Черные дыры являются звездами? Невероятное

Поделиться с друзьями:

Черные дыры являются звездами?

Хотя астрономы наблюдали множество объектов во Вселенной, соответствующих понятию «черные дыры», до сих пор не ясно, действительно ли они существуют. Все-таки теория черных дыр не совсем полноценна: она противоречит законам физики. Сегодня эту проблему пытаются решить с помощью новой теории, гласящей, что большинство черных дыр являются так называемыми черными звездами.
Теория черных дыр основана на теории относительности Эйнштейна, описывающей, каким образом силы гравитации заставляют пространство искривляться. Проблема заключается лишь в том, что в данном случае не принимаются во внимание квантовые эффекты, имеющие важнейшее значение для таких объектов, как черные дыры, точно так же как до сих пор не существует никакой квантовой теории гравитации. Однако в описании феномена черных дыр грядет прорыв. Четверо ученых-физиков - Карлос Барсело, Стефано Либерати, Себастьяно Сонего и Мэтт Виссер - предположили, что некоторые из черных дыр на самом деле - черные звезды. Черные дыры были предсказаны Эйнштейном еще в 1915 году и долгое время воспринимались как чистая абстракция. Но физики доказали, что не только во Вселенной, но и в нашей Галактике черные дыры действительно существуют. Доказано это было при наблюдении огромных газовых дисков, вращающихся вокруг крошечного темного тела с неимоверной силой тяжести. От газа, нагретого в глубине диска до миллионов градусов, исходит свет. Центр тяжести диска соответствует теоретическим представлениям ученых.
И все-таки физики до сих пор ищут альтернативу эйнштейновской теории классических черных дыр. С точки зрения современной физики слабым местом этой теории является так называемая сингулярность, некая точка без протяженности, притягивающая к себе все вещества и, следовательно, имеющая бесконечную плотность. Величины, стремящиеся к бесконечности, свидетельствуют о несостоятельности данной теории при описании мироздания. По Эйнштейну, сингулярность возникает при столкновении тяжелого тела с энергией такой величины, когда уже ничто не может сдержать «схлопывающие» силы гравитации. Физиками введено понятие так называемого горизонта событий, в пределах которого гравитационные силы пространственной точки настолько велики, что покинуть ее не может даже свет. Тело, пересекая горизонт событий, как бы проваливается вглубь и не в состоянии выйти за его пределы обратно. Если представить себе, что Солнце сколлапсирует в черную дыру, радиус ее горизонта событий составит 3 км. За горизонтом событий останется пустота, а в самом его центре будет сконцентрирована вся масса нашего светила.
Здесь не работает ни один из известных законов физики, поскольку невозможно собрать 1,99х10^30 кг вещества (масса Солнца) в точке без протяженности. Поэтому очевидно, что физики рано или поздно усовершенствуют наше представление о мироздании и на смену теории сингулярности придет более внятная концепция.
Сегодня не остается никаких сомнений в существовании во Вселенной объектов, полностью подпадающих под классическое описание черной дыры. Но Эйнштейн сформулировал свою теорию еще до появления квантовой механики, и именно последняя, по мнению четверых ученых, содержит в себе ключ, позволяющий забыть о противоречивой сингулярности с ее бесконечною плотностью.
Гравитация преодолима
Квантовая механика подкреплена такой же весомой научной базой, что и теория относительности, но обе эти концепции до сих пор было невозможно согласовать. Теория относительности с большой точностью описывает воздействие гравитации на форму пространства, в то время как квантовая механика оперирует понятиями частицы, поля и волны. Обе теории уместны каждая в своей области, но когда физики нуждаются в их согласовании, например, для объяснения феномена черных дыр, по-прежнему остается немало вопросов.

Две разных теории черных дыр

Концепция черных звезд возникла именно при попытке совместить теорию относительности с теорией квантовой механики. Отправной точкой явился фундаментальный принцип квантовой механики: избежать феномена абсолютного коллапса. Плотность белых карликов и нейтронных звезд - хороший пример сжатия вещества в рамках общих законов физики. В противном случае следовало бы считать любую нейтронную звезду с силой гравитации, в миллиарды раз превышающей земную, уже находящейся на грани коллапса. Но этому препятствует принцип запрета Паули, суть которого - в отталкивании нейтронов, или, проще говоря, в препятствовании их сжатию до бесконечности. Но если масса нейтронной звезды хотя бы втрое превышает массу Солнца, сила ее гравитации возрастает и, согласно известным нам законам физики, абсолютный коллапс неизбежен.
Согласно новым расчетам, сила гравитации преодолима, в этом случае образуются черные звезды, а не классическая черная дыра. Если коллапс не произошел слишком быстро, ученые применяют еще одно секретное оружие, известное как поляризация вакуума. Это означает, что само пространство может быть способно к созданию силы отталкивания между частицами, настолько мощной, что его схлопывание становится невозможным. Вместо этого образуется черная звезда. При этом коллапс должен происходить в таком замедленном темпе, чтобы пустота успела поляризоваться и возникла сила отталкивания, преодолеть которую не в состоянии даже гравитация.
В черной звезде процесс коллапса прекращается перед самым образованием горизонта событий. Это означает, что поверхность черной звезды аналогична поверхности звезды обычной. Поскольку последняя, по теории относительности, находится за пределами пространства, где должен образоваться горизонт событий, силы гравитации недостаточно,чтобы предотвратить утечку света. Напротив, масса потерянного света соответствует такому количеству энергии, что возникает практически незаметное красноватое свечение. Изнутри же черная звезда такая же темная, как и черная дыра. Что интересно, в этом случае вещество не исчезает в сингулярности, но существует как бы в «бутерброде» из постепенно уплотняющихся и нагревающихся слоев. Таким образом, в черной звезде схлопывание пространства бесконечно заторможено и сингулярность не возникает.
Физики резюмируют: вещество не пропадает
В 1973 году английский физик Стивен Хокинг попытался «починить» классическую теорию черных дыр Эйнштейна. Он показал, что черные дыры никогда не смогут стать полностью черными, поскольку законы квантовой механики позволяют им терять массу и испускать фотоны - так называемое излучение Хокинга.
Оно ведет себя как тепловое, но для огромных черных дыр невероятно слабое. Даже у скромной черной дыры с массой Солнца его температура едва выше абсолютного нуля. А чем меньше черная дыра, тем сильнее и горячее излучение. У малых черных дыр оно достаточно сильное, и они в принципе могут окончательно испариться в виде пучка гамма-лучей. Когда объект исчезает за горизонтом событий, иного пути его возвращения, кроме медленного испарения из черной дыры, не существует. Это займет миллиарды лет, причем одновременно будет происходить и потеря вещества. Таким образом, восстановление после коллапса принципиально невозможно.

Образование черной звезды (дыры)

Черные звезды вышеуказанная проблема совершенно не затрагивает, ведь у них нет горизонта событий, навсегда пожирающего вещество окружающей Вселенной. Каждая частица поверхности черной звезды в принципе контактирует с окружающим космосом. Таким образом, вещество, за счет которого образуется черная звезда, не исчезает. Черные звезды могут возникать только при относительно замедленном коллапсе, при поляризации вакуума, за счет чего и возникает непреодолимая сила отталкивания, могущая предотвратить образование черной дыры. Но физики не знают, существует ли на самом деле этот замедленный коллапс, когда незадолго до образования горизонта событий срабатывает квантово-механический тормоз.
Один такой тормоз известен: нейтронное излучение после взрыва сверхновой звезды. В этом случае сила гравитации заставит нейтронную звезду сколлапсировать. Но не исключено, что тогда возникнут несколько светил, состоящих из стремительно уплотняющейся материи, - так называемых кварковых звезд.
Существование больших черных дыр не поддается объяснению
Теория черных звезд решает не все проблемы, касающиеся феномена черных дыр. Огромные черные дыры, существующие в центральных областях галактик, во много миллионов раз превышают массу Солнца. Независимо от того, как они образуются, горизонт событий появляется уже тогда, когда плотность вещества, их составляющего, лишь ненамного превысит плотность воды. А как только вещество попадает за пределы горизонта событий, оно неизбежно заканчивает свое существование.
Физики еще далеки от объяснения того, что на самом деле происходит в черных дырах, населяющих центры галактик. До сих пор не выдвинуто теории, примиряющей законы сил гравитации с принципами квантовой механики. Разгадка истинной природы больших черных дыр еще впереди.

Поделиться с друзьями:

загрузка...

Комментарии:
Нет комментариев :( Вы можете стать первым!
Правила: В комментариях запрещено использовать фразу 'http', из-за большого кол-ва спама
Добавить комментарий:

Последние статьи:

Контакты администрации сайта :