Kaip „veikia“ juodosios skylės?
Juodosios skylės yra erdvės regionai, kuriuose gravitacija yra labai stipri.
Įprastoje juodojoje skylėje Hawkingo spinduliuotė atsiranda, kai įvykis yra netoli įvykių horizontovirtualių dalelių pora, kuri virsta dalelių ir antidalelių pora.per horizontą, o kitas išskrenda.
Ką prognozavo Hawkingas?
Teorinis fizikas Stephenas Hawkingas prognozavo:nors niekas negali palikti juodųjų skylių, jie patys savaime skleidžia ribotą šviesos kiekį. Tai žinoma kaip Hawkingo radiacija. Remiantis fiziko prognozėmis, ši spinduliuotė yra savaiminė (tai yra, kyla iš nieko) ir stacionari (tai yra, jos intensyvumas laikui bėgant nedaug keičiasi).
Hawkingo spinduliuotė yra pagrindinis mokslininkų argumentas dėl mažų juodųjų skylių skilimo (garavimo), kuris teoriškai gali Šis efektas yra vienaskaitos reaktoriaus, prietaiso, skirto energijai iš juodosios skylės gauti, idėjos pagrindasHawkingo spinduliuotė.
Autorius: Maximilien Brice, CERN — CERN dokumentų serveris, CC BY-SA 3.0
Diskusijoje su J. Zeldovičiumi V. Gribovas tvirtino, kad kvantinio tuneliavimo dėka juodosios skylės turėtų skleisti daleles. Dar prieš paskelbiant savo darbą, Hawkingas lankėsi Maskvoje 1973 m., Kur susitiko su sovietų mokslininkais Jakovu Zeldovičiumi ir Alekseju Starobinskiu. Jie pademonstravo Hawkingui, kad pagal kvantinės mechanikos neapibrėžtumo principą besisukančios juodosios skylės turėtų sukelti ir išskirti daleles.
Remiantis Hawkingo prognozėmis, juodos spalvos spinduliavimasskylė yra spontaniška. Naujame tyrime mokslininkai nusprendė išsiaiškinti, ar jų juodosios skylės skleidžiama spinduliuotė taip pat yra nejudanti (t. Y. Ar ji laikui bėgant išlieka pastovi).
Ką sužinojo mokslininkai?
„Israel Tech“ tyrėjaiTechnion institutas neseniai atliko tyrimą, kurio tikslas buvo patikrinti Hawkingo teorines prognozes. Visų pirma, jie ištyrė, ar laboratorijos sąlygomis susidariusioje „dirbtinėje juodojoje skylėje“ esantis Hawkingo spinduliuotės ekvivalentas buvo nejudantis.
Jei pateksite į įvykių horizontą, to nepadarysitegalite išeiti iš čia, net jei yra šviesos. Hokingo spinduliuotė prasideda iškart už įvykių horizonto, kur šviesa vos gali ištrūkti. Tai tikrai keista, nes ten nieko nėra; tai tuščia vieta. Tačiau ši spinduliuotė prasideda nuo nieko, išeina ir nukeliauja į Žemę.
Jeffas Steinhaueris, vienas iš tyrėjų interviu su ScienceX
Kaip mokslininkai sukūrė dirbtinę juodąją skylę?
Dirbtinė juoda skylė, kurią sukūrė izraeliečiaimokslininkų, jų ilgis buvo apie 0,1 mm ir jis buvo pagamintas iš dujų, susidedančių iš 8000 rubidžio atomų. Tai palyginti nedaug atomų. Kiekvieną kartą, kai tyrėjai ją nufotografavo, juodoji skylė žlugo. Taigi, norėdami stebėti jos raidą laikui bėgant, jie turėjo sukurti juodąją skylę, ją nufotografuoti ir tada sukurti dar vieną. Šis procesas kelis mėnesius buvo kartojamas daug kartų.
Tyrėjų sukurta analogiška juodoji skylė. Kreditas: Kolobovas ir kt.
Šio analogo skleidžiama Hawkingo spinduliuotėjuoda skylė, susideda iš garso bangų, o ne šviesos. Rubidžio atomai juda greičiau nei garso greitis, todėl garso bangos negali pasiekti įvykio horizonto ir ištrūkti iš juodosios skylės. Tačiau už įvykio horizonto dujos teka lėtai, todėl garso bangos gali laisvai judėti.
Rubidiumas teka greitai, greičiau nei garso greitis irtai reiškia, kad garsas negali prieštarauti srautui. Tarkime, žmogus bando plaukti prieš srovę. Jei ši srovė juda greičiau, nei jis sugeba plaukti, tada judėti į priekį tiesiog neįmanoma. Plaukikas nuolat stumiamas atgal - srautas juda per greitai ir priešinga kryptimi. Dėl to žmogus įstringa vienoje vietoje. Štai kaip yra įstrigti juodojoje skylėje ir bandyti iš vidaus pasiekti įvykių horizontą.
Hokingo spinduliuotę sudaro fotonų poros (t.šviesos dalelės): viena išeina iš juodosios skylės, o kita patenka atgal į ją. Bandydami nustatyti analoginės juodosios skylės skleidžiamą Hawkingo spinduliuotę, mokslininkai ieškojo panašių garso bangų porų, kurių viena išeina iš juodosios skylės, o kita juda į ją. Kai jie nustatė šias garso bangų poras, mokslininkai bandė nustatyti, ar tarp jų yra koreliacijų. Fizikai pakartojo savo eksperimentą 97 000 kartų – tai yra 124 dienų nenutrūkstamų matavimų. Todėl mokslininkai išsiaiškino, kad juodosios skylės analoge atsiranda garso bangų pora, taip pat patvirtino jų tarpusavio ryšį.
Apskritai rezultatai, regis, tai patvirtinajuodųjų skylių skleidžiama spinduliuotė yra nejudanti, kaip prognozavo Hawkingas. Nors šie rezultatai pirmiausia yra susiję su jų sukurta analogiška juodąja skylė, teoriniai tyrimai gali padėti patvirtinti, ar juos galima pritaikyti tikroms juodosioms skylėms.
Kokia esmė?
Mokslininkų tyrimas kelia svarbių klausimų.Faktas yra tas, kad jie galėjo stebėti visą analoginės juodosios skylės gyvavimo laiką ir pamatyti, kaip prasidėjo Hokingo spinduliuotė. Būsimi tyrimai galėtų pabandyti palyginti darbo rezultatus su prognozėmis, kas nutiks tikroje juodojoje skylėje. Tokiu būdu mokslininkai galės pamatyti, ar „tikroji“ Hawkingo spinduliuotė prasideda nuo nulio, o vėliau didėja, kaip eksperimento metu pastebėjo fizikai.
Tikroji juodoji skylė turi du horizontus:išorinis yra įvykių horizontas (tiksliau matomumo horizontas), o vidinis - Cauchy horizontas. Tarp dviejų horizonto yra T sritis, kurioje judėjimas bet kokiems daiktams galimas tik viena kryptimi: šviesa, dalelė ar asmuo judės tik į vidų. Potvynių jėgos padidės judant šioje srityje link vidinio Cauchy horizonto. Keista, kad po juo objekto judėjimas link centro smarkiai sulėtėja (tam tikra prasme koordinatėmis, lydinčiomis patį objektą).
Sustojus prie palydovo objektokoordinatėmis, jis pradeda stumtis į išorę - į kitą visatą (tikrų juodųjų skylių topologija nėra triviali, tarp skirtingų visatų yra ryšys, o objektas turi būti išstumtas į kitą visatą). Sustojimo taške (dar vadinamame posūkio tašku, gerklės tašku) yra didžiausios potvynio jėgos tam tikrai juodai skylei, tam tikram objektui ir pradinės šio objekto kritimo sąlygos (kitomis sąlygomis ši maksimali vertė bus kitokia , bet visada baigtinis).
Vidinio horizonto viduje esančioje srityjegravitacinė trauka yra daug mažesnė, todėl daiktai gali laisvai judėti ir jų nebetraukia juodosios skylės centras. Tačiau jie vis tiek negali palikti juodosios skylės, nes negali praeiti pro vidinį horizontą priešinga kryptimi (t. Y., Eidami įvykio horizonto link).
Iš esmės įvykių horizontas yra išorinė sfera.juodoji skylė, o jos viduje yra maža sfera, vadinama vidiniu horizontu. Jei žmogus pateks už vidinio horizonto, jis vis tiek bus įstrigęs juodojoje skylėje. Bet bent jau jis nejaus neįsivaizduojamos fizikos, esančios joje. Asmuo atsidurs „normalesnėje“ aplinkoje, nes gravitacijos jėga bus mažesnė ir jos pajusti nebebus įmanoma.
Kai kurie fizikai yra numatę, kad kadaanalogiška juodoji skylė suformuoja vidinį horizontą, jos skleidžiama spinduliuotė tampa stipresnė. Įdomu tai, kad būtent tai atsitiko „Technion“ tyrėjų sukurtoje analoginėje juodojoje skylėje. Taigi šis tyrimas gali įkvėpti kitus fizikus ištirti vidinio horizonto susidarymo įtaką Hawkingo radiacijos intensyvumui.
Taip pat skaitykite
Buvo sukurtas pirmasis tikslus pasaulio žemėlapis. Kas negerai visiems kitiems?
Mokslininkai pirmą kartą užfiksavo, kaip aplink mažos masės žvaigždes formuojasi planetos
Buvo atrastas vaistas nuo senėjimo, pašalinantis senstančias ląsteles