آیا ما در سیاهچاله زندگی می کنیم؟ ساختار و زندگی کیهان که جهان سیاهچاله خواهد بود.

فدور درگاچف

سیاهچاله ای با جرم کیهان؟

هنگام مقایسه فیزیک سیاهچاله ها و فرآیندهای انفجار بزرگ، من یک سوال داشتم. می‌خواهم در یکی از قسمت‌های بعدی مقاله جدیدم با جزئیات به آن نگاه کنم. "زمین و کیهان" ، که او شروع به انتشار در LiveJournal کرد:

قسمت 1

از مقایسه فوق، مشخص می شود که در اولین ثانیه های پس از انفجار بزرگ، ماده ای که بخش قابل مشاهده کیهان را تشکیل می دهد، در شرایطی مشابه آنچه که توسط نظریه سیاهچاله ها توصیف شده بود، قرار داشته است!

اما من این را رد نمی کنم که هنگام طرح سوال چیزی را در نظر نگرفته باشم. منتظر پاسخ ها هستم...

سیاه چاله ها

«اگر تأثیرات نظریه نسبیت خاص در سرعت‌های بالای حرکت اجسام آشکارتر شود، نظریه نسبیت عام زمانی وارد عمل می‌شود که اجسام دارای جرم‌های بسیار بزرگ هستند و باعث انحنای شدید فضا و زمان می‌شوند.
... کشفی که در طول جنگ جهانی اول توسط ستاره شناس آلمانی کارل شوارتزشیلد انجام شد، زمانی که او در سال 1916 در جبهه روسیه، در بین محاسبه مسیر گلوله های توپخانه، با دستاوردهای انیشتین در زمینه گرانش آشنا شد. شگفت انگیز است که تنها چند ماه پس از اینکه انیشتین سنگ تمام گذاشت روی بوم نسبیت عام، شوارتزشیلد توانست از این نظریه برای به دست آوردن تصویری کامل و دقیق از نحوه خم شدن فضا و زمان در مجاورت یک ستاره کاملاً کروی استفاده کند. شوارتزشیلد نتایج خود را از جبهه روسیه برای انیشتین فرستاد و او به دستور او آنها را به آکادمی پروس ارائه کرد.
علاوه بر تایید و محاسبه دقیق ریاضی انحنا، که به صورت شماتیک در شکل 1 نشان دادیم. 3.5، کار شوارتزشیلد - که اکنون به عنوان "راه حل شوارتزشیلد" شناخته می شود - یک پیامد قابل توجه نسبیت عام را آشکار کرد. نشان داده شده است که اگر جرم ستاره در یک ناحیه کروی به اندازه کافی کوچک متمرکز شود (زمانی که نسبت جرم ستاره به شعاع آن از مقدار بحرانی خاصی تجاوز نمی کند)، آنگاه انحنای فضا-زمان به قدری قابل توجه خواهد بود که هیچ جسمی (از جمله نور) که به اندازه کافی به ستاره نزدیک شود، نمی تواند از این تله گرانشی فرار کند. از آنجایی که حتی نور نیز نمی تواند از چنین "ستاره های فشرده" فرار کند، آنها در ابتدا ستاره های تاریک یا یخ زده نامیده می شدند. (این نام متعلق به دانشمندان شوروی Ya. B. Zeldovich و I. D. Novikov است. - اد.) نام جذاب تری سال ها بعد توسط جان ویلر پیشنهاد شد که آنها را سیاهچاله نامید - سیاه زیرا نمی توانند نور ساطع کنند و چاله ها به دلیل اینکه هر جسمی که در فاصله خیلی کوتاه به آنها نزدیک شود هرگز به عقب باز نمی گردد. این نام استوار است و تثبیت شده است. راه حل شوارتزشیلد در شکل نشان داده شده است. اگرچه سیاه‌چاله‌ها به‌عنوان «پرخور» شناخته می‌شوند، اجسامی که در فاصله‌ای مطمئن از کنار آن‌ها عبور می‌کنند، به همان شکلی که توسط یک ستاره معمولی منحرف می‌شوند، منحرف می‌شوند و به راه خود ادامه می‌دهند. اما اجسام با هر ماهیتی که خیلی نزدیک شوند، نزدیکتر از فاصله‌ای که افق رویداد سیاه‌چاله نامیده می‌شود، محکوم به فنا هستند - آنها به طور پیوسته به سمت مرکز سیاه‌چاله سقوط می‌کنند و در معرض تغییر شکل‌های گرانشی شدیدتر و در نهایت مخرب قرار می‌گیرند..

سیاهچاله ساختار فضا-زمان اطراف را خم می کند آنقدر قوی که هر جسمی که از "افق رویداد" خود - که با دایره سیاه نشان داده می شود - عبور کند، نمی تواند از تله گرانشی آن بگریزد. هیچ کس دقیقا نمی داند در اعماق سیاهچاله ها چه اتفاقی می افتد.

به عنوان مثال، اگر ابتدا به سمت مرکز پاهای سیاهچاله شنا کنید، با عبور از افق رویداد، احساس ناراحتی فزاینده ای خواهید داشت. کشش گرانشی سیاهچاله به قدری افزایش می‌یابد که پاهای شما را بسیار قوی‌تر از سرتان می‌کشد (بالاخره پاهای شما تا حدودی به مرکز سیاهچاله نزدیک‌تر از سرتان می‌شوند) به طوری که می تواند به سرعت بدن شما را تکه تکه کند.
اگر هنگام سفر به اطراف سیاهچاله مراقب باشید و مراقب باشید که از افق رویداد آن عبور نکنید، می توانید از سیاهچاله برای انجام یک ترفند قابل توجه استفاده کنید. برای مثال تصور کنید که سیاهچاله‌ای با جرم 1000 برابر خورشید کشف می‌کنید و درست زمانی که جورج به سمت خورشید فرود می‌آید، به ارتفاع 3 سانتی‌متر بالاتر از افق رویداد، به سمت پایین حرکت می‌کنید. همانطور که قبلاً اشاره کردیم، میدان‌های گرانشی باعث انحراف زمان می‌شوند، به این معنی که سفر در زمان شما کند می‌شود. در واقع، از آنجایی که سیاهچاله ها دارای چنین میدان های گرانشی قوی هستند، زمان شما بسیار کند می شود. ساعت شما تقریباً ده هزار برابر کندتر از ساعت دوست شما در زمین بازگشته است. اگر به مدت یک سال در بالای افق رویداد یک سیاهچاله در این موقعیت معلق باشید و سپس با کابل به سفینه فضایی منتظر نزدیک شوید تا سفری کوتاه اما دلپذیر به خانه داشته باشید، پس از بازگشت متوجه خواهید شد که بیش از ده هزار سال طول کشیده است. از رفتنت گذشت . شما می توانید از یک سیاهچاله به عنوان نوعی ماشین زمان استفاده کنید که به شما امکان می دهد به آینده دور زمین سفر کنید.
برای درک عظمت مقیاس این پدیده ها، توجه داشته باشید که ستاره ای با جرم برابر با جرم خورشید، اگر شعاع آن مقدار مشاهده شده (حدود 700000 کیلومتر) نباشد، به سیاهچاله تبدیل می شود. 3 کیلومتر. تصور کنید کل خورشید ما به اندازه منهتن کوچک شده است. وزن یک قاشق چایخوری از ماده چنین خورشید فشرده ای به اندازه کوه اورست است. برای اینکه زمین خود را به سیاهچاله تبدیل کنیم، باید آن را به صورت توپی با شعاع کمتر از یک سانتی متر فشرده کنیم. برای مدت طولانی، فیزیکدانان در مورد امکان چنین حالت های شدید ماده تردید داشتند، بسیاری از آنها معتقد بودند که سیاهچاله ها فقط زاییده تخیل وحشی نظریه پردازان هستند.
با این حال، در طول دهه گذشته، داده های رصدی بسیار زیادی جمع آوری شده است که وجود سیاهچاله ها را تأیید می کند. البته از آنجایی که آنها سیاه هستند، نمی توان آنها را مستقیماً با بررسی آسمان با تلسکوپ مشاهده کرد. در عوض، ستاره شناسان سعی می کنند سیاهچاله ها را با رفتار غیرعادی ستارگان نورانی معمولی که در نزدیکی افق رویداد سیاهچاله قرار دارند، شناسایی کنند. برای مثال، وقتی ذرات غبار و گاز از لایه‌های بیرونی ستارگان معمولی مجاور یک سیاه‌چاله به سمت افق رویداد سیاه‌چاله می‌روند، تقریباً به سرعت نور شتاب می‌گیرند. در چنین سرعت هایی، اصطکاک در گرداب گاز و غبار ماده استنشاق شده منجر به آزاد شدن مقدار زیادی گرما می شود که باعث می شود مخلوط گاز و غبار بدرخشد و نور مرئی معمولی و اشعه ایکس ساطع کند. از آنجایی که این تشعشع خارج از افق رویداد تولید می شود، می تواند از افتادن در سیاهچاله جلوگیری کند. این تابش در فضا منتشر می شود و می توان مستقیماً آن را مشاهده و مطالعه کرد. نسبیت عام ویژگی های چنین اشعه ایکس را با جزئیات پیش بینی می کند. مشاهده این ویژگی‌های پیش‌بینی‌شده شواهد قوی، هرچند غیرمستقیم، برای وجود سیاه‌چاله‌ها فراهم می‌کند. به عنوان مثال، شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می دهد سیاهچاله ای بسیار پرجرم، دو و نیم میلیون برابر جرم خورشید ما، در مرکز کهکشان ما قرار دارد. اما حتی این سیاهچاله های حریص در مقایسه با سیاهچاله هایی که ستاره شناسان معتقدند در مرکز اختروش های درخشان پراکنده در سراسر کیهان قرار دارند، رنگ پریده اند. اینها سیاهچاله هایی هستند که جرم آنها میلیاردها بار بیشتر از جرم خورشید است.
شوارتزشیلد تنها چند ماه پس از یافتن راه حل خود درگذشت. او بر اثر بیماری پوستی که در جبهه روسیه به آن مبتلا شد درگذشت. او 42 سال داشت. برخورد کوتاه غم انگیز او با نظریه گرانش اینشتین یکی از چشمگیرترین و اسرارآمیزترین جنبه های زندگی در کیهان را آشکار کرد. (" "، صفحه 31)،

واقعیت نظری که «سیاه چاله» نامیده می‌شود، که مقایسه آن با جهنم خود را نشان می‌دهد، اساساً نظری باقی می‌ماند، اگرچه ستاره‌شناسان در نگاه اول تصویری نسبتاً هماهنگ از فیزیک سیاه‌چاله‌ها، دلایل شکل‌گیری و تاثیر بر پیوستار فضا-زمان

در اصل، ستاره شناسان سیاهچاله را نه جسم فیزیکی، بلکه منطقه ای در فضا-زمان می نامند که در آن جاذبه گرانشی آنقدر قوی است که هیچ چیز، حتی نور، نمی تواند به بیرون نفوذ کند - فراتر از "افق رویداد".

نظریه غالب این است که سیاه‌چاله‌ها در محل ستارگان پرجرم سوخته به وجود می‌آیند: وقتی ستاره‌ای فرو می‌ریزد، چگالی ماده آنقدر زیاد می‌شود که جاذبه گرانشی در این ناحیه شروع به جذب ماده اطراف می‌کند.. (« » ).

همانطور که مشخص است، تاکنون تنها دو نوع سیاهچاله توسط مشاهدات ثبت شده است - جرم ستاره ای(که در نتیجه فروپاشی گرانشی ستارگان پرجرم شکل گرفته است) و ابرپرجرم(که طبق یک فرضیه، نتیجه ادغام اولی هستند). بدون فرضیهتشکیل سیاهچاله های کلان جرم کم و بیش اثبات نشده است، از جمله.یک فرضیه ادغام که اثبات آن به حداقل یک مورد قابل اعتماد نیاز داردسیاهچاله با جرم متوسط."(آگوست 2008)

سیاهچاله ها نتیجه فروپاشی گرانشی ستارگان پرجرم هستند. آنها با جزئیات کافی در ادبیات علمی و عامه توصیف شده اند.

مکانیسم "تله" انحنای فضا-زمان تحت تأثیر نیروهای گرانش هیولایی است. "وانحنای فضازمان به قدری قابل توجه خواهد بود که هیچ جسمی (از جمله نور) که به اندازه کافی به ستاره نزدیک شود قادر به فرار از این تله گرانشی نخواهد بود.

بیگ بنگ از منظر نظریه «سیاه چاله ها»

طبق تمام تئوری های موجود در مورد بیگ بنگ، در ابتدا جهان نقطه ای از فضای بی نهایت کوچک بود که چگالی و دمای بی نهایت زیادی داشت.("مشکلات بزرگ بیگ بنگ. تکینگی مشکل ساز").

با وجود موفقیت بزرگ، افق های نظریه بیگ بنگ دور از ابر است...

مشخص نیست که چرا کهکشان‌های مارپیچی در یک فاصله، همیشه «جابه‌جایی‌های قرمز» بزرگ‌تری نسبت به کهکشان‌های بیضی دارند.(برای جزئیات بیشتر، به کتاب V.P. Chechev، Ya.M. Kramarovsky "Radioactivity and the Evolution of Universe." M., "Nauka"، 1978 مراجعه کنید).

بالاخره اخیراً مشخص شد که سرعت کهکشان ها نسبت به پس زمینه CMBخیلی کوچک.اندازه گیری می شوند نه هزاران و ده ها هزار کیلومتر در ثانیه، همانطور که از نظریه یک جهان در حال انبساط برمی آید، بلکهفقط صدها کیلومتر در ثانیه . معلوم می شود که کهکشان ها عملاً نسبت به پس زمینه مایکروویو کیهانی جهان در حالت سکون هستند که به دلایلی می توان آن را چارچوب مرجع مطلق کهکشان در نظر گرفت.(برای جزئیات بیشتر به کتاب "توسعه روشهای تحقیقات نجومی" (A.A. Efimov. "Astronomy and the اصل نسبیت") مراجعه کنید. M., "Science", 1979, p. 545).

چگونگی غلبه بر این مشکلات هنوز نامشخص است.»(Siegel F.Yu. "جوهر جهان." - M.؛ "شیمی"، 1982، بخش "شجره عناصر شیمیایی"، فصل "سنتز عناصر"، صفحات 166-167).

بعد از انفجار بزرگ

بیگ بنگ افت سریع چگالی، دما و فشار اولیه ماده متمرکز در حجم بسیار کمی از کیهان است. در لحظه اولیه، کیهان چگالی و دمای غول پیکری داشت. در اولین ثانیه از وجود خود، جهان دارای چگالی ~ 10 5 g/cm 3 و دمای 10 10 K بود. دمای فعلی نزدیکترین ستاره به ما، خورشید، هزار بار کمتر است.
برای مدت کوتاهی پس از انفجار بزرگ - فقط 10 تا 36 ثانیه - جهان کوچک پر از ذرات اساسی بود. این ذرات بر خلاف نوکلیدها، پروتون ها و نوترون ها تقسیم ناپذیر هستند. پروتون ها و نوترون ها، اساس ماده هسته ای، در واقع از آنها تشکیل شده اند. اینها فرمیونهای اساسی هستند که از طریق یک برهمکنش اساسی واحد در آن زمان در توسعه جهان با یکدیگر تعامل دارند. این تعامل چگونه صورت گرفت؟ از طریق ذرات. به آنها بوزون می گویند. چهار مورد از آنها وجود دارد: یک فوتون (گاما کوانتوم)، یک گلوئون و دو بوزون - W و Z. و خود ذرات بنیادی، یعنی. فرمیون ها شش نوع کوارک و شش نوع لپتون هستند.
این گروه از ذرات 12 فرمیونی است که از طریق 4 بوزون با یکدیگر تعامل دارند که در واقع جنین کیهان هستند...

در ضمن، بیایید به جهان در حال انبساط اولین لحظات وجودش برگردیم.
فیزیک مدرن معتقد است که ذرات - فرمیون ها و بوزون ها که بلافاصله پس از انفجار بزرگ ظاهر شدند، تقسیم ناپذیر هستند. "باور" به این معنی است که هنوز اطلاعاتی در مورد ساختار داخلی آنها وجود ندارد. فرمیون ها و بوزون ها تا حدود 10 تا 10 ثانیه پس از توسعه کیهان بدون جرم بودند و به اصطلاح "سوپ جوش" جهان کوچک را تشکیل می دادند. آنها بر اساس قانون واحد اتحاد بزرگ با یکدیگر تعامل داشتند.
در 10 -36 ثانیه، دوران اتحاد بزرگ فروپاشید. ماهیت برهمکنش ذرات شروع به تغییر کرد. ادغام ذرات و تشکیل ذرات سنگین تر در حالی که جهان دمای بالایی داشت غیرممکن بود.
سرد شدن کیهان 1 میکروثانیه به طول انجامید» . (M.I. Panasyuk "سرگردان جهان یا پژواک انفجار بزرگ").

سوال

در نظر گرفتن انفجار بزرگ از منظر نظریه سیاهچاله نتایج شگفت انگیزی به همراه دارد. بنابراین، " ستاره شناسان سیاهچاله را می نامند منطقه ای در فضازمان که در آن کشش گرانشی آنقدر قوی است که هیچ چیز، حتی نور، نمی تواند از آن فرار کند».

ولی منطقه ای که ماده در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ در آن متمرکز شده است باید دقیقاً همین باشد. بزرگ‌ترین سیاه‌چاله‌ها (در مرکز کهکشان‌ها و اختروش‌ها) میلیون‌ها بار بزرگ‌تر از خورشید جرم دارند. اما جرم جهان قابل مشاهده، طبق برآوردهای مدرن، بیش از 10 ^ 20 برابر از جرم خورشید بیشتر است - که 100 کوئینتیلیون (1 کوئینتیلیون = 1 میلیارد میلیارد) است! من آدم احساسی نیستم، اما، با این وجود، نمی دانم چند علامت تعجب اینجا بگذارم.

و این همه جرم عظیم چنان نیروی گرانشی هیولایی ایجاد نکرد که انحنای فضا-زمان باعث ایجاد اثر "سیاه چاله" نشود؟ برای انبساط ماده در طول بیگ بنگ، زمان باید آنقدر کند می شد که هنوز از "افق رویداد" فرار نمی کرد.. این امر "پراکندگی" بیشتر ماده را که متعاقباً بخش قابل مشاهده کیهان را تشکیل می دهد، کاملاً از بین می برد. یک تناقض منطقی وجود دارد - یا علم فرآیندهای انفجار بزرگ را اشتباه درک می کند یا نظریه سیاهچاله ها نادرست است.!

F. Dergachev "سیاه چاله ای با جرم کیهان؟" قسمت 2

مطالب توسط ویراستاران InoSMI به طور خاص برای بخش RIA Science >> تهیه شده است

مایکل فینکل

بیایید ساعت را به عقب برگردانیم. قبل از انسان، قبل از زمین، قبل از شعله ور شدن خورشید، قبل از تولد کهکشان ها، قبل از اینکه نور بتابد، یک انفجار بزرگ رخ داد. این اتفاق 13.8 میلیارد سال پیش رخ داد.

ابرنواخترها فضایی را با عناصر سنگین در کیهان اولیه کاشتنددانشمندان با استفاده از تلسکوپ فضایی پرتو ایکس سوزاکوی ژاپن، توزیع آهن را در خوشه کهکشانی پرسئوس، واقع در فاصله 250 میلیون سال نوری، بررسی کردند.

اما قبل از آن چه اتفاقی افتاد؟ بسیاری از فیزیکدانان می گویند که "قبل از این" وجود ندارد. آنها استدلال می کنند که زمان در لحظه "بیگ بنگ" به حساب می آید، و معتقدند که هر چیزی که قبلا وجود داشته است در حوزه علم گنجانده نشده است. ما هرگز نخواهیم فهمید که واقعیت قبل از انفجار بزرگ چگونه بود، از چه چیزی شکل گرفت و چرا جهان ما را ایجاد کرد. چنین ایده هایی فراتر از درک بشر است.

اما برخی از دانشمندان غیرمتعارف با این نظر موافق نیستند. این فیزیکدانان این نظریه را مطرح می کنند که لحظاتی قبل از "مهبانگ"، کل جرم و انرژی جهان نوپا در یک دانه فوق العاده متراکم، اما متناهی فشرده شده است. بیایید آن را بذر یک جهان جدید بنامیم.

آنها بر این باورند که این دانه به طرز غیرقابل تصوری ریز بوده است، شاید تریلیون ها بار کوچکتر از هر ذره ای که می تواند توسط انسان مشاهده شود. و با این حال، این ذره همه ذرات دیگر را به وجود آورد، به غیر از کهکشان ها، منظومه شمسی، سیارات و مردم.

اگر واقعاً می خواهید چیزی را ذره خدا بنامید، این دانه برای آن نام عالی است.

پس این بذر چگونه به وجود آمد؟ یک ایده چندین سال پیش توسط نیکودم پوپلاوسکی، که در دانشگاه نیوهیون کار می کند، مطرح شد. این است که بذر کیهان ما در کوره اولیه ای که سیاهچاله برای آن تبدیل شد، جعل شد.

ضرب چندجهانی

استیون هاوکینگ می گوید هیچ سیاهچاله «کلاسیک» وجود نداردهاوکینگ پیشنهاد می کند یکی از مفاد اصلی نظریه مدرن سیاهچاله ها - وجود "افق رویداد" یک سیاهچاله، که به دلیل آن نه ماده و نه انرژی نمی توانند به دنیای خارج بازگردند، تجدید نظر شود.

قبل از اینکه جلوتر برویم، درک این نکته مهم است که در طول بیست سال گذشته بسیاری از فیزیکدانان نظری متقاعد شده اند که جهان ما تنها جهان نیست. ما ممکن است بخشی از یک چندجهانی باشیم که تعداد زیادی از جهان‌های منفرد را نشان می‌دهد، که هر کدام توپی درخشان در آسمان شب واقعی هستند.

در مورد نحوه اتصال یک جهان به جهان دیگر و اینکه آیا اصلاً چنین ارتباطی وجود دارد، اختلاف نظرهای زیادی وجود دارد. اما همه این اختلافات صرفاً حدس و گمان است و حقیقت غیر قابل اثبات است. اما یک ایده جذاب این است که دانه جهان مانند دانه یک گیاه است. این یک قطعه ماده ضروری است که به شدت فشرده شده و در داخل یک پوسته محافظ پنهان شده است.

این دقیقاً توضیح می دهد که در داخل یک سیاهچاله چه اتفاقی می افتد. سیاهچاله ها اجساد ستارگان غول پیکر هستند. وقتی سوخت چنین ستاره ای تمام می شود، هسته آن فرو می ریزد. نیروی گرانش همه چیز را با نیرویی باورنکردنی و روزافزون به هم می کشد. دما به 100 میلیارد درجه می رسد. اتم ها در حال فروپاشی هستند. الکترون ها تکه تکه می شوند. و سپس این توده حتی بیشتر کوچک می شود.

سیاهچاله ای که بیش از حد روشن و روشن است در تئوری های ستاره شناسان نمی گنجددانشمندان چینی کشف کرده‌اند که یک منبع پرتو ایکس فوق‌العاده در کهکشان فرفره بسیار درخشان است و جرم کمی دارد که با نظریه‌های موجود مطابقت ندارد.

در این مرحله ستاره به سیاهچاله تبدیل می شود. این بدان معنی است که نیروی جاذبه آن به قدری عظیم است که حتی یک پرتو نور نیز نمی تواند از آن فرار کند. مرز بین داخل و خارج سیاهچاله را افق رویداد می نامند. در مرکز تقریباً هر کهکشانی، از جمله کهکشان راه شیری، دانشمندان در حال کشف سیاهچاله‌های عظیم هستند که میلیون‌ها برابر جرم خورشید ما دارند.

سوالات بی ته

اگر از نظریه انیشتین برای تعیین آنچه در انتهای سیاهچاله اتفاق می افتد استفاده کنید، می توانید نقطه ای را محاسبه کنید که بی نهایت متراکم و بی نهایت کوچک است. این مفهوم فرضی تکینگی نامیده می شود. اما در طبیعت، بی نهایت ها معمولا وجود ندارند. مشکل در تئوری های اینشتین است که محاسبات بسیار خوبی را برای بیشتر فضای بیرونی فراهم می کند، اما در مواجهه با نیروهای باورنکردنی، مانند نیروهای درون سیاهچاله یا نیروهای حاضر در زمان تولد کیهان، از هم می پاشند.

اخترشناسان توانستند برای اولین بار به درون "دم" یک سیاهچاله نگاه کنندامروزه دو نوع اصلی از سیاهچاله ها شناخته شده است - سیاهچاله های معمولی ناشی از فروپاشی یک ستاره، و "خواهران" بسیار پرجرم آنها که در مرکز کهکشان ها وجود دارند. هر دو نوع سیاهچاله قادر به جذب ماده و پرتاب آن به بیرون به شکل جت هستند - پرتوهای پلاسمای گرم که با سرعت نزدیک به نور حرکت می کنند.

فیزیکدانانی مانند دکتر پوپلوسکی می گویند که ماده درون یک سیاهچاله در واقع به نقطه ای می رسد که دیگر نمی توان آن را فشرده کرد. این "دانه" فوق العاده کوچک است و وزن آن به اندازه یک میلیارد ستاره است. اما بر خلاف تکینگی، کاملا واقعی است.

به گفته پوپلوسکی، فرآیند فشرده سازی متوقف می شود زیرا سیاهچاله ها می چرخند. آنها خیلی سریع می چرخند و احتمالاً به سرعت نور می رسند. و این پیچش به دانه فشرده چرخش محوری باورنکردنی می دهد. دانه نه تنها کوچک و سنگین است. آن نیز مانند فنر آن شیطان در جعبه انفاق پیچ خورده و فشرده است.

دانشمندان برای اولین بار میدان مغناطیسی سیاهچاله مرکز کهکشان را اندازه گیری کردندسیاهچاله کلان جرم Sgr A* در مرکز کهکشان ما قرار دارد. پیش از این، ستاره شناسان تپ اختر رادیویی PSR J1745-2900 را در مرکز کهکشان ما کشف کرده بودند. آنها از تشعشعات ساطع شده از آن برای اندازه گیری قدرت میدان مغناطیسی سیاهچاله استفاده کردند.

پوپلوسکی می گوید به عبارت دیگر، کاملاً ممکن است که یک سیاهچاله یک تونل باشد، یک «در یک طرفه» بین دو جهان. این بدان معناست که اگر در سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری بیفتید، کاملاً محتمل است که در جهان دیگری قرار بگیرید (خب، اگر شما نیستید، بدن شما به صورت ذرات ریز خرد می شود). این جهان دیگر در جهان ما نیست. سوراخ به سادگی یک حلقه اتصال است، مانند یک ریشه مشترک که از آن دو درخت آسپن رشد می کنند.

در مورد همه ما، در جهان خودمان چطور؟ ما ممکن است محصول یک جهان قدیمی دیگر باشیم. بیایید آن را جهان واقعی خود بنامیم. بذری که جهان مادر در داخل سیاهچاله جعل کرد، ممکن است 13.8 میلیارد سال پیش جهش بزرگی داشته باشد، و اگرچه جهان ما از آن زمان به سرعت در حال گسترش بوده است، ما هنوز ممکن است فراتر از افق رویداد سیاهچاله باشیم.

دنیا چیزی به شما بدهکار نیست - قبل از شما اینجا بود.
- مارک تواین

خواننده ای می پرسد:

چرا کیهان بلافاصله پس از انفجار بزرگ به سیاهچاله سقوط نکرد؟

راستش من خودم خیلی به این موضوع فکر کردم. و به همین دلیل.

این روزها جهان پر از همه چیز است. کهکشان ما مجموعه ای سرد از ستارگان، سیارات، گاز، غبار، مقدار زیادی ماده تاریک است که دارای 200 تا 400 میلیارد ستاره است و وزن آن یک تریلیون برابر بیشتر از کل منظومه شمسی است. اما کهکشان ما تنها یکی از تریلیون ها کهکشان با اندازه مشابه در سراسر جهان پراکنده است.

اما مهم نیست که کیهان چقدر عظیم است، این جرم در فضای وسیعی توزیع شده است. قطر بخش قابل مشاهده کیهان حدود 92 میلیارد سال نوری است که در مقایسه با مرزهای منظومه شمسی ما تصور آن دشوار است. مدار پلوتون و سایر اجرام کمربند کویپر 0.06 درصد از یک سال نوری است. بنابراین، ما یک توده عظیم داریم که در یک حجم عظیم توزیع شده است. و من می خواهم تصور کنم که آنها چگونه با یکدیگر ارتباط دارند.

خوب، خورشید ما 2*10^30 کیلوگرم وزن دارد. این بدان معنی است که حاوی 10^57 پروتون و نوترون است. اگر در نظر بگیریم که کیهان دارای 10^24 جرم خورشیدی از ماده معمولی است، معلوم می شود که کره ای با شعاع 46 میلیارد کیلومتر شامل 10^81 نوکلئون است. اگر چگالی متوسط ​​کیهان را محاسبه کنیم، تقریباً دو پروتون در هر متر مکعب است. و این جزئی است!

بنابراین، اگر شما شروع به فکر کردن در مورد مراحل اولیه توسعه کیهان خود کنید، زمانی که تمام ماده و انرژی در فضای بسیار کوچکی که بسیار کوچکتر از منظومه شمسی ما بود جمع شده بود، باید به این مسئله فکر کنیم که خواننده

زمانی که کیهان پس از انفجار بزرگ یک پیکوثانیه سن داشت، تمام این مواد موجود در ستارگان، کهکشان‌ها، خوشه‌ها و ابرخوشه‌های کیهان در حجمی کوچک‌تر از کره‌ای با شعاع برابر با شعاع فعلی مدار زمین بود.

و بدون کم کردن این نظریه که کل جهان در چنین حجم کوچکی قرار می گیرد، بیایید بگوییم که ما سیاهچاله هایی را می شناسیم که از قبل وجود دارند و جرم آنها بسیار کمتر از جرم کیهان است و اندازه آنها بسیار بزرگتر از حجم ذکر شده!

در مقابل شما کهکشان بیضوی غول پیکر مسیه 87، بزرگترین کهکشان در فاصله 50 میلیون سال نوری از ما قرار دارد که 0.1 درصد شعاع جهان قابل مشاهده است. در مرکز آن یک سیاهچاله بسیار پرجرم با جرم 3.5 میلیارد خورشیدی وجود دارد. این بدان معنی است که شعاع شوارتزشیلد دارد - یا شعاعی که نور نمی تواند از آن فرار کند. تقریباً 10 میلیارد کیلومتر است که 70 برابر فاصله زمین تا خورشید است.

بنابراین اگر چنین جرمی در چنین حجم کوچکی منجر به ظهور یک سیاهچاله می شود، چرا جرمی 10^14 برابر بیشتر، در حجمی حتی کوچکتر، منجر به ظهور یک سیاهچاله نمی شود، اما، بدیهی است، منجر به ظهور جهان ما شد؟

بنابراین او تقریباً آن را نیاورد. جهان در طول زمان منبسط می شود و با حرکت به سوی آینده، سرعت انبساط آن کاهش می یابد. در گذشته های دور، در اولین پیکوثانیه های کیهان، سرعت انبساط آن بسیار بسیار بیشتر از اکنون بود. چقدر بیشتر؟

امروزه کیهان با سرعتی در حدود 67 کیلومتر بر ثانیه در حال انبساط است، به این معنی که به ازای هر مگاپارسک (حدود 3.26 میلیون سال نوری) که چیزی از ما دور باشد، فاصله بین ما و آن جسم با سرعتی در حال انبساط است. 67 کیلومتر در ثانیه زمانی که سن کیهان پیکوثانیه بود، این سرعت به 10^46 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپیکسل نزدیکتر بود. برای درک این موضوع، این سرعت انبساط امروزه منجر به دور شدن هر اتم ماده روی زمین از اتم های دیگر می شود به طوری که فاصله بین آنها در هر ثانیه یک سال نوری افزایش می یابد!

این پسوند معادله بالا را توصیف می کند. در یک طرف آن H، نرخ انبساط هابل جهان وجود دارد، و در طرف دیگر چیزهای زیادی وجود دارد. اما مهمترین چیز متغیر ρ است که نشان دهنده چگالی انرژی جهان است. اگر H و ρ کاملاً متعادل باشند، جهان می تواند برای مدت بسیار طولانی زنده بماند. اما حتی یک عدم تعادل جزئی منجر به یکی از دو پیامد بسیار ناخوشایند خواهد شد.

اگر سرعت انبساط کیهان نسبت به مقدار جرم و انرژی آن کمی کمتر بود، جهان ما با یک فروپاشی تقریباً آنی مواجه می شد. تبدیل شدن به سیاهچاله یا Big Crunch خیلی سریع اتفاق می افتد. و اگر سرعت انبساط فقط کمی بیشتر بود، اتم ها به هیچ وجه به یکدیگر متصل نمی شدند. همه چیز آنقدر سریع منبسط می شود که هر ذره زیر اتمی در جهان خودش وجود داشته باشد، بدون هیچ چیز برای تعامل.

برای به دست آوردن چنین نتایج متفاوتی، نرخ های انبساط چقدر باید متفاوت باشد؟ روی 10 درصد؟ با 1%؟ با 0.1٪؟

آن را بالاتر ببرید. اختلاف کمتر از 1/10^24 طول می کشد تا به کیهان زمان داده شود تا 10 میلیارد سال دوام بیاورد. یعنی حتی یک تفاوت 0.00000001٪ از نرخ انبساط رخ داده برای جهان کافی است تا در کمتر از یک ثانیه دوباره فرو بریزد اگر انبساط خیلی کند باشد. یا برای جلوگیری از تشکیل حتی یک اتم هلیوم اگر انبساط خیلی زیاد بود.

اما ما هیچ کدام از اینها را نداریم: جهانی داریم که نمونه ای از تعادل تقریباً کامل بین انبساط و چگالی ماده و تشعشع است، و وضعیت فعلی تنها با یک ثابت کیهانی بسیار کوچک غیرصفر متفاوت از تعادل ایده آل است. ما هنوز نمی‌توانیم توضیح دهیم که چرا وجود دارد، اما شاید از مطالعه آنچه که توضیح نمی‌دهد لذت ببرید!

مفهوم سیاه چاله برای همه شناخته شده است - از دانش آموزان مدرسه تا افراد مسن از آن در ادبیات علمی و تخیلی، در رسانه های زرد و در کنفرانس های علمی استفاده می شود. اما دقیقاً چنین سوراخ هایی برای همه مشخص نیست.

از تاریخچه سیاهچاله ها

1783اولین فرضیه وجود چنین پدیده ای به عنوان سیاهچاله در سال 1783 توسط دانشمند انگلیسی جان میشل مطرح شد. او در تئوری خود، دو آفرینش نیوتن - اپتیک و مکانیک را با هم ترکیب کرد. ایده میشل این بود: اگر نور جریانی از ذرات ریز است، آنگاه مانند همه اجسام دیگر، ذرات باید جاذبه میدان گرانشی را تجربه کنند. به نظر می رسد که هر چه جرم ستاره بیشتر باشد، مقاومت نور در برابر جاذبه اش دشوارتر است. 13 سال پس از میشل، لاپلاس اخترشناس و ریاضیدان فرانسوی (به احتمال زیاد مستقل از همکار انگلیسی خود) نظریه مشابهی را مطرح کرد.

1915با این حال، تمام آثار آنها تا آغاز قرن بیستم بی ادعا باقی ماندند. در سال 1915، آلبرت اینشتین نظریه نسبیت عام را منتشر کرد و نشان داد که گرانش انحنای فضازمان ناشی از ماده است و چند ماه بعد، اخترشناس و فیزیکدان نظری آلمانی کارل شوارتزشیلد از آن برای حل یک مشکل نجومی خاص استفاده کرد. او ساختار فضا-زمان منحنی اطراف خورشید را کاوش کرد و پدیده سیاهچاله ها را دوباره کشف کرد.

(جان ویلر اصطلاح "سیاه چاله ها" را ابداع کرد)

1967جان ویلر، فیزیکدان آمریکایی، فضایی را ترسیم کرد که می‌توان آن را مانند یک تکه کاغذ در یک نقطه بینهایت کوچک مچاله کرد و آن را با عبارت «سیاه چاله» نامید.

1974فیزیکدان بریتانیایی استیون هاوکینگ ثابت کرد که سیاهچاله ها، گرچه مواد را بدون بازگشت جذب می کنند، می توانند تشعشع ساطع کنند و در نهایت تبخیر شوند. این پدیده "تابش هاوکینگ" نامیده می شود.

2013آخرین تحقیقات در مورد تپ اخترها و اختروش ها و همچنین کشف تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی، سرانجام توصیف مفهوم سیاهچاله ها را ممکن ساخته است. در سال 2013، ابر گازی G2 بسیار به سیاهچاله نزدیک شد و به احتمال زیاد توسط آن جذب خواهد شد، مشاهده یک فرآیند منحصر به فرد فرصت های عظیمی را برای اکتشافات جدید از ویژگی های سیاهچاله ها فراهم می کند.

(جرم پرجرم Sagittarius A*، 4 میلیون بار بزرگتر از خورشید است که به معنای خوشه ای از ستاره ها و تشکیل یک سیاهچاله است.)

2017. گروهی از دانشمندان تلسکوپ افق رویداد که هشت تلسکوپ را از نقاط مختلف قاره‌های زمین به هم متصل می‌کند، سیاهچاله‌ای را مشاهده کردند که یک جرم بسیار پرجرم در کهکشان M87، صورت فلکی سنبله است. جرم این جرم 6.5 میلیارد (!) خورشید است، برای مقایسه، با قطری کمی کمتر از فاصله خورشید تا پلوتون، بار غول‌پیکر بزرگ‌تر از جرم پرجرم Sagittarius A*.

مشاهدات در چند مرحله، از بهار 2017 و در طول دوره های 2018 انجام شد. حجم اطلاعات به پتابایت می رسید که پس از آن باید رمزگشایی می شد و تصویری واقعی از یک شی بسیار دور بدست می آمد. بنابراین، دو سال کامل دیگر طول کشید تا همه داده ها به طور کامل پردازش شوند و آنها در یک کل ترکیب شوند.

2019داده ها با موفقیت رمزگشایی و نمایش داده شدند و اولین تصویر از یک سیاهچاله را تولید کردند.

(اولین تصویر از یک سیاهچاله در کهکشان M87 در صورت فلکی سنبله)

وضوح تصویر به شما امکان می دهد سایه نقطه بدون بازگشت را در مرکز جسم ببینید. این تصویر در نتیجه مشاهدات تداخل سنجی پایه بسیار طولانی به دست آمد. اینها به اصطلاح مشاهدات همزمان یک جسم از چندین تلسکوپ رادیویی هستند که توسط یک شبکه به هم متصل شده اند و در نقاط مختلف کره زمین قرار دارند و در یک جهت هدایت می شوند.

سیاهچاله ها واقعا چه هستند

توضیح لاکونیک این پدیده به این صورت است.

سیاهچاله یک منطقه فضا-زمان است که جاذبه گرانشی آن چنان قوی است که هیچ جسمی، از جمله کوانتوم های نوری، نمی تواند از آن خارج شود.

سیاهچاله زمانی یک ستاره پرجرم بود. تا زمانی که واکنش های گرما هسته ای فشار بالایی را در اعماق خود حفظ کنند، همه چیز عادی می ماند. اما با گذشت زمان، ذخایر انرژی تمام می شود و جرم آسمانی تحت تأثیر گرانش خود شروع به کوچک شدن می کند. مرحله نهایی این فرآیند، فروپاشی هسته ستاره و تشکیل سیاهچاله است.

• 1. سیاهچاله یک جت را با سرعت زیاد به بیرون پرتاب می کند


• 2. یک قرص از ماده به سیاهچاله تبدیل می شود


• 3. سیاه چاله


• 4. نمودار دقیق منطقه سیاهچاله


• 5. اندازه مشاهدات جدید یافت شده

رایج ترین نظریه این است که پدیده های مشابه در هر کهکشانی از جمله مرکز راه شیری ما وجود دارد. نیروی گرانشی عظیم این سوراخ قادر است چندین کهکشان را در اطراف خود نگه دارد و از دور شدن آنها از یکدیگر جلوگیری کند. "منطقه پوشش" می تواند متفاوت باشد، همه اینها به جرم ستاره ای که به سیاهچاله تبدیل شده بستگی دارد و می تواند هزاران سال نوری باشد.

شعاع شوارتزشیلد

خاصیت اصلی سیاهچاله این است که هر ماده ای که در آن بیفتد هرگز نمی تواند برگردد. همین امر در مورد نور نیز صدق می کند. در هسته خود، حفره ها اجسامی هستند که به طور کامل تمام نوری را که به آنها می افتد جذب می کنند و هیچ نوری از خود ساطع نمی کنند. چنین اشیایی ممکن است از نظر بصری به صورت لخته هایی از تاریکی مطلق ظاهر شوند.

• 1. حرکت مواد با نصف سرعت نور


• 2. حلقه فوتون


• 3. حلقه فوتون داخلی


• 4. افق رویداد در سیاهچاله

بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین، اگر جسمی به فاصله بحرانی به مرکز سوراخ نزدیک شود، دیگر قادر به بازگشت نخواهد بود. این فاصله را شعاع شوارتزشیلد می نامند. اینکه دقیقاً در داخل این شعاع چه اتفاقی می افتد به طور قطعی مشخص نیست، اما رایج ترین نظریه وجود دارد. اعتقاد بر این است که تمام ماده یک سیاهچاله در یک نقطه بینهایت کوچک متمرکز شده است و در مرکز آن جسمی با چگالی بی نهایت وجود دارد که دانشمندان آن را اغتشاش منفرد می نامند.

سقوط در سیاهچاله چگونه اتفاق می افتد؟

(در تصویر، سیاهچاله Sagittarius A* مانند یک خوشه نور بسیار درخشان به نظر می رسد)

چندی پیش، در سال 2011، دانشمندان یک ابر گازی را کشف کردند که نام ساده G2 را به آن دادند که نور غیرعادی از خود ساطع می کند. این درخشش ممکن است به دلیل اصطکاک در گاز و غبار ناشی از سیاهچاله Sagittarius A* باشد که به عنوان یک قرص برافزایشی به دور آن می چرخد. بنابراین، ما ناظر پدیده شگفت انگیز جذب یک ابر گازی توسط یک سیاهچاله بسیار پرجرم هستیم.

بر اساس مطالعات اخیر، نزدیکترین رویکرد به سیاهچاله در مارس 2014 رخ خواهد داد. ما می توانیم تصویری از چگونگی این نمایش هیجان انگیز را بازسازی کنیم.

• 1. هنگامی که برای اولین بار در داده ها ظاهر می شود، یک ابر گازی شبیه یک توپ بزرگ از گاز و غبار است.


• 2. اکنون، تا ژوئن 2013، این ابر ده ها میلیارد کیلومتر از سیاهچاله فاصله دارد. با سرعت 2500 کیلومتر بر ثانیه داخل آن می افتد.


• 3. انتظار می رود ابر از کنار سیاهچاله عبور کند، اما نیروهای جزر و مدی ناشی از اختلاف گرانش که بر لبه های جلویی و انتهایی ابر اعمال می شود، باعث می شود که شکل فزاینده ای دراز به خود بگیرد.


• 4. پس از پاره شدن ابر، به احتمال زیاد بیشتر آن به دیسک برافزایشی اطراف Sagittarius A* سرازیر می شود و امواج ضربه ای در آن ایجاد می کند. دمای هوا به چند میلیون درجه خواهد رسید.


• 5. بخشی از ابر مستقیماً در سیاهچاله می افتد. هیچ‌کس دقیقاً نمی‌داند که در آینده چه اتفاقی برای این ماده خواهد افتاد، اما انتظار می‌رود که با سقوط جریان‌های قدرتمندی از اشعه ایکس از خود ساطع کند و دیگر هرگز دیده نشود.

ویدئو: سیاهچاله یک ابر گازی را می بلعد

(شبیه سازی کامپیوتری از این که چه مقدار از ابر گازی G2 توسط سیاهچاله Sagittarius A* نابود و مصرف می شود)

آنچه درون یک سیاهچاله است

نظریه ای وجود دارد که بیان می کند که یک سیاهچاله عملاً در داخل خالی است و تمام جرم آن در یک نقطه فوق العاده کوچک در مرکز آن متمرکز شده است - تکینگی.

بر اساس نظریه دیگری که نیم قرن است وجود دارد، هر چیزی که در سیاهچاله می افتد به جهان دیگری که در خود سیاهچاله قرار دارد می گذرد. حالا این نظریه اصلی نیست.

و سومین نظریه مدرن و محکمی وجود دارد که بر اساس آن هر چیزی که در سیاهچاله می افتد در ارتعاشات رشته های سطح آن حل می شود که به عنوان افق رویداد تعیین شده است.

بنابراین افق رویداد چیست؟ نگاه کردن به داخل سیاهچاله حتی با یک تلسکوپ فوق قدرتمند غیرممکن است، زیرا حتی نوری که وارد قیف کیهانی غول پیکر می شود، هیچ شانسی برای بازگشت ندارد. هر چیزی که حداقل می تواند به نوعی در نظر گرفته شود در مجاورت آن قرار دارد.

افق رویداد یک خط سطحی متعارف است که هیچ چیزی (نه گاز، نه غبار، نه ستاره و نه نور) نمی تواند از زیر آن فرار کند. و این همان نقطه اسرارآمیز بدون بازگشت در سیاهچاله های جهان است.