Trăim într-o gaură neagră? Găuri negre în univers Poate universul să fie o gaură neagră?

Știu că acest lucru nu este binevenit aici, dar fac o postare încrucișată de aici, la cererea directă a autorului, Nikolai Nikolayevich Gorkavy. Există șanse ca ideea lor să revoluționeze știința modernă. Și este mai bine să citiți despre asta în original decât în ​​repovestirea ren-tv sau tape.ru.

Pentru cei care nu au urmat firul. Luați în considerare două găuri negre care se rotesc una în jurul celeilalte, să spunem, cu mase de 15 și 20 de unități (masele Soarelui). Mai devreme sau mai târziu se vor contopi într-o gaură neagră, dar masa acesteia nu va fi de 35 de unități, ci, să zicem, de doar 30. Cele 5 rămase vor zbura sub formă de unde gravitaționale. Este această energie pe care telescopul gravitațional LIGO o captează.

Esența ideii lui Gorkavy și Vasilkov este următoarea. Să presupunem că ești un observator, stând pe scaun și simțind atracția a 35 de unități de masă împărțite la pătratul distanței. Și apoi bam - literalmente într-o secundă masa lor scade la 30 de unități. Pentru tine, din cauza principiului relativității, acesta va fi imposibil de distins de situația în care ai fost aruncat în sens opus cu o forță de 5 unități, împărțită la pătratul distanței. Adică imposibil de distins de antigravitație.

UPD: deoarece nu toată lumea a înțeles paragraful anterior, luați în considerare un experiment de gândire prin analogie propus în. Deci, ești un observator, așezat într-un rezervor, care se rotește pe o orbită circulară foarte înaltă în jurul centrului de masă al acestei perechi de găuri negre. După cum obișnuia să spună bunicul Einstein, fără să te uiți în afara rezervorului, nu poți face diferența dintre orbită și pur și simplu agățat pe loc undeva în spațiul intergalactic. Acum, să presupunem că o gaură neagră a fuzionat și o parte din masa lor a zburat. În acest sens, va trebui să vă mutați pe o orbită mai înaltă în jurul aceluiași centru de masă, dar deja o gaură neagră îmbinată. Și vei simți această tranziție către o altă orbită în rezervorul tău (mulțumită metalului), observatorii externi de la infinit o vor considera o lovitură care te-a împins departe de centrul de masă. /UPD

Mai mult, există o grămadă de calcule cu tensori de relativitate groaznici. Aceste calcule, după o verificare atentă, sunt publicate în două articole în MNRAS, una dintre cele mai respectate reviste de astrofizică din lume. Link-uri către articole:, (preprint cu introducerea autorului).

Iar concluziile de acolo sunt următoarele: nu a existat Big Bang, dar a existat (și este) o Big Black Hole. Ceea ce ne bântuie pe toți.

După lansarea a două articole principale cu soluții matematice, sarcina de a scrie un articol mai popular și mai larg, precum și de a promova o cosmologie spațială reînviată, a fost pe ordinea de zi. Și apoi s-a dovedit că, în mod surprinzător, europenii au reușit să reacționeze la al doilea articol, care deja mă invitase să fac un raport în plen de 25 de minute în iunie despre accelerația Universului cu masă variabilă. Văd asta ca un semn bun: experții s-au săturat de „întunericul cosmologic” și caută o alternativă.

De asemenea, jurnalistul Ruslan Safin a trimis întrebări în legătură cu lansarea celui de-al doilea articol. O versiune oarecum prescurtată a răspunsurilor a fost publicată astăzi în Yuzhnouralskaya Panorama sub titlul editorial „În interiorul unei găuri negre. Astronomul Nikolai Gorkavy a găsit centrul universului.

În primul rând, de dragul adevărului, trebuie să remarc că Alexander Vasilkov a fost cel care a început să pună în mod activ întrebarea „naivă”: Are Universul un centru? - care a inițiat toată munca noastră cosmologică ulterioară. Așa că am căutat și am găsit acest centru împreună. În al doilea rând, ziarul a cerut fotografia noastră comună, dar nu a așteptat, așa că o aduc aici împreună cu textul integral al interviului citit și completat de Sasha conform comentariilor sale. Iată-ne: Alexander Pavlovich Vasilkov în stânga, iar eu în dreapta:

1. După publicarea primului tău articol cu ​​Vasilkov, ai sugerat că expansiunea accelerată observată a Universului este asociată cu predominanța forțelor de respingere asupra forțelor atractive la distanțe mari. În noul articol, ajungi la o altă concluzie - despre expansiunea relativ accelerată: ni se pare că ceva se accelerează, pentru că noi înșine încetinim. Ce te-a condus la acest gând?

Într-un articol din 2016 publicat în Jurnalul Societății Regale de Astronomie, eu și Alexander Vasilkov am arătat că, dacă masa gravitațională a unui obiect se modifică, atunci pe lângă accelerația newtoniană obișnuită, în jurul acestuia apare o forță suplimentară. Ea cade invers proporțional cu distanța de la obiect, adică mai lent decât forța newtoniană, care depinde de pătratul distanței. Prin urmare, noua forță ar trebui să domine pe distanțe lungi. Odată cu scăderea masei unui obiect, o nouă forță a dat repulsie sau antigravitație, cu o creștere - a existat o atracție suplimentară, hipergravitația. A fost un rezultat matematic riguros care a modificat binecunoscuta soluție Schwarzschild și a fost obținut în cadrul teoriei gravitației lui Einstein. Concluzia este aplicabilă unei mase de orice dimensiune și este făcută pentru un observator staționar.

Dar când am discutat aceste rezultate, am exprimat verbal ipoteze suplimentare - mai degrabă, sperăm că antigravitația găsită este responsabilă atât pentru expansiunea Universului, cât și pentru accelerarea expansiunii sale în ochii observatorilor însoțitori, adică tu și eu. În timp ce lucram la cel de-al doilea articol, care a fost publicat în februarie anul acesta în aceeași revistă și era deja dedicat direct cosmologiei, am descoperit că realitatea este mai complicată decât speranțele noastre. Da, antigravitația găsită este responsabilă pentru Big Bang și expansiunea evidentă a Universului - aici am avut dreptate în presupunerile noastre. Dar accelerația subtilă a expansiunii cosmologice detectată de observatori în 1998 s-a dovedit a fi legată nu de antigravitație, ci de hipergravitație din lucrarea noastră din 2016. Soluția matematică riguroasă rezultată indică fără ambiguitate că această accelerație va avea un semn observabil numai atunci când o parte din masa Universului crește, nu scade. În raționamentul nostru calitativ, nu am ținut cont de faptul că dinamica expansiunii cosmologice arată foarte diferită din punctul de vedere al unui observator staționar și pentru observatorii însoțitori aflați în galaxiile în expansiune.

Matematica, care este mai inteligentă decât noi, conduce la următoarea imagine a evoluției Universului: datorită fuziunii găurilor negre și tranziției masei lor în unde gravitaționale, masa Universului care se prăbușește din ultimul ciclu a scăzut brusc. - și a apărut o puternică antigravitație, care a provocat Big Bang-ul, adică expansiunea modernă a Universului. Această antigravitație a scăzut apoi și a fost înlocuită de hipergravitație din cauza creșterii unei uriașe găuri negre care a apărut în centrul universului. Ea crește datorită absorbției undelor gravitaționale de fundal, care joacă un rol important în dinamica spațiului. Această creștere a Marii Gauri Negre a fost cea care a cauzat întinderea părții observabile a Universului din jurul nostru. Acest efect a fost interpretat de observatori ca o accelerare a expansiunii, dar, de fapt, aceasta este o decelerare neuniformă a expansiunii. La urma urmei, dacă într-o coloană de mașini mașina din spate rămâne în urma mașinii din față, atunci aceasta poate însemna atât accelerația primului mașină, cât și frânarea mașinii din spate. Din punct de vedere matematic, influența în creștere a găurii negre mari determină apariția în ecuațiile Friedman a așa-numitei „constante cosmologice”, care este responsabilă de accelerarea observată a recesiunii galaxiilor. Calculele teoreticienilor cuantiști diferă de observații cu 120 de ordine de mărime, dar am calculat-o în cadrul teoriei clasice a gravitației - și a coincis bine cu datele satelitului Planck. Iar concluzia că masa Universului crește acum oferă o oportunitate excelentă de a construi un model ciclic al Universului, care a fost visat de mai multe generații de cosmologi, dar nu a venit în mână. Universul este un pendul imens în care găurile negre se transformă în unde gravitaționale, iar apoi are loc procesul invers. Aici, concluzia lui Einstein că undele gravitaționale nu au masă gravitațională joacă un rol cheie, ceea ce permite Universului să-și schimbe masa și să evite colapsul ireversibil.

2. Cum a apărut Marea Neagră în creștere, care este responsabilă pentru expansiunea relativ accelerată a Universului?

Natura materiei întunecate, care, de exemplu, a provocat rotația accelerată a galaxiilor, este un mister de aproape un secol. Cele mai recente rezultate de la observatorul LIGO, care a surprins mai multe unde gravitaționale de la fuziunea găurilor negre masive, au ridicat vălul misterului. O serie de cercetători au propus un model conform căruia materia întunecată este formată din găuri negre, în timp ce mulți cred că acestea au venit la noi din ultimul ciclu al Universului. Într-adevăr, o gaură neagră este singurul obiect macroscopic care nu poate fi distrus nici măcar prin compresia Universului. Dacă găurile negre alcătuiesc cea mai mare parte a masei barionice a cosmosului, atunci când universul este comprimat la o dimensiune de câțiva ani lumină, aceste găuri negre se vor fuziona în mod activ între ele, aruncând o proporție semnificativă din masa lor în unde gravitaționale. . Ca urmare, masa totală a Universului va scădea brusc, iar în locul în care norul de găuri mici se îmbină, va rămâne o gaură neagră uriașă cu o dimensiune de ordinul unui an lumină și cu o masă de trilioane de masele solare. Este un rezultat indispensabil al prăbușirii Universului și al fuziunii găurilor negre, iar după Big Bang începe să crească, absorbind radiația gravitațională și orice materie din jur. Mulți autori, printre care și Penrose, au înțeles că o astfel de supergăură va apărea în stadiul prăbușirii Universului, dar nimeni nu știa cât de importantă joacă această Mare Gaură Neagră în dinamica expansiunii ulterioare a Universului.

3. Cât de departe de noi și unde exact (în ce parte a cerului) se află? Care sunt parametrii ei?

Credem că la o distanță de aproximativ cincizeci de miliarde de ani lumină. O serie întreagă de studii independente vorbește despre anizotropia diferitelor fenomene cosmologice - și multe dintre ele indică o regiune a cerului în apropierea constelației slabe Sextants. În cosmologie a apărut chiar și termenul „axa diavolului”. Conform valorii actuale a expansiunii accelerate a Universului, se poate estima dimensiunea Marii Gauri Negre la un miliard de ani lumină, ceea ce dă masa sa de 6 * 10^54 grame sau miliarde de trilioane de mase solare - adică , a crescut de un miliard de ori de la începuturi! Dar am primit și aceste informații despre masa Marii Găuri Negre cu o întârziere de miliarde de ani. În realitate, Marea Gaură Neagră este deja mult mai mare, dar cât de greu este de spus, este nevoie de mai multe cercetări.

4. Este posibil să vedem, cu ajutorul instrumentelor existente, dacă nu chiar LBH, atunci măcar semne indirecte care indică prezența sa în această parte a Universului de la o asemenea distanță la care se află acest LBH? În ce condiții va deveni disponibil pentru studiu direct?

După ce am studiat accelerația expansiunii Universului și modul în care aceasta depinde de timp, vom determina evoluția parametrilor Marii Gauri Negre. Anizotropia efectelor cosmologice se manifestă în distribuția fluctuațiilor CMB pe cer, în orientarea axelor galaxiilor și într-o serie de alte fenomene. Acestea sunt, de asemenea, modalități de a studia Marea Gaură Neagră de la distanță. O vom studia și direct, dar mai târziu.

5. Ce am vedea dacă am putea zbura către acest BCH? Este posibil să te scufundi în ea fără riscuri pentru viață? Ce vom găsi sub suprafața lui?

În ceea ce privește interiorul găurilor negre, chiar și în manuale există o mulțime de informații contradictorii. Mulți oameni cred că la marginea găurilor negre vom fi cu siguranță sfâșiați de forțele mareelor ​​în panglici mici - chiar și cuvântul „spaghetificare” a apărut. De fapt, forțele de maree de la marginea unei găuri negre foarte mari sunt complet invizibile și, conform soluțiilor riguroase ale ecuațiilor lui Einstein, procesul de trecere a graniței unei găuri negre este neremarcabil pentru un observator în cădere. Cred că sub suprafața Marii Gauri Negre, vom vedea aproape același Univers - acele galaxii care s-au scufundat în el mai devreme. Principala diferență va fi schimbarea retragerii galaxiilor către convergența lor: toți cercetătorii sunt de acord că totul în interiorul unei găuri negre cade spre centru.

6. Dacă această gaură neagră crește, atunci într-o zi va absorbi tot restul materiei în sine. Ce se va întâmpla atunci?

Granița Marii Gauri Negre va merge până la limita Universului observabil, iar soarta ei va înceta să ne entuziasmeze. Și Universul din interiorul găurii va intra în a doua fază a ciclului său - când expansiunea este înlocuită de contracție. Nu este nimic tragic în asta, pentru că contracția va dura aproximativ aceleași miliarde de ani pe care i-a luat pentru extindere. Ființele inteligente ale acestui ciclu al Universului vor simți probleme în zeci de miliarde de ani, când temperatura radiației cosmice de fond cu microunde va crește atât de mult încât planetele se vor supraîncălzi din cauza cerului cald de noapte. Poate că pentru unii extratereștri, al căror soare se va stinge, va fi, dimpotrivă, o salvare, deși temporară - pentru o sută de milioane de ani. Când universul actual se micșorează la câțiva ani-lumină, își va pierde din nou masa, provocând Big Bang. Un nou ciclu de expansiune va începe și o nouă gaură neagră va apărea în centrul Universului.

7. Când credeți că ar trebui să se întâmple acest eveniment (prăbușirea Universului într-un BCH)? Acest interval de timp este același pentru toate ciclurile de expansiune/compresie sau se poate schimba?

Cred că ciclurile cosmologice urmează o anumită perioadă cu o bună acuratețe, raportată la masa și energia totală a Universului. Este dificil de spus în ce stadiu exact al ciclului nostru ne aflăm - pentru aceasta trebuie să construim modele cosmologice specifice cu un anumit număr de barioni, găuri negre, unde gravitaționale și alte tipuri de radiații. Când ne va depăși marginea în creștere a Marii găuri negre? Calculele arată că va intra cu siguranță în regimul de expansiune superluminală - acest lucru nu încalcă teoria relativității, deoarece limita unei găuri negre nu este un obiect material. Dar această viteză superluminală înseamnă că întâlnirea noastră cu această graniță a Marii Gauri Negre se poate întâmpla în orice moment - nu vom putea detecta apropierea ei din unele observații care sunt limitate de viteza luminii. Pentru a evita panica, repet: nu văd nimic tragic în asta, dar cosmologii vor începe să observe cum deplasarea către roșu a galaxiilor îndepărtate se va schimba în albastru. Dar pentru aceasta, lumina de la ei trebuie să aibă timp să ajungă la noi.

8. Ce date observaționale și teoretice vorbesc în favoarea modelului cosmologic propus de tine, sau poate chiar îl fac obligatoriu?

Ecuațiile Friedmann clasice se bazează pe principiul izotropiei și al omogenității. Astfel, cosmologia convențională, în principiu, nu ar putea lua în considerare efectele de anizotropie despre care vorbesc mulți observatori. Ecuațiile Friedman modificate obținute în lucrarea lui Vasilkov și I din 2018 includ efecte anizotrope deoarece Marea Gaură Neagră se află într-o anumită direcție. Acest lucru deschide posibilități pentru studierea acestor efecte, ceea ce va confirma teoria în sine. Nu construim o nouă cosmologie, pur și simplu inserăm izvoarele dinamice lipsă în cosmologia clasică bine dezvoltată care a apărut la mijlocul secolului al XX-lea, începând cu munca lui Gamow și grupul său. Reînviam această cosmologie clasică făcând-o parte din fizica obișnuită. Acum nu conține nicio presupunere despre gravitația cuantică, despre dimensiunile extraspațiale și despre entități întunecate precum „inflația”, „tranzițiile de fază în vid”, „energia întunecată” și „materia întunecată”. Funcționează doar în cadrul teoriei clasice și bine testate a gravitației a lui Einstein, folosind doar componentele cunoscute ale cosmosului, cum ar fi găurile negre și undele gravitaționale. Deoarece explică bine fenomenele observate, acest lucru îl face absolut obligatoriu - conform principiilor științei. Există multe modele cosmologice, dar realitatea este una. Cosmologia clasică reînviată este izbitor de elegantă și simplă, așa că cred că am aflat adevăratul mod în care există universul.

S. TRANKOVSKI

Printre cele mai importante și interesante probleme ale fizicii și astrofizicii moderne, academicianul V. L. Ginzburg a numit întrebări legate de găurile negre (vezi Science and Life, nr. 11, 12, 1999). Existența acestor obiecte ciudate a fost prezisă în urmă cu mai bine de două sute de ani, condițiile care au condus la formarea lor au fost calculate cu precizie la sfârșitul anilor 30 ai secolului XX, iar astrofizica a ajuns să le facă față cu mai puțin de patruzeci de ani în urmă. Astăzi, reviste științifice din întreaga lume publică mii de articole despre găurile negre în fiecare an.

Formarea unei găuri negre poate avea loc în trei moduri.

Așa se obișnuiește să se descrie procesele care au loc în vecinătatea unei găuri negre care se prăbușește. Pe măsură ce timpul trece (Y), spațiul (X) din jurul lui (zona umbrită) se micșorează spre singularitate.

Câmpul gravitațional al unei găuri negre introduce distorsiuni puternice în geometria spațiului.

O gaură neagră, invizibilă printr-un telescop, se dezvăluie numai prin influența gravitațională.

În câmpul gravitațional puternic al unei găuri negre, se nasc perechile particule-antiparticule.

Nașterea unei perechi particule-antiparticule în laborator.

CUM APAR

Un corp ceresc luminos cu o densitate egală cu cea a Pământului și un diametru de două sute cincizeci de ori mai mare decât diametrul Soarelui, datorită forței de atracție a acestuia, nu va permite luminii sale să ajungă la noi. Astfel, este posibil ca cele mai mari corpuri luminoase din univers, tocmai din cauza dimensiunii lor, să rămână invizibile.
Pierre Simon Laplace.
Prezentarea sistemului lumii. 1796

În 1783, matematicianul englez John Mitchell, iar treisprezece ani mai târziu, independent de el, astronomul și matematicianul francez Pierre Simon Laplace au efectuat un studiu foarte ciudat. Ei au luat în considerare condițiile în care lumina nu ar putea părăsi o stea.

Logica oamenilor de știință era simplă. Pentru orice obiect astronomic (planetă sau stea), puteți calcula așa-numita viteză de evacuare, sau a doua viteză cosmică, care permite oricărui corp sau particulă să o părăsească pentru totdeauna. Și în fizica acelei vremuri, domina teoria newtoniană, conform căreia lumina este un flux de particule (aproape o sută cincizeci de ani au rămas până la teoria undelor electromagnetice și a cuantelor). Viteza de evacuare a particulelor poate fi calculată pe baza egalității energiei potențiale de pe suprafața planetei și a energiei cinetice a corpului „scăpând” la o distanță infinit de mare. Această viteză este determinată de formula #1#

Unde M este masa obiectului spațial, R este raza lui, G este constanta gravitațională.

De aici, se obține cu ușurință raza unui corp cu o masă dată (numită mai târziu „raza gravitațională r g "), la care viteza de evacuare este egală cu viteza luminii:

Aceasta înseamnă că o stea s-a comprimat într-o sferă cu rază r g< 2GM/c 2 va înceta să mai emită - lumina nu o va putea părăsi. O gaură neagră va apărea în univers.

Este ușor de calculat că Soarele (masa sa este de 2,1033 g) se va transforma într-o gaură neagră dacă se micșorează la o rază de aproximativ 3 kilometri. Densitatea substanței sale în acest caz va ajunge la 10 16 g/cm 3 . Raza Pământului, comprimată în starea unei găuri negre, ar scădea la aproximativ un centimetru.

Părea incredibil că s-ar putea găsi în natură forțe care ar putea comprima o stea la o dimensiune atât de nesemnificativă. Prin urmare, concluziile din munca lui Mitchell și Laplace de mai bine de o sută de ani au fost considerate ceva ca un paradox matematic care nu are sens fizic.

O dovadă matematică riguroasă că un astfel de obiect exotic în spațiu este posibil a fost obținută abia în 1916. Astronomul german Karl Schwarzschild, după ce a analizat ecuațiile teoriei generale a relativității a lui Albert Einstein, a primit un rezultat interesant. După ce a studiat mișcarea unei particule în câmpul gravitațional al unui corp masiv, a ajuns la concluzia că ecuația își pierde sensul fizic (soluția ei merge la infinit) atunci când r= 0 și r = r g.

Punctele în care caracteristicile domeniului își pierd sensul sunt numite singulare, adică speciale. Singularitatea la punctul zero reflectă un punct sau, ceea ce este același lucru, o structură de câmp simetric central (la urma urmei, orice corp sferic - o stea sau o planetă - poate fi reprezentat ca punct material). Și punctele situate pe o suprafață sferică cu o rază r g , formează însăși suprafața de pe care viteza de evacuare este egală cu viteza luminii. În teoria generală a relativității, se numește sfera singulară Schwarzschild sau orizontul evenimentelor (de ce - va deveni clar mai târziu).

Deja pe exemplul obiectelor cunoscute nouă - Pământul și Soarele - este clar că găurile negre sunt obiecte foarte ciudate. Chiar și astronomii care se ocupă de materie la temperaturi, densitate și presiune extreme le consideră a fi foarte exotice și până de curând nu toată lumea credea în existența lor. Cu toate acestea, primele indicii ale posibilității formării găurilor negre erau deja conținute în teoria generală a relativității a lui A. Einstein, creată în 1915. Astronomul englez Arthur Eddington, unul dintre primii interpreți și popularizatori ai teoriei relativității, a derivat în anii 1930 un sistem de ecuații care descriu structura internă a stelelor. Din acestea rezultă că steaua se află în echilibru sub acțiunea forțelor gravitaționale direcționate opus și a presiunii interne create de mișcarea particulelor de plasmă fierbinte în interiorul luminii și de presiunea radiației generate în adâncurile sale. Și asta înseamnă că steaua este o minge de gaz, în centrul căreia se află o temperatură ridicată, care scade treptat spre periferie. Din ecuații, în special, a rezultat că temperatura de suprafață a Soarelui este de aproximativ 5500 de grade (ceea ce este destul de în concordanță cu datele măsurătorilor astronomice), iar în centrul său ar trebui să fie aproximativ 10 milioane de grade. Acest lucru i-a permis lui Eddington să facă o concluzie profetică: la o astfel de temperatură, o reacție termonucleară este „aprinsă”, suficientă pentru a asigura strălucirea Soarelui. Fizicienii atomici din acea vreme nu erau de acord cu acest lucru. Lor li s-a părut că e prea „rece” în măruntaiele stelei: temperatura acolo era insuficientă pentru ca reacția să „meargă”. La aceasta teoreticianul înfuriat a răspuns: „Căutați un loc mai fierbinte!”

Și în cele din urmă, s-a dovedit a avea dreptate: există într-adevăr o reacție termonucleară în centrul stelei (un alt lucru este că așa-numitul „model solar standard”, bazat pe idei despre fuziunea termonucleară, se pare că s-a dovedit a fi fi incorectă - vezi, de exemplu, „Știința și viața” nr. 2, 3, 2000). Cu toate acestea, reacția în centrul stelei are loc, steaua strălucește, iar radiația care apare în acest caz o menține într-o stare stabilă. Dar acum „combustibilul” nuclear din stele se stinge. Eliberarea de energie se oprește, radiația se stinge, iar forța care reține atracția gravitațională dispare. Există o limită a masei unei stele, după care steaua începe să se micșoreze ireversibil. Calculele arată că acest lucru se întâmplă dacă masa stelei depășește două sau trei mase solare.

PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ

La început, rata de contracție a stelei este mică, dar viteza acesteia crește continuu, deoarece forța de atracție este invers proporțională cu pătratul distanței. Compresia devine ireversibilă, nu există forțe capabile să contracareze autogravitația. Acest proces se numește colaps gravitațional. Viteza cochiliei stelei spre centrul acesteia crește, apropiindu-se de viteza luminii. Și aici încep să joace un rol efectele teoriei relativității.

Viteza de evacuare a fost calculată pe baza ideilor newtoniene despre natura luminii. Din punctul de vedere al relativității generale, fenomenele din vecinătatea unei stele care se prăbușesc apar oarecum diferit. În câmpul său gravitațional puternic, are loc așa-numita deplasare gravitațională spre roșu. Aceasta înseamnă că frecvența radiațiilor provenite de la un obiect masiv este deplasată către frecvențe joase. În limită, la limita sferei Schwarzschild, frecvența radiației devine egală cu zero. Adică, un observator care se află în afara ei nu va putea afla nimic despre ceea ce se întâmplă în interior. De aceea sfera Schwarzschild este numită orizont de evenimente.

Dar reducerea frecvenței echivalează cu încetinirea timpului, iar când frecvența devine zero, timpul se oprește. Aceasta înseamnă că un observator din exterior va vedea o imagine foarte ciudată: învelișul unei stele care cade cu o accelerație crescândă, în loc să atingă viteza luminii, se oprește. Din punctul său de vedere, contracția se va opri imediat ce dimensiunea stelei se va apropia de raza gravitațională.
mustață. El nu va vedea niciodată nici măcar o particulă „scufundându-se” sub sfera Schwarzschild. Dar pentru un observator ipotetic care cade într-o gaură neagră, totul se va termina în câteva clipe, conform ceasului său. Astfel, timpul de colaps gravitațional al unei stele de dimensiunea Soarelui va fi de 29 de minute, iar o stea cu neutroni mult mai densă și mai compactă - doar 1/20.000 de secundă. Și iată-l în necaz, legat de geometria spațiului-timp lângă o gaură neagră.

Observatorul intră într-un spațiu curbat. În apropierea razei gravitaționale, forțele gravitaționale devin infinit de mari; ele întind racheta cu astronautul-observator într-un fir infinit de subțire de lungime infinită. Dar el însuși nu va observa acest lucru: toate deformațiile sale vor corespunde distorsiunilor coordonatelor spațiu-timp. Aceste considerații se referă, desigur, la cazul ideal, ipotetic. Orice corp real va fi sfâșiat de forțele mareelor ​​cu mult înainte de a se apropia de sfera Schwarzschild.

DIMENSIUNI GĂURI NEGRE

Dimensiunea unei găuri negre, sau mai degrabă, raza sferei Schwarzschild este proporțională cu masa stelei. Și din moment ce astrofizica nu impune nicio restricție cu privire la dimensiunea unei stele, o gaură neagră poate fi arbitrar de mare. Dacă, de exemplu, a apărut în timpul prăbușirii unei stele cu o masă de 10 8 mase solare (sau datorită fuziunii a sute de mii, sau chiar milioane de stele relativ mici), raza sa ar fi de aproximativ 300 de milioane de kilometri, de două ori orbita Pământului. Și densitatea medie a substanței unui astfel de gigant este aproape de densitatea apei.

Aparent, tocmai aceste găuri negre se găsesc în centrele galaxiilor. În orice caz, astronomii numără astăzi aproximativ cincizeci de galaxii, în centrul cărora, judecând după semne indirecte (vom vorbi mai jos despre ele), există găuri negre cu o masă de aproximativ un miliard (10 9) solare. Aparent, Galaxy noastră are și propria sa gaură neagră; masa sa a fost estimată destul de precis - 2,4. 10 6 ±10% din masa Soarelui.

Teoria presupune că, împreună cu astfel de supergiganți, ar fi trebuit să apară mini-găuri negre cu o masă de aproximativ 10 14 g și o rază de aproximativ 10 -12 cm (dimensiunea nucleului atomic). Ele ar putea apărea în primele momente ale existenței Universului ca o manifestare a unei neomogenități foarte puternice de spațiu-timp cu o densitate energetică colosală. Condițiile care existau atunci în Univers sunt acum realizate de cercetătorii de la ciocnitori puternici (acceleratoare pe fascicule care se ciocnesc). Experimentele de la CERN la începutul acestui an au făcut posibilă obținerea plasmei cuarci-gluoni - materie care exista înainte de apariția particulelor elementare. Cercetările asupra acestei stări a materiei continuă la Brookhaven, centrul american de accelerare. Este capabil să accelereze particulele la energii cu unu și jumătate până la două ordine de mărime mai mari decât un accelerator în
CERN. Următorul experiment a provocat o anxietate gravă: va apărea o mini-gaură neagră în timpul implementării sale, care va îndoi spațiul nostru și va distruge Pământul?

Această teamă a provocat un răspuns atât de puternic, încât guvernul SUA a fost nevoit să convoace o comisie autorizată pentru a testa această posibilitate. Comisia, formată din cercetători de seamă, a concluzionat că energia acceleratorului este prea mică pentru a se forma o gaură neagră (acest experiment este descris în revista „Science and Life” nr. 3, 2000).

CUM SĂ VEDEȚI INVIZIBILUL

Găurile negre nu emit nimic, nici măcar lumină. Cu toate acestea, astronomii au învățat să-i vadă, sau mai bine zis, să găsească „candidați” pentru acest rol. Există trei moduri de a detecta o gaură neagră.

1. Este necesar să se urmărească circulația stelelor în clustere în jurul unui anumit centru de greutate. Dacă se dovedește că nu există nimic în acest centru, iar stelele se învârt, parcă, în jurul unui loc gol, putem spune destul de încrezători: există o gaură neagră în acest „gol”. Pe această bază a fost presupusă prezența unei găuri negre în centrul galaxiei noastre și a fost estimată masa acesteia.

2. O gaură neagră aspiră activ materia în sine din spațiul înconjurător. Praful interstelar, gazul, materia stelelor din apropiere cad pe el în spirală, formând așa-numitul disc de acreție, asemănător cu inelul lui Saturn. (Acesta este exact ceea ce a fost înfricoșător în experimentul Brookhaven: o mini-gaură neagră care a apărut în accelerator va începe să sugă Pământul în sine, iar acest proces nu a putut fi oprit de nicio forță.) Apropiindu-se de sfera Schwarzschild, particulele experimentează accelerație și începe să radieze în intervalul de raze X. Această radiație are un spectru caracteristic similar cu radiația bine studiată a particulelor accelerate într-un sincrotron. Și dacă o astfel de radiație provine dintr-o regiune a Universului, este sigur să spunem că acolo trebuie să existe o gaură neagră.

3. Când două găuri negre se îmbină, are loc radiația gravitațională. Se calculează că, dacă masa fiecăreia este de aproximativ zece mase solare, atunci când se contopesc în câteva ore, energie echivalentă cu 1% din masa lor totală va fi eliberată sub formă de unde gravitaționale. Aceasta este de o mie de ori mai mult decât lumina, căldura și alte energii pe care Soarele le-a emis pe întreaga perioadă a existenței sale - cinci miliarde de ani. Ei speră să detecteze radiația gravitațională cu ajutorul observatoarelor de unde gravitaționale LIGO și altele, care acum sunt construite în America și Europa cu participarea cercetătorilor ruși (a se vedea „Știința și viața” nr. 5, 2000).

Și totuși, deși astronomii nu au nicio îndoială cu privire la existența găurilor negre, nimeni nu poate afirma categoric că exact una dintre ele este situată într-un anumit punct al spațiului. Etica științifică, conștiinciozitatea cercetătorului necesită un răspuns fără ambiguitate la întrebarea pusă, care nu tolerează discrepanțe. Nu este suficient să estimați masa unui obiect invizibil, trebuie să măsurați raza acestuia și să arătați că nu depășește raza Schwarzschild. Și chiar și în Galaxy noastră, această problemă nu este încă rezolvată. De aceea, oamenii de știință dau dovadă de o anumită reținere în raportarea descoperirii lor, iar revistele științifice sunt literalmente pline de rapoarte despre lucrări teoretice și observații ale efectelor care pot arunca lumină asupra misterului lor.

Adevărat, găurile negre mai au o proprietate, prezisă teoretic, care, poate, ar face posibil să le vezi. Dar, totuși, cu o singură condiție: masa găurii negre trebuie să fie mult mai mică decât masa Soarelui.

O gaură neagră poate fi „albă”

Multă vreme, găurile negre au fost considerate întruchiparea întunericului, obiecte care în vid, în absența absorbției materiei, nu radiază nimic. Cu toate acestea, în 1974, celebrul teoretician englez Stephen Hawking a arătat că găurilor negre li se poate atribui o temperatură și, prin urmare, trebuie să radieze.

Conform conceptelor mecanicii cuantice, vidul nu este un vid, ci un fel de „spumă a spațiu-timpului”, un amestec de particule virtuale (neobservabile în lumea noastră). Cu toate acestea, fluctuațiile de energie cuantică sunt capabile să „aruncă” o pereche particule-antiparticule din vid. De exemplu, când două sau trei cuante gamma se ciocnesc, un electron și un pozitron apar ca din nimic. Acest fenomen și fenomene similare au fost observate în mod repetat în laboratoare.

Fluctuațiile cuantice determină procesele de radiație din găurile negre. Dacă o pereche de particule cu energii Eși -E(energia totală a perechii este zero), apare în vecinătatea sferei Schwarzschild, soarta ulterioară a particulelor va fi diferită. Se pot anihila aproape imediat sau pot trece împreună sub orizontul evenimentelor. În acest caz, starea găurii negre nu se va schimba. Dar dacă doar o particulă trece sub orizont, observatorul va înregistra alta și i se va părea că a fost generată de o gaură neagră. În acest caz, o gaură neagră care a absorbit o particulă cu energie -E, își va reduce energia, și cu energie E- crește.

Hawking a calculat ratele cu care se desfășoară toate aceste procese și a ajuns la concluzia: probabilitatea de absorbție a particulelor cu energie negativă este mai mare. Aceasta înseamnă că gaura neagră pierde energie și masă - se evaporă. În plus, radiază ca un corp complet negru cu o temperatură T = 6 . 10 -8 M Cu / M kelvin, unde M c este masa Soarelui (2,1033 g), M este masa găurii negre. Această relație simplă arată că temperatura unei găuri negre cu o masă de șase ori mai mare decât cea a Soarelui este de o sută de milionemi de grad. Este clar că un corp atât de rece nu radia practic nimic și toate raționamentele de mai sus rămân valabile. Un alt lucru - mini-găuri. Este ușor de observat că, cu o masă de 10 14 -10 30 de grame, sunt încălzite la zeci de mii de grade și sunt încinse! Cu toate acestea, trebuie remarcat imediat că nu există contradicții cu proprietățile găurilor negre: această radiație este emisă de un strat deasupra sferei Schwarzschild, și nu dedesubt.

Așadar, gaura neagră, care părea a fi un obiect înghețat pentru totdeauna, mai devreme sau mai târziu dispare, evaporându-se. Mai mult, pe măsură ce „slăbește”, viteza de evaporare crește, dar durează totuși un timp extrem de lung. Se estimează că mini-găurile cu o greutate de 10-14 grame, care au apărut imediat după Big Bang-ul de acum 10-15 miliarde de ani, ar trebui să se evapore complet până la vremea noastră. În ultima etapă a vieții lor, temperatura lor atinge o valoare colosală, astfel încât produsele de evaporare trebuie să fie particule de energie extrem de mare. Este posibil ca ei să fie cei care generează averse atmosferice ample - EAS-uri în atmosfera Pământului. În orice caz, originea particulelor de energie anormal de mare este o altă problemă importantă și interesantă care poate fi strâns legată de întrebările la fel de interesante ale fizicii găurii negre.

O gaură neagră în fizică este definită ca o regiune în spațiu-timp, a cărei atracție gravitațională este atât de puternică încât chiar și obiectele care se mișcă cu viteza luminii, inclusiv cuantele de lumină în sine, nu o pot părăsi. Limita acestei regiuni se numește orizont de evenimente, iar dimensiunea sa caracteristică se numește raza gravitațională, care se numește raza Pădurii Negre. Găurile negre sunt cele mai misterioase obiecte din univers. Își datorează numele nefericit astrofizicianului american John Wheeler. El a fost cel care în prelegerea populară „Universul nostru: cunoscut și necunoscut” din 1967 a numit aceste corpuri supradense găuri. Anterior, astfel de obiecte erau numite „stele prăbușite” sau „prăbușitori”. Dar termenul „gaură neagră” a prins rădăcini și a devenit pur și simplu imposibil de schimbat. Există două tipuri de găuri negre în Univers: 1 - găuri negre supermasive, a căror masă este de milioane de ori mai mare decât masa Soarelui (se crede că astfel de obiecte sunt situate în centrele galaxiilor); 2 - găuri negre mai puțin masive, care apar ca urmare a comprimării stelelor gigantice pe moarte, masa lor este de peste trei ori masa Soarelui; pe măsură ce steaua se contractă, materia devine din ce în ce mai compactă și, ca urmare, gravitația obiectului crește într-o asemenea măsură încât lumina nu o poate depăși. Nici radiațiile și nici materia nu pot scăpa de o gaură neagră. Găurile negre sunt gravitatoare super-puternice.

Raza la care trebuie să se micșoreze o stea pentru a se transforma într-o gaură neagră se numește rază gravitațională. Pentru găurile negre formate din stele, sunt doar câteva zeci de kilometri. În unele perechi de stele binare, una dintre ele este invizibilă pentru cel mai puternic telescop, dar masa componentei invizibile într-un astfel de sistem gravitațional se dovedește a fi extrem de mare. Cel mai probabil, astfel de obiecte sunt fie stele neutronice, fie găuri negre. Uneori, componentele invizibile din astfel de perechi smulg materia de pe o stea normală. În acest caz, gazul este separat de straturile exterioare ale stelei vizibile și cade într-un loc necunoscut - într-o gaură neagră invizibilă. Dar înainte de a cădea în gaură, gazul emite unde electromagnetice de diferite lungimi de undă, inclusiv unde de raze X foarte scurte. Mai mult, în apropierea unei stele neutronice sau a unei găuri negre, gazul devine foarte fierbinte și devine o sursă de radiații electromagnetice puternice de înaltă energie în intervalele de raze X și gamma. O astfel de radiație nu trece prin atmosfera pământului, dar poate fi observată cu ajutorul telescoapelor spațiale. Unul dintre candidații probabili pentru găurile negre este considerat a fi o sursă puternică de raze X în constelația Cygnus.

Fedor Dergaciov

O gaură neagră cu masa universului?

Când am comparat fizica găurilor negre și procesele Big Bang-ului, am avut o întrebare. Vreau să o analizez în detaliu într-una dintre părțile ulterioare ale noului meu articol. „Pământ și Univers” , pe care a început să-l publice în LiveJournal:

Parte 1

Din comparația de mai sus, reiese că în primele secunde după Big Bang, materia care alcătuiește partea observabilă a Universului se afla în condiții similare celor descrise de teoria găurilor negre!

Dar, nu exclud ca la formularea intrebarii sa nu am luat in calcul ceva. astept raspunsuri...

Găuri negre

„Dacă efectele relativității speciale devin cele mai evidente la viteze mari ale corpurilor, atunci relativitatea generală intră în joc atunci când corpurile au o masă foarte mare și provoacă o curbură puternică a spațiului și timpului.
... Descoperire făcută în timpul Primului Război Mondial de astronomul german Karl Schwarzschild, când se afla pe frontul rus în 1916, între calculul traiectoriilor obuzelor de artilerie, a făcut cunoştinţă cu realizările lui Einstein în domeniul gravitaţiei. Este uimitor că la doar câteva luni după ce Einstein a pus ultimele tușuri pe pânza relativității generale, Schwarzschild a reușit să folosească această teorie pentru a obține o imagine completă și exactă a modului în care spațiul și timpul sunt curbate în vecinătatea unei stele perfect sferice. . Schwarzschild i-a trimis rezultatele sale de pe frontul rus lui Einstein, care, la instrucțiunile sale, le-a prezentat Academiei Prusace.
Pe lângă confirmarea și calculul precis din punct de vedere matematic al curburii, pe care le-am arătat schematic în Fig. 3.5, lucrarea lui Schwarzschild – cunoscută acum sub numele de „soluții Schwarzschild” – a dezvăluit o consecință izbitoare a relativității generale. S-a demonstrat că dacă masa unei stele este concentrată într-o regiune sferică suficient de mică (când raportul dintre masa stelei și raza sa nu depășește o anumită valoare critică), atunci curbura rezultată a spațiului-timp va fi atât de semnificativ încât niciun obiect (inclusiv lumina) care se apropie suficient de aproape de stea nu poate scăpa de această capcană gravitațională. Deoarece nici măcar lumina nu poate scăpa de astfel de „stele comprimate”, ele au fost numite inițial stele întunecate sau înghețate. (Acest nume aparține oamenilor de știință sovietici Ya. B. Zeldovich și I. D. Novikov. - Notă ed.) Un nume mai atrăgător a fost propus ani mai târziu de John Wheeler, care le-a numit găuri negre - negre pentru că nu pot emite lumină, iar găuri, pentru că orice obiect care se apropie prea mult de ei nu se întoarce niciodată. Acest nume este ferm înrădăcinat și stabilit. Soluția lui Schwarzschild este ilustrată în figură. Deși găurile negre sunt renumite pentru că sunt „lacomi”, corpurile care trec de ele la o distanță sigură sunt deviate la fel cum ar fi de o stea normală și își continuă drumul. Însă corpurile de orice natură care se apropie prea mult, mai aproape decât distanța numită orizontul de evenimente al unei găuri negre, sunt condamnate - vor cădea constant spre centrul găurii negre, supuse unor deformații gravitaționale din ce în ce mai intense și, în cele din urmă, distructive..

O gaură neagră deformează structura spațiu-timpului înconjurător atât de puternic încât orice obiect care îi traversează „orizontul evenimentelor” – indicat de cercul negru – nu poate scăpa de capcana ei gravitațională. Nimeni nu știe exact ce se întâmplă în adâncurile găurilor negre.

Dacă, de exemplu, înoți mai întâi cu picioarele spre centrul unei găuri negre, vei simți un sentiment de disconfort tot mai mare pe măsură ce traversezi orizontul evenimentului. Atractia gravitațională a găurii negre va crește atât de mult încât îți va trage picioarele mult mai puternic decât capul tău (la urma urmei, picioarele tale vor fi ceva mai aproape de centrul găurii negre decât capul tău), atât de mult încât poate sfâșie rapid corpul în bucăți.
Dacă, totuși, ești mai prudent în a rătăci în jurul unei găuri negre și ai grijă să nu-i traversezi orizontul de evenimente, atunci poți folosi gaura neagră pentru un truc minunat. Imaginați-vă, de exemplu, că ați descoperit o gaură neagră care are o masă de 1000 de ori mai mare decât cea a Soarelui și că coborâți pe o legătură, la fel cum George a coborât în ​​Soare, la o înălțime de 3 cm deasupra orizontului evenimentelor. După cum am observat, câmpurile gravitaționale cauzează deformarea timpului, ceea ce înseamnă că călătoria în timp va încetini. De fapt, deoarece găurile negre au câmpuri gravitaționale atât de puternice, timpul tău va încetini foarte mult. Ceasul tău va merge de aproximativ zece mii de ori mai încet decât ceasul prietenului tău înapoi pe Pământ. Dacă plutiți deasupra orizontului de eveniment al unei găuri negre în această poziție timp de un an, apoi vă întoarceți cu tiroliană către o navă spațială din apropiere care vă așteaptă pentru o călătorie scurtă, dar plăcută spre casă, veți descoperi la întoarcere că mai mult de zece mii. au trecut ani de când ai plecat... Puteți folosi o gaură neagră ca un fel de mașină a timpului care vă va duce în viitorul îndepărtat al Pământului.
Pentru a simți măreția amplorii acestor fenomene, observăm că o stea cu masa egală cu masa Soarelui va deveni o gaură neagră dacă raza sa nu este valoarea observată (aproximativ 700.000 km), ci doar aproximativ 3 km. . Imaginați-vă că întregul nostru Soare s-a micșorat la dimensiunea Manhattanului. O linguriță din substanța unui astfel de Soare comprimat ar cântări la fel de mult ca Muntele Everest. Pentru a transforma Pământul într-o gaură neagră, trebuie să-l comprimăm într-o bilă cu o rază mai mică de un centimetru. De multă vreme, fizicienii au fost sceptici cu privire la posibilitatea unor astfel de stări extreme ale materiei, mulți dintre ei crezând că găurile negre sunt doar rezultatul imaginației teoreticienilor suprasolicitați.
Cu toate acestea, în ultimul deceniu, s-au acumulat o mulțime de date observaționale care confirmă existența găurilor negre. Desigur, deoarece sunt negre, nu pot fi observate direct examinând cerul cu un telescop. În schimb, astronomii încearcă să detecteze găurile negre uitându-se la comportamentul anormal al stelelor obișnuite emițătoare de lumină situate în apropierea orizontului evenimentelor găurii negre. De exemplu, atunci când particulele de praf și gaz din straturile exterioare ale stelelor obișnuite din vecinătatea unei găuri negre se grăbesc către orizontul evenimentelor găurii negre, ele accelerează aproape la viteza luminii. La astfel de viteze, frecarea în vârtejul de gaz și praf al substanței aspirate duce la eliberarea unei cantități uriașe de căldură, ceea ce face ca amestecul de gaz și praf să strălucească, emițând lumină vizibilă obișnuită și raze X. Deoarece această radiație este generată în afara orizontului evenimentului, poate evita intrarea în gaura neagră. Această radiație se propagă în spațiu, poate fi observată și studiată direct. Relativitatea generală prezice în detaliu caracteristicile unor astfel de raze X; observarea acestor caracteristici prezise oferă dovezi convingătoare, deși indirecte, pentru existența găurilor negre. De exemplu, există tot mai multe dovezi că o gaură neagră foarte masivă, de două milioane și jumătate de masa Soarelui nostru, este situată în centrul galaxiei noastre. Dar chiar și aceste găuri negre vorace palid în comparație cu cele despre care astronomii cred că sunt situate în centrele quasarelor împrăștiate în spațiu, strălucind cu o lumină uimitor de strălucitoare. Acestea sunt găuri negre, ale căror mase sunt de miliarde de ori mai mari decât masa Soarelui.
Schwarzschild a murit la doar câteva luni după ce și-a găsit soluția. A murit de o boală de piele pe care a contractat-o ​​pe frontul rusesc. Avea 42 de ani. Introducerea lui, tragic de scurtă, în teoria gravitației a lui Einstein a dezvăluit una dintre cele mai strălucitoare și mai misterioase fațete ale vieții universului.” (" ", pagina 31),

„O entitate teoretică numită „gaura neagră”, pentru care se sugerează o comparație cu iadul, în esență, rămâne teoretică, deși astronomii și-au format o imagine destul de coerentă, la prima vedere, a fizicii găurilor negre, motivele pentru formarea și impactul asupra continuumului spațiu-timp.

În esență, astronomii numesc o gaură neagră nu un obiect fizic, ci o regiune în spațiu-timp în care atracția gravitațională este atât de puternică încât nimic, nici măcar lumina, nu poate pătrunde în exterior - dincolo de „orizontul evenimentelor”.

Teoria dominantă spune că găurile negre apar în locul stelelor masive arse: atunci când o stea se prăbușește, densitatea materiei devine atât de mare încât atracția gravitațională din această zonă începe să atragă materia înconjurătoare. ”. (« » ).

„După cum știți, până acum doar două tipuri de găuri negre au fost înregistrate prin observații - masa stelară(format ca urmare a prăbușirii gravitaționale a stelelor masive) și supermasivă(care, conform uneia dintre ipoteze, sunt rezultatul unei fuziuni a primelor). Nicio ipotezăformarea găurilor negre supermasive nu este mai mult sau mai puțin motivată, incl.ipoteza fuziunii, a cărei dovadă se cunoaște cel puțin unagaură neagră de masă intermediară.(august 2008)

Găurile negre sunt rezultatul prăbușirii gravitaționale a stelelor masive. Ele sunt descrise suficient de detaliat în literatura științifică și populară.

Mecanismul „capcanei” este curbura spațiului-timp sub influența forțelor gravitației monstruoase. "ȘIcurbura spațiu-timp va fi atât de semnificativă încât niciun obiect (inclusiv lumina) care se apropie suficient de stea nu va putea scăpa de această capcană gravitațională.”

Big Bang din punctul de vedere al teoriei „găurilor negre”

„Conform tuturor teoriilor Big Bang existente, la început Universul era un punct în spațiu cu un volum infinit de mic, care avea o densitate și o temperatură infinit de mare.”(„Marile probleme ale Big Bang. O singularitate problematică”).

„În ciuda marelui său succes, orizonturile teoriei Big Bang sunt departe de a fi clare...

Nu este clar de ce, la aceeași distanță, galaxiile spirale au întotdeauna „deplasări spre roșu” mai mari decât galaxiile eliptice.(pentru detalii, vezi cartea. V.P. Chechev, Ya.M. Kramarovsky „Radioactivitatea și evoluția Universului”. M., „Nauka”, 1978).

În cele din urmă, recent a devenit clar că vitezele galaxiilor în raport cu fondul CMB foarte mic.Sunt măsurate nu cu mii și zeci de mii de kilometri pe secundă, după cum reiese din teoria Universului în expansiune, cidoar sute de kilometri pe secundă . Se pare că galaxiile sunt practic în repaus în raport cu fundalul cosmic al Universului, care din mai multe motive poate fi considerat cadru de referință absolut al galaxiei.(pentru detalii, vezi cartea „Dezvoltarea metodelor de cercetare astronomică” (A.A. Efimov. „Astronomia și principiul relativității”). M., „Nauka”, 1979, p. 545).

Cum să depășești aceste dificultăți nu este încă clar.(Siegel F.Yu. „Substanța Universului”. - M.; „Chimie”, 1982, secțiunea „Genealogia elementelor chimice”, capitolul „Sinteza elementelor”, pp. 166-167).

După Big Bang

„Big Bang-ul este o scădere rapidă a densității, temperaturii și presiunii inițial uriașe a materiei concentrate într-un volum foarte mic al Universului. La momentul inițial, Universul avea o densitate și o temperatură gigantică. În prima secundă a existenței sale, lumea avea o densitate de ~ 10 5 g/cm 3 și o temperatură de 10 10 K. Temperatura actuală a stelei cele mai apropiate de noi, Soarele, este de o mie de ori mai mică.
Într-o perioadă scurtă de timp după Big Bang - doar 10 -36 de secunde - micul Univers a fost umplut cu particule fundamentale. Aceste particule, spre deosebire de nuclizi, protoni și neutroni, sunt indivizibile. Protonii și neutronii sunt de fapt compuși din ei - baza materiei nucleare. Aceștia sunt fermioni fundamentali care interacționează între ei printr-o singură interacțiune fundamentală, pentru acea perioadă a dezvoltării Universului. Cum a avut loc această interacțiune? prin particule. Se numesc bosoni. Există patru dintre ele: un foton (cuantic gamma), un gluon și doi bosoni - W și Z. Și particulele fundamentale în sine, adică. fermionii sunt șase tipuri de quarci și șase tipuri de leptoni.
Acest grup de particule de 12 fermioni interacționează între ele prin 4 bosoni, de fapt, acesta este germenul Universului...

Între timp, să ne întoarcem la Universul în expansiune din primele momente ale existenței sale.
Fizica modernă consideră că particulele - fermionii și bosonii, care au apărut imediat după Big Bang, sunt indivizibile. „Crede” - înseamnă că nu există încă informații despre structura lor internă. Fermionii și bosonii au fost lipsiți de masă undeva până la 10-10 secunde de la dezvoltarea Universului și au constituit așa-numita „supă clocotită” a minusculului Univers. Ei au interacționat unul cu celălalt conform legii unice a Marii Uniri.
La 10 -36 de secunde, epoca Marii Uniri s-a prăbușit. Natura interacțiunii particulelor a început să se schimbe. Coalescența particulelor și formarea celor mai grele a fost imposibilă în timp ce Universul avea o temperatură ridicată.
Răcirea universului a continuat timp de 1 microsecundă» . (M.I. Panasyuk "Rătăcitori ai Universului sau ecoul Big Bang-ului").

Întrebare

Luarea în considerare a Big Bang-ului din poziția teoriei găurilor negre aduce rezultate uimitoare. Asa de, " Astronomii numesc o gaură neagră o regiune în spațiu-timp în care atracția gravitațională este atât de puternică încât nimic, nici măcar lumina, nu poate pătrunde».

Dar regiunea în care materia este concentrată în primele momente după Big Bang ar trebui să fie tocmai așa. Cele mai mari găuri negre ("supermasive") (în centrul galaxiilor și în quasari) ating o masă de milioane de ori mai mare decât a soarelui. Dar masa Universului observabil, conform estimărilor moderne, depășește masa Soarelui de peste 10^20 de ori - adică 100 de chintilioane (1 chintilion = 1 miliard de miliard)! Nu sunt o persoană emoțională, dar, cu toate acestea, nu știu câte semne de exclamare să pun aici.

Și toată această masă uriașă nu a creat o forță de gravitație atât de monstruoasă încât curbura spațiului-timp să nu provoace efectul unei „găuri negre”? Pentru materia care s-a extins în timpul Big Bang, timpul ar fi trebuit să încetinească atât de mult încât să nu fi ieșit din „orizontul evenimentelor” până acum.. Acest lucru ar exclude complet „dispersia” ulterioară a materiei, care ulterior constituie partea observabilă a Universului. Există o contradicție logică fie știința înțelege greșit procesele Big Bang-ului, fie teoria găurilor negre este incorectă!

F. Dergaciov — O gaură neagră cu masa universului? Partea 2

Într-o analiză a mișcării particulelor care intră într-o gaură neagră, publicată în martie de Nikodim Poplavsky de la Universitatea Indiana Bloomington, s-a demonstrat că în interiorul fiecărei găuri negre ar putea exista un alt univers. „Poate că uriașele găuri negre din centrul Căii Lactee și alte galaxii sunt „punți” între diferite universuri”, spune Poplavsky. Dacă acest lucru este adevărat, și acesta este un mare „dacă”, nimic nu exclude ca universul nostru să se afle și în interiorul unei găuri negre.

În teoria generală a relativității (GR) a lui Einstein, interioarele găurilor negre sunt regiuni în care densitatea materiei ajunge la infinit. Indiferent dacă singularitatea este un punct real de densitate infinită, sau doar o ambiguitate matematică în relativitatea generală, ecuațiile lui Einstein „se prăbușesc” în interiorul unei găuri negre. În orice caz, versiunea modificată a ecuațiilor lui Einstein folosită de Poplavsky elimină cu totul singularitatea.

Pentru analiza sa, Poplavsky a apelat la o variantă a ecuațiilor Einstein Cartan-Keeble-Scyam (KKS) ale teoriei gravitației. Spre deosebire de ecuațiile lui Einstein, CCS-ul teoriei gravitației ia în considerare spinul sau momentul unghiular al particulelor elementare. Luând în considerare rotația, devine posibil să se calculeze geometria spațiu-timp a unei găuri negre.

Când densitatea materiei atinge proporții gigantice (mai mult de 1050 de kilograme pe metru cub) în interiorul unei găuri negre, torsiunea apare ca o forță echivalentă cu atracția. Acest lucru previne întrebările despre timpul de compresie nedefinit pentru a ajunge la densitatea infinită. În schimb, spune Poplavsky, materia se reorganizează și începe din nou să se extindă.

Poplavsky a aplicat aceste idei la un model al comportamentului spațiu-timp în interiorul unei găuri negre. Scenariul amintește de ceea ce se întâmplă atunci când comprimați un arc: Poplavsky a calculat că inițial gravitația învinge forțele de respingere și de torsiune și menține materia în compresie, dar în cele din urmă forța de respingere devine atât de puternică încât materia încetează să se comprima și se reorganizează. Calculele lui Poplavsky arată că spațiul-timp din interiorul unei găuri negre se extinde la aproximativ 1,4 ori dimensiunea sa cea mai mică în doar 10-46 de secunde.

Această revenire uimitor de rapidă, spune Poplavsky, ar putea fi ceea ce a condus la expansiunea universului pe care îl vedem astăzi.

De unde știm că trăim într-o gaură neagră? Ei bine, o gaură neagră care se învârte s-ar învârti în spațiu-timp în interiorul ei, iar aceasta ar apărea ca o „direcție favorabilă” în universul nostru, spune Poplavsky. Această direcție preferată ar încălca o proprietate a spațiu-timp numită simetrie Lorentz care leagă spațiul și timpul. S-a sugerat că astfel de tulburări pot fi cauzate de fluctuațiile observate ale neutrinilor de la un tip la altul.

Din păcate, nu are sens să căutăm alte lumi în interiorul găurilor negre. Pe măsură ce te apropii de gaura neagră, creșterea câmpului gravitațional face timpul din ce în ce mai lent. Astfel, pentru un observator din exterior, orice nou univers din interior va apărea numai după ce a trecut o perioadă infinită de timp.