничего нельзя будет в неё поместить, ни крошки. Больше совсем нет места. Но если мы всё же попытаемся, приложив при этом энергию и силу, комната вожмётся в себя и превратится в чёрную дыру. Но ведь места не стало больше. Добавить ещё больше информации всё также невозможно. Но, что если мы попытаемся? Сама комната станет чуть больше, чтобы создать место для ещё одной крошки или чего угодно. А точнее, для их информации. Получается, чёрная дыра “чуть-чуть” увеличивается за каждую частичку информации. Это похоже на то, как мы кидаем камушки в воду. Сам камень исчезает под толщей воды, но мы сможем сказать, что что-то точно произошло по волнам. Даже самая маленькая чёрная дыра может содержать в себе больше информации, чем человечество производило за всю свою историю. Это достигается хранением информации в самом малом размере, который возможно представить, если не меньше. Уже представляю флешки будущего. Поглощение звёзд да планет чёрной дырой похоже на то, как мы отцифровываем информацию. Это названо «Принципом Голографии». Но если всё так, значит, всё, что мы знаем о вселенной – ложно. И если информация действительно хранится на границе чёрной дыры, то излучение Хокинга может уносить эту информацию. Получается – всё в порядке и можно не сжигать учебники по физике. Парадокс решён! Но нам всё ещё придётся изменить наши понятия о реальности.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

Квазары.

 

По мере того, как люди всё больше узнают о космосе, наше представление об объектах и явлениях меняется. Раньше туманностью называли любые туманные объекты, которые находятся внутри Млечного пути. Как оказалось позже, некоторые из них были галактиками, которые находятся очень далеко от нас. Квазары – это активные ядра галактик, которые выделяют огромное количество энергии. Им принадлежит статус самых ярких объектов во вселенной! Чёрные дыры разгоняют, нагревают и закручивают вещество вокруг себя. Закрученное вещество как бы выстреливает со скоростью близкой к скорости света из чёрной дыры лучом, который называется джетом. Они настолько ярки, что на снимках похожи на звёзды. Только разница в том, что квазары находятся в миллионы раз дальше от звёзд такой же яркости. Отсюда и происходит названия квазара – quasi-stellar radio source (квази-звёздный радио источник). Квази-звёздный означает “похожий на звезду”. С появлением радиоастрономии астрономы стали открывать радиоисточники из космоса. По началу считали, что радиоисточники – звёзды в нашей галактике. Тогда технология радиотелескопов ещё зарождалась, поэтому определить, где находится радиоисточник было практически невозможно. Учёные направляли радиотелескоп на определённый участок небо. После астрономы получали радиосигналы, но от чего конкретно – неизвестно. С появлением новых приборов и технологи учёные делали предположения, что некоторые радиоисточники могут вовсе и не быть звёздами.

 

Самый первый квазар.

 

Нам не было известно точное местоположение радиоисточника, но мы знаем точно расположение Луны. В определённый момент Луна заслоняла собой радиоисточник. Учёные направили на это место 64-метровый радиотелескоп, который зафиксировал положение Луны, когда пропал сигнал. И ещё раз, когда сигнал вновь появился.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

(фотография 64-ёх метрового радиотелескопа)

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство
В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство
В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство
В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

(Лунное покрытие)

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

Объект похож на звезду, но не более. От него отходит что-то вроде тонкой струи. Объект находится в миллионы раз дальше, чем звёзды такой же светимости. При изучении сигнала оказалось, что это не просто точка, а вытянутый объект. Детали исследований и координаты передали астроному Мартину Шмидту. С помощью телескопа (фото ниже) он выявил, что объект находится в 2 миллиардах световых лет от Земли. Учёные предположили, что это звёзды, выброшенные из галактики на огромных скоростях. В последствиях это опровергли. 3C273 - первый квазар, открытый в 1963.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

(Мартин Шмидт)

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

(Телескоп Мартина Шмидта)

 

Один квазар может быть ярче в тысячу раз целой галактики. Самый яркий квазар ярче нашего Солнца в 600 триллион раз. На сегодняшний день открыты сотни тысяч квазаров.

 

Самые большие хранилища чистой энергии.

 

Когда чёрная дыра поглощает объекты, то забирает себе их энергию. Энергия теряется для нас навсегда. Но у нас есть вселенский чит-код, который откроет нам новый способ генерации энергии. С таким запасом мы бы прожили до конца всего или создали бы самую большую бомбу во вселенной. Но разве не всё, что попадает за горизонт событий там и остаётся? Да, но есть одна деталь, которая всё меняет. Чёрные дыры вращаются.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

Почему чёрные дыры вращаются?

 

Звёзды вращаются. А основополагающее свойство нашей вселенной таково: штуки, что вращаются, не хотят останавливаться. Мы назвали это – «Угловой момент». Крутящаяся вещь при уменьшении крутится ещё быстрее. Этим, например, пользуются балерины, когда прижимают руки к телу при вращении. Пока ядро звезды сжимается, её угловой момент заставляет её крутиться ещё быстрее, быстрее и быстрее. Звезда станет чёрной дырой и продолжит крутиться невероятно быстро. Некоторые вращаются миллион раз в секунду.

 

Но как это даст нам энергию?

 

Как и у не-вращающихся чёрных дыр, сердце вращающихся чёрных дыр – сингулярность. В сингулярности сконцентрирована вся масса чёрной дыры. Сингулярность обычно описывают, как бесконечную малую точку без площади и объёма. Но точки не могут вращаться, но вращающиеся сингулярности могут. Назовём это – КОЛЬЦЕгулярность. Кольцегулярность – это кольцо с нулевой толщиной, без площади. Кольцегулярность вращается невероятно быстро и вмещает в себя всю массу чёрной дыры. Чёрная дыра вращается так быстро, что искривляет пространство-время. Так появляется новый странный регион пространства-времени – Эргосфера, что обволакивает чёрную дыру. Если внутри чёрной дыры пространство-время полностью поломано, то в эргосфере лишь наполовину. Внутри эргосферы ничего не имеет смысла. Но, в отличие от горизонта событий, в неё можно войти и вернуться обратно. Для сравнения представьте: падение в статичную чёрную дыру, как скатиться в дыру. Находиться же внутри эргосферы вращающейся чёрной дыры – это как закручиваться в водовороте. Чёрная дыра передаёт свою кинетическую энергию в виде вращения всему, что войдёт в эргосферу. Кольцегулярность заставит вас танцевать в пространстве. Вы сможете остановиться только, если сможете двигаться быстрее скорости света. Напомню, что это невозможно. Пора бы уже ввести чит-код.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство

Как "воровать" у чёрной дыры?

 

Возьмём, к примеру, сверхмассивную чёрную дыру в центре нашей галактики. Мы можем украсть больше, чем каждая звезда Млечного пути сможет когда-либо излучить за миллиарды лет! Для этого нам нужно бросить что-то в чёрную дыру. Мы уже знаем, что чёрная дыра излучает энергию, которая закручивает нас. Это очень похоже на водоворот. Если вы умны, то догадаетесь плыть по течению. На практике же нам нужно “отправить ракету в эргосферу и поторговаться с чёрной дырой”. Мы дадим массовую энергию, она – энергию вращения. Но это нечестная сделка. Нам достанется больше. К примеру, если вы запустите ракету в космос, то обменяете химическую энергию на кинетическую. Это как плыть в стоячей воде. Но если мы запустим ракету в эргосферу, то это также, как плыть по волнам. Энергия волн толкает корабль сильнее, чем “толкали его вы”. Ускорение настолько велико, что на выходе из эргосферы его будет куда больше, чем на входе. Чёрная дыра отдаёт энергию вращения и слегка замедляется. Для этого нужно "накормить" чёрную дыру. Благо она неразборчива в пище. Продвинутая цивилизация будущего могла бы собирать астероиды и “обменивать” их на энергию. Но есть способ получше. С помощью него, кстати, можно построить самую большую бомбу. Нам нужно только две вещи для постройки такого генератора – вращающаяся чёрная дыра и большое зеркало. Зеркало должно полностью покрывать чёрную дыру. Это напоминает Сферу Дайсона, мега структуру, которая собирает энергию целой звезды. Разница ещё и в том, что наше зеркало будет проще построить. Зеркала проще сделать, а ещё чёрные дыры в разы меньше звёзд. Если сделать зеркало толщиной 10 сантиметров, то металла из одного большого астероида хватило бы на чёрную дыру с массой Солнца. Как только зеркало окажется в нужном месте, нужно будет открыть окно и выстрелить в чёрную дыру электромагнитными волнами. Для сравнения, представьте, что вы бросаете мяч в стену, который отлетает от неё быстрее, чем пуля. Волны попадают в чёрную дыру на скорости света. Крошечная порция волн пропадает за горизонтом событий, но остальная часть проходит через эргосферу. Чёрная дыра передаёт энергию вращения волнам. Волны начинают скакать между зеркалами и чёрной дырой, становясь всё сильнее. Каждый такой отскок усиливает их. Открыв несколько окон в зеркале, мы можем извлечь энергию из волн. Теоретически, это можно использовать для создания источника энергии на триллионы лет! Или же, мы можем взорвать это.

 

Самая большая бомба во вселенной.

 

Если волны не выпускать, то они будут становиться всё сильнее и сильнее. Волны будут забирать всё больше энергии у чёрной дыры, пока зеркало не разобьётся. Сверхмассивная чёрная дыра испустила бы столько же энергии, сколько и взрыв сверхновой.

Особенность такого генератора и бомбы в том, что это не научная фантастика. В далёком будущем это может быть единственным способом выжить в умирающей вселенной.

Вращающиеся чёрные дыры могут оказаться единственным источником энергии во вселенной.

 

Когда свет вселенной угаснет, мы сможем осветить себе путь тьмой.

В четырёх словах о неизвестном. Чёрные дыры Астрономия, Астрономия для чайников, Черная дыра, Длиннопост, Кратко о главном, Вселенная, Квазар, Любопытство
Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх