Часта задаюць пытанні Аб Чорныя дзіркі

Original: http://www.phys.vt.edu/~jhs/faq/blackholes.html

[Virginia Tech Department of Physics]


Укладальнік доктар Джон Симонетти Дэпартамента фізікі ў Тэхналагічным універсітэце Вірджыніі.

Вярнуцца на часта задаюць астраноміі і фізікі Пытанні


  1.     Чаму некаторыя зоркі ў канчатковым выніку, як чорныя дзіркі? [Ці,] Што азначае прынцып забароны трэба зрабіць з зоркай, становіцца ці не чорная дзірка?
  2.     Як час змянілася ў чорную дзірку?
  3.     Ці распаўсюджваецца E=mc^2 раўнанне ў чорную дзірку?
  4.     Калі нічога не рухаецца з хуткасцю святла, за выключэннем святла, як можна чорная дзірка таксама цягнуць святло ў сабе?
  5.     Што з’яўляецца лепшым доказам існавання чорных дзюр? Хіба ўсе гэта сапраўды проста тэорыя?
  6.     Я чуў, што чорная дзірка “адрыгае” святло і выпраменьванне, калі нешта падае ў яе гарызонту падзей. Што гэта значыць і чаму гэта адбываецца?
  7.     Ці можаце вы ўбачыць чорную дзірку? Што чорная дзірка выглядае?
  8.     Наколькі вялікім можа чорная дзірка атрымаць?
  9.     Як маленькі можа чорная дзірка будзе?
  10.     [У дачыненні да адказу на пытанне 1 вышэй.] Почему не ўнутраныя электронныя сілы зоркі павелічэння з той жа хуткасцю, як гравітацыйных сіл?
  11.     Ці будзе назіральнік падзення ў чорную дзірку змогуць убачыць усе будучыя падзеі ў Сусвеце за межамі чорнай дзіркі?
  12.     Можа чорныя дзіркі можна выкарыстоўваць у якасці крыніцы энергіі?
  13. Я чытала, што ў вельмі аддаленай будучыні чорныя дзіркі могуць працякаць і разысціся. Можа здарыцца? Калі гэта магчыма, то як?

Чаму некаторыя зоркі ў канчатковым выніку, як чорныя дзіркі?
Адказ ўключае ў сябе гравітацыю і ўнутранае ціск усярэдзіне зоркі. Гэтыя дзве рэчы супярэчаць адзін аднаму – гравітацыйная сіла зоркі, якая дзейнічае на кавалак матэрыі на паверхні зоркі хочаце, каб выклікаць гэтае пытанне, каб патрапіць унутр, але ўнутранае ціск зоркі, дзейнічаючы вонкі на паверхні, трэба будзе каб выклікаць пытанне лётаць вонкі. Калі гэтыя два збалансаваныя (г.зн. роўныя па сіле) зорка не будзе падтрымліваць яго памер: ні распаду не пашырацца. Так ідзе справа для Сонца ў дадзены момант, і нават, калі на тое пайшло, для Зямлі.

Тым не менш, калі зорка вычэрпвае ядзернае паліва, і, такім чынам, працягвае губляць энергію з паверхні (гэта выпускае светлавой энергіі), у той час як не замена страчаную энергію праз ядзернага сінтэзу (не больш за ядзернага паліва), гравітацыя пераможа на ўнутраны ціск і зорка будзе сціскацца павольна ці згарнуць хутка ў залежнасці ад дэталяў ўнутранай структуры і складу. Шчыльнасць перамагае ўнутранае ціск зоркі, так што ціск было выраблена нармальнай, гарачага газу, і што газ страты энергіі, як зорка выпраменьвае энергію з паверхні.

Зорка можа, такім чынам, у канчатковым выніку, як чорная дзірка. Гэта проста залежыць ад або няма калапс спыніліся на нейкі адзін раз меншага памеру іншай крыніцы ціску (акрамя таго, што вырабляецца з дапамогай звычайнай, гарачы газ) можа стаць досыць моцным, каб збалансаваць ўнутраную гравітацыйную сілу. Існуюць і іншыя формы ціску, акрамя, што вырабляецца гарачым газам. Націск рукой на стале верхняй дазволіць вам выпрабаваць адзін з гэтых іншых цісках — стол штурхае уверх супраць вас, гэта сапраўды можа падтрымліваць сваю вагу (гравітацыйная сіла)! Ціск, якое трымае стол жорсткую супраць вашага вагі выклікана сіл паміж атамамі ў стол.


Акрамя таго, электроны ўнутры атамаў павінны пазбягаць адзін аднаго (напрыклад, яны не могуць усе быць у той жа атамнай арбіце “” — гэта называецца “прынцып забароны”). Такім чынам, калі б мы мелі калекцыю свабодна рухаюцца электронаў яны таксама пазбягаюць адзін аднаго: чым мацней сціскаць калекцыю (меншы аб’ём Яны прымеркаваны в) чым больш яны бунтуюць супраць сціску — ціск супрацьстаіць свой ўтрыманне электронаў.

Гэта “ўхіленне электронаў” ціск можа стаць толькі дастаткова, каб супрацьстаяць сілам гравітацыі ўнутры зоркі каля масы Сонца моцныя, калі зорка сціскаецца пад дзеяннем сілы цяжару да дыяметра Зямлі. Такім чынам, зорка масіўней Сонца можа быць папярэджана становіцца чорная дзірка, калі ён падае на памер Зямлі, і ўнутраны “пазбягання электронаў” ціску (так званы “зводу электроннае ціск”) становіцца досыць моцным, каб утрымліваць зорку да. Гэта свайго роду ціск не залежыць ад утрымання энергіі зоркі —-, нават калі зорка працягвае губляць энергію ад яе паверхні, ціск будзе працягваць праводзіць зоркі ўверх. Наша Сонца ніколі не можа стаць чорнай дзіркай.

Тым не менш, калі зорка з’яўляецца больш масіўнай, чымсьці накшталт 3 да 5 сонечных мас, то яе гравітацыйныя сілы будзе больш, і яго ўнутраная зводу электроннае ціск ніколі не будзе дастаткова, каб спыніць яго калапс. Аказваецца, што нейтроны могуць таксама падпарадкоўваюцца прынцыпу выключэння і нейтроны будуць вырабляцца ў багацці, калі масіўная зорка collpses, але нават нейтронаў звод не можа спыніць калапс масіўных зорак — нічога больш за 3 да 5 сонечных мас, не можа быць спынены, яго стане чорная дзірка ў адпаведнасці з дзеючым мыслення.

Як час змянілася ў чорную дзірку?
Ну, у пэўным сэнсе ён не змяніўся наогул. Калі вы павінны былі ўвайсці ў чорную дзірку, вы знойдзеце вы ціканне гадзін разам з той жа хуткасцю, як гэта заўсёды было (пры ўмове, і вы, і гадзіны перажылі праход у чорную дзірку). Тым не менш, вы б хутка падаць па кірунку да цэнтра, дзе вы б забіты велізарных прыліўных сіл (напрыклад, сіла цяжару на вас ногі, калі вы ўпалі ногі спачатку, было б значна больш, чым у вас галава, і вы б расцягваецца, акрамя ).

Хоць вашыя гадзіны, як відаць па не зменіць сваю хуткасць цікаюць, як і ў спецыяльнай тэорыі адноснасці (калі вы ведаеце што-небудзь пра тое, што), хтосьці ўбачыць іншую хуткасць цікаюць на гадзіннік, чым звычайна, і вы ўбачыце іх гадзіны быць цікаюць на іншы, чым звычайнай хуткасцю. Напрыклад, калі вы былі на станцыю сябе проста па-за чорнай дзіркі, у той час як вы знойдзеце свой уласны гадзіны цікаюць з нармальнай хуткасцю, вы ўбачыце на варце аднаму на вялікай адлегласці ад адтуліны для цікаюць на значна больш хуткімі тэмпамі, чым ваша. Гэта сябар будзе бачыць яго ўласныя гадзіны цікаюць з нармальнай хуткасцю, але ўбачыць вашыя гадзіны будуць цікаць на значна больш павольнымі тэмпамі. Такім чынам, калі вы засталіся ў непасрэднай блізкасці ад чорнай дзіркі на некаторы час, а затым вярнуўся, каб далучыцца вашага сябра, вы выявіце, што адзін быў ва ўзросце больш, чым вы былі падчас расстання.

Ці распаўсюджваецца E=mc^2 раўнанне ў чорную дзірку?

E=mc^2 заўсёды дакладна. У выпадку чорнай дзіркі, напрыклад, было здагадка, што чорныя дзіркі могуць, праз квантава-механічнай трук, выпраменьваць энергію, і ў працэсе іх маса, таму змяншацца.

Калі нічога не рухаецца з хуткасцю святла, за выключэннем святла, як можна чорная дзірка таксама цягнуць святло ў сабе?
Шлях, які прамень святла варта могуць быць сагнутыя на якi ляжыць цела, нават Зямлі (хоць выгіб ў гэтым выпадку вельмі малая). Гэты эфект быў вымераны для святла ад зоркі, як ён прайшоў Сонца падчас сонечнага зацьмення. Гэты выгіб прамянёў святла ўзрастае трываласць ўзрастае гравітацыйнае поле. Чорная дзірка проста вобласць, дзе эфект ад святла настолькі вялікая, што святло не можа вырвацца з рэгіёну.

Што з’яўляецца лепшым доказам існавання чорных дзюр? Хіба ўсе гэта сапраўды проста тэорыя?
Астраномы знайшлі паўтузіна або так падвойных зорных сістэмах (дзве зоркі круцяцца вакол адзін аднаго), дзе адна з зорак не відаць, але гэта павінна быць там, паколькі ён цягне з досыць гравітацыйнай сілы на іншы аптычнай зоркі, каб зрабіць гэтую зорку арбіту вакол іх агульны цэнтр цяжару і маса нябачнага зоркі значна больш, чым 3 да 5 сонечных мас. Такім чынам, гэтыя нябачныя зоркі, як лічыцца, добрыя кандыдаты чорныя дзіркі. Існуе таксама доказ таго, што сверхмассивные чорныя дзіркі (каля 1 млрд сонечных мас) існуюць у цэнтрах многіх галактык і квазараў. У гэтым апошнім выпадку іншыя тлумачэнні выхадзе энергіі квазараў не так добра, як тлумачэнне, выкарыстоўваючы сверхмассивная чорная дзірка. (Вы бачыце, калі матэрыя падае ў гравітацыйным полі, яго хуткасць і, такім чынам, энергія, ўзрастае. Калі шмат рэчывы падае ў той жа самы час, і круцяцца вакол чорнай дзіркі ў дыску якое нагадвае затор на куль-дэ- -sac, то трэнне паміж рознымі часткамі матэрыі атрымаецца шмат, што хуткасць энергіі ўзяў восенню ў цяпло, якое атрымлівае, чым выпраменьванай далёка. Такім чынам, пытанне навакольных сверхмассивная чорная дзірка можа выпраменьваць больш энергіі на грам паліва, чым можа быць вызвалены ад любой іншай механізм, мы ведаем, у тым ліку ядзернага сінтэзу.)

Я чуў, што чорная дзірка “адрыгае” святло і выпраменьванне, калі нешта падае ў яе гарызонту падзей. Што гэта значыць і чаму гэта адбываецца?
Я не ўпэўнены, што чалавек мае на ўвазе, але я вазьму здагадка. Яны могуць быць са спасылкай на тое, што адбываецца, як матэрыял трапляе ў чорную дзірку праз дзеяннем аккреционного дыска. Паколькі буйныя сумы матэрыялу падысці чорную дзірку, матэрыял, як правіла, знайсці сябе ў арбіце дискообразной структуры з адтулінай у цэнтры (гэта значыць, гэта будзе выглядаць як-небудзь надзвычай перапоўненым Сонечнай сістэмы). Дыск будзе вельмі горача з-за трэнні паміж матэрыялам з рознымі хуткасцямі на арбітальных некалькі іншы арбітальных радыусаў. Такім чынам, дыск будзе выпраменьваць больш святла. Большая частка ўваходзіць кінэтычнай энергіі матэрыялу выпраменьваецца праз гэтую трэння цяпла святла працэсу. Гэта тое, што прыводзіць да вельмі вялікай яркасці квазараў, і гэты працэс, што робіць нас здольнымі (магчыма) знайсці зорныя масы чорных дзюр, якія з’яўляюцца часткай двайны зорнай сістэмы. У апошнім выпадку, які падае матэрыял з суседняй зоркі робіць для аккреционного дыска вакол чорнай дзіркі, і рэнтгенаўскія прамяні выпускаюцца дыска (X-прамяні выпускаюцца вельмі гарачай матэрыі, гэтак жа, як не так гарачай ніткі лямпачку выпраменьвае бачнае святло). У квазара выпадку, сверхмассивная чорная дзірка (мільярд сонечных мас або так) знаходзіцца ў цэнтры галактыкі, і газу паблізу формаў чорнай дзіркі аккреционный дыск вакол дзіркі; зноў X-прамяні, і іншыя формы святла, з’яўляюцца вынікам.

Ні ў адным з гэтых выпадкаў святло, выпраменьваны і да нас, з-пад гарызонту падзей чорнай дзіркі. Нішто не можа вырвацца з-пад гарызонту падзей.

Ці можаце вы ўбачыць чорную дзірку? Што чорная дзірка выглядае?
Не наўпрост. Нічога, нават святло можа пазбегнуць з чорнай дзіркі.

З іншага боку, вы можаце ўбачыць некаторыя з феерверкаў, якія адбываюцца паблізу чорнай дзіркі. Як газу падае ў чорную дзірку (магчыма, які паступае з суседняй зоркі), газ будзе награвацца і свяціцца, становяцца бачнымі. Як правіла, не толькі бачнае святло, але таксама і больш энергетычных фатонаў, як рэнтгенаўскія прамяні будуць выпраменьваны газу. Тое, што мы хацелі б убачыць (калі нашы тэлескопы маглі “зум-у” дастаткова) будзе свеціцца верціцца дыск матэрыялу, з адтулінай ўніз чорную ў цэнтры дыска. Гл вышэй адказы.

Наколькі вялікім можа чорная дзірка атрымаць?
Там няма мяжы таго, як вялікая чорная дзірка можа быць. Тым не менш, найбуйнейшыя blackholes мы думаем ў існавання ў цэнтрах многіх галактык, і маюць масу, эквівалентныя каля мільярда сонцаў (г.зн. млрд сонечных мас). Іх радыусы б значная частка радыусу нашай сонечнай сістэмы.

Як маленькі можа чорная дзірка атрымаць?
Згодна з агульнай тэорыі адноснасці (тэорыі, якая прадказвае і тлумачыць вялікую частку асаблівасцяў чорных дзюр), няма ніжняй мяжы памеру чорнай дзіркі. Але, поўная тэорыя аб тым, як працуе гравітацыя павінна таксама ўключаць квантавую механіку, і такая тэорыя яшчэ не пабудавана. Некаторыя намёкі на нядаўняй працы гэтай тэорыі мяркуюць, што чорная дзірка не можа быць менш, чым пра “10-ў-ў – (- 33)” см у радыусе — 0.000000000000000000000000000000001 гл. На гэтым маленькім маштабе памеру, нават, па-відаць гладкай характар ​​прасторы зламаецца ў “пацучыныя пасткі” тунэляў, завесы і іншыя пераплеценыя структуры! Прынамсі, гэта тое, што кажа цяперашняя праца.

[У дачыненні да адказу на пытанне 1 вышэй.] Почему не ўнутраныя электронныя сілы зоркі павелічэння з той жа хуткасцю, як гравітацыйных сіл?
Карацей кажучы, зводу электроннае ціск у зорцы залежыць ад шчыльнасці газу ў пэўным чынам, які не мае прамой залежнасці ад цяжару і, як шчыльнасць звязаныя. Калі вы хочаце матэматычную ўзаемасувязь, яе: ціск прапарцыйна шчыльнасці ў ступені 5/3. Гэтая сіла вызначаецца ўласцівасцямі квантавай механікі (і не мае нічога агульнага з гравітацыяй). З іншага боку, сіла цяжару на паверхні (напрыклад) зоркі прапарцыйная масе зоркі і назад прапарцыйная квадрату яго радыусу (з-за універсальнага закона прыцягнення Ньютана!) Калі я спрабую выказаць гэтая паверхню цяжар у тэрмінах шчыльнасці зоркі (гэта сярэдняя шчыльнасць), я лічу, М / р ^ 2 прапарцыйная шчыльнасці раз г. Такім чынам, вы бачыце, “раз шчыльнасць г” няма нічога падобнага “шчыльнасці ў ступені 5/3.”


Нармальная прэзентацыя гэтых гравітацыйных эфектаў расцяжэнняў час можа прывесці да адной памылковага высновы. Гэта праўда, што калі назіральнік (А) з’яўляецца стацыянарным паблізу гарызонту падзей чорнай дзіркі, а другі назіральнік (Б) з’яўляецца стацыянарным на вялікай адлегласці ад гарызонту падзей, тады Б будзе ўбачыць тактавай, каб быць цікаюць павольна, і А будзе ўбачыць гадзіны B, каб быць цікаюць хутка. Але калі А падае да гарызонту падзей (у канчатковым рахунку перасякаючы яе), а B застаецца нерухомым, тое, што кожны бачыць не так прама наперад, як вышэйапісаная сітуацыя сведчыць.

Як B бачыць рэчы: падае да гарызонту падзей, фатоны ад А заняць больш часу, і больш часу, каб выбрацца з “gravtiational добра” прыводзіць да відавочнай запаволенне тактавай, як відаць на У, і калі А на гарызонце, любы фатон, выпусканых тактавай прымае (фармальна) бясконцае час, каб выйсці да В. Уявіце сабе, што гадзіннік кожнага чалавека выпраменьвае адзін фатон для кожнага ціка гадзіны, каб зрабіць яго лёгка думаць аб. Такім чынам, A-відаць, замарозіць, як відаць B, як вы кажаце. Тым не менш, перасёк гарызонт падзей! Гэта толькі ілюзія (літаральна “аптычны” ілюзія), што робіць B думаю ня перасякае гарызонт.

У якасці бачыць рэчы: падае, і перасякае гарызонт (у магчыма кароткі час). А не бачыць гадзіны Б выпраменьвальны фатоны, але спяшаецца ад B, і таму ніколі не атрымлівае, каб сабраць больш канчатковага ліку гэтых фатонаў да перасячэння гарызонту падзей. (Калі вы хочаце, вы можаце думаць пра гэта, як у сувязі з адменай гравітацыйнага запаволення часу з дапамогай эфекту Доплера — з-за руху ад B). Пасля перасячэння гарызонту падзей, фатоны, якія паступаюць з вышэй, не лёгка разабрацца па паходжанні, так А ці не можа высветліць, як гадзіннік B працягвалі цікаць.

Канчатковае лік фатонаў былі выкінутыя А да таго, як перасёк гарызонт, і канчатковае лік фатонаў было выкінута У (і збіралі А) перад перасёк гарызонт.

Вы можаце спытаць, а што калі былі быць зніжаны вельмі павольна да гарызонту падзей? Так, то эфект Доплера не прыйдзе ў гульню, пакуль, у нейкі практычны мяжа, А ці не занадта блізка да гарызонту і не зможа ўтрымацца ад падзення ў. Тады А будзе ўбачыць толькі канчатковы вынік фатоны формы У ( але цяпер большая колькасць — ахопліваюць больш часу Б). Вядома, калі А “вісеў на” дастаткова доўга, перш чым на самай справе падзенне ў, то А можа ўбачыць будучы курс сусвету.

Вынік: проста падзенне ў чорную дзірку не дасць вам від на ўвесь будучыню Сусвету. Чорныя дзіркі могуць існаваць, не будучы часткай канчатковага вялікі крызіс, і пытанне можа трапіць у чорныя дзіркі.

Для вельмі добры абмеркавання чорных дзюр для якія не з’яўляюцца навукоўцамі, гл кнігу Торн ў: Чорныя дзіркі і Час перакосаў.

Можа чорныя дзіркі можна выкарыстоўваць у якасці крыніцы энергіі?
Там шмат інфармацыі аб патэнцыяльным выкарыстанні чорнай дзіркі ў якасці крыніцы энергіі. (Вядома, гэта павінна быць адзначана, што неабходна спачатку набыць чорную дзірку! Прынамсі, у выпадку Сонца, у нас ужо ёсьць сонца!) Выдатным крыніцай інфармацыі аб чорных дзюрах, напісаны для непрафесіянала, гэта Кіп Торн выдатная кніга: Чорныя дзіркі і Час перакосаў. Я прапаную вам звярнуцца за яго “ўсёй інфармацыі [I], магчыма, даць можа” вас.

Сцісла, круціцца чорная дзірка можа захоўваць велізарная колькасць энергіі ў яго кручэння. Гэтая энергія на самай справе даступныя, так як кручэнне накладваецца на прастору за межамі адтуліны. У прынцыпе, такім чынам, энергія можа быць вынятая з кручэння чорнай дзіркі. Менавіта тое, што механізм выкарыстоўваецца патэнцыйна складаная гісторыя.

Я чытала, што ў вельмі аддаленай будучыні чорныя дзіркі могуць працякаць і разысціся. Можа здарыцца? Калі гэта магчыма, то як?
Як у гадавым, напэўна, ведаеце, любы аб’ект падае ў чорную дзірку не можа выйсці. Тым не менш, на працягу вельмі доўгага часу, часціцы матэрыі «ўцечкі» з чорнай дзіркі. Такім чынам, нават калі ўсе аб’екты ў Сусвеце былі ў канчатковым выніку ў чорныя дзіркі, пасля доўгага, доўгага часу, адтуліны паступова губляюць сваю справу, і справа будзе разагнаць througout Сусвету (у выглядзе тонкай газу часціц) ,

Працэс, пры якім чорныя дзіркі губляюць рэчыва называюць выпраменьванне Хокінга, пасля Стывена Хокінга, чалавеку, які першым зразумеў, як гэта можа адбыцца. Як гэта адбываецца, складаная гісторыя. Адзін спосаб глядзець на гісторыю выкарыстоўвае канцэпцыю “віртуальных часціц”. У любы момант, пары часціца-антычасцінка з’яўляюцца і знікаюць у любым месцы, нават у непасрэднай блізкасці ад гарызонту падзей (“паверхні”) чорнай дзіркі. Гэтыя пары існуюць на працягу кароткага часу, так мала, што мы не можам вымераць іх масы досыць сапраўды нават не ведаю, што яны там (аднак, мы ведаем, іх прысутнасць на іншых эфектаў, якія яны выклікаюць). Але, для пары паблізу чорнай дзіркі, адна з часціц можа патрапіць у адтуліну, пакідаючы іншыя без партнёра; часціца пакінуў не можа быць хутка знішчаны яго ў цяперашні час адсутнічае партнёра (што тое, што адбываецца, як правіла). Так самотна часціц пакінуў не лічыць сябе больш не “віртуальны”, але цяпер “сапраўдны”, як і любы часціцы ў вашым целе. Так гэтая часціца цяпер рэальная, яна ўтрымлівае некаторы колькасць масы, і што маса была забяспечаная энергіі чорнай дзіркі (праз гравітацыі дзіркі): цяпер рэальная часціца існуе, таму што яно прыняло масу ад чорнай дзіркі. Такім чынам, паступова, маса выходзіць з чорнай дзіркі ў выглядзе часціц, якія ўзнікаюць новых па-за адтуліны. Гэта працэс, у якім чорныя дзіркі губляюць масу вельмі павольна (па меншай меры, для масіўных чорных дзюр, зробленых з зорак), так што часу спатрэбіцца для тыповага чорнай дзіркі ў канчатковым рахунку знікаюць вельмі доўга. (Для чорнай дзіркі масай, роўнай масе Сонца, увесь працэс зойме каля 10 ** 66 гадоў, або 1 з 66 нулямі пасля яе.)

Comments are closed.