A fekete lyukak számunkra valami távolinak tűnnek, amelyekről néha filmet készítenek vagy könyveket írnak. Ritkán gondolkodunk azon, mi történne, ha egy milliméter átmérőjű, miniatűr fekete lyuk jelenne meg bolygónk felületén. Erről - az anyagunkban.
Van egy népszerű tévhit a fekete lyukakkal kapcsolatban: ezek egyfajta űr-porszívók, amelyek mindent fogyasztanak a környezetükben. Természetesen "táplálkoznak", de a gyomruk kicsi. A probléma nem akkor jelentkezik, amikor "esznek", hanem amikor "túl sok vacsora után" hánynak. Nagyon ijesztő.
Valójában egy kicsit bonyolultabb. Annak alapján, hogy egy fekete lyuk sugara arányos a tömegével, elvégezhetők bizonyos számítások. Először tisztítsuk meg néhány alapot.
Mi a fekete lyuk?
A fekete lyuk a tér olyan területe, ahol a gravitáció olyan erős, hogy még a fény sem hagyhatja el. Az ott levő gravitációs erő miatt a tér-idő szövedéke meghajlik és önmagához rögzül. Mindez az anyag tömörítéséből adódik - leggyakrabban ezek egy hatalmas csillag maradványai - egy rendkívül kicsi régióban.
A fekete lyuk szerkezete: szingularitás, eseményhorizont és Schwarzschild sugara (a régió a szingularitástól az eseményhorizontig).
Valójában nem látunk fekete lyukakat, mivel a fény nem tud kijutni belőlük. Kiderül, hogy ahhoz, hogy elhagyja a fekete lyukat, minden tárgynak a fénysebességnél nagyobb sebességgel kell fejlődnie, amely viszont másodpercenként 299 792 458 méter sebességgel mozog. Összehasonlításképpen: a Föld gravitációjának leküzdésére szolgáló menekülési sebesség másodpercenként csak 11,2 kilométer. Ha azonban egy rakétát egy olyan bolygóról indítanánk, amely ugyanolyan súlyú, mint a Föld, de az átmérő fele fele, akkor a menekülési sebesség másodpercenként 15,8 kilométer lenne. Még akkor is, ha az objektum azonos tömegű lenne, a menekülési sebesség nagyobb lenne kisebb mérete miatt, és ezért a nagyobb sűrűsége miatt.
Promóciós videó:
Mi lenne, ha még tovább zsugorítanánk a tárgyat? Ha összenyomjuk a Föld tömegét kilenc milliméter sugarú gömbbe, akkor a menekülési sebesség eléri a fény sebességét. Ha ezt a tömeget egy még kisebb gömbbe préseli, akkor a menekülési sebesség meghaladja a fénysebességet. Mivel azonban a fény sebessége a sebesség kozmikus határa, semmi sem hagyhatja el ezt a szférát.
Az a sugarat, amelyen a tömeg menekülési sebessége megegyezik a fénysebességgel, Schwarzschild sugárnak nevezik. A Schwarzschild sugárnál kisebb tárgyak fekete lyuk. Más szavakkal: bármilyen tárgy, amelynek menekülési sebessége meghaladja a fény sebességét, egy fekete lyuk. Ahhoz, hogy egy ilyen tárgyat a Napból készítsen, azt körülbelül három kilométeres sugárzásra kell összenyomni.
A fekete lyuknak két fő része van: a szingularitás és az eseményhorizont. A fekete lyuk eseményhorizontjának méretét annak méretének tekintik, mert kiszámítható és mérhető.
A horizontot a "visszatérés helyének" is tekintik a fekete lyuk közelében. Ez nem egy fizikai felület, hanem a szingularitást körülvevő gömb, amely egy olyan határt jelöl, amelynek menekülési sebessége megegyezik a fény sebességével. Ennek a területnek a sugara a nagyon Schwarzschild sugara.
Amint az anyag meghaladja az eseményhorizontot, az a fekete lyuk közepére esni kezd. Ilyen erős gravitáció mellett az anyag egy pontba van tömörítve - hihetetlenül kis mennyiségű őrült sűrűséggel. Ez a pont egyediség. Elhanyagolható, és a modern elméleti modellek szerint végtelen sűrűséggel rendelkezik. Valószínű, hogy az általunk ismert fizikai törvényeket megsértik a szingularitás. A tudósok aktívan kutatják ezt a kérdést annak érdekében, hogy megértsék, mi történik a szingularitásokban, valamint hogy kidolgozzanak egy teljes elméletet, amely leírja, mi történik a fekete lyuk közepén.
Csináljunk néhány számítást
Lássuk, mit tanulhatunk egy milliméter fekete lyukról. Számítások szerint egy ilyen Schwarzschild-sugárú fekete lyuk tömege 7 x 10 ^ 23 kilogramm lesz - több mint öt holdtömeg (a képlet szerint R = 2MG / c ^ 2, ahol R a Schwarzschild sugara, M a tárgy tömege, G a gravitáció) állandó, és c a fény sebessége).
A Föld és a Nap aránya három rész és egy millió. Így ha a Föld fekete lyukká válna, a sugár csak kilenc milliméter lenne. Ezért egy milliméter fekete lyuk tömege a Föld tömegének 11% -a. Minden bizonnyal problémák lennének a bolygó 11% -os tömegével.
Még elég, ha a Föld teljes gravitációja észrevehetően növekszik. Ez a kiegészítő gravitáció elegendő lenne a Hold pályájának megváltoztatására, így egyszerűen ki tudna repülni a jelenlegi pályáról, és ellipszis alakú pályán mozoghat.
A Flamm paraboloid a Schwarzschild fekete lyuk eseményeinek növekedési horizontján túl az űridőt reprezentálja.
Hol van ez a képzeletbeli fekete lyuk - a felszínen, a Föld közepén, vagy körül forog? Tegyük fel, hogy a bolygó felszínén található. Gravitációs hatásának területe a Föld sugarainak körülbelül egyharmadát fogja elérni - körülbelül 2124 kilométert.
A mikroszkopikus fekete lyuk közvetlen közelében lévő összes anyag azonnal erős gravitációt érez majd, és a lyuk viszont mindent elnyel a Föld középpontjába vezető úton, amely körülbelül 42 perc alatt eléri a megjelenését. Áthaladna a Föld magján, és körülbelül ugyanabban az időben eléri a Föld felszínének másik oldalát.
Ha egy fekete lyuk jelenne meg a felületen kevesebb, mint 12 km / h relatív sebességgel, akkor a Kék bolygó és a gravitációs területe körüli körül forog. Egyszerűen fogalmazva: ez a földkéreg és a köpenyének nagy része pusztulása. És ha ez még egyszerűbb, akkor minden élet halálát jelenti a Föld felszínén.
Megszorzódási arány és Eddington-határ
A Föld tömegének nagy része a fekete lyuk körül élelmiszerekké válik, és ez felszívja azokat. Mielőtt csak beledugna egy fekete lyukba, ennek az anyagnak el kell veszítenie a szögmozgását - ezért kezd körül forogni, és egy akkumulációs korongot képez.
Ez az anyag sok hőt termel, amelyet végül sugároznak. A sugárzásnak olyan nyomása van, amely tovább lassítja az akkumulációt. Mindkét hatás kiegyensúlyozza egymást - ezt nevezik Eddington-határnak.
Fejlődő fekete lyuk a művész számára
Az Eddington-határ emellett kemény korlátot szab a fekete lyuk akkreditációs fokának. Egy kisméretű tárcsás tárcsa hőmérséklete valószínűleg körülbelül hat ezer kelvin lesz - nagyjából megegyezik a Föld magjával vagy a Nap felületével.
Néhány súrlódási folyamat zajlik az akkumulációs korong és a Föld tömege között, amelynek eredményeként egy mikroszkópos fekete lyuk leülepedhet a bolygó magjában.
Halál egy fekete lyukban
Általában öt milliárd évbe telik, amíg egy ilyen fekete lyuk lenyeli a Földet. Ez jelentősen megnövelné a Föld tömegét. És ez természetesen azonnal teljes rendellenességet okozna a bolygón, amely néhány órán belül lakatlan kozmikus foltmá alakul, amely összeomlik a kéreg, a láva, a forró gázok és minden más miatt.
Az élet lehetetlenné válik, és a fekete lyuk nagy tömege megsemmisítheti az aszteroida övet. Ez viszont a következő millió évben gyakori ütközésekhez vezethet a Naprendszerben. A hold továbbra is az Új Föld körül forog (fekete lyuk), de egy nagyon hosszúkás elliptikus pályán.
A fekete lyuk nem azonnal mozog a Föld középpontjába, inkább egy darabig körül forog, de végül hozzá is jut. Bonyolult számítások és szimulációk megköveteli, hogy megértsék, hogyan növekszik ez a mikroszkopikus fekete lyuk tömegben.
Mindezt Neil DeGrasse Tyson világhírű asztrofizikus és a tudomány népszerűsítőjének szavaival lehet összefoglalni:
Vladimir Guillen