Ako „fungujú“ čierne diery?
Čierne diery sú oblasti vo vesmíre, kde je gravitácia veľmi silná.
V normálnej čiernej diere sa Hawkingovo žiarenie objaví, keď dôjde k výskytu v blízkosti horizontu udalostíPár virtuálnych častíc, ktorý sa zmení na pár častica-antičastica.nad horizontom a druhý odletí.
Čo predpovedal Hawking?
Teoretický fyzik Stephen Hawking predpovedal:aj keď nič nemôže opustiť čierne diery, samy spontánne vyžarujú obmedzené množstvo svetla. Je známa ako Hawkingovo žiarenie. Podľa predpovedí fyzika je toto žiarenie spontánne (to znamená, že vzniká z ničoho) a stacionárne (to znamená, že jeho intenzita sa v priebehu času príliš nemení).
Hawkingovo žiarenie je hlavným argumentom vedcov ohľadom rozpadu (vyparovania) malých čiernych dier, ktoré teoreticky môžu Tento efekt je základom myšlienky jedinečného reaktora, zariadenia na získavanie energie z čiernej diery pomocouHawkingovo žiarenie.
Autor: Maximilien Brice, CERN — CERN Document Server, CC BY-SA 3.0
V diskusii s Y. Zeldovichom trval V. Gribov na tom, že vďaka kvantovému tunelovaniu by čierne diery mali emitovať častice. Ešte pred publikovaním svojej práce navštívil Hawking v roku 1973 Moskvu, kde sa stretol so sovietskymi vedcami Jakovom Zeldovičom a Alexejom Starobinským. Demonštrovali Hawkingovi, že podľa princípu neurčitosti kvantovej mechaniky by rotujúce čierne diery mali spôsobovať vznik a emitovať častice.
Podľa Hawkingových predpovedí žiarenie čiernejdiera je spontánna. Vedci sa vo svojej novej štúdii rozhodli zistiť, či je aj žiarenie emitované ich čiernou dierou stacionárne (t. J. Či zostáva časom konštantné).
Čo vedci zistili?
Vedci z Israel TechTechnion Institute nedávno uskutočnil výskum zameraný na testovanie Hawkingových teoretických predpovedí. Skúmali najmä to, či ekvivalent Hawkingovho žiarenia v „umelej čiernej diere“ vytvorenej v laboratórnych podmienkach bol stacionárny.
Ak pôjdete dovnútra horizontu udalostí, nemôžete sa odtiaľto dostať ani kvôli svetlu.Hawkingovo žiarenie začína tesne za horizontom udalostí, odkiaľ svetlo sotva dokážeJe to naozaj zvláštne, pretože tam nič nie je; Je to prázdne miesto.Ale toto žiarenie začína z ničoho, ide von na Zem.
Jeff Steinhauer, jeden z výskumníkov, v rozhovore pre ScienceX
Ako vedci vytvorili umelú čiernu dieru?
Umelá čierna diera vytvorená Izraelčanmivedcov, mal dĺžku asi 0,1 mm a bol vyrobený z plynu pozostávajúceho z 8 000 atómov rubídia. Toto je relatívne malý počet atómov. Zakaždým, keď to vedci vyfotografovali, čierna diera sa zrútila. Aby teda bolo možné pozorovať jej vývoj v čase, museli vytvoriť čiernu dieru, vyfotografovať ju a potom vytvoriť ďalšiu. Tento proces sa opakoval mnohokrát v priebehu mesiacov.
Analógová čierna diera vytvorená výskumníkmi. Poďakovanie: Kolobov a kol.
Jastrabové žiarenie emitované týmto analógomčierna diera, pozostáva zo zvukových vĺn, nie zo svetla. Atómy rubídia sa pohybujú rýchlejšie ako rýchlosť zvuku, takže zvukové vlny nemôžu dosiahnuť horizont udalostí a uniknúť z čiernej diery. Avšak za horizontom udalostí plyn prúdi pomaly, takže zvukové vlny sa môžu voľne pohybovať.
Rubídium prúdi rýchlo, rýchlejšie ako rýchlosť zvuku ato znamená, že zvuk nemôže ísť proti prúdu. Povedzme, že človek sa snaží plávať proti prúdu. Ak sa tento prúd pohybuje rýchlejšie, ako je schopný plávať, je nemožné sa pohnúť dopredu. Plavec je neustále tlačený dozadu - prúd sa pohybuje príliš rýchlo a opačným smerom. Výsledkom je, že človek uviazne na jednom mieste. To je to, aké to je byť uviaznutý v čiernej diere a pokúsiť sa dosiahnuť horizont udalostí zvnútra.
Hawkingovo žiarenie je tvorené parfotónmi (t.j. ľahkými časticami): jeden vychádzaPri pokuse identifikovať Hawkingovo žiarenie emitované analógovou čiernou dierou vedci hľadali podobné páry zvukových vĺn, z ktorých jedna vychádza z čiernej diery a druhá sa do nej pohybuje.Akonáhle identifikovali tieto páry zvukových vĺn, vedci sa pokúsili zistiť, či existujúFyzici zopakovali svoj experiment 97 000-krát, čo je 124 dní nepretržitých meraní. V dôsledku toho vedci zistili, že analóg čiernej diery mápár zvukových vĺn a tiež potvrdil koreláciu medzi nimi.
Celkovo sa zdá, že to výsledky potvrdzujúžiarenie emitované čiernymi dierami je nehybné, ako predpovedal Hawking. Aj keď sa tieto výsledky týkajú predovšetkým analogickej čiernej diery, ktorú vytvorili, teoretické štúdie môžu pomôcť potvrdiť, či sa dajú použiť aj na skutočné čierne diery.
Čo je spodnom riadku?
Faktom je, že boli schopní pozorovať celú životnosť analógovej čiernej diery a vidieť, ako začalo Hawkingovo žiarenie.V budúcich štúdiách sa môžete pokúsiť porovnať výsledky práce s predpoveďami o tom, čo sa staneTýmto spôsobom budú vedci schopní zistiť, či "skutočné" Hawkingovo žiarenie začína od nuly a potom sa zvyšuje, ako fyzici pozorovali počas experimentu.
Skutočná čierna diera má dva horizonty:vonkajší je horizont udalostí (presnejšie horizont viditeľnosti) a vnútorný je Cauchyov horizont. Medzi dvoma horizontmi je oblasť T, kde je pohyb akýchkoľvek predmetov možný iba jedným smerom: svetlo, častica alebo osoba sa budú pohybovať iba dovnútra. Slapové sily sa budú zvyšovať, keď sa budete pohybovať v tejto oblasti smerom k vnútornému Cauchyovmu horizontu. Pod ním sa prekvapivo pohyb objektu smerom do stredu dramaticky spomaľuje (v istom zmysle v súradniciach sprevádzajúcich samotný objekt).
Po zastavení v ošetrovateľskom zariadenísúradnice, začína sa tlačiť smerom von - do iného vesmíru (topológia pre skutočné čierne diery je netriviálna, je v nej spojenie medzi rôznymi vesmírmi a objekt musí byť vysunutý do iného vesmíru). V bode zastavenia (nazýva sa to aj bod obratu, bod hrdla) existujú maximálne slapové sily pre danú čiernu dieru, daný objekt a počiatočné podmienky pre pád tohto objektu (za iných podmienok bude toto maximum byť iný, ale vždy konečný).
V oblasti vo vnútri vnútorného horizontugravitačný ťah je oveľa nižší, takže predmety sa môžu voľne pohybovať a už ich viac neláka stred čiernej diery. Stále však nemôžu opustiť čiernu dieru, pretože nemôžu prechádzať cez vnútorný horizont opačným smerom (t. J. Smerujúcim k horizontu udalostí).
Horizont udalostí je v podstate vonkajšia sféra.čierna diera a v jej vnútri sa nachádza malá guľa nazývaná vnútorný horizont. Ak človek spadne za vnútorný horizont, bude stále uviaznutý v čiernej diere. Prinajmenšom však nepocíti nemysliteľnú fyziku pobytu v ňom. Osoba sa ocitne v „normálnejšom“ prostredí, pretože gravitačná sila bude nižšia a už ju nebude možné cítiť.
Niektorí fyzici predpovedali, že keďanalógová čierna diera vytvára vnútorný horizont, žiarenie, ktoré emituje, sa stáva silnejším. Je zaujímavé, že to sa presne stalo v analógovej čiernej diere, ktorú vytvorili vedci z Technionu. Táto štúdia teda môže inšpirovať ďalších fyzikov, aby študovali vplyv tvorby vnútorného horizontu na intenzitu Hawkingovho žiarenia.
Prečítajte si tiež
Bola vytvorená prvá presná mapa sveta. Čo je zlé na všetkých ostatných?
Vedci po prvýkrát zaznamenali, ako sa planéty formujú okolo hviezd s nízkou hmotnosťou
Bol objavený liek proti starnutiu, ktorý odstraňuje starnúce bunky