-ѕоиск по дневнику

ѕоиск сообщений в infohom

 -ѕодписка по e-mail

 

 -—ообщества

”частник сообществ (¬сего в списке: 6) Ћюдочка_„ерникова »нтерьер  ошколюбам  ристинаћиронова «Ќјћ≈Ќ»я_јЋЋј’ј Frondam
„итатель сообществ (¬сего в списке: 2) Ћюдочка_„ерникова karam321

 -—татистика

—татистика LiveInternet.ru: показано количество хитов и посетителей
—оздан: 27.04.2011
«аписей:
 омментариев:
Ќаписано: 20577


ƒес€ть фактов о чЄрных дырах, которых вы не знали

¬оскресенье, 26 ‘еврал€ 2012 г. 19:09 + в цитатник
"Ќу, они чЄрные и, это, как бы бездонные дыры.  ак ещЄ их назовЄшь?"

Ч ћой ответ на вопрос друга: "ѕочему они называютс€ чЄрными дырами?"

„Єрные дыры. ѕылесосы космоса, ненасытные акулы, пауки, раскинувшие свою сеть... Ќечто страшное. Ќо мы очарованы ими, в этом нет сомнени€ Ч хот€ и многое в них не понимаем.

» именно дл€ этого € здесь. ѕозвольте мне быть вашим проводником в бесконечность. »ли, в еЄ противоположность, если угодно. ѕоскольку сейчас хэллоуин, сейчас это будет кстати... Ќедавно вышла мо€ книга "—мерть с небес!", и в ней есть множество способов, которыми земл€ может быть уничтожена чЄрной дырой. ”а-хахахаха!

Ќиже € приведу дес€ть фактов о чЄрных дырах. Ёто третий выпуск моей серии "ƒес€ть вещей, которых вы не знали" Ч первый был о ћлечном ѕути, второй о «емле. ѕосто€нные читатели слышали об описываемых здесь вещах, поскольку € о них говорил в прошлом, но € надеюсь, что вы не знаете их всех. ј если знаете, не стесн€йтесь похвастатьс€ своей гениальностью в комментари€х. “ем не менее, этот список далеко не полный, € могу насчитать около п€тидес€ти странностей чЄрных дыр. Ќо мне нрав€тс€ эти дес€ть.

»так, дл€ начала очень короткое введение в чЄрные дыры. ѕотерпите немного.

—амый распространЄнный способ по€влени€ чЄрной дыры - это образование еЄ в €дре массивной звезды. ” €дра заканчиваетс€ топливо и оно обрушиваетс€ внутрь себ€. Ёто вызывает ударную волну, разрывающую внешние слои звезды - и по€вл€етс€ сверхнова€. “о есть €дро схлопываетс€, а остальна€ часть разлетаетс€ в космос. (Ёто упрощЄнное описание, если вы захотите узнать подробности, которые достаточно интересны, загл€ните в моЄ описание этого процесса)

 огда €дро схлопываетс€, его гравитаци€ увеличиваетс€. ≈сли €дро достаточно массивно (в три раза массивнее —олнца), то в какой-то момент гравитаци€ становитс€ настолько сильной, что скорость, необходима€ дл€ того, чтобы оторватьс€ от поверхности €дра, становитс€ равной скорости света. Ёто означает, что уже ничто не может оторватьс€ от этого объекта, даже свет. “ак что этот объект тЄмный. », поскольку ничто из него не может выбратьс€... читайте эпиграф.

ќбласть вокруг чЄрной дыры, где скорость отрыва равна скорости света, называетс€ горизонтом событий. Ћюбое событие, которое произойдЄт за этим горизонтом - останетс€ невидимым навсегда.

“еперь, когда вы знаете что они такое и как они формируютс€, € мог бы объ€снить почему у них така€ сильна€ гравитаци€, но знаете что? я лучше позволю это сделать этому парню. я слышал, он хорошо умеет это делать:



(¬идео, на котором автор объ€сн€ет, почему гравитаци€ чЄрной дыры сильнее гравитации обрушившейс€ звезды. ƒело в том, что помимо массы важно рассто€ние. „Єрна€ дыра настолько мала, что ко всей еЄ массе можно приблизитьс€ вплотную)

“ак что, масса важна, но иногда дело не только в ней.

2) ќни не бесконечно малы

’орошо, они малы, но насколько они малы?

я писал о чЄрных дырах на моей предыдущей работе, и у нас был забавный спор о том, что мы подразумеваем под чЄрной дырой: сам объект, который превращаетс€ в точку, или горизонт событий? я считал что горизонт событий, а мой начальник считал что точка (“очка! —ейчас умру со смеху!) и он насто€л на том, чтобы € был предельно точен, когда пишу о горизонте событий а не о чЄрной дыре.

»так, дл€ схлопывающегос€ €дра врем€ продолжает тикать, так что оно видит себ€ непрерывно уменьшающимс€ в точку, даже если горизонт событий имеет некоторый конечный размер.

„то происходит с €дром, той массой, котора€ схлопываетс€?

ћы никогда этого не увидим. ћы не можем туда посмотреть и €дро совершенно точно не пришлЄт оттуда какую-нибудь информацию. Ќо наша математика в таких ситуаци€х отлично помогает и мы по крайней мере можем применить еЄ к €дру, даже если оно меньше горизонта событий.

ќно будет продолжать схлопыватьс€ и гравитаци€ будет увеличиватьс€. ћеньше, меньше... и когда € был совсем маленьким, € всЄ врем€ читал что оно превращаетс€ в геометрическую точку - объект, у которого вообще нет размера. ћожете представить, как это сбивало мен€ с толку. » должно было сбивать. ѕотому что это неправильно.

¬ какой-то момент схлопывающеес€ €дро будет меньше атома, меньше электрона. ќно достигнет размера, называемого ѕосто€нной ѕланка, настолько малой величины, что квантова€ механика вз€ла еЄ за отправную точку. ѕосто€нна€ ѕланка это нижний предел квантовой величины - если объект меньше еЄ, то мы не сможем узнать о нЄм хоть что-либо определЄнное. ‘изика вообще сложна, но она становитс€ ещЄ сложнее, когда схлопывающеес€ €дро достигает этой величины. ƒаже если мы сможем как-нибудь проникнуть за горизонт событий, мы не сможем узнать еЄ размер. ј раз сама ¬селенна€ не даЄт вам его измерить, то вы можете решить, что этот термин не имеет смысла.

“ак насколько же мала ѕосто€нна€ ѕланка? ќчень мала, около дес€ти в минус тридцать п€той степени метров. Ёто одна стоквинтиллионна€ протона.

“ак что если кто-то говорит, что у чЄрной дыры нулевой размер, можете с умным видом сказать, что не совсем. Ќо близко к тому.

3) Ёто сферы, а совсем не воронки.

√равитаци€, которую вы чувствуете от объекта, зависит от двух вещей - массы объекта и вашего рассто€ни€ до него. Ёто значит что все кто находитс€ на опроделЄнном рассто€нии от массивного объекта, например в миллионе километров, будут чувствовать одинаковую силу прит€жени€ к нему. Ёто рассто€ние определ€ет сферу вокруг объекта - все кто находитс€ на поверхности этой сферы будут чувствовать одинаковую гравитацию объекта, наход€щегос€ в центре.

–азмер горизонта событий чЄрной дыры зависит от гравитации, так что на самом деле он - сфера, окружающа€ чЄрную дыру. ≈сли бы вы придумали как увидеть горизонт событий, он мог бы выгл€деть как абсолютно чЄрный шар.

Ќекоторые думают, что чЄрные дыры это кольца, или, хуже того, воронки. Ёто недоразумение, придуманное людьми, пытающимис€ объ€снить гравитацию как вм€тину в пространстве, они просто заменили трЄхмерное пространство двумерным и сказали что пространство как кровать, и объекты, имеющие массу, продавливают его, точно так же как кое-что т€жЄлое (например шар от боулинга) делает вм€тину в кровати. Ќо пространство не двумерно, оно трЄхмерное (даже четырЄхмерное, если учесть врем€), так что эти объ€снени€ могут ввести людей в заблуждение о том, какова форма горизона событий чЄрных дыр.

ћен€ дети спрашивали, что будет если подойти к чЄрной дыре с обратной стороны! ќни не понимают, что чЄрные дыры это сферы, и у них нет обратной стороны. я не одобр€ю эту байку про воронки, но к сожалению, это лучша€ аналоги€ из всех что € видел, так что мы в ней застр€ли. »спользуйте еЄ с осторожностью.

4) „Єрные дыры верт€тс€!

“о что чЄрные дыры могут вращатьс€ - довольно необычна€ мысль. «вЄзды вращаютс€, и когда €дро скукоживаетс€, вращение ускор€етс€ очень сильно (привычна€ аналоги€ - фигурист, прижимающий руки, чтобы увеличить скорость вращени€). „ем меньше становитс€ €дро, тем быстрее оно вращаетс€. ≈сли у него не хватит массы чтобы стать чЄрной дырой, матери€ сплющитс€ и превратитс€ в нейтронную звезду, шар из нейтронов в пару километров шириной. ћы обнаружили тыс€чи таких объектов и они обычно вращаютс€ очень быстро, иногда дела€ сотни оборотов в секунду!

“о же самое справедливо и дл€ чЄрных дыр. Ќе смотр€ на то, что матери€ сжимаетс€ до размеров меньше горизонта событий и тер€етс€ дл€ внешней ¬селенной, она продолжает вращатьс€. Ќе совсем пон€тно, к чему это приводит. ћожет быть, центробежна€ сила удерживает материю от схлопывани€ всЄ врем€ падени€ до размеров ѕосто€нной ѕланка? Ёто жутка€ математика, но она решаема, и она говорит, что падающа€ в дыру матери€ должа сталкиватьс€ с материей, уже наход€щейс€ за горизонтом событий, котора€ пытаетс€ упасть ещЄ глубже, но не может из-за вращени€. ƒолжно быть, внутри дыры очень тесно и там очень красивый феерверк... Ќо мы этого никогда не увидим, потому что всЄ это происходит на другой стороне бесконечности. ј жаль.

5) ¬близи чЄрных дыр всЄ очень странно

¬ращение чЄрной дыры лихо заворачивает сюжет. „Єрна€ дыра искажает ткань самого пространства, и раз дыра вращаетс€, то искажаетс€ само искажение. ѕространство закручиваетс€ вокруг чЄрной дыры как если бы ткань простыни оказалась намотанной на пропеллер.

Ёто приводит к по€влению участка пространства за пределами горизонта событий, называемого эргосферой. ќн имеет форму сплюснутого м€ча, и если вы за пределами горизонта событий но внутри эргосферы, вы обнаружите, что вы не можете усидеть на месте. ¬ буквальном смысле. ѕространство будет дЄргатьс€ под вами и носить вас за собой. ¬ы сможете без проблем двигатьс€ в направлении вращени€ чЄрной дыры, но если попытаетесь застыть, вы не сможете. ¬нутри эргосферы пространство движетс€ быстрее света! ћатери€ не может так быстро двигатьс€, но само пространство, согласно Ёнштейну, может. “ак что если вы захотите зависнуть над чЄрной дырой, вам придЄтс€ двигатьс€ быстрее света в противоположную от еЄ вращени€ сторону. ј поскольку вы этого сделать не сможете, то у вас будет три выбора - двигатьс€ вместе с вращением, улететь оттуда, или провалитьс€ в дыру.

я советую улетать. » как можно быстрее. ѕотому что...

6) ѕриближение к чЄрной дыре может убить вас множеством забавных способов. » говор€ "забавно" € имею в виду кроваво, жутко и очень, очень жестоко.

¬ самом деле, если вы подошли слишком близко - бултых - и вы уже там. ј если и держите дистанцию, то всЄ равно у вас проблемы.

√равитаци€ зависит от рассто€ни€. „ем дальше вы от объекта, тем слабее его прит€жение. ѕоэтому если приблизить длинный объект к массивному, он будет испытывать более сильное прит€жение на ближнем конце, чем на дальнем! “акое изменение гравитации с рассто€нием называетс€ приливной силой (что не совсем корректно, т.к. это не сила, а разность сил, но да, именно она €вл€етс€ причиной вли€ни€ Ћуны на океанские приливы на «емле).

—уть в том, что чЄрные дыры могут быть малы Ч „ƒ с массой втрое больше —олнца имеет радиус горизонта событий всего в несколько километров Ч а значит к ним можно подойти довольно близко. ј это в свою очередь означает, что возникающа€ приливна€ сила может быть весьма велика.

—кажем вы падаете ногами вперЄд в „ƒ с звЄздной массой. “огда по мере приближени€ разница гравитации между вашими головой и ногами станет огромна. ќ√–ќћЌј. —ила будет настолько велика, что ваши ноги отдЄрнет с силой, в миллион раз превышающей земную гравитацию. ¬ы выт€нетесь в тонкую ниточку, а затем порвЄтесь.

јстрономы называют это "спагеттификацией". Ѕрррр.

ѕоэтому приближатьс€ к чЄрной дыре опасно, даже если вы в неЄ не упадЄте.  ак видите, "в делах людских прилив есть и отлив" [Ўекспир].

7) „Єрные дыры не всегда тЄмные.

‘ишка в том, что чЄрные дыры могут убивать на большом рассто€нии.

ѕадающа€ в чЄрную дыру матери€ редко, или даже никогда не падает по пр€мой. ≈сли у неЄ есть хоть малейшее отклонение, она пойдЄт вокруг чЄрной дыры.  огда засасываетс€ множество материи, всЄ это облако начинает клубитьс€ вокруг дыры. ¬ соответствии с правилами поведени€ вращающихс€ объектов, она соберЄтс€ в диск, верт€щийс€ вокруг чЄрной дыры с бешенной скоростью, и поскольку гравитаци€ чЄрной дыры быстро возрастает по мере приближени€ к ней, то ближе к центру она будет вращатьс€ быстрее, чем по кра€м. Ёти частицы вещества трутс€ друг о друга, создава€ тепло. “ак что диск вокруг дыры может разогретьс€ до миллионов градусов. ј поскольку гор€ча€ матери€ излучает свет, то вблизи чЄрной дыры она неслабо светитс€.

Ѕолее того, магнитные и прочие силы могут сфокусировать два луча энергии, которые прот€нутс€ от полюсов диска. Ќачина€сь пр€мо у чЄрной дыры, эти лучи могут быть видны на рассто€нии миллионов и даже миллиардов световых лет.

» они свет€тс€.

Ќа самом деле чЄрные дыры, поглощающие материю могут светитьс€ так €рко, что станут самыми €ркими объектами непрерывного излучени€ во вселенной! ћы их называем активными чЄрными дырами.

» даже если сами черные дыры не так опасны, поглощаема€ ими матери€ настолько нагреваетс€, что начинает бешенно испускать рентгеновские лучи и свет высокой энергии (а эти лучи могут излучать свет с ещЄ большей энергии). ѕоэтому даже если вы припаркуете свой космический корабль на значительном рассто€нии от радиуса действи€ черной дыры, если что-нибудь будет в нее зат€нуто и расщеплено, то вас хорошенько прожарит излучение, эквивалентное охренеллиону рентгеновских снимков у стоматолога.

 ажетс€, € уже говорил - чЄрные дыры опасны. ƒержитесь от них подальше.

8) „Єрные дыры не всегда опасны.

_

—делав такое утверждение, € задам вам вопрос: если бы € вз€л и при помощи гранул кофе Folgers заменил —олнце на черную дыру той же массы, что бы произошло? «емлю бы прит€нуло, отбросило или бы она продолжила вращатьс€ как ни в чем не бывало?

Ѕольшинство людей думает, что «емл€ будет поглощена, будучи зат€нутой сильнейшей гравитацией черной дыры. Ќо вспомним, что прит€жение к объекту, которое вы чувствуете, зависит от массы этого объекта и от рассто€ни€ до него. ѕомните, € говорил, что масса упом€нутой черной дыры равна массе —олнца? » рассто€ние до «емли останетс€ тем же. “аким образом, прит€жение, которое мы будем ощущать здесь, на рассто€нии 150 миллионов километров, будет абсолютно таким же! ѕоэтому «емл€ будет вращатьс€ вогруг солнечной черной дыры точно так же, как она сейчас обращаетс€ вокруг —олнца.

’от€ мы конечно замЄрзнем насмерть, нельз€ же иметь всЄ сразу.

9) „Єрные дыры могут стать большими.

¬опрос: что произойдЄт, если две дыры пересекутс€?

ќтвет: получитс€ одна дыра.

Ётот ответ можно получить, опира€сь на следующее: раз черные дыры могут поглощать другие объекты, в том числе и другие черные дыры, значит они могут расти. ћы полагаем, что на заре зарождени€ ¬селенной, когда галактики еще только формировались, матери€ в цетре зарождающейс€ галактики могла образовать очень большую черную дыру. ¬се больше материи прит€гиваетс€, дыра жадно поглощает ее и растет. ¬ конце концов получаетс€ сверхмассивна€ черна€ дыра, в миллионы или даже в миллиарды раз т€желее —олнца.

ќднако, помните, что как только матери€ зат€гиваетс€, становитс€ гор€чо. —тановитс€ так гор€чо, что давление самого света может сдувать материал в окрестност€х чЄрной дыры подобно солнечному ветру, но в намного большем масштабе. —ила ветра зависит от многих параметров, включа€ массу черной дыры - чем больше по объему дыра, тем ветреней, м-м-м, ветер. Ётот ветер преп€тствует прит€жению материи, он работает подобно отсечному клапану дл€ непрерывно жиреющей дыры.

Ѕолее того, со временем газ и пыль вокруг черной дыры (ну, довольно далеко, но все-таки вблизи от центра галактики) обращаютс€ в звезды. √азу попасть в чЄрную дыру намного легче, чем звезде Ч при лобовом столкновении два газовых облака останавливаютс€ относительно чЄрной дыры, что облегчает их падение в неЄ; звЄзды же слишком малы и слишком разрозненны, чтобы такое могло произойти. “ак что в какой-то момент чЄрна€ дыра прекращает поглощать материю, потому что в неЄ больше нечему падать. ќна перестает расти, галактика становитс€ стабильной, и все довольны.

Ќа самом деле, гл€д€ во ¬селенную, мы видим, что в центре почти каждой большой галактики находитс€ сверхмассивна€ черна€ дыра. ƒаже в €дре ћлечного ѕути находитс€ черна€ дыра размером в четыре миллиона солнечных масс. Ќо прежде чем вы начнете бегать кругами и кричать, помните:
1) она очень далеко - на рассто€нии 26000 световых лет (260 квадриллионов километров),
2) ее масса все еще слишком мала по сравнению с массой нашей галактики в 200 миллиардов солнечных масс, и, наконец,
3) она не может нам навредить.
≈сли только не начнет активно питатьс€. „его не происходит. Ќо когда-нибудь это может начатьс€, если что-нибудь упадет в нее. ¬ любом случае, нам не известно ничего, что может упасть туда в ближайшем будущем. ’от€, мы могли пропустить холодный газ.

’ммм.

 ак бы то ни было, запомните: хот€ черные дыры могут причинить смерть и разрушени€ в огромных масштабах, но они также помогают формированию галактик! “ак что мы об€заны им своим существованием.

10) „Єрные дыры могут иметь малую плотность

»з всех странностей чЄрных дыр эта кажетс€ мне самой странной.

 ак вы можете ожидать, по мере роста массы черной дыры горизонт событий также увеличиваетс€ в размерах. ѕотому что если добавить массы, то сила прит€жени€ становитс€ сильнее, что означает увеличение горизонта событий.

≈сли вы внимательно проделаете вычислени€, то обнаружите, что горизонт событий растет линейно относительно массы. ƒругими словами, если вы увеличите вдвое массу черной дыры, то радиус горизонта событий увеличитс€ также вдовое.

Ёто странно! ѕочему?

ќбъем сферы зависит от радиуса в кубе (вернемс€ обратно в среднюю школу: объем = 4/3 х π x радиус^3) ”величьте радиус вдвое и объем возрастет в 2 x 2 x 2 = 8 раз. —делайте радиус сферы в 10 раз больше и объем увеличитьс€ в 10 x 10 x 10 = 1000 раз.

»так, объем увеличиваетс€ действительно быстро по мере увеличени€ размера сферы.

“еперь вообразите, что у вас есть две глин€нные сферы одинакового размера. —мешайте их. ”величитс€ ли результирующа€ сфера вдвое?

Ќет! ¬ы увеличили массу вдвое, но радиус увеличилс€ лишь не на много. ѕотому что объем соответствует радиусу в кубе, и чтобы увеличить радиус вашего финального шара из глины, вам нужно смешать вместе 8 шаров.

Ќо у черной дыры все по-другому. ”величение массы в два раза приводит к увеличению вдове размера горизонта событий. —транный вывод...

ѕлотность - это количество массы умещающеес€ в заданном объЄме. ќставьте размер прежним и добавьте массу, и плотность возрастЄт. ”величьте объЄм, но оставьте массу прежней, и плотность упадЄт. Ёто пон€тно?

ƒавайте теперь посмотрим на среднюю плотность вещества внутри горизонта событий чЄрной дыры. ≈сли € возьму две одинаковые чЄрные дыры и столкну их, горизонт событий удвоитс€, и масса удвоитс€ тоже. Ќо объЄм возрастЄт в восемь раз! ѕоэтому плотность на самом деле уменьшитс€, и станет 1/4 от начальной (двойна€ масса и восьмикратный объЄм даЄт нам 1/4 плотности). ѕродолжим делать это и плотность будет уменьшатьс€.

—редн€€ чЄрна€ дыра - така€, котора€ обладает тройной массой —олнца - имеет горизонт событий с радиусом 9 километров. Ёто означает, что она обладает гигантской плотностью, около двух квадриллионов грамм на кубический сантиметр (2x10^15). Ќо удвоим эту массу, и плотность упадЄт в 4 раза. ¬озьмЄм 10-кратную массу и плотность упадЄт в 100 раз. „Єрна€ дыра с массой миллиарда солнечных (как те, которые мы видим в центрах галактик) сбросит плотность в 1x10^18. Ёто будет плотность приблизительно 1/1000 грамм на кубический сантиметр... и это плотность воздуха!

„ерна€ дыра с массой в миллиард солнечных будет иметь горизонт событий радиусом в 3 миллиарда километров - примерно равно рассто€нию от —олнца до Ќептуна.

¬идите, к чему мы пришли? ≈сли бы вы вз€ли солнечную систему ограниченную орбитой Ќептуна, заключили еЄ в гигантскую сферу, и наполнили еЄ воздухом, она могла бы быть чЄрной дырой!

ƒл€ мен€ это самый странный факт о черных дырах.  онечно они деформируют пространство и искривл€ют врем€, играют с нашим чувством реальности... но то, как они пересекаютс€ с повседневностью - вот что мен€ захватывает.

¬первые эта мысль пришла мне в голову несколько лет назад на конференции в —танфорде, посв€щенной черным дырам. Ёто произошло когда € прогуливалс€ с известным специалистом в области черных дыр –оджером Ѕлэндфордом (Roger Blandford). я быстро подсчитал кое-что в уме, чтобы убедитьс€, что числа правдоподобны и сообщил –оджеру, что —олнечна€ система, наполненна€ воздухом, была бы черной дырой. ќн на минутку задумалс€ и сказал: "ƒа, похоже на правду."

» это, друзь€ мои, был один из прикольнейших моментов всей моей жизни. Ќо размышлени€ об этом все еще вывихивают мой мозг.

«аключение:

Ќу, что € могу сказать? „Єрные дыры необычны.

» поскольку это так, то конечно о них можно рассказать намного больше.  ак насчЄт червоточин? ќткуда они берутс€? „то такое излучение ’окинга? ћогут ли черные дыры полностью испаритьс€?

¬ы можете найти ответы на эти и другие вопросы еще где-нибудь в —ети (или даже в этом самом блоге); € не могу уместить все в дес€ть пунктов! Ќо € отмечу (реклама!), что п€та€ глава моей книги "—мерть с небес!" подробно описывает как они формируютс€ и что будет, если подойти к ним слишком близко. —ледующие главы рассказывают о черной дыре в €дре ћлечного ѕути и о том, что случитс€ с черными дырами через много-много лет... буквально через 10^60, 10^70 и даже через гугол лет.


ѕроцитировано 1 раз



 

ƒобавить комментарий:
“екст комментари€: смайлики

ѕроверка орфографии: (найти ошибки)

ѕрикрепить картинку:

 ѕереводить URL в ссылку
 ѕодписатьс€ на комментарии
 ѕодписать картинку