Das grenzenlose Universum ist voll von Geheimnissen, Rätseln und Paradoxien. Trotz der Tatsache, dass die moderne Wissenschaft einen großen Sprung in die Erforschung des Weltraums gemacht hat, bleibt vieles in dieser riesigen Welt für die menschliche Wahrnehmung der Welt unverständlich. Wir wissen viel über Sterne, Nebel, Cluster und Planeten. In der Weite des Universums gibt es jedoch solche Objekte, deren Existenz wir nur vermuten können. Wir wissen zum Beispiel sehr wenig über Schwarze Löcher. Grundlegende Informationen und Wissen über die Natur der Schwarzen Löcher basieren auf Annahmen und Vermutungen. Astrophysiker, Nuklearwissenschaftler kämpfen seit über einem Dutzend Jahren mit diesem Thema. Was ist ein schwarzes Loch im Weltall? Was ist die Beschaffenheit solcher Objekte?
Apropos Schwarze Löcher in einfacher Sprache
Um sich vorzustellen, wie ein schwarzes Loch aussieht, genügt es, den Schwanz des Zuges in den Tunnel gehen zu sehen. Wenn das Zugfahrzeug tiefer in den Tunnel fährt, werden die Signalleuchten am letzten Fahrzeug kleiner, bis sie vollständig aus dem Blickfeld verschwinden. Mit anderen Worten, dies sind Objekte, bei denen aufgrund der monströsen Anziehungskraft sogar Licht verschwindet. Elementarteilchen, Elektronen, Protonen und Photonen können die unsichtbare Barriere nicht überwinden, sie fallen in den schwarzen Abgrund der Nichtexistenz, daher wurde dieses Loch im Weltraum als schwarz bezeichnet. Es gibt nicht den geringsten hellen Bereich in ihm, feste Schwärze und Unendlichkeit. Was sich auf der anderen Seite des Schwarzen Lochs befindet, ist unbekannt.
Dieser Weltraumstaubsauger hat eine enorme Schwerkraft und kann eine ganze Galaxie mit allen Sternhaufen und Superhaufen, mit Nebel und dunkler Materie aufnehmen. Wie ist das möglich? Es bleibt nur zu raten. Die uns bekannten Gesetze der Physik knallen aus allen Nähten heraus und geben keine Erklärung für die ablaufenden Prozesse. Die Essenz des Paradoxons ist, dass in diesem Teil des Universums die Gravitationswechselwirkung von Körpern durch ihre Masse bestimmt wird. Der Vorgang der Absorption eines Gegenstands durch einen Gegenstand wird durch ihre qualitative und quantitative Zusammensetzung nicht beeinflusst. Partikel, die in einem bestimmten Bereich eine kritische Menge erreicht haben, treten in eine andere Wechselwirkungsebene ein, wo Gravitationskräfte zu Anziehungskräften werden. Der Körper, Gegenstand, Substanz oder Materie unter dem Einfluss der Schwerkraft beginnt zu schrumpfen und erreicht eine enorme Dichte.
Ungefähr solche Prozesse finden während der Bildung eines Neutronensterns statt, bei dem die Sternsubstanz unter dem Einfluss der inneren Schwerkraft im Volumen komprimiert wird. Freie Elektronen bilden zusammen mit Protonen elektrisch neutrale Teilchen - Neutronen. Die Dichte dieser Substanz ist enorm. Ein Materieteilchen von der Größe eines raffinierten Zuckers hat ein Gewicht von Milliarden Tonnen. Hier ist es angebracht, sich an die allgemeine Relativitätstheorie zu erinnern, bei der Raum und Zeit kontinuierliche Größen sind. Folglich kann der Kompressionsprozess nicht auf halbem Weg gestoppt werden und ist daher nicht begrenzt.
Möglicherweise sieht ein schwarzes Loch aus wie ein Loch, in dem ein Übergang von einem Raumsegment zu einem anderen erfolgen kann. Gleichzeitig verändern sich die Eigenschaften von Raum und Zeit selbst und werden zu einem Raum-Zeit-Trichter. Am Boden dieses Trichters angelangt, fällt jede Materie in Quanten. Was ist auf der anderen Seite des Schwarzen Lochs, dieses Riesenlochs? Vielleicht gibt es einen anderen Raum, in dem andere Gesetze gelten und die Zeit in die entgegengesetzte Richtung fließt.
Im Zusammenhang mit der Relativitätstheorie lautet die Theorie eines Schwarzen Lochs wie folgt. Der Punkt des Raumes, an dem die Gravitationskräfte jegliche Materie auf die mikroskopische Größe gedrückt haben, hat eine enorme Anziehungskraft, deren Größe auf unendlich zunimmt. Eine Zeitfalte erscheint und der Raum wird gebogen und schließt an einem Punkt. Objekte, die von einem schwarzen Loch absorbiert werden, können der Kraft dieses monströsen Staubsaugers nicht standhalten. Selbst die Lichtgeschwindigkeit, die Quanten besitzen, lässt Elementarteilchen die Anziehungskraft nicht überwinden. Jeder Körper, der an einen solchen Punkt gelangt ist, ist kein materielles Objekt mehr, sondern verschmilzt mit der Raum-Zeit-Blase.
Schwarze Löcher in der Wissenschaft
Wenn Sie fragen, wie entstehen Schwarze Löcher? Definitive Antwort wird nicht sein. Es gibt viele Paradoxien und Widersprüche im Universum, die aus wissenschaftlicher Sicht nicht erklärt werden können. Einsteins Relativitätstheorie erlaubt nur die theoretische Erklärung der Natur solcher Objekte, aber in diesem Fall schweigen die Quantenmechanik und die Physik.
Beim Versuch, die Vorgänge durch die Gesetze der Physik zu erklären, sieht das Bild so aus. Das Objekt entsteht als Ergebnis der kolossalen Gravitationskontraktion eines massiven oder supermassiven kosmischen Körpers. Dieser Prozess hat einen wissenschaftlichen Namen - Gravitationskollaps. Der Begriff "schwarzes Loch" wurde erstmals 1968 in der wissenschaftlichen Gemeinschaft ausgesprochen, als der amerikanische Astronom und Physiker John Wheeler versuchte, den Zustand des stellaren Zusammenbruchs zu erklären. Nach seiner Theorie entsteht an Stelle eines massiven Sterns, der einem Gravitationskollaps unterworfen ist, ein räumliches und zeitliches Versagen, bei dem eine ständig wachsende Kompression wirkt. Alles, woraus der Stern gemacht wurde, geht in sich.
Diese Erklärung lässt den Schluss zu, dass die Natur der Schwarzen Löcher in keiner Weise mit den Prozessen im Universum zusammenhängt. Alles, was in diesem Objekt passiert, spiegelt sich in keiner Weise mit einem „ABER“ im umgebenden Raum wider. Die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs ist so stark, dass es den Raum verbiegt und Galaxien dazu zwingen, sich um Schwarze Löcher zu drehen. Dementsprechend wird klar, warum Galaxien die Form von Spiralen haben. Wie lange es dauern wird, bis die riesige Milchstraße in den Abgrund eines supermassiven Schwarzen Lochs verschwunden ist, ist unbekannt. Eine merkwürdige Tatsache ist, dass schwarze Löcher an jedem Punkt im Weltraum auftreten können, wo ideale Bedingungen dafür geschaffen werden. So viel Zeit und Raum beseitigt die enormen Geschwindigkeiten, mit denen sich die Sterne im Raum der Galaxie drehen und bewegen. Die Zeit in einem schwarzen Loch fließt in eine andere Dimension. Innerhalb dieses Bereiches sind aus physikalischer Sicht keine Gesetze der Schwerkraft interpretierbar. Dieser Zustand wird als Singularität des Schwarzen Lochs bezeichnet.
Schwarze Löcher weisen keine äußeren Erkennungszeichen auf, ihre Existenz kann durch das Verhalten von anderen Weltraumobjekten beurteilt werden, die von Gravitationsfeldern betroffen sind. Das gesamte Bild des Kampfes um Leben und Tod findet an der Grenze eines schwarzen Lochs statt, das von einer Membran bedeckt ist. Diese imaginäre Oberfläche des Trichters wird als "Ereignishorizont" bezeichnet. Alles, was wir an diese Grenze sehen, ist materiell und materiell.
Szenario mit schwarzen Löchern
Bei der Entwicklung der Theorie von John Wheeler können wir schlussfolgern, dass das Geheimnis der schwarzen Löcher wahrscheinlicher nicht in ihrem Entstehungsprozess ist. Die Bildung eines Schwarzen Lochs resultiert aus dem Zusammenbruch eines Neutronensterns. Darüber hinaus muss die Masse eines solchen Objekts die Masse der Sonne mindestens dreimal übersteigen. Der Neutronenstern schrumpft, bis sich das eigene Licht nicht mehr aus der engen Schwerkraft herauslösen kann. Es gibt eine Begrenzung in der Größe, bis zu der ein Stern schrumpfen kann, wodurch ein schwarzes Loch entsteht. Dieser Radius wird als Gravitationsradius bezeichnet. Massive Sterne im Endstadium ihrer Entwicklung sollten einen Gravitationsradius von mehreren Kilometern haben.
Wissenschaftler haben heute indirekte Belege für das Vorhandensein von schwarzen Löchern in einem Dutzend Röntgensternstern erhalten. Röntgensterne, ein Pulsar oder ein Burster haben keine feste Oberfläche. Darüber hinaus ist ihre Masse größer als die der drei Sonnen. Der aktuelle Zustand des Weltraums im Sternbild Cygnus - der Röntgenstern Cygnus X-1 - ermöglicht es, die Entstehung dieser merkwürdigen Objekte zu verfolgen.
Basierend auf Forschungsergebnissen und theoretischen Annahmen gibt es heute in der Wissenschaft vier Szenarien für die Bildung von schwarzen Sternen:
- Gravitationskollaps eines massiven Sterns im Endstadium seiner Entwicklung;
- der Zusammenbruch der zentralen Region der Galaxie;
- die Bildung von schwarzen Löchern im Verlauf des Urknalls;
- die Bildung von schwarzen Quantenlöchern.
Das erste Szenario ist das realistischste, aber die Anzahl der uns heute bekannten schwarzen Sterne übersteigt die Anzahl der bekannten Neutronensterne. Und das Alter des Universums ist nicht so groß, dass so viele massive Sterne den gesamten Entwicklungsprozess durchlaufen könnten.
Das zweite Szenario hat das Recht auf Leben, und es gibt ein anschauliches Beispiel - das supermassive Schwarze Loch Schütze A *, eingebettet im Zentrum unserer Galaxie. Die Masse dieses Objekts beträgt 3,7 Masse der Sonne. Der Mechanismus dieses Szenarios ähnelt dem Szenario eines Zusammenbruchs der Schwerkraft mit dem einzigen Unterschied, dass ein interstellares Gas anstelle eines Sterns zusammenbricht. Unter dem Einfluss von Gravitationskräften wird Gas auf eine kritische Masse und Dichte komprimiert. Im kritischen Moment zerfällt die Materie in Quanten und bildet ein schwarzes Loch. Diese Theorie ist jedoch zweifelhaft, da Astronomen der Columbia University kürzlich die Satelliten des Typs A * des Schwarzen Lochs Satellites A * identifiziert haben. Es stellte sich heraus, dass es sich um viele kleine Schwarze Löcher handelte, die wahrscheinlich anders geformt wurden.
Das dritte Szenario ist eher theoretisch und hängt mit der Existenz der Urknalltheorie zusammen. Zum Zeitpunkt der Entstehung des Universums unterlag ein Teil der Materie und der Gravitationsfelder einer Fluktuation. Mit anderen Worten, die Prozesse gingen einen anderen Weg, der nicht mit den bekannten Prozessen der Quantenmechanik und der Kernphysik zusammenhängt.
Das letztere Szenario konzentriert sich auf die Physik einer nuklearen Explosion. In Materieklumpen tritt bei Kernreaktionen unter dem Einfluss von Gravitationskräften eine Explosion auf, an deren Stelle ein schwarzes Loch entsteht. Materie explodiert nach innen und absorbiert alle Partikel.
Die Existenz und Entwicklung von Schwarzen Löchern
Etwas anderes ist interessant, wenn man eine ungefähre Vorstellung von der Natur solcher seltsamen Objekte im Weltraum hat. Was sind die wahren Dimensionen von Schwarzen Löchern, wie schnell wachsen sie? Die Größe der schwarzen Löcher wird durch ihren Gravitationsradius bestimmt. Für Schwarze Löcher wird der Radius eines Schwarzen Lochs durch seine Masse bestimmt und als Schwarzschildradius bezeichnet. Wenn zum Beispiel ein Objekt eine Masse hat, die der Masse unseres Planeten entspricht, beträgt der Schwarzschild-Radius in diesem Fall 9 mm. Unser Hauptkörper hat einen Radius von 3 km. Die durchschnittliche Dichte eines schwarzen Lochs, das anstelle eines Sterns mit einer Masse von 10⁸ der Masse der Sonne gebildet wurde, liegt nahe an der Dichte des Wassers. Der Radius dieser Ausbildung wird 300 Millionen Kilometer betragen.
Es ist wahrscheinlich, dass sich solche riesigen Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien befinden. Bis heute sind 50 Galaxien bekannt, in deren Zentrum riesige temporäre und räumliche Brunnen liegen. Die Masse solcher Giganten ist Milliarden von der Masse der Sonne. Man kann sich nur vorstellen, welche kolossale und monströse Anziehungskraft ein solches Loch hat.
Bei kleinen Löchern handelt es sich um Mini-Objekte, deren Radius nur 10 ² cm unbedeutende Werte erreicht. Die Masse eines solchen Krümmers beträgt 10 g. Solche Formationen entstanden zur Zeit des Urknalls, wurden jedoch mit der Zeit immer größer und zeigen sich heute im Weltraum als Monster. Unter den Bedingungen, unter denen die Bildung von kleinen Schwarzen Löchern stattfand, versuchen Wissenschaftler heute, sich unter terrestrischen Bedingungen zu erholen. Zu diesem Zweck werden Experimente in Elektronenkollidern durchgeführt, durch die Elementarteilchen auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Die ersten Experimente erlaubten es, unter Laborbedingungen eine Quark-Gluon-Plasmamaterie zu erhalten, die zu Beginn der Entstehung des Universums existierte. Solche Experimente legen nahe, dass ein schwarzes Loch auf der Erde eine Frage der Zeit ist. Eine andere Sache ist, ob eine solche Errungenschaft der menschlichen Wissenschaft in eine Katastrophe für uns und unseren Planeten verwandelt wird. Durch das Erstellen eines künstlich schwarzen Lochs können wir die Pandora-Box öffnen.
Die jüngsten Beobachtungen anderer Galaxien haben es Wissenschaftlern ermöglicht, schwarze Löcher zu entdecken, deren Größe alle vorstellbaren Erwartungen und Annahmen übertrifft. Die Entwicklung, die mit solchen Objekten einhergeht, lässt uns besser verstehen, wie die Masse der Schwarzen Löcher wächst und was ihre wirkliche Grenze ist. Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass alle bekannten schwarzen Löcher innerhalb von 13 bis 14 Milliarden Jahren zu ihrer wahren Größe herangewachsen sind. Der Größenunterschied ist auf die Dichte des umgebenden Raumes zurückzuführen. Wenn ein schwarzes Loch genug Nahrung in Reichweite der Schwerkraft hat, wächst es wie Hefe und erreicht eine Masse von Hunderttausenden Sonnenmassen. Daher die gigantischen Dimensionen solcher Objekte im Zentrum von Galaxien. Eine riesige Ansammlung von Sternen, riesige Mengen interstellaren Gases sind reichlich Nahrung für das Wachstum. Wenn Galaxien verschmelzen, können Schwarze Löcher miteinander verschmelzen und bilden so ein neues Supermassivobjekt.
Nach der Analyse evolutionärer Prozesse zu urteilen, ist es üblich, zwei Klassen von Schwarzen Löchern zu unterscheiden:
- Objekte mit einer 10-fachen Masse der Sonnenmasse;
- massive Objekte, deren Masse Hunderttausende, Milliarden Sonnenmassen beträgt.
Es gibt Schwarze Löcher mit einer durchschnittlichen Zwischenmasse von 100 bis 10 Tausend mal der Masse der Sonne, deren Beschaffenheit jedoch noch unbekannt ist. Es gibt ungefähr ein solches Objekt pro Galaxie. Durch die Untersuchung von Röntgensternen konnten in einer Entfernung von 12 Millionen Lichtjahren zwei mittelgroße Schwarze Löcher in der Galaxie M82 gleichzeitig gefunden werden. Die Masse eines Objekts variiert im Bereich von 200 bis 800 Sonnenmassen. Ein anderes Objekt ist viel größer und hat eine Masse von 10 bis 40.000 Sonnenmassen. Das Schicksal solcher Objekte ist interessant. Sie befinden sich in der Nähe von Sternhaufen und ziehen sich allmählich an ein supermassives Schwarzes Loch an, das sich im zentralen Teil der Galaxie befindet.
Unser Planet und Schwarze Löcher
Trotz der Suche nach einem Hinweis auf die Natur der Schwarzen Löcher ist die wissenschaftliche Welt besorgt über den Ort und die Rolle des Schwarzen Lochs im Schicksal der Milchstraße und insbesondere im Schicksal des Planeten Erde. Die Falte von Zeit und Raum, die sich im Zentrum der Milchstraße befindet, absorbiert allmählich alle umliegenden Objekte. Millionen Sterne und Billionen Tonnen interstellarer Gase wurden bereits in das Schwarze Loch aufgenommen. Mit der Zeit wird die Linie die Arme von Cygnus und Schütze erreichen, in denen sich das Sonnensystem befindet und eine Strecke von 27 Tausend Lichtjahren zurückgelegt hat.
Ein weiteres in der Nähe befindliches supermassives Schwarzes Loch befindet sich im zentralen Teil der Andromeda-Galaxie. Es ist ungefähr 2,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Wahrscheinlich, bis unser Objekt Schütze A * seine eigene Galaxie verschluckt, sollten wir erwarten, dass zwei benachbarte Galaxien verschmelzen. Dementsprechend wird die Verschmelzung von zwei supermassiven Schwarzen Löchern zu einem ganzen, schrecklichen und monströsen Ausmaß auftreten.
Eine ganz andere Sache - kleine Schwarze Löcher. Den Planeten Erde zu absorbieren ist ein recht schwarzes Loch mit einem Radius von wenigen Zentimetern. Das Problem ist, dass ein schwarzes Loch von Natur aus ein völlig gesichtsloses Objekt ist. Keine Strahlung oder Strahlung geht von ihrem Mutterleib aus, daher ist es ziemlich schwierig, solch ein mysteriöses Objekt wahrzunehmen. Nur im Nahbereich können wir eine Krümmung des Hintergrundlichts erkennen, was darauf hinweist, dass sich in diesem Bereich des Universums ein Loch im Raum befindet.
Bis heute haben Wissenschaftler herausgefunden, dass das der Erde nächstgelegene Schwarze Loch das Objekt V616 Monocerotis ist. Das Monster befindet sich 3000 Lichtjahre von unserem System entfernt. In der Größe handelt es sich um eine große Formation, deren Masse 9-13 Sonnenmassen beträgt. Ein weiteres nahes Objekt, das unsere Welt bedroht, ist das Schwarze Loch Gygnus X-1. Mit diesem Monster trennen wir 6000 Lichtjahre voneinander. Schwarze Löcher, die in unserer Nachbarschaft entdeckt wurden, sind Teil des binären Systems, d. H. in der Nähe des Sterns existieren, der das unersättliche Objekt speist.
Fazit
Die Existenz solcher geheimnisvollen und geheimnisvollen Objekte wie schwarzen Löchern im Weltraum zwingt uns natürlich dazu, auf dem Wächter zu sein. Alles, was mit schwarzen Löchern passiert, passiert jedoch recht selten, wenn man das Alter des Universums und die großen Entfernungen berücksichtigt. Seit 4,5 Milliarden Jahren befindet sich das Sonnensystem in einem Ruhezustand, der nach den uns bekannten Gesetzen existiert. In dieser Zeit ist nichts dergleichen aufgetaucht, und der Raum ist nicht verzerrt oder die Falten der Zeit in der Nähe des Sonnensystems. Es gibt wahrscheinlich keine geeigneten Bedingungen dafür. Der Teil der Milchstraße, in dem sich das Sternensystem der Sonne befindet, ist ein ruhiger und stabiler Teil des Weltraums.
Wissenschaftler gehen davon aus, dass das Auftreten schwarzer Löcher nicht zufällig ist. Solche Objekte spielen im Universum die Rolle von Ordnungskräften, die den Überschuss an kosmischen Körpern zerstören. Was das Schicksal der Monster selbst betrifft, ist ihre Entwicklung noch nicht vollständig verstanden. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
