Какво е черна дупка? Какво представлява хоризонтът на събитията?

Въпрос: Какво е черна дупка?

Какво е черна дупка? Кога се образуват черни дупки? Могат ли учените да видят черна дупка? Какъв е "хоризонтът на събитията" на черна дупка?

Отговор: Черната дупка е теоретична единица, предвидена от уравненията на обща относителност. Черна дупка се образува, когато звезда с достатъчна маса претърпи гравитационен срив, с по-голямата част или цялата си маса компресиран в достатъчно малка площ от пространството, причинявайки безкрайно пространствено време кривина в тази точка (a "Сингулярност"). Такава масивна кривина на пространството време не позволява нищо, дори и светлина, да избяга от "хоризонта на събитията" или границата.

Черните дупки никога не са били пряко наблюдавани, въпреки че прогнозите за ефектите им са съвпаднали. Съществуват няколко алтернативни теории, като например магнитосферни вечно срутващи се обекти (MECOs), за да се обяснят тези наблюдения, повечето от които избягват космическото време сингулярност в центъра на черната дупка, но по-голямата част от физиците смятат, че обяснението на черната дупка е най-вероятно физическото представяне на това, което е ще се проведе.

През 1700 г. имаше някои, които предложиха свръхмасивен обект да вкара светлина в него. Нютоновата оптика беше корпускуларна теория за светлината, третираща светлината като частици.

Джон Мишел публикува статия през 1784 г., в която прогнозира, че обект с радиус 500 пъти по-голям от слънцето (но със същата плътност) ще има скорост на бягство от скоростта на светлината на нейната повърхност и по този начин да бъде невидим. Интересът към теорията умира през 1900 г., тъй като вълновата теория на светлината придобива известност.

Когато рядко се споменава в съвременната физика, тези теоретични образувания се наричат ​​„тъмни звезди“, за да ги различават от истинските черни дупки.

В рамките на месеци след публикуването на Айнщайн с обща относителност през 1916 г., физикът Карл Шварцшилд произвежда решение на уравнението на Айнщайн за сферична маса (наречена т.нар. Метрика на Шварцшилд)... с неочаквани резултати.

Терминът, изразяващ радиуса, имаше смущаваща характеристика. Изглеждаше, че за определен радиус знаменателят на термина ще стане нула, което би причинило терминът да "взриви" математически. Този радиус, известен като Радиус на Шварцшилд, R_с, се дефинира като:

R_с = 2 GM/ ° С²

G е гравитационната константа, М е масата и ° С е скоростта на светлината.

Тъй като работата на Шварцшилд се оказа решаваща за разбирането на черните дупки, странно съвпадение е, че името Шварцшилд се превежда като "черен щит".

Обект, чиято цяла маса М лежи вътре R_с се счита за черна дупка. Хоризонт на събитията е името, дадено на R_с, защото от този радиус скоростта на бягство от гравитацията на черната дупка е скоростта на светлината. Черни дупки привличане на маса чрез гравитационни сили, но никоя от тази маса никога не може да избяга.

Черна дупка често се обяснява по отношение на обект или маса, „попадащи“ в нея.

Y часовници X падат в черна дупка

• Y наблюдава идеализирани часовници на X забавяне, замръзване във времето, когато X удря R_с
• Y наблюдава светлина от червено изместване, достигайки безкрайност при R_с (по този начин X става невидим - все пак някак си все още можем да видим часовниците им. не е ли теоретична физика грандиозен?)
• X възприема забележима промяна на теория, макар че веднъж пресече R_с невъзможно е изобщо да избяга от гравитацията на черната дупка. (Дори светлината не може да избяга от хоризонта на събитията.)

През 20-те години на миналия век физиците Субраманян Чандрасехар заключават, че всяка звезда е по-масивна от 1,44 слънчеви маси ( Чадрасехар лимит) трябва да се срине при обща относителност. Физикът Артур Едингтън вярваше, че някаква собственост ще предотврати срутването. И двамата бяха прави, по свой начин.

Робърт Опенхаймер прогнозира през 1939 г., че свръхмасивна звезда може да се срине, като по този начин образува „замразена звезда“ в природата, а не само в математиката. Сривът изглежда ще се забави, всъщност замръзва във времето в точката, през която преминава R_с. Светлината от звездата би изпитала силна червено отместване при R_с.

За съжаление, много физици считат това само за особеност на силно симетричния характер на Метриката на Шварцшилд, вярвайки, че в природата такъв срив всъщност няма да се случи поради асиметрия.

Едва през 1967 г. - близо 50 години след откриването на R_с - че физиците Стивън Хоукинг и Роджър Пенроуз показаха, че не само черните дупки са пряк резултат от общата относителност, но и че няма начин да се спре подобен срив. Откриването на пулсари подкрепи тази теория и малко след това физикът Джон Уилър изложи термина „черна дупка“ за явлението в лекция от 29 декември 1967 г.

Следващата работа включва откриването на Хокинг радиация, в които черните дупки могат да излъчват радиация.

Черните дупки са поле, което привлича теоретици и експериментатори, които искат предизвикателство. Днес има почти универсално съгласие, че съществуват черни дупки, въпреки че точната им същност все още е под въпрос. Някои смятат, че материалът, който попада в черни дупки, може да се появи отново някъде другаде във Вселената, както в случая с а червеева дупка.

Едно значително допълнение към теорията за черните дупки е тази на Хокинг радиация, разработен от британски физик Стивън Хоукинг през 1974г.