Чёрные дыры и пространственно-временные парадоксы (стр. 6 из 7)
которой Вселенная устроена так, что сингулярности всегда образуются только в пределах горизонта событий; однако справедливость этой гипотезы пока не имеет строгого доказательства, за исключением простейшего и несколько идеализированного случая сферического коллапса.
Внутри черной дыры гравитация доминирует над всеми другими силами, но если космическая цензура все-таки есть, то мы никогда не сможем наблюдать последствий этой преобладающей роли тяготения в экстремальной точке — центральной сингулярности.
5.Черные дыры во Вселенной
Черные дыры могут внезапно обнаружиться во множестве различных астрофизических объектов. Возможно, нам когда-нибудь удастся открыть черные дыры массой от 2—3 до 100 масс Солнца, образовавшиеся в результате гравитационного коллапса звезд. Черные дыры массой в несколько тысяч солнечных масс могут находиться в центре массивных шаровых звездных скоплений; существует мнение, что сверхмассивные черные дыры в несколько миллионов и даже миллиардов масс Солнца могут быть ядрами активных галактик, в частности радиогалактик, или таких загадочных объектов, как квазары. На другом конце шкапы масс располагаются первичные черные дыры, масса которых может принимать самые различные значения в интервале, ограниченном снизу массой примерно в миллиард тонн. Высказывалась мысль, что большое количество невидимого вещества Вселенной может быть заключено в черных дырах, блуждающих в межгалактическом пространстве. Если таких дыр много, то их гравитационное воздействие может существенным образом сказаться на ходе развития Вселенной; обсуждению этой проблемы посвящена следующая глава.
Черные дыры столь часто привлекались для “объяснения” самых разнообразных астрономических явлений, что возникает опасение, как бы они не превратились в единственный способ разрешения астрофизических проблем. Конечно, в некоторых случаях использование представлений о черных дырах вполне обоснованно, но не следует забывать, что на сегодняшний день реальность существования черных дыр окончательно не доказана.
6.Доказательство существования чёрных дыр
Пылевой диск вокруг чёрной дыры
Снимок Орбитального телескопа Хаббла, содержит основные три характерные черты:
Внешняя белая область является ядром или центром галактики NGC4261..
Внутри ядра существует коричневый диск спиральной формы, он весит в сотни тысяч раз больше, чем наше Солнце.
Поскольку он вращается, мы можем измерить радиус вращения и скорость составляющих диска, следовательно, можем определить вес объекта, находящегося в центре.
Это объект, величиной с нашу Солнечную систему, но весит в 1, 200, 000, 000 раз больше нашего Солнца. Это означает, что гравитация примерно в миллиард раз больше гравитации на Солнце. Практически несомненно, что этот объект является черной дырой.
Черная дыра в M87
M87 является активной галактикой, в которой мы наблюдаем интересные объекты. Вблизи её ядра (или центра) существует спиральной формы диск горячего газа. Первое изображение показывает его среди его окружения. Вторая накладывает спектры от его противоположных сторон. Это позволяет нам определить скорость вращения диска и его размер. Из которых мы можем взвесить величину невидимого объекта в центре диска.
Хотя объект не превышает в размерах размер нашей Солнечной системы, он весит в три миллиарда раз больше, чем Солнце. Это означает, что гравитация настолько сильна, что свет не может убежать. Там существует черная дыра.
На первом рисунке присутствует диагональная линия. Полагают, что это след движения тех счастливых частиц, которым удалось ускользнуть вдоль оси вращения и избежать падения на черную дыру.
Падение вещества в зону горизонта событий.
Космический телескоп Хаббл, возможно, впервые, позволил получить четкое доказательство существования черных дыр. Он наблюдал исчезновение вещества, падающего в зону действия черной дыры, за так называемый "горизонт событий".
Наблюдаемые слабые световые импульсы потоков горячего газа в ультрафиолетовом спектре обесцвечивались и затем исчезали, образовывая завихрение вокруг массивного, компактного объекта по имени Cygnus XR-1. Этот механизм падения, похожий, к примеру, на падение воды на краю водопада, соответствует четкой аналогии теоретических расчетов падения вещества в черную дыру.
Горизонт событий - это область пространства, окружающая черную дыру, попав в которую, вещество уже никогда не сможет покинуть эту область и провалится в черную дыру. Свет еще может преодолеть огромную силу гравитации и послать последние потоки от пропадающего вещества, но только в течение небольшого промежутка времени, пока падающее вещество не попадет в так называемую зону сингулярности, за которую уже не может выйти даже свет.
Согласно общеизвестным теориям никакой другой астрономический объект, кроме черной дыры не может обладать зоной горизонта событий.
Черные дыры были выявлены путем наблюдения картин по засасыванию (перетеканию) в них масс звездного газа. Оценивая, сколько массы переходит в крошечную область пространства, можно определить, сколько черная дыра занимает места и ее массу.
Никто до сих пор никогда не видел, чтобы вещество уже попавшее в зону горизонта событий, падало в черную дыру. Обычно наблюдалась картина простого перетекания вещества из соседней с черной дырой звездой. При этом, черная дыра была полностью сферически окутана массой перетекающего газа и сама напоминала по внешнему виду небольшую звезду, но излучающую свет в спектре, близком к ультрафиолетовому или в нейтронах.
Этот секрет был скрыт от общественности довольно долго. Ученые занимались дотошным анализом и проверкой этих данных.
Сам Хаббл, конечно, не видел зоны горизонта событий - это слишком малая область пространства на таком расстоянии, чтобы ее можно было бы оценить. Хаббл измерил хаотические флуктуации в ультрафиолетовом свете кипящего газа, пойманного в зоне гравитационного воздействия черной дыры. Хаббл поймал уникальные моменты "затухающей последовательности импульсов", которые очень быстро ослабевали.
Этот механизм соответствует общепринятой теории, предсказанной учеными: когда вещество падает близко в зоне горизонта событий, свет от него быстро тускнеет, поскольку, чем ближе к центру черной дыры, тем сильнее сила гравитации и тем более длинными становятся волны, постепенно переходя от ультрафиолетового спектра к нейтронному, а затем и вовсе исчезают. Этот эффект носит название "красного смещения".
Наблюдаемый фрагмент падающего вещества исчез с поля зрения телескопа Хаббла прежде, чем он фактически достиг горизонта событий. Быстродействующий фотометр Хаббла отбираемый световые импульсы со скоростью 100000 измерений в секунду. Ультрафиолетовая разрешающая способность Хаббла позволила видеть слабое мерцание падающего вещества в пределах 1000 миль от горизонта событий.
Динамические модели предсказывали и раньше, что Cygnus XR-1's относится к черной дыре. Газ не может непосредственно падать в нее, как в канаву, но образовывает завихрение в виде сглаженного спирального диска.
7. Пространственно-временные парадоксы.
Теории о путешествиях во времени, всегда остаются одними из самых впечатляющих вслед за разработками в области телепортации, торсионных полей и антигравитации. Впрочем, путешествию во времени не повезло больше - до сих пор не только нет очевидцев перемещения во времени, но и универсального определения времени. В каком-то смысле каждый из нас - настоящий путешественник во времени, правда, это не впечатляет, тем более что двигаться в этом понимании можно только “вперед”.
До Эйнштейна о путешествиях во времени говорили только литераторы, причем идея “времени вспять” принадлежит вовсе не Герберту Уэллсу, а Эдварду Пейджу Митчеллу, издателю газеты New York Sun, который за 7 лет до “Машины времени” опубликовал рассказ “Часы, которые шли назад”. В физике о возможности подобных перемещений стало модно размышлять вслед за Эйнштейном. Феномен путешествия во времени с того самого момента стал объясняться с точки зрения действия пространственно-временного континуума. “Тень” Эйнштейна по сей день “лежит” на всех мало-мальски серьезных рассуждениях на эту тему.
По теории относительности выходит, что при скорости, близкой скорости света, время должно замедляться. Однако скорость света практически недостижима в отличие, скажем, от скорости звука, барьер которой был преодолен в последней четверти прошлого века. Далее, по теории Эйнштейна следует, что, когда тело развивает скорость, близкую к скорости света, его вес начинает увеличиваться и в точке достижения этой скорости практически бесконечен. Еще одна аксиома, которая также сопровождает теории о времени, гласит: первое путешествие, если ему суждено будет произойти, будет связано не с изобретением сверхбыстрого транспорта, а с открытием особой среды, в которой любое транспортное средство могло бы разогнаться до нужной скорости. Коридор во времени может быть образован и сугубо “природными” явлениями: черными дырами, тоннелями, космическими струнами и так далее.
Наиболее вероятным претендентом на “коридор времени” называют черные дыры, о природе которых до сих пор известно очень мало. Принято считать, что когда звезды, масса которых превышает массу Солнца как минимум в четыре раза, гибнут, то есть когда их “топливо” сгорает, они взрываются из-за давления, вызванного их собственным весом. В результате взрыва образуются черные дыры, гравитационные поля в которых настолько мощны, что эту область не может покинуть даже свет. Всякий объект, достигающий границы черной дыры - так называемого горизонта событий, - всасывается в ее недра, причем снаружи не видно, что происходит “внутри”.