Vesmír má černé díry nebo ne. Žijeme v černé díře? "Černé díry vesmíru"
Materiál připravila redakce InoSMI speciálně pro sekci RIA Science >>
Michael Finkel
Vraťme hodiny zpět. Než člověk, než Země, než se zapálilo Slunce, než se zrodily galaxie, než zasvítilo světlo, došlo k „velkému třesku“. Stalo se to před 13,8 miliardami let.
Supernovy osídlily prostor těžkými prvky v raném vesmíruVědci pomocí japonského rentgenového kosmického dalekohledu Suzaku zkoumali rozložení železa v kupě galaxií Perseus, která se nachází 250 milionů světelných let daleko.Ale co se stalo před tím? Mnoho fyziků říká, že „před tím“ neexistovalo. Tvrdí, že čas se začal počítat v okamžiku „velkého třesku“ a věřili, že vše, co dříve existovalo, není zahrnuto do rozsahu vědy. Nikdy nepochopíme, jaká byla realita před Velkým třeskem, z čeho vznikla a proč vznikl náš Vesmír. Takové myšlenky jsou mimo lidské chápání.
Někteří nekonvenční vědci s tím ale nesouhlasí. Tito fyzici se domnívají, že chvíli před „velkým třeskem“ byla celá hmota a energie vznikajícího vesmíru stlačena do jednoho neuvěřitelně hustého, ale konečného zrna. Říkejme tomu zárodek nového vesmíru.
Věří, že semeno bylo nepředstavitelně malé, možná bilionkrát menší než jakákoli částice, kterou by mohli lidé pozorovat. A přesto tato částice dala vzniknout všem ostatním částicím, nemluvě o galaxiích, sluneční soustavě, planetách a lidech.
Pokud opravdu chcete něco nazývat částicí Boha, pak je toto semeno pro toto jméno ideální.
Jak tedy toto semínko vzniklo? Jeden nápad předložil před několika lety Nikodem Poplawski, který působí na University of New Haven. Semeno našeho vesmíru bylo ukováno v prapůvodní peci, kterou se pro něj stala černá díra.
Násobení multivesmírů
Než půjdeme dále, je důležité pochopit, že za posledních dvacet let se mnoho teoretických fyziků přesvědčilo, že náš vesmír není jediný. Můžeme být součástí multivesmíru, který představuje obrovské množství jednotlivých vesmírů, z nichž každý je zářící koulí na skutečné noční obloze.
O tom, jak je jeden vesmír propojený s druhým a zda vůbec takové spojení existuje, se vedou mnohé spory. Všechny tyto spory jsou ale čistě spekulativní a pravda je neprokazatelná. Ale jedna atraktivní myšlenka je, že semeno vesmíru je jako semeno rostliny. Toto je kus základní hmoty, pevně slisovaný a skrytý uvnitř ochranného obalu.
To přesně vysvětluje, co se děje uvnitř černé díry. Černé díry jsou mrtvoly obřích hvězd. Když takové hvězdě dojde palivo, její jádro se zhroutí. Gravitační síla vše stahuje k sobě neuvěřitelnou a stále větší silou. Teploty dosahují 100 miliard stupňů. Atomy se hroutí. Elektrony jsou roztrhané na kusy. A pak se tato hmota ještě více zmenší.
V tomto okamžiku se hvězda promění v černou díru. To znamená, že jeho přitažlivá síla je tak obrovská, že z něj nemůže uniknout ani paprsek světla. Hranice mezi vnitřkem a vnějškem černé díry se nazývá horizont událostí. Ve středu téměř každé galaxie, včetně naší vlastní Mléčné dráhy, vědci objevují kolosální černé díry, několik milionůkrát hmotnější než naše Slunce.
Otázky bez dna
Pokud použijete Einsteinovu teorii k určení toho, co se děje na dně černé díry, můžete vypočítat bod, který je nekonečně hustý a nekonečně malý. Tento hypotetický koncept se nazývá singularita. Ale v přírodě nekonečna obvykle neexistují. Problém spočívá v Einsteinových teoriích, které poskytují vynikající výpočty pro velkou část vesmíru, ale rozpadají se tváří v tvář neuvěřitelným silám, jako jsou ty uvnitř černé díry nebo ty, které jsou přítomny u zrodu vesmíru.
Fyzici jako Dr. Poplavsky říkají, že hmota uvnitř černé díry se ve skutečnosti dostává do bodu, kdy už ji nelze stlačit. Toto „semínko“ je neuvěřitelně drobné a váží až miliarda hvězd. Ale na rozdíl od singularity je to docela reálné.
Podle Poplavského se proces komprese zastaví, protože černé díry rotují. Otáčejí se velmi rychle, možná dosahují rychlosti světla. A tato torze dává stlačenému semenu neuvěřitelnou axiální rotaci. Semeno není jen malé a těžké; je také zkroucená a stlačená, jako pružina toho čerta v tabatěrce.
Vědci poprvé změřili magnetické pole černé díry v centru GalaxieSupermasivní černá díra Sgr A* se nachází ve středu naší galaxie. Dříve astronomové objevili rádiový pulsar PSR J1745-2900 v centru naší galaxie. Použili záření, které z něj vychází, k měření síly magnetického pole u černé díry.Jinými slovy, je docela možné, že černá díra je tunel, „jednosměrné dveře“ mezi dvěma vesmíry, říká Poplavsky. To znamená, že pokud spadnete do černé díry ve středu Mléčné dráhy, je docela možné, že skončíte v jiném vesmíru (no, pokud ne vy, tak vaše tělo rozdrcené na drobné částečky). Tento jiný vesmír není uvnitř našeho; díra je prostě spojovací článek, jako společný kořen, ze kterého vyrůstají dva osiky.
A co my všichni v našem vlastním vesmíru? Můžeme být produktem jiného, staršího vesmíru. Říkejme tomu náš skutečný vesmír. Toto semeno, které mateřský vesmír vytvořil uvnitř černé díry, mohlo před 13,8 miliardami let udělat velký odraz, a přestože se náš vesmír od té doby rychle rozpíná, stále můžeme být za horizontem událostí černé díry.
Američtí vědci navrhli naprosto neuvěřitelnou hypotézu, že celý náš obrovský vesmír se nachází uvnitř obří černé díry. Překvapivě může takový model vysvětlit mnoho záhad vesmíru.
Americký fyzik z Indiana University Nikodem Poplavsky je zakladatelem poněkud neobvyklé teorie struktury našeho vesmíru.
Podle této teorie se celý náš vesmír nachází uvnitř obří černé díry, která se zase nachází v supervelkém vesmíru.
Tato zdánlivě neobvyklá hypotéza může vysvětlit mnoho nesrovnalostí, které existují v moderní teorii vesmíru. Poplavský svou teorii představil před rokem a nyní ji objasnil a výrazně rozšířil.
Černá díra - vstup do tunelu časoprostoru
V modelu konstrukce vesmíru vyvinutém americkým fyzikem je předpoklad, že černé díry
jsou vstupy do Einstein-Rosenových červích děr, tedy prostorových tunelů, které spojují různé části čtyřrozměrného časoprostoru.
V tomto modelu je Černá díra spojena tunelem s vlastním antipodem - Bílou dírou, která se nachází na druhém konci časového tunelu. Právě uvnitř červí díry s touto strukturou vesmíru je pozorováno neustálé rozpínání prostoru.
Nyní Poplavsky dospěl k závěru, že náš vesmír je vnitřkem tohoto tunelu spojujícího černé a bílé díry. Tento model vesmíru vysvětluje většinu neřešitelných problémů moderní kosmologie: temnou hmotu, temnou energii, kvantové efekty při analýze gravitace v kosmickém měřítku.
K sestavení svého modelu použil autor teorie speciální matematický aparát – teorii torze. V něm se časoprostor jeví jako jediný paprsek, který se stáčí vlivem gravitačního zakřivení časoprostoru. Tato zakřivení lze detekovat i našimi velmi nedokonalými pozorovacími prostředky v globálním měřítku.
Proto v našem okolním světě každý vidí jen to, co je přístupné jeho smyslům, například brouk lezoucí po balónu ho cítí plochý a nekonečný. Proto je velmi obtížné odhalit kroucení flexibilního časoprostoru, zvláště pokud jste uvnitř této dimenze.
Takový model struktury Vesmíru samozřejmě předpokládá, že každá Černá díra v našem Vesmíru je bránou do jiného Vesmíru. Není ale vůbec jasné, kolik „vrstev“, jak je Poplavsky nazývá, existuje ve vesmíru pra-pra-N-krát-velkého, ve kterém se nachází naše Černá díra s naším Vesmírem.
Neuvěřitelná hypotéza je potvrzena
Je skutečně možné potvrdit tak neuvěřitelnou hypotézu? Nikodem Poplavsky věří, že je to možné. Koneckonců, v našem vesmíru se všechny černé díry a hvězdy otáčejí. Podle logické úvahy by to mělo být v supervelkém vesmíru úplně stejné. To znamená, že parametry rotace našeho Vesmíru by měly být stejné jako parametry Černé díry, ve které se nachází.
V tomto případě by se část spirálních galaxií měla stočit doleva a druhá prostorově protilehlá část doprava. A skutečně, podle moderních pozorovacích dat je většina spirálních galaxií stočena doleva – „levotočivá“ a v druhé, opačné části pozorovatelného vesmíru, je tomu naopak – většina spirálních galaxií je zkroucená. doprava.
Fyzici předpokládají, že náš vesmír existuje uvnitř černé díry 21. listopadu 2014
O něčem takovém jsme diskutovali. A nyní se ukazuje, že se objevila teorie, podle které se tvrdí, že náš Vesmír existuje uvnitř černé díry
Tato podivná teorie, na které fyzici pracovali desítky let, může osvětlit mnoho otázek, na které slavná teorie velkého třesku nedokáže odpovědět.
Podle teorie velkého třesku byl vesmír předtím, než se začal rozpínat, v singulárním stavu – to znamená, že nekonečně malý bod ve vesmíru obsahoval nekonečně vysokou koncentraci hmoty. Tato teorie pomáhá například vysvětlit, proč se neuvěřitelně hustá hmota raného vesmíru začala rozpínat vesmírem obrovskou rychlostí a vytvořila nebeská tělesa, galaxie a kupy galaxií.
Zároveň ale nechává velké množství důležitých otázek nezodpovězených. Co spustilo samotný Velký třesk?
Co je zdrojem tajemné temné hmoty?
Odpovědi na tyto a mnohé další otázky může poskytnout teorie, že náš vesmír je uvnitř černé díry. A kromě toho kombinuje principy dvou ústředních teorií moderní fyziky: obecné teorie relativity a kvantové mechaniky.
Obecná teorie relativity popisuje vesmír v největších měřítcích a vysvětluje, jak gravitační pole masivních objektů, jako je Slunce, ohýbají časoprostor. A kvantová mechanika popisuje Vesmír v nejmenších měřítcích – na atomové úrovni. Například bere v úvahu tak důležitou charakteristiku částic, jako je spin (rotace).
Myšlenka je taková, že rotace částice interaguje s kosmickým časem a uděluje jí vlastnost zvanou „torze“. Abyste pochopili, co je torzní tyč, představte si kosmický čas v podobě pružné tyče. Ohnutí tyče bude symbolizovat zakřivení kosmického času a kroucení bude symbolizovat torzi časoprostoru.
Pokud je tyč velmi tenká, můžete ji ohnout, ale bude velmi obtížné zjistit, zda je zkroucená nebo ne. Torze časoprostoru může být patrná pouze v extrémních podmínkách - v raných fázích existence Vesmíru, nebo v černých dírách, kde se projeví jako odpudivá síla opačná než gravitační síla přitažlivosti vycházející ze zakřivení časoprostoru.
Jak vyplývá z obecné teorie relativity, velmi masivní objekty končí svou existenci pádem do černých děr – oblastí vesmíru, ze kterých nemůže uniknout nic, ani světlo.
Na samém počátku existence Vesmíru převýší gravitační přitažlivost způsobená zakřivením prostoru odpudivou sílu torzní tyče, díky níž dojde ke stlačení hmoty. Pak ale torzní tyč zesílí a začne bránit stlačování hmoty do nekonečné hustoty. A protože energie má schopnost přeměnit se na hmotu, extrémně vysoká úroveň gravitační energie v tomto stavu povede k intenzivní tvorbě částic, což způsobí nárůst hmoty uvnitř černé díry.
Mechanismus kroucení tedy naznačuje vývoj nápadného scénáře: každá černá díra by v sobě měla vytvořit nový vesmír.
Pokud je tato teorie správná, pak hmota, která tvoří náš Vesmír, je také přinesena odněkud zvenčí. Pak naše
Vesmír musí být také vytvořen uvnitř černé díry, která existuje v jiném vesmíru, který je naším „rodičem“.
K pohybu hmoty dochází vždy pouze jedním směrem, což zajišťuje směr času, který vnímáme jako pohyb vpřed. Časová šipka v našem vesmíru je tedy také zděděna z „rodičovského“ vesmíru.
Tady jsme o tom mluvili ty a já a tady jsme se na to podívali a dozvěděli se o tom Původní článek je na webu InfoGlaz.rf Odkaz na článek, ze kterého byla vytvořena tato kopie -
Černá díra je ve fyzice definována jako oblast v časoprostoru, jejíž gravitační přitažlivost je tak silná, že ji nemohou opustit ani objekty pohybující se rychlostí světla, včetně kvant světla samotného. Hranice této oblasti se nazývá horizont událostí a její charakteristická velikost je gravitační poloměr, který se nazývá poloměr Černého lesa. Černé díry jsou nejzáhadnějšími objekty ve vesmíru. Za své nešťastné jméno vděčí americkému astrofyzikovi Johnu Wheelerovi. Byl to on, kdo v populární přednášce „Náš vesmír: Známý a neznámý“ v roce 1967 nazval tato superhustá tělesa dírami. Dříve se těmto objektům říkalo „zhroucené hvězdy“ nebo „kolapsy“. Ale termín „černá díra“ zakořenil a je prostě nemožné jej změnit. Ve vesmíru existují dva typy černých děr: 1 – supermasivní černé díry, jejichž hmotnost je milionkrát větší než hmotnost Slunce (o takových objektech se předpokládá, že se nacházejí v centrech galaxií); 2 – méně hmotné černé díry, které vznikají v důsledku komprese obřích umírajících hvězd, jejich hmotnost je větší než tři hmotnosti Slunce; Jak se hvězda smršťuje, hmota je stále hustší a v důsledku toho se gravitace objektu zvyšuje do takové míry, že ji světlo nemůže překonat. Z černé díry nemůže uniknout ani záření, ani hmota. Černé díry jsou supervýkonné gravitátory.
Poloměr, na který se hvězda musí zmenšit, aby se stala černou dírou, se nazývá gravitační poloměr. U černých děr vzniklých z hvězd je to jen pár desítek kilometrů. V některých párech dvojhvězd je jedna z nich neviditelná v nejsilnějším dalekohledu, ale hmotnost neviditelné složky v takovém gravitačním systému se ukazuje jako extrémně velká. S největší pravděpodobností jsou takovými objekty buď neutronové hvězdy, nebo černé díry. Někdy neviditelné složky v takových párech svlékají materiál z normální hvězdy. V tomto případě se plyn oddělí od vnějších vrstev viditelné hvězdy a padá neznámo kam – do neviditelné černé díry. Před pádem na díru však plyn vysílá elektromagnetické vlny velmi různých délek, včetně velmi krátkých rentgenových vln. Navíc v blízkosti neutronové hvězdy nebo černé díry se plyn velmi zahřívá a stává se zdrojem silného vysokoenergetického elektromagnetického záření v oblasti rentgenového a gama záření. Takové záření neprochází zemskou atmosférou, ale lze jej pozorovat pomocí vesmírných dalekohledů. Jedním z pravděpodobných kandidátů na černé díry je silný zdroj rentgenového záření v souhvězdí Labutě.
V analýze pohybu částic vstupujících do černé díry, kterou v březnu publikoval Nikodim Poplavsky z Indiana University v Bloomingtonu, bylo prokázáno, že uvnitř každé černé díry může existovat jiný vesmír. „Možná jsou obrovské černé díry ve středu Mléčné dráhy a dalších galaxií ‚mosty‘ mezi různými vesmíry,“ říká Poplavsky. Pokud je to pravda, a je to velké kdyby, nic nevylučuje možnost, že náš vesmír je také uvnitř černé díry.
V Einsteinově obecné teorii relativity (GTR) jsou vnitřky černých děr oblasti, kde hustota hmoty dosahuje nekonečna. Ať už je singularita skutečným bodem nekonečné hustoty nebo jednoduše matematickou nejednoznačností obecné teorie relativity, Einsteinovy rovnice se „zhroutí“ uvnitř černé díry. V každém případě upravená verze Einsteinových rovnic, kterou používá Poplavsky, singularitu zcela eliminuje.
Pro svou analýzu se Poplavsky obrátil na verzi Einsteinovy Cartan-Keble-Sciam (KKS) teorie gravitace. Na rozdíl od Einsteinových rovnic, QCS teorie gravitace bere v úvahu spin neboli moment hybnosti elementárních částic. Vezmeme-li v úvahu rotaci, je možné vypočítat časoprostorovou geometrii černé díry.
Když hustota hmoty dosáhne gigantických rozměrů (více než 1050 kilogramů na metr krychlový) uvnitř černé díry, torze se projeví jako síla ekvivalentní gravitaci. To zabraňuje otázkám o neurčitých dobách komprese pro dosažení nekonečné hustoty. Místo toho, říká Poplavsky, se hmota reorganizuje a začíná znovu expandovat.
Poplavsky tyto myšlenky aplikoval na model chování časoprostoru uvnitř černé díry. Scénář se podobá tomu, co se stane, když stlačíte pružinu: Poplavsky vypočítal, že zpočátku gravitace překoná odpudivé a torzní síly a udržuje hmotu stlačenou, ale nakonec odpudivá síla zesílí natolik, že hmota přestane stlačovat a sama se reorganizuje. Poplavského výpočty ukazují, že časoprostor uvnitř černé díry se rozšíří na přibližně 1,4násobek své nejmenší velikosti za pouhých 10 až 46 sekund.
Tento úžasně rychlý návrat, říká Poplavsky, by mohl být tím, co vedlo k rozpínajícímu se vesmíru, který dnes vidíme.
Jak víme, že žijeme uvnitř černé díry? Otáčející se černá díra by dala časoprostoru uvnitř sebe rotaci a to by se ukázalo jako "preferovaný směr" v našem vesmíru, říká Poplavsky. Tento preferovaný směr by porušil vlastnost časoprostoru zvanou Lorentzova symetrie, která spojuje prostor a čas. Bylo navrženo, že takové poruchy mohou být způsobeny pozorovanými oscilacemi neutrin z jednoho typu na druhý.
Bohužel pro nás nemá smysl hledat jiné světy uvnitř černých děr. Jak se přibližujete k černé díře, zvětšování gravitačního pole zpomaluje a zpomaluje čas. Pro vnějšího pozorovatele se tedy jakýkoli nový vesmír uvnitř objeví až po uplynutí nekonečného množství času.
