Знаменитый парадокс черных дыр, похоже, получил разрешение. но все очень сложно

Спекулятивные идеи и развитие физики

Итак, если предположить, что масса черной дыры начинает уменьшаться, то со временем частицы начнут испариться. И, возможно, в этих виртуальных частицах есть что-то такое, что содержит некоторую информацию о черной дыре и о том, что в нее попало. Таким образом, горизонт событий может быть чем-то вроде информационной оболочки. Безусловно, это невероятно спекулятивное предположение, однако невероятно интересное.

Попав в черную дыру все объекты останавливаются во времени. И прямо на этой границе горизонта событий может находиться некая двумерная поверхность (представим это так), которая каким-то образом содержит всю информацию о том, что находится внутри черной дыры. Это, в свою очередь, порождает еще больше вопросов – может ли вокруг черной дыры, где пространство и время уничтожены, существовать подобная «информационная оболочка»?

Сегодня астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердце большинства галактик

Все больше современных физиков задаются вопросом об устройстве Вселенной в более крупном масштабе. Кто знает, может быть, черные дыры демонстрируют нам основополагающую природу реальности – что на самом деле существует двумерная поверхность чего-то, что содержит всю информацию обо всей Вселенной. Может быть, в каком-то смысле мы являемся частью этой гигантской информационной системы.

Согласна, звучит не только спекулятивно, но и невероятно странно. Как-то и говорить о таком неловко. И все же, сегодня мы наблюдаем за черными дырами, фотографируем их и разглядываем. А подобные идеи могут подсказать физикам, в каком направлении им следует двигаться. В конце концов, изучая микромир, мы погружаемся в невероятно сложные структуры и наблюдаем нелогичное поведение элементарных частиц. Когда же мы смотрим в телескоп, то видим такие же сложные структуры, многие из которых, например черные дыры, на первый взгляд не имеют смысла.

Вселенная – очень странное место.

Со временем, надеюсь, ученые смогут выяснить, как все устроено во Вселенной хотя бы на уровне черных дыр. А так как идеи – движущая сила науки и цивилизации, новый взгляд на этих космических монстров может пролить свет на бесконечную темному как горизонта событий, так и бескрайнего космоса.

Свойства черных дыр

• Аккреционный диск — структура (часто околозвездный диск), образованная рассеянным материалом при орбитальном движении вокруг массивного центрального тела, обычно звезды. Аккреционные диски черных дыр излучают в рентгеновской части спектра.
• Термодинамика черных дыр — область исследований, которая стремится примирить законы термодинамики с существованием горизонтов событий черных дыр.
• Радиус Шварцшильда — расстояние от центра объекта, такое, что если бы вся масса объекта была сжата внутри этой сферы, скорость убегания от поверхности была бы равна скорости света.
• Соотношение M – сигма — эмпирическая корреляция между дисперсией звездных скоростей балджа галактики и массой M сверхмассивной черной дыры приσ{\ displaystyle \ sigma}
• Горизонт событий — граница в пространстве-времени, за пределами которой события не могут повлиять на стороннего наблюдателя.
• Квазипериодические колебания — способ, которым рентгеновский свет от астрономического объекта мерцает с определенной частотой.
• Фотонная сфера — сферическая область пространства, в которой гравитация настолько сильна, что фотоны вынуждены перемещаться по орбитам.
• Эргосфера — область, расположенная вне вращающейся черной дыры.
• Излучение Хокинга — излучение черного тела, которое, согласно прогнозам, будет испускаться черными дырами из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий.
• Процесс Пенроуза — процесс, теоретизированный Роджером Пенроузом, при котором энергия может быть извлечена из вращающейся черной дыры.
• Бонди аккреция — сферическая аккреция на объект.
• Спагеттификация — вертикальное растяжение и горизонтальное сжатие объектов в длинные тонкие формы в очень сильном гравитационном поле, вызываемое экстремальными приливными силами.
• Гравитационная линза — распределение материи между удаленным источником и наблюдателем, которая способна отклонять свет от источника, когда он движется к наблюдателю.

Падение в черную дыру

Что же произойдет, если вы случайно упадете в одну из этих космических аберраций? Сначала спросим вашего космического напарника — назовем ее Анна — которая с ужасом смотрит, как вы плывете по направлению к черной дыре, в то время как она остается на безопасном расстоянии. Она наблюдает странные вещи.

Если вы ускоряетесь по направлению к горизонту событий, Анна видит, как вы растягиваетесь и искажаетесь, словно она смотрит на вас через гигантскую лупу. Кроме того, чем ближе вы подходите к горизонту, тем больше ваши движения замедляются.

Вы не можете крикнуть, поскольку воздуха в космосе нет, но можете попытаться сигнализировать Анне сообщение Морзе светом своего iPhone (даже приложение есть для этого). Однако ваши слова будут достигать ее все медленнее и медленнее, поскольку световые волны растягиваются до все более низких и красных частот: «Хорошо, х о р о ш о, х  о  р  о…».

Когда вы достигнете горизонта, Анна увидит, что вы замерзли, словно кто-то нажал кнопку паузы. Вы отпечатаетесь там, обездвиженный и вытянутый по всей поверхности горизонта, когда нарастающее тепло начнет вас поглощать.

По мнению Анны, вас медленно стирает растяжение пространства, остановка времени и тепло излучения Хокинга. Перед тем как погрузиться в темноту черной дыры, вы превратитесь в пепел.

Но прежде чем начинать планировать похороны, давайте забудем об Анне и посмотрим эту жуткую сцену с вашей точки зрения. И знаете, что тут происходит? Ничего.

Световые волны все больше растягиваются

Вы плывете прямиком в самое зловещее проявление природы и не получаете ни шишки, ни синяка — и уж точно не растягиваетесь, не замедляетесь и не поджариваетесь на излучении. Потому что находитесь в свободном падении и не испытываете гравитации: Эйнштейн назвал это «самой счастливой мыслью».

В конце концов, горизонт событий — это не кирпичная стена, плавающая в пространстве. Это артефакт перспективы. Наблюдатель, который остается вне черной дыры, не может видеть сквозь него, но это не ваша проблема. Для вас горизонта не существует.

Если бы черная дыра была меньше, у вас были бы проблемы. Сила гравитации была бы гораздо сильнее у ваших ног, чем у вашей головы, и растянула бы вас как спагетти. Но к счастью для вас это большая черная дыра, в миллионы раз массивнее Солнца, так что силы, которые могли бы вас спагеттифицировать, достаточно слабы, чтобы их можно было проигнорировать.

Более того, в достаточно большой черной дыре вы могли бы прожить остаток своей жизни, а после умереть в сингулярности.

Возможно ли вернуться обратно из черной дыры?

Насколько нормальной эта жизнь будет, большой вопрос, учитывая что вас засосало против вашей воли в разрыв в пространственно-временном континууме и обратного пути нет.

Но если задуматься, нам всем знакомо это чувство, по опыту общения не с пространством, но со временем. Время идет только вперед, никогда назад, и засасывает нас против нашей воли, не оставляя шанса на отступление.

Это не просто аналогия. Черные дыры искажают пространство и время до такого экстремального состояния, что внутри горизонта событий черной дыры пространство и время на самом деле меняются ролями. В действительности, именно время засасывает вас в сингулярность. Вы не можете развернуться и уйти из черной дыры точно так же, как не можете развернуться и уйти обратно в прошлое.

В этот момент вы спросите себя: что не так с Анной? Если вы прохлаждаетесь внутри черной дыры, будучи окруженным пустым пространством, почему ваш напарник видит, как вы сгораете в излучении на горизонте событий? Галлюцинации?

А как ваше путешествие будет выглядеть со стороны наблюдателя?

На самом деле, Анна пребывает в полном здравии. С ее точки зрения вы действительно сгорели на горизонте. Это не иллюзия. Она даже могла бы собрать ваш пепел и отправить его домой.

На самом деле, законы природы требуют, чтобы вы оставались за пределами черной дыры, как это видно с точки зрения Анны. Это потому что квантовая физика требует, чтобы информация не пропадала, не терялась. Каждый бит информации, который говорит о вашем существовании, должен оставаться за пределами горизонта, чтобы законы физики Анны не нарушались.

С другой стороны, законы физики также требуют, чтобы вы плыли через горизонт, не сталкиваясь с горячими частицами или чем-то из ряда вон выходящего. В противном случае, вы будете нарушать «самую счастливую мысль» Эйнштейна и его общую теорию относительности.

Итак, законы физики требуют, чтобы вы одновременно были снаружи черной дыры в виде горстки пепла и внутри черной дыры, живы и здоровы. И есть также третий законы физики, который говорит, что информация не может быть клонирована. Вы должны быть в двух местах, но может быть только одна копия вас.

Существование и эволюция черных дыр

Имея приблизительное представление о природе столь странных космических объектов, интересно другое. Какие истинные размеры черных дыр, как быстро они растут? Размеры черных дыр определяются их гравитационным радиусом. Для черных дыр радиус черной дыры определяется ее массой и называется радиусом Шварцшильда. К примеру, если объект имеет массу равную массу нашей планеты, то радиус Шварцшильда в таком случае составляет 9 мм. Наше главное светило имеет радиус в 3 км. Средняя плотность черной дыры, образовавшейся на месте звезды массой 10⁸ масс Солнца, будет близкой к плотности воды. Радиус такого образования составит 300 млн. километров.

Гравитационный радиус

Что касается мелких дырочек, то это мини-объекты, радиус которых достигает ничтожных величин, всего 10¯¹² см. Масса такой крошки составляет 10¹⁴гр. Подобные образования возникли в момент Большого взрыва, однако со временем увеличились в размерах и сегодня красуются в космическом пространстве в качестве монстров. Условия, при которых шло образование мелких черных дыр, ученые сегодня пытаются воссоздать в земных условиях. Для этих целей проводятся эксперименты в электронных коллайдерах, посредством которых элементарные частицы разгоняются до скорости света. Первые опыты позволили получить в лабораторных условиях кварк-глюонную плазму — материю, которая существовала на заре образования Вселенной. Подобные эксперименты позволяют надеяться, что черная дыра на Земле – дело времени. Другое дело, не обернется ли подобное достижение человеческой науки катастрофой для нас и для нашей планеты. Создав искусственно черную дыру, мы можем открыть ящик Пандоры.

Электронный коллайдер

Последние наблюдения за другими галактиками, позволили ученым открыть черные дыры, размеры которых превышают все мыслимые ожидания и предположения. Эволюция, которая происходит с подобными объектами, позволяет лучше понять, от чего растет масса черных дыр, каков ее реальный предел. Ученые пришли к выводу, что все известные черные дыры выросли до своих реальных размеров в течение 13-14 млрд. лет. Разница в размерах объясняется плотностью окружающего пространства. Если у черной дыры достаточно пищи в пределах досягаемости сил притяжения, она растет словно на дрожжах, достигая массы в сотни и тысячи солнечных масс. Отсюда и гигантские размеры таких объектов, расположенных в центре галактик. Массивное скопление звезд, огромные массы межзвездного газа являются обильной пищей для роста. При слиянии галактик, черные дыры могут сливаться воедино, образуя новый сверхмассивный объект.

Виды черных дыр

Судя по анализу эволюционных процессов, принято выделять два класса черных дыр:

• объекты с массой в 10 раз больше солнечной массы;
• массивные объекты, масса которых составляет сотни тысяч, миллиарды солнечных масс.

Существуют черные дыры со средней промежуточной массой равной 100-10 тыс. масс Солнца, однако их природа до сих пор остается неизвестной. На одну галактику приходится примерно один такой объект. Изучение рентгеновских звезд позволило найти на расстоянии 12 миллионов световых лет в галактике М82 сразу две средние по массе черные дыры. Масса одного объекта варьируется в диапазоне 200-800 масс Солнца. Другой объект гораздо больше и имеет массу 10-40 тыс. солнечных масс. Судьба таких объектов интересна. Располагаются они вблизи звездных скоплений, постепенно притягиваясь к сверхмассивной черной дыре, расположенной в центральной части галактики.

Как образуются чёрные дыры

Такие большие объекты, как звёзды, обладают большой гравитацией. Вся материя звезды всегда притягивается к центру, но термоядерные реакции не позволяют ей схлопнуться. То есть с одной стороны работает притяжение, а с другой давление, которое удерживает форму звезды.

Самой популярной считается теория, что чёрная дыра — это конечная стадия жизни звезды с очень большой массой, превышающей как минимум массу 20 Солнц. Когда внутри такой звезды прекращаются термоядерные реакции (заканчивается топливо), то под действием своей огромной гравитации она ускоренно сжимается в нейтронную звезду. В зависимости от своей начальной массы, она может остаться сверхплотной нейтронной звездой либо продолжить сжиматься с такой силой, что даже свет не сможет покинуть её пределы — это и будет чёрная дыра.

Рекомендуем: Что такое магнитная буря

Существует и другой сценарий, когда все те же процессы происходят с межзвёздным газом, находящимся на стадии превращения в галактику или какое-то скопление. Если внутреннее давление не может компенсировать гравитацию, то вся материя начинает сжиматься, что приводит к образованию чёрной дыры.

Что такое черная дыра

Черная дыра — это область внутри космоса с настолько сильной гравитацией, что она засасывает все вокруг, включая свет. Профессор РАН Сергей Попов объясняет, что у черных дыр нет одного четкого определения, и даже такое — это один из вариантов. Если спросить разных ученых — астрофизиков и физиков — они подойдут к ответу с разных сторон. Есть энциклопедические словари, которые закрепляют определения и дают конкретные ответы, но единственно верной формулировки не существует.

Лекция Сергея Попова о черных дырах на YouTube

Сам Сергей определяет черные дыры как максимально компактный объект, который не демонстрирует свойств поверхности. И размер этого объекта соответствует радиусу Шварцшильда — расстоянию от центра тела до горизонта событий. Где горизонт событий — это «точка невозврата» или граница черной дыры. Для каждого объекта существует свой радиус Шварцшильда, который можно рассчитать. Если сжать любой предмет до этого радиуса, он превратится в черную дыру. Условно говоря, если бы мы хотели сжать Солнце и трансформировать его в черную дыру, его радиус составил бы всего 3 км, при изначальных около 700 тыс. км.

Футурология

Космонавты опять сняли НЛО: объясняем самые известные снимки из космоса

Само словосочетание «черная дыра» — это просто удачно придуманное обозначение. Примерно как «Большой взрыв». Сама идея черных дыр возникла в конце XVIII века. Тогда их называли по-другому: были варианты «застывшие звезды» или «коллапсары». Но в итоге научная журналистка Энн Юинг предложила такой термин.

Визуализация черной дыры

(Фото: NASA)

Сергей рассказывает, что в науке часто приживается какое-то словосочетание именно благодаря тому, что оно удобное. Дыра — потому что, если что-то туда попало, то не может выбраться назад. А черная — потому, что сам по себе этот объект ничего или практически ничего не излучает. Если представить пустую Вселенную, черный космос, и поместить там черную дыру, то ее невозможно будет увидеть. Она ничем не выделяется на фоне этой черноты.

Искажение света, пространства и времени

Как только вы попадете внутрь, известные законы физики перестанут для вас существовать, а в силу вступят совсем иные силы.

Первое, что заметит любой, перед тем как попадет в горизонт событий черной дыры, будет то, насколько другими станут свет, пространство и время.

Бесконечный уровень гравитации, который производит сингулярность, находящаяся в центре черной дыры, способна искривлять пространство, пускать время вспять и изменять до неузнаваемости свет. Из-за этого ваше восприятие того, что сейчас происходит, будет полностью отличаться о того, что происходило до того момента, как вы попали в горизонт событий. Конечно же, длиться это будет ровно до того момента, пока вы полностью не будете поглощены бесконечной тьмой и уже не будете в состоянии вообще что-либо воспринимать.

История черных дыр

• Хронология физики черной дыры — Хронология физики черной дыры
• Джон Мичелл

  Темная звезда

  — геолог, впервые высказавший идею «темных звезд» в 1783 году.

• Пьер-Симон Лаплас — ранний математический теоретик (1796 г.) идеи черных дыр
• Альберт Эйнштейн — в 1915 г. пришел к общей теории относительности.
• Карл Шварцшильд — описал гравитационное поле точечной массы в 1915 году.
• Субраманян Чандрасекар — в 1931 году, используя специальную теорию относительности, постулировал, что невращающееся тело из электронно-вырожденной материи с массой выше определенной предельной (теперь называемой пределом Чандрасекара при 1,4 солнечных массах) не имеет стабильных решений.
• Дэвид Финкельштейн — определил поверхность Шварцшильда как горизонт событий
• Рой Керр — В 1963 году нашел точное решение для вращающейся черной дыры.

Проблемы, связанные с черными дырами

• Теорема без волос — постулирует, что все решения для черных дыр уравнений гравитации и электромагнетизма Эйнштейна-Максвелла в общей теории относительности могут быть полностью охарактеризованы только тремя внешне наблюдаемыми классическими параметрами: массой, электрическим зарядом и угловым моментом.
• Информационный парадокс черной дыры — результат комбинации квантовой механики и общей теории относительности.
• Гипотеза космической цензуры — две математические гипотезы о структуре сингулярностей, возникающих в общей теории относительности.
• Неособые модели черных дыр — математическая теория черных дыр, которая избегает определенных теоретических проблем со стандартной моделью черной дыры, включая потерю информации и ненаблюдаемый характер горизонта событий черной дыры.
• Голографический принцип — свойство квантовой гравитации и теорий струн, которое гласит, что описание объема пространства можно рассматривать как закодированное на границе области — предпочтительно на светоподобной границе, такой как гравитационный горизонт.
• Комплементарность черной дыры — предполагаемое решение информационного парадокса черной дыры, предложенное Леонардом Сасскиндом и Джерардом т Хоофтом.

Масса, угловой момент и электрический заряд черной дыры

Итак, мы знаем, что черные дыры появляются в результате взрывов сверхновых – это явление, в ходе которого массивные звезды резко меняют свою яркость, а затем затухают. Некоторые из таких звезд сразу же коллапсируют в черные дыры, другие проходят все этапы звездной эволюции – из сверхновой звезды они могут становиться нейтронными звездами – самыми плотными объектами во Вселенной, которые коллапсируют в черные дыры. Но как ученые измеряют массу и свойства этих космических монстров?

Так выглядит смоделированная визуализация черной дыры, представленная NASA

Существуют три свойства черной дыры, которые (в принципе) поддаются измерению: ее масса, угловой момент (спин) и общий электрический заряд. Сторонний наблюдатель, вроде нас с вами, с борта корабля воображения может судить лишь об этих трех параметрах, а вот вся информация о том, что же находится за горизонтом событий и какой у черной дыры состав неизвестна. Ученые называют это “теоремой об отсутствии волос», так как вся информация об исходной материи (ее и называют волосами) скрыта за горизонтом событий. Исходя из всех трех параметров, масса, пожалуй, является наиболее значимым: именно масса черной дыры – и огромные гравитационные силы, которые она порождает – наносят ущерб близлежащим объектам.

Методы обнаружения

Рассмотрим методы, которые астрономы используют для обнаружения черной дыры:

• ЧД возможно зарегистрировать в том случае, когда она притягивает окружающую ее материю, будь то звездное вещество соседней звезды или газовое облако, через которое движется черная дыра. Компьютерное моделирование показывает падение звезды в черную дыру В таком случае видимое вещество начнет стягиваться к массивному объекту, образую вокруг него аккреционный диск. То есть диск быстровращающейся разогретой материи. В некоторых случаях вращающаяся вокруг ЧД материя может плотно перекрывать черную дыру, тем самым визуально образуя огромную светящуюся сферу.

• Метод гравитационного возмущения позволяет определить наличие ЧД по ее гравитационному влиянию на окружающие тела. К примеру, если траектория движения планеты вокруг некоторой звезды не согласуется с теоретическими подсчетами орбиты этой планеты, а имеет некоторое искажение, можно предположить о наличии массивного объекта вблизи планеты, который влияет на ее траекторию. Данный частный случай упрощен, так как подобные ситуации позволяют обнаружить менее массивные объекты, вроде других планет. Черные дыры же могут искажать траекторию огромных облаков газа.

• Возвращаясь к изменению траектории электромагнитного излучения вблизи черной дыры, следует отметить одно из явлений, которое также позволяет обнаружить ЧД – гравитационное линзирование. Свет, проходящий около границ черной дыры, несколько изменяет свою траекторию, создавая таким образом размытую или искаженную картинку, а иногда даже продублированное изображение космических тел. Таким образом, черная дыра, расположенная на фоне какого-либо скопления, вроде галактики или туманности, дает аномальное изображение этого скопления, что привлекает астрономов и дает повод начать поиски ЧД в этой области небосвода.

Помимо упомянутых выше методов, ученые часто связывают такие объекты как черные дыры и квазары. Квазары – некие скопления космических тел и газа, которые являются одними из самых ярких астрономических объектов во Вселенной. Так как они обладают высокой интенсивностью свечения при относительно малых размерах, есть основания предполагать, что центром этих объектов есть сверхмассивная черная дыра, притягивающая к себе окружающую материю. В силу столь мощного гравитационного притяжения притягиваемая материя настолько разогрета, что интенсивно излучает. Обнаружение подобных объектов обычно сопоставляется с обнаружением черной дыры. Иногда квазары могут излучать в две стороны струи разогретой плазмы – релятивистские струи. Причины возникновения таких струй (джет) не до конца ясны, однако вероятно они вызваны взаимодействием магнитных полей ЧД и аккреционного диска, и не излучаются непосредственной черной дырой.

Джет в галактике M87 бьющий из центра ЧД

Подводя итоги вышесказанного, можно представить себе, как выглядит черная дыра в космосе вблизи: это сферический черный объект, вокруг которого вращается сильно разогретая материя, образуя светящийся аккреционный диск.

Эпоха чёрных дыр

На самом деле, раньше не один учёный, который изучал чёрные дыры, не имел доказательств их реального существования. В основном, их идеи были основаны на математических расчётах.

Впервые предположение о существовании подобных областей во Вселенной выдвинул английский священник Д. Мичел в 1783 году. В свободное время он увлекался астрономией. Согласно его расчётам, если сжать астрофизический объект, то возникнет мощнейшая гравитационная сила. При этом его пределы не сможет покинуть даже свет.

Кроме того, подобную гипотезу выдвинул французский учёный Пьер Лаплас. Он считал, что в случае высокой гравитации тела скорость убегания больше световой скорости. То есть частицы света двигающиеся в точку не смогут двигаться бесконечно, и будут удерживаться гравитационной силой.

Пьер-Симон Лаплас

Спустя много лет в 1915 году Альберт Эйнштейн написал основные уравнения общей теории относительности. Они также предсказывали наличие особых областей в космическом пространстве.

В 1916 году на основе общей теории относительности Карл Шварцшильд расчитал числовое значение пространства и времени внутри и за пределами тела, влияющее на движение частиц и античастиц.

Между тем, официально термин «чёрная дыра» был введён в 1968 году благодаря труду американского физика-теоретика Джона Уиллера. Он описал свойства этих областей, использовав новое для них понятие.

Джон Арчибальд Уилер

Стоит отметить, что большой вклад в историю изучения и исследования чёрных дыр внёс индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар. Он написал книгу «Математическая теория чёрных дыр» (1974-1983 гг).

В дальнейшем многие великие учёные, в том числе и Стивен Хокинг, продолжили работу по изучению этих загадочных областей нашей Вселенной.

Информационный парадокс черных дыр

Вы наверняка слышали, что черные дыры уничтожают информацию, которая в них попадает. Почему это является такой огромной проблемой для физики, что ученые всеми силами пытаются избавиться от этой нелепой и нелогичной формулировки? Что ж, мир стал довольно сложным. В моем детстве все было проще. Трава была зеленее, газировка вкуснее, а черные дыры были черными. То есть черные дыры сжимали материю и энергию в бесконечно плотные сингулярности, не создавая непреодолимых парадоксов. Это были хорошие дни.

Но им пришел конец. Сегодня черные дыры вмещают все пятьдесят оттенков серого, изгибая законы физики один за другим. Что же такое информационный парадокс черной дыры?

Для начала давайте поговорим об информации. Когда физики говорят «Информация», они имеют в виду конкретное состояние каждой частицы во вселенной: масса, положение, спин, температура и т. д. отпечаток пальца, который уникальным образом идентифицирует каждого, и вероятность того, что эти частицы собираются делать во вселенной. Вы можете взять атомы, раздавить их или сжать вместе, но квантово — волновая функция, которая их описывает, всегда будет сохраняться.

Квантовая физика позволяет вам запускать всю вселенную вперед и назад до тех пор, пока вы обращаете все в своей математике: заряд, четность и время

Это важно. Светлые умы говорят нам, что информация должна жить, несмотря ни на что

Представьте ее в виде энергии. Вы не можете уничтожить энергию: только преобразовать.

Что такое черная дыра? Она образуется, когда крупнейшая звезда с массой в 20 раз превышающей солнечную жестоко коллапсирует и взрывается. Ее плотность материи чрезвычайно высока, скорость убегания превышает скорость света. Особо прикольные имеют перегретый диск аккреции с материей, которая кружится вокруг горизонта событий черной дыры, за пределы которого свет уже не может вырваться никак.

И тут у нас появляется один из самых странных побочных эффектов относительности: замедление времени. Представьте себе часы, падающие в направлении черной дыры, которые засасывает гравитационный колодец. Время будет идти медленнее по мере приближения к черной дыре, пока наконец не замерзнет на краю горизонта событий. Фотоны от часов вытянутся, и цвет часов пройдет через красное смещение. В конце концов, он исчезнет, поскольку фотоны вытянутся за пределы того, что могут обнаружить наши глаза.

Лишь в том случае, если бы вы смотрели на черную дыру миллиарды лет, вы увидели бы все, что она собрала, что застряло внутри, как на липучке. Вы нашли бы и часы, и «Титаник», и теоретически смогли бы определить квантовое состояние каждой отдельной частицы и фотона, который попал в черную дыру. Поскольку потребуется практически бесконечное количество времени, чтобы все испарилось совершенно, все в порядке.

Информация навсегда на поверхности черной дыры сохраняется. Все, что туда попало, определенно погибло, но их информация, их драгоценная квантовая информация, в полном порядке.

В 1975 году Стивен хокинг сбросил на черные дыры бомбу. Он осознал, что у черных дыр есть температура, и с течением огромного периода времени они совершенно испарятся, выпустив массу и энергию обратно во вселенную. Этот процесс был обозначен как излучение хокинга.

Но эта же идея парадокс породила. Информация о том, что попало в черную дыру сохраняется замедлением времени, но сама масса черной дыры испаряется. В конце концов, она совершенно исчезнет, и тогда куда денется информация? Та информация, которая не может быть уничтожена?

Астрономы в шоке. Десятками лет они работают, пытаясь решить этот вопрос. Есть небольшой набор вариантов:

Черные дыры не испаряются вовсе, хокинг ошибся.
Информация в черной дыре каким-то образом утекает вместе с излучением хокинга.
Черная дыра удерживает ее до самого конца, и когда испаряются две последних частицы, вся информация внезапно высвобождается во вселенную.
Информация сжимается в микроскопическое пространство, которое остается после испарения черной дыры.
Черная дыра.

Возможно, физики никогда не смогут выяснить это. Недавно хокинг выдвинул новую идею, которая могла бы разрешить информационный парадокс черной дыры. Он предположил, что есть некий способ, которым излучение хокинга могло бы уносить в себе информацию о новой материи, падающей в черную дыру.

Таким образом, информация обо всем, что падает, сохраняется уходящим излучением, возвращается во вселенную и разрешает парадокс. Но это догадка, поскольку и само излучение хокинга никто не обнаружил. Возможно, мы через много десятков лет узнаем не только то, в правильном направлении мы движемся или нет, но и собственно решение парадокса.

В ситуациях вроде этой мы вспоминаем, как мало знаем о вселенной на самом деле.

Будете следить за историей развития Вселенной

К сожалению, история эта будет иметь все же плохой конец.

Как уже упоминалось ранее, есть вероятность наличия черных дыр без сингулярности в их центре. Вместо этого в центре будет находиться так называемая кротовая нора. Если мы найдем способ путешествия через кротовую нору, то, скорее всего, станем свидетелем истории эволюции Вселенной, за которым можно будет наблюдать на всем протяжении к тому, что бы ни находилось на другом конце кротовой норы. Будет это выглядеть так, как если бы кто-то запустил видеоролик с историей Вселенной в бесконечно быстрой перемотке.

Чем быстрее станет двигаться картинка, тем быстрее вы будете приближаться к своей смерти. Свет будет становиться все более и более синесмещенным и заряженным до тех пор, пока полностью вас не зажарит заживо своим излучением.

Спагеттификация

А вот это действительно страшно

Согласно другой гипотезе, как только вы пересечете границу горизонта событий черной дыры, то начнете испытывать мощное растяжение под воздействием силы гравитации. При падении в центр черной дыры на ваше тело будут воздействовать силы, которые в конечном итоге вас разорвут на мелкие кусочки (скорее, даже частицы).

Более того, если вы будете падать в черную дыру сначала головой, то она настолько отдалится от вашего тела, что вы начнете выглядеть как спагетти. Суть заключается в разности ускорения при падении из-за гравитации, которая будет воздействовать на вашу голову и ноги. Эта разница настолько большой, что вы вытянетесь как спагетти или лапша. Из-за этого даже появился термин спагеттификация.

Стоит ли вообще искать кротовую нору?

Конечно, каждому писателю-фантасту или же режиссеру фильма о космосе подвластно создать кротовую нору любых размеров и проявлений. Однако ученые, порой, под сомнение ставят не только вопрос целесообразности изучения кротовой норы, но и сам факт ее существования.

«Говоря о кротовой норе, мы имеем дело с так называемым парадоксом Энрико Ферми, который можно сформулировать в одно простое изречение: «Если бы что-то существовало, то мы бы давно это увидели». Пока что достоверных и научно доказанных фактов существования кротовых нор, к сожалению, нет. Иначе, как я люблю говорить, уже бы давно в каждой квартире налогоплательщика была бы кротовая нора», — отметил Владимир Липунов.

Однако, по мнению Эмиля Ахмедова, не все так просто и категорично. Однозначно утверждать, что кротовые норы существуют только математически и на бумаге, нельзя. По словам ученого, уравнения Эйнштейна не очень ограничительные — это значит, что у них много различных решений, и не все из них обязаны реализоваться в природе. Например, белые дыры существуют как решения уравнений гравитации, но вполне вероятно, что в природе их нет. При этом черные дыры регистрируются, и уже есть их фото. Еще один важный факт — некоторые из этих гипотетических объектов неустойчивы, т.е. живут достаточно короткое время, как поставленная на ребро монета, которая может упасть при малейшем дуновении ветра.

Футурология

Космонавты опять сняли НЛО: объясняем самые известные снимки из космоса

Космические монстры

Итак, площадь поверхности черной дыры определяется сферической границей, известной как горизонт событий — за этой точкой ничто, даже свет, не может избежать ее мощного гравитационного притяжения. Согласно интерпретации общей теории относительности Хокингом, поскольку площадь поверхности черной дыры увеличивается с увеличением ее массы, и поскольку ни один объект, брошенный внутрь, не может оттуда выбраться, площадь ее поверхности не может уменьшиться.

Но площадь поверхности черной дыры также уменьшается по мере ее вращения, поэтому исследователи задались вопросом о том, можно ли бросить объект внутрь достаточно сильно, чтобы заставить черную дыру вращаться с такой скоростью, что ее площадь уменьшиться.

Черные дыры – одни из самых загадочных объектов во Вселенной.

сказал

Как получилось, что в центре крупных галактик встречаются чёрные дыры?

Из множества миллиардов галактик, составляющих наблюдаемую Вселенную, более миллиона уже были проанализированы. В центрах многих крупных галактик присутствуют чёрные дыры. Как так вышло? Чтобы понять это, нужно вернуться к самому началу — к Большому взрыву. Материя и энергия вырываются наружу и Вселенная начинает расширяться. Именно Большой взрыв даёт нам все компоненты для рождения: водород, гелий и другие элементы.

В течение десятков миллионов лет облака водорода сливались, становясь всё плотнее. Некоторые становятся такими горячими, что воспламеняются. Рождаются первые звёзды — гиганты, размером в сотни раз превышающие наше Солнце. Они быстро выгорают и взрываются, образуя вспышку сверхновой. Более крупные галактики поглощают более малые галактики, и если одна галактика съедает другую, в центре которой была чёрная дыра, значит она съедает и эту чёрную дыру. Она перемещается в центр новой галактики, делая её больше.