можно ли уничтожить черную дыру

Что будет, если попасть в черную дыру?

Сразу огорчу фанатов научной фантастики. На самом деле вы не можете пережить путешествие через черную дыру. И если вы попытаетесь попасть хотя бы в одну из них, как, например, это сделал Мэттью Макконахи в фильме «Интерстеллар», вас разорвет на части задолго до того, как вы узнаете, что находится внутри черной дыры. Однако ученые не просто так наблюдают за этими загадочными космическими объектами последние десятки лет. Это позволило ответить на два вопроса: что такое черная дыра, и что (в теории) находится внутри нее.

Вы вряд ли когда-нибудь захотите отправиться к черной дыре

Что такое черная дыра?

Чтобы в полной мере понять, почему вы не можете просто упасть или запустить свой космический корабль в черную дыру, вы должны сначала понять основные свойства этих космических объектов.

Черные дыры не просто назвали именно так, поскольку они не отражают и не излучают свет. Они видны только тогда, когда поглощают очередную звезду или газовое облако, которые после этого не могут выбраться за границу черной дыры, называемой горизонтом событий. За горизонтом событий находится крошечная точка — сингулярность, где гравитация настолько интенсивна, что она бесконечно изгибает пространство и время. Именно здесь законы физики, какими мы их знаем, нарушаются, а это означает, что все теории о том, что находится внутри черной дыры, являются лишь предположениями.

Этот снимок считается первой фотографией черной дыры M87. Она находится в 55 миллионах световых лет от Земли

Черные дыры кажутся экзотикой большинству из нас, но для ученых, которые на них специализируются, их изучение — обычное дело. Физики выдвигали теории о подобных объектах в течение десятилетий после того, как общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала существование черных дыр. Однако эта концепция не воспринималась всерьез до 1960-х годов, пока ученые не стали свидетелями поглощения звезд черными дырами. Сегодня черные дыры считаются частью звездной эволюции, и астрономы подозревают, что даже в нашей галактике Млечный Путь их миллионы.

Какие бывают черные дыры

Черные дыры бывают разных видов и могут быть смоделированы с различными уровнями сложности. Например, одни могут вращаться, а другие — содержать электрический заряд. Так что если вы попали в одну из них (ну, допустим, вас не разорвало в клочья до этого), ваша точная судьба может зависеть от того, с какой именно черной дырой вы столкнетесь.

На простейшем уровне существуют три вида черных дыр: звездные черные дыры, сверхмассивные черные дыры и черные дыры средней массы (реликтовые).

Черные дыры с массой звезд образуются, когда очень большие звезды заканчивают свой жизненный цикл и разрушаются. Реликтовые черные дыры все еще мало изучены, и за все время было найдено только несколько таких объектов. Но астрономы считают, что процесс их образования схож с таковым у сверхмассивных черных дыр.

Сверхмассивные черные дыры обитают в центрах большинства галактик и, вероятно, могут увеличиваться до невероятных размеров. Они в десятки миллиардов раз более массивные, чем наше Солнце — за счет поглощения звезд и слияния с другими черными дырами.

После разрушения звезда может стать черной дырой

Звездные черные дыры по размеру могут быть ничтожными по сравнению с их более крупными братьями, но на самом деле они обладают более экстремальными приливными силами, выходящими за пределы их горизонтов событий. Эта разница возникает благодаря особому свойству черных дыр, которое, вероятно, удивит некоторых случайных наблюдателей. Меньшие черные дыры на самом деле имеют более сильное гравитационное поле, чем сверхмассивные. То есть вы скорее заметите изменение в гравитации рядом с небольшой черной дырой.

Что будет, если попасть в черную дыру?

Предположим, вам все же как-то удалось оказаться в космосе рядом со звездной черной дырой. Как ее вообще найти? Единственным намеком на то, что она существует, может быть гравитационное искажение или отражение от звезд, которые находятся рядом.

Но как только вы подлетите ближе к этому странному месту, ваше тело будет растянуто в одном направлении и раздавлено совершенно в другом — это процесс, который ученые называют спагеттификацией. Им обозначается сильное растяжение объектов по вертикали и горизонтали (то есть уподобления их виду спагетти), вызванного большой приливной силой в очень сильном неоднородном гравитационном поле. Говоря простыми словами, гравитация черной дыры будет сжимать ваше тело по горизонтали, а в вертикальном направлении тянуть его, словно ириску. Вы не сможете дышать, говорить и читать наш Telegram-чат тем более.

И это еще самая приличная картинка того, что может быть внутри черной дыры

Если бы вы прыгнули в черную дыру «солдатиком», гравитационная сила на ваших пальцах была бы намного сильнее, чем та сила, которая тянет вас за голову. Каждый кусочек вашего тела будет вытянут в разном направлении. Черная дыра буквально сделает из вас спагетти.

Можно ли выжить после попадания в чёрную дыру?

Итак, попав в звездную черную дыру, вы, вероятно, не будете сильно беспокоиться о «космических» тайнах, которые вы можете открыть на «другой стороне». Вы будете мертвы за сотни километров до того, как узнаете ответ на этот вопрос.

Этот сценарий не полностью основан на теориях и предположениях. Астрономы стали свидетелями такого «приливного разрушения» еще в 2014 году, когда несколько космических телескопов поймали звезду, блуждающую слишком близко к черной дыре. Звезда была растянута и разорвана, в результате чего ее часть упала за горизонт событий, а остальная часть была отброшена в космос.

Если преодолеть горизонт событий, можно достичь гравитационной сингулярности

В отличие от падения в звёздную черную дыру, ваш опыт погружения в сверхмассивную или реликтовую черную дыру будет чуть менее кошмарным. Хотя конечный результат, ужасная смерть, все равно останется единственным сценарием. Однако в теории вы сможете пройти весь путь до горизонта событий и сумеете достичь сингулярности, пока еще живы. Если вы продолжите падение к горизонту событий, вы в конечном итоге увидите, как звездный свет сжимается до крошечной точки позади вас, меняя цвет на синий из-за гравитационного синего смещения. И затем… будет тьма. Ничего. Изнутри горизонта событий никакой свет из внешней Вселенной не сможет попасть к вашему кораблю. Как и вы больше не сможете вернуться обратно.

Так что Мэтью Макконахи очень повезло, что все в фильме было спецэффектами.

Источник

Есть ли способ уничтожить чёрную дыру?

«Обстреливать» её звёздами и другими чёрными дырами тоже бесполезно.

Однако способ есть. На ум приходит интересная цитата Стивена Хокинга из его знаменитой книги «Краткая история времени»:

«Сейчас мы знаем, что каждой частице соответствует античастица, с которой она может аннигилировать (взаимоуничтожаться). Могли бы существовать целые антислова и антилюди, состоящие из античастиц. Но встретив антисебя, не вздумайте поздороваться с ним за руку! Возникнет ослепительная вспышка света, и вы оба исчезнете!»

Смекаете? Да, нам нужны античастицы! Но что это вообще такое?

Античастица – это частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином (собственный момент импульса атомного ядра или атома), отличающаяся от неё знаками всех других характеристик взаимодействия (зарядов, например, электрического, цветового и др.). Так, для электрона с его отрицательным зарядом античастицей будет являться позитрон с положительным зарядом. Что будет, если столкнуть электрон и позитрон? Их масса превратится в энергию в форме гамма-квантов. Аналогичная история случится и с чёрной дырой: если чёрную дыру столкнуть с другой чёрной дырой, состоящей из античастиц, то гигантское количество массы превратилось бы в чистую энергию колоссальной мощности, но… Это не будет вспышка света – энергии будет настолько много, что она снова преобразуется в массу, а где масса – там и чёрная дыра, и опять с удвоенной массой! Неужели нам никак не избавиться от чёрной дыры? Даже античастицы не помогут?! Не будем пока откладывать их в сторону и скажем о них ещё кое-что, ведь они нам ещё пригодятся.

Итак, где нам достать античастицы? Они рождаются при столкновении частиц вещества, разогнанных до энергий, превосходящих порог рождения пары частица-античастица. Для этого нам понадобится ускоритель частиц – Большой адронный коллайдер, опредённо, подойдёт. А есть ли места во Вселенной, где эти античастицы образуются естественным путём? Они появляются при взаимодействии первичных космических лучей (они состоят из элементарных частиц и ядер, движущихся с высокими энергиями в пространстве) с веществом, например, атмосферы Земли, а также должны рождаться в окрестностях пульсаров и активных ядер галактик.

Кстати, античастицы можно поискать прямо в окрестностях чёрной дыры, от которой нам так хочется избавиться. В теории, те же позитроны или антинуклоны возникают при падении вещества на чёрные дыры. Не исключено, что античастицы рождаются при испарении первичных чёрных дыр малой массы. Ещё античастицы могут рождаться при высоких температурах, превышающих энергию покоя частиц. Такие условия могут быть в горячих ядрах массивных звёзд.

Источник

Можно ли уничтожить чёрную дыру?

Черные дыры — это главные «уничтожители» во Вселенной. Всё, что приближается к ним, будь то астероид, планета или звезда, рискует быть разорванным на части мощнейшей гравитацией. Если же что-то переступит черту, иначе называющуюся «горизонт событий», то исчезнет навсегда, увеличив при этом массу черной дыры и расширив её радиус. Сегодня мы не в состоянии представить, как можно уничтожить такое чудовище. Ей ничего не сделает даже другая черная дыра – они просто сольются в одну большую, высвободив при этом немного энергии в виде гравитационных волн. Согласно некоторым предположениям, Вселенная в очень далёком будущем будет состоять только из черных дыр. И всё же, возможно, они тоже не вечны. Они тоже исчезнут. Надо просто подождать.

В 1974 году Стивен Хокинг выдвинул теорию, которая описывает процесс постепенной потери массы черной дырой. Это явление получило название «излучение Хокинга», и теоретически оно базируется на неплохо изученном феномене «квантовых флуктуаций вакуума». Если верить квантовой механике, любая точка пространственно-временного континуума постоянно «колеблется» между несколькими возможными энергетическими состояниями. Эти флуктуации обусловлены непрекращающимся процессом рождения и аннигиляции пар виртуальных элементарных частиц, состоящих из одной обычной частицы и одной античастицы, имеющей противоположный заряд.

В обычной обстановке аннигиляция происходит сразу после рождения подобных пар, и количество энергии не меняется. Но давайте представим экстремальные условия, например, появление такой пары на самом краю горизонта событий черной дыры. При определённом их расположении в пространстве одна частица пары может избежать затягивания внутрь, в то время как вторая устремится в жерло этого бездушного «пылесоса». Последняя аннигилирует имеющуюся внутри частицу с противоположным зарядом, в результате чего чёрная дыра немного потеряет в своей массе. Для стороннего наблюдателя это будет выглядеть как излучение ею одной частицы. Таким образом, если черная дыра не будет всасывать в себя вещество и энергию извне, она будет испаряться — с неимоверно медленной скоростью. Сколько может продлиться этот процесс? Ответ на этот вопрос даёт раздел физики, который называется термодинамикой черных дыр.

Когда тот или иной объект выделяет энергию, мы воспринимаем её как тепло, значение которого можно измерить. Аналогичным образом можно определить и «температуру» черной дыры. Тут наблюдается чёткая закономерность. Чем она массивнее, чем ниже ее температура. У самых крупных это значение практически равно абсолютному нулю. Чёрная дыра массой с астероид Веста будет «разогрета» приблизительно до 200 градусов по Цельсию, то есть будет испускать довольно сильное излучение Хокинга. В общем, чем меньше черная дыра, тем она горячее, и тем быстрее испарится полностью.

Хотите знать конкретные сроки? Тут всё не так просто, и в обозримом будущем ничего подобного не намечается – потому что чёрные дыры продолжают глотать материю и энергию. Но чисто теоретически подобный объект, не получающий никакой подпитки извне и имеющий массу нашего Солнца, самоликвидируется за 10 в 67 степени лет. Когда черная дыра усохнет до 230 тонн, ей останется жить всего одну секунду. Затем она исчезнет полностью, выбросив свою энергию во Вселенную.

Гигантская чёрная дыра

Излучение Хокинга никогда не наблюдалось напрямую, оно ещё не зафиксировано наукой. Есть, однако, учёные, которые считают, что некоторые гамма-лучи, изредка фиксирующиеся соответствующими средствами наблюдения, являются напоминанием о смерти так называемых первичных черных дыр, образовавшихся вскоре после Большого взрыва. Последние этапы жизни Вселенной, как считается, будут невообразимо долгими, холодными и мрачными. И если был прав Стивен Хокинг, последними прекратят своё существование чёрные дыры — пугающие, абсолютно непроницаемые и загадочные.

Источник

Убить дыру: Как завалить горизонт

Мало кому известно, что сама идея черной дыры впервые прозвучала еще в конце XVIII в., когда английский геолог Джон Мичелл (John Michell) предположил существование тела, настолько массивного, что его притяжение не дозволяет покинуть определенные пределы даже свету. В представлении Мичелла движение света в окрестностях такого тела должно напоминать полет камня, брошенного над землей: оно понемногу замедляется, пока не достигнет апогея, замрет там на мгновение — и снова устремится обратно.

Современная концепция черных дыр, конечно, гораздо более сложна, чем идеи 220-летней давности; к примеру, мы знаем, что скорость света — величина постоянная. Однако и сегодня под черной дырой понимается область пространственно-временного континуума, «притяжение которой столь велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в т.ч. и сам свет)». Если пытаться передать современный взгляд несколько упрощенно, можно сказать, что гравитация искажает пространство-время, и, несмотря на то, что свет в окрестностях черной дыры продолжает двигаться с неизменной скоростью и прямолинейно, прямая устремляет его прямо в центр дыры, в точку сингулярности. Туда «соскальзывает» само пространство-время.

В этой концепции особенную важность приобретает понятие горизонта событий — воображаемой границы, за пределами которой скорость «соскальзывания» пространства-времени превышает скорость света. Иначе говоря, именно за пределами этой границы свет уже теряет последние шансы вырваться из объятий черной дыры. Именно за ней черная дыра становится по-настоящему черной.

Это может разочаровывать любого: все самое интересное происходит как раз за горизонтом событий, но как раз за ним мы в принципе не можем ничего наблюдать. К примеру, совершенно неясно, что же это такое за сингулярность в центре черной дыры, что это за точка, где кривизна пространства-времени уходит в бесконечность.

Если б можно было бы каким-то образом «уничтожить» горизонт событий и раскрыть внутренность черной дыры для исследований! Конечно, это приведет к разрушению самой дыры — но, возможно, на какое-то время откроет нам нечто еще более интересное. С такими необычными идеями выступили недавно известные астрофизики Тед Якобсон (Ted Jacobson) и Томас Сотирью (Thomas Sotiriou).

С точки зрения математики Общей Теории Относительности наличие горизонта событий описывается простым неравенством М2 > (J/M)2+Q2 (с точностью до коэффициентов — гравитационной постоянной и скорости света). Здесь М — масса черной дыры, J — угловой момент ее вращения и Q — заряд. Чтобы «разрушить» горизонт событий, — рассуждали ученые, — достаточно увеличивать вращательный момент и (или) заряд до тех пор, пока неравенство не перестанет соблюдаться. Тогда горизонт событий исчезнет, и нам предстанет. что?

Пока именно в этой точке физика отступает — и начинается почти что философия. Сингулярность — то самое место, где современные теории не должны работать. И вообще трудно сказать, что такое эта самая сингулярность, является ли она физической реальностью, или лишь математической абстракцией. Ни увидеть ее, ни почувствовать ее влияние мы не можем, сингулярность рождается лишь на кончике пера, что и порождает самые разные и самые экзотические теории о том, что же она представляет собой.

И вообще, в выкладках с этим неравенством лишь на первый взгляд, все проще простого. Если вы технологически освоите контроль над достаточной энергией, попробуйте нарастить вращение или заряд черной дыры, и поглядите, что из этого получится. Но на деле с таким прямым подходом у вас будут сложности. Увеличивая заряд или вращение дыры, вы будете увеличивать и ее массу — и неравенство сохранится. Все расчеты и все подходы, которые опробовали Якобсон и Сотирью, не дали однозначного решения о том, как же все-таки нарушить это неравенство.

Видимо, нам остается лишь математика и теория — тем более что порой они позволяют заглянуть если не в саму сингулярность, то по крайней мере далеко в недра черной дыры. Взгляните на мир глазами падающего в нее наблюдателя: «За горизонтом событий».

Источник

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки

Можно ли уничтожить чёрную дыру?

Последний раз редактировалось prov 27.12.2015, 19:52, всего редактировалось 1 раз.

Вместе с тем, известно, что чёрные дыры могут иметь заряд. Цитата из книги Л.Сасскинда «Битва при чёрной дыре».

Давайте чуть подробнее остановимся на заряженных черных дырах. Сгустки электрического заряда обычно нестабильны, поскольку электроны отталкиваются друг от друга (вспомните закон: одинаковые заряды отталкиваются; противоположные заряды притягиваются). Даже если образуется облако электрического заряда, его обычно немедленно разрывают на части силы электрического отталкивания. Но гравитация может компенсировать электрическое отталкивание, если сгусток заряда достаточно массивен. Поскольку все объекты во Вселенной гравитационно притягиваются друг к другу, то между тяготением и электрическим отталкиванием возникнет конкуренция — гравитация притягивает заряды, а электрическое взаимодействие расталкивает. Заряженная черная дыра — это что-то вроде перетягивания каната.

Если сгусток заряда очень массивен, но имеет лишь небольшой электрический заряд, гравитация выигрывает в этом соперничестве, и сгусток будет сжиматься. Если его масса мала, но он имеет огромный электрический заряд, тогда электрическое отталкивание возьмет верх, и сгусток станет расширяться. Существует точка равновесия, где заряд и масса имеют строго определенное соотношение. этой точке электрическое отталкивание и гравитационное притяжение уравновешивают друг друга, и перетягивание каната заканчивается вничью. Именно это и есть экстремальная черная дыра.

Супермодератор

— отсутствуют собственные содержательные попытки решения задачи.

Супермодератор

Последний раз редактировалось Pphantom 27.12.2015, 20:49, всего редактировалось 1 раз.

Определение было не очень удачным. Поэтому давайте начнем со следующего: прочитайте вот эту статью Википедии, обратив особое внимание на раздел «Решение Рейснера — Нордстрёма». Если этого будет недостаточно, задавайте вопросы.

Заслуженный участник

Если я правильно понимаю, то общая теория относительности не даёт ответа на этот вопрос?

Супермодератор

Последний раз редактировалось Denis Russkih 28.12.2015, 02:03, всего редактировалось 1 раз.

Простите, очень хочется спросить.

А если силой затолкать туда лишние электроны. Ну там, разогнать их посильнее, чтобы у них были релятивистские скорости ещё до падения. И вообще, пусть сзади на них напирает ещё более сильное поле! Чтобы у них выхода не было, кроме как в чёрную дыру.

Возможно ли такое, и если да, то что тогда будет?

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось rockclimber 28.12.2015, 02:35, всего редактировалось 1 раз.

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Утундрий 28.12.2015, 05:14, всего редактировалось 1 раз.

Заслуженный участник

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось arseniiv 28.12.2015, 12:25, всего редактировалось 1 раз.

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Источник