Suurin mustan aukon myytti

Suurin mustan aukon myytti
Suurin mustan aukon myytti
Anonim

Mustat aukot ovat ulkoavaruuden alueita, joilla on niin paljon massaa pienessä tilavuudessa, että on tapahtumahorisontti - avaruusalue, josta mikään, edes valo, ei voi paeta. Mutta se ei tarkoita, että mustat aukot imevät ainetta. Ne vain houkuttelevat häntä.

Mustat aukot ovat ehkä maailmankaikkeuden kummallisimpia ja hämmästyttävimpiä esineitä. Siellä valtava massa on keskittynyt hyvin pieneen tilavuuteen, ja mustat aukot romahtavat väistämättä singulaarisuuteen, jota ympäröivät tapahtumahorisontit, joiden ulkopuolella mikään ei voi mennä. Nämä ovat maailmankaikkeuden tiheimmät esineet. Kun jokin asia tulee liian lähelle heitä, mustan aukon voimat repivät sen erilleen. Kun aine, antiaine tai säteily ylittää tapahtumahorisontin, ne yksinkertaisesti putoavat mustan aukon keskelle, suurentavat sitä ja lisäävät sen massaa.

Nämä mustien aukkojen ominaisuudet ovat olemassa, ja ne ovat kaikki totta. Mutta tähän liittyy yksi idea, joka on ehdoton fiktio: että mustat aukot imevät ympärillään olevaa ainetta. Tämä on hyvin kaukana totuudesta, ja se on täydellinen vääristymä gravitaatiokuvasta. Suurin myytti mustista aukoista on, että ne imevät ainetta. Ja tässä on tieteellinen totuus.

Periaatteessa ja käytännössä musta aukko voi muodostua monin eri tavoin. Suuri massiivinen tähti voi mennä supernovaan, jonka keskiydin romahtaa ja muodostaa mustan aukon. Näet kuinka kaksi neutronitähteä sulautuvat yhteen, ja jos ne ylittävät tietyn massakynnyksen, tuloksena on uusi musta aukko. Joko valtava ainejoukko (supermassiivinen tähti tai jättimäinen kaasupilvi) romahtaa ja muuttuu suoraan mustaksi aukoksi.

Jos riittävästi tilaa on tarpeeksi massaa, sen ympärille muodostuu tapahtumahorisontti. Tapahtumahorisontin ulkopuolella voimme siirtyä pois siitä, jos siirrymme pois mustasta aukosta valon nopeudella. Mutta jos olemme tapahtumahorisontin sisällä, niin jopa valonnopeudella, joka on kosmisen nopeuden raja, mikä tahansa liikerata johtaa meidät edelleen mustan aukon keskelle, toisin sanoen singulaarisuuteen. On yksinkertaisesti mahdotonta paeta mustasta aukosta tapahtumahorisontin sisällä.

Mutta mustan aukon ulkopuolella olevilla esineillä on myös paljon ongelmia. Mustat aukot ovat niin massiivisia, että jos pääsemme lähemmäs yhtä niistä, alamme kokea merkittäviä vuorovesivoimia. Saatat tuntea nämä vuorovetovoimat, jos tiedät mitä kuu on ja miten se on vuorovaikutuksessa maan kanssa.

Epäilemättä Kuuta ja Maata voidaan pitää aineellisina pisteinä, jotka sijaitsevat suhteellisen suurella 380 tuhannen kilometrin etäisyydellä toisistaan. Mutta itse asiassa Maa ei ole piste, vaan esine, jolla on tietty ja aivan todellinen tilavuus. Jotkut maapallon alueet ovat lähempänä Kuuta kuin toiset. Ne, jotka ovat lähempänä, kokevat painovoiman keskimääräistä enemmän. Kauempana olevat kokevat keskimääräistä painovoimaa vähemmän.

Mutta etäisyyseron lisäksi on muitakin ominaisuuksia. Kuten kaikki fyysiset esineet, maapallo on kolmiulotteinen. Tämä tarkoittaa, että maapallon "ylä- ja" pohja (kuusta katsottuna) vedetään sisäänpäin kohti sen keskustaa suhteessa keskellä oleviin osiin.

Kaiken tämän kanssa, jos vähennämme keskimääräisen voiman, joka on olemassa missä tahansa maapallon pisteessä, näemme, että pinnan eri kohdat altistuvat kuun ulkoisille voimille eri tavoin. Näiden voimien viivat muodostavat kohteeseen vaikuttavat suhteelliset voimat ja selittävät, miksi vuorovesivoiman vaikutuksen alainen kohde vedetään sitä kohti ja puristetaan kohtisuoraan tämän voiman suuntaan nähden.

Mitä enemmän pääsemme lähemmäksi massiivista esinettä, sitä enemmän vuorovesivoimia tulee. Ne kasvavat jopa nopeammin kuin painovoima! Koska mustat aukot ovat massiivisia, mutta erittäin kompakteja, ne luovat maailmankaikkeuden voimakkaimmat vuorovesivoimat. Tästä syystä kun lähestymme mustaa aukkoa, venyttelemme yhä enemmän ja muutumme ohuiksi spageteiksi.

Tämän perusteella on erittäin helppo ymmärtää, miksi musta aukko voi imeä meidät sisään. Mitä enemmän lähestymme sitä, sitä voimakkaampi painovoima tulee ja sitä enemmän vuorovesi alkaa venyttää ja repiä meitä.

Ajatus siitä, että meidät voidaan imeä mustaan aukkoon, on kuitenkin väärä. Kaikki hiukkaset, jotka muodostavat mustan aukon vaikutuksen alaisen esineen, noudattavat edelleen tunnettuja fysiikan lakeja, mukaan lukien aika-avaruuden kaarevuussääntö yleisestä suhteellisuusteoriasta.

Kyllä, massan läsnäolon vuoksi avaruuden kangas on kaareva ja musta aukko on maailmankaikkeuden suurin massan kertyminen. Mutta on myös totta, että tämän massan tiheys ei millään tavalla vaikuta avaruuden kaarevuuteen. Jos valkoinen kääpiö, neutronitähti tai musta aukko, jolla on sama massa, asetetaan Auringon tilalle, painovoiman vaikutus maan päällä ei muutu. Ympäröivä tila on kaareva kokonaismassalta kokonaisuudessaan, eikä tiheydellä ole käytännössä mitään tekemistä sen kanssa.

Etäisyydeltä musta aukko näyttää miltä tahansa muulta maailmankaikkeuden massalta. Mutta jos lähestymme sitä vähintään Schwarzschild -pallon usean säteen etäisyydellä, alamme havaita poikkeamia Newtonin painovoimasta. Musta aukko toimii kuitenkin edelleen vain painopisteenä, ja sitä lähestyvät esineet kiertävät normaalilla kiertoradalla: ympyrä, ellipsi, paraabeli tai hyperbola, jolla on erittäin hyvä likimäärä.

Vuorovesi voi saada lähestyvät esineet venymään ja hajoamaan. Ja kun ainetta kerääntyy mustan aukon ympärille kertymälevyn muodossa, seurauksia, kuten magneettikenttiä, kitkaa ja kuumenemista, voi syntyä. Tämän lisävaikutuksen vuoksi osa aineesta hidastuu ja musta aukko nielee sen, mutta suurin osa siitä jää silti ulkopuolelle.

Tosiasia on, että mustat aukot eivät ime mitään. Kaikilla muilla tavallisilla esineillä (kuut, planeetat, tähdet) on samat voimat kuin mustalla aukolla. Joka tapauksessa kaikki on vain painovoimaa. Suurin ero on se, että mustat aukot ovat tiheämpiä kuin useimmat esineet, ne vievät paljon vähemmän tilaa avaruudessa ja voivat olla paljon massiivisempia kuin mikään muu esine. Saturnus lentää hiljaa kiertoradallaan Auringon ympäri, mutta jos Linnunradan keskelle sijoitetun Auringon sijaan asetamme mustan aukon, jonka massa on neljä miljoonaa kertaa tähtemme massa, vuorovesi rikkoo Saturnuksen, siitä tulee jättiläinen rengas, ja siitä tulee erottamaton osa tämän erittäin mustan aukon kertymälevyä. Ja jos kitkaa, lämmitystä ja kiihtyvyyttä on riittävästi aineen synnyttämien painovoima-, sähkö- ja magneettikenttien läsnä ollessa, se putoaa ajan myötä sisäänpäin ja nielee.

Näyttää vain siltä, että mustat aukot absorboivat ainetta, koska ne ovat erittäin massiivisia, ja vuorovesivoimat ja mustan aukon ympärille kerääntynyt aine voivat repiä ulkoisia esineitä palasiksi, minkä jälkeen osa tällaisesta esineestä vetovoiman vaikutuksesta, on kertymislevyn sisällä ja ajan mittaan ja itse mustan aukon sisällä. Mutta musta aukko on erittäin nirso, ja valtaosa sen läheltä kulkevasta aineesta syljetään takaisin muodossa tai toisessa. Ja vain pieni osa pääsee tapahtumahorisonttiin, pakottaen mustan aukon kasvamaan vähitellen.

Jos korvaamme koko maailmankaikkeuden massan mustalla aukolla, jolla on vastaava massa, ja poistamme sitten kaiken, joka aiheuttaa kitkaa, esimerkiksi keräyslevyjä, musta aukko imee hyvin vähän. Hiukkaset joutuvat kitkaan vain painovoima-aaltojen säteilyn vuoksi, jotka kulkevat mustan aukon kaarevan aika-ajan läpi. Einsteinin teorian mukaan vain se aine, joka on vakaan syklisen kiertoradan sisällä ja keskellä, imeytyy sisälle. Tämä on vähäistä verrattuna siihen, mikä kuuluu fyysisen todellisuutemme tapahtumahorisonttiin.

Tämän seurauksena meillä on vain painovoima ja kaareva aika-aika, joka syntyy näiden massojen läsnäolosta. Ajatus siitä, että mustat aukot imevät jotain sisään, on suurin myytti. Ne lisääntyvät painovoiman vaikutuksesta, eikä mitään muuta. Mutta tämä on enemmän kuin tarpeeksi universumissa.

Suositeltava: