Сингулярноть - Мои статьи - Каталог статей - Новости Астрономии
Среда, 22.02.2017, 15:56
Приветствую Вас Гость

НОВОСТИ АСТРОНОМИИ ASTRO37ReG

Каталог статей

Главная » Статьи » Мои статьи

Сингулярноть

Черная дыра образуется, когда определенное количество вещества сжато в сферу радиусом, равным радиусу Шварцшильда. Как мы узнали, это может, например, случиться, когда массивная звезда в конце своей жизни сколлапсирует под действием силы своего собственного гравитационного притяжения.

Если в начале коллапса масса звезды (ее ядра или всего того, что от нее осталось) превышает 3 М ? (не исключено, что этот предел может быть и меньше), то пока нам неизвестна сила, которая в этом случае могла бы предотвратить неудержимое сжатие звезды—оно будет продолжаться до тех пор, пока все вещество звезды не окажется сосредоточенным в некоторой точке, называемой сингулярностью. В сингулярности вещество сжато до бесконечной плотности бесконечно большими гравитационными силами; иначе говоря, кривизна пространства-времени в сингулярности бесконечна. Однако современная физика пока еще не в состоянии оперировать бесконечными силами и плотностями; поэтому можно считать, что законы природы—в том смысле, как мы их понимаем—в сингулярности утрачивают силу. Что же касается вещества, из которого состояла сколлапсировавшая звезда, то, казалось бы, в сингулярности оно должно перестать существовать. Высказывались предположения о наличии некой новой силы, препятствующей коллапсу вещества до истинно бесконечных значений плотности. Но пока эти предположения не имеют под собой никакой реальной основы. Гравитационное взаимодействие настолько слабо по сравнению с другими силами природы, что и квантовые эффекты—которые легко проявляются при других взаимодействиях—вряд ли могут быть существенными, когда речь идет о тяготении, разве что на очень коротких расстояниях—порядка планковской длины (10 -35 м). Удовлетворительной квантовой теории гравитации пока не существует. Не исключено, что создание такой теории позволит доказать отсутствие в природе истинных сингулярностей, но на сегодняшний день мы считаем, что черная дыра (за исключением области в непосредственной близости от сингулярности) достаточно хорошо описывается общей теорией относительности и что вещество должно быть сжато в микроскопически малом объеме пространства в центре черной дыры. Как только сколлапсировавшая звезда сжимается в сферу шварцшильдовского радиуса, она исчезает для наблюдателя, поскольку свет ее поверхности уже не может достичь нас. В этом случае мы говорим о формировании некоего горизонта, и все происходящее в пределах этого горизонта недоступно нашему наблюдению. Есть основания полагать, что там звезда продолжает коллапсировать в сингулярность, но мы в принципе не имеем возможности наблюдать этот процесс или

Рис. 31. Шварцшильдовская черная дыра. Простая невращающаяся черная дыра представляет собой сферическую область пространства, радиус которой равен радиусу Шварцшильда (Кщ); величина последнего зависит от массы звезды. Граница черной дыры называется горизонтом событий; никакой сигнал, луч света или объект с ненулевой массой покоя не могут пересечь эту границу изнутри. В центре черной дыры вещество беспредельно сжато бесконечно большими гравитационными силами; это и есть центральная сингулярность.


каким-либо другим путем получать информацию о превращениях звездного вещества. Черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса массивной звезды (рис. 31)— это сферический объем пространства, имеющий радиус, равный радиусу Шварцшильда, и сингулярность—в центре симметрии. Граница черной дыры носит название горизонта событий, так как никакие сведения о событиях внутри черной дыры не могут распространяться во Вселенной за пределами этого горизонта.

У черной дыры, разумеется, нет твердой поверхности. Если бы вам пришлось пересекать горизонт событий, то вы не заметили бы никаких изменений пространства; но, оказавшись внутри этой границы, вы уже не смогли бы двигаться назад и с неизбежностью упали бы на центральную сингулярность. Горизонт событий—это односторонняя граница. Все вещественные объекты, свет и любое другое излучение могут падать в черную дыру, но ничто не может покинуть ее.



Если не в действительности, то по крайней мере в принципе почти любого количества вещества достаточно для формирования черной дыры. Каждой величине массы соответствует свое значение радиуса Шварцшильда, внутри которого эта масса должна быть заключена (примеры приведены в табл. 2). Чтобы составить некоторое представление о величине радиуса Шварцшильда, укажем, что для Солнца он должен быть немного меньше 3 км; если вся масса Солнца окажется внутри сферы такого радиуса, то Солнце превратится в черную дыру. Нетрудно подсчитать, что при нынешнем радиусе Солнца (700 000 км) плотность его вещества, сжатого в сферу шварцшильдского радиуса, в 1015 раз превысит плотность воды. Если бы какой-нибудь физик вдруг задумал сделать черную дыру из нашей планеты, то ему пришлось бы сжать Землю в сферу радиусом меньше 1 см! Но при нынешнем состоянии Вселенной ни Солнце, ни Земля не могут сами по себе превратиться в черные дыры. Как мы уже видели, звезды, имеющие к концу своей жизни массу меньше 2—3 М?, в основном становятся белыми карликами или нейтронными звездами. Однако известно много звезд, масса которых значительно превышает этот предел, и, хотя к концу своей эволюции звезды многими способами могут избавиться от излишков вещества, весьма вероятно, что некоторые из таких сверхмассивных звезд на последнем этапе своего существования все-таки становятся черными дырами. Шварцшильдовский радиус звезды массой 10 М? составляет примерно 30 км. Так как объем сферы пропорционален кубу радиуса, а радиус черной дыры зависит от ее массы, выходит, что плотность вещества, сжатого до размеров сферы Шварцшильда, имеет меньшее значение для звезд большей массы. Так, звезда массой 10 М? в тот момент, когда в процессе коллапса ее радиус окажется равным радиусу Шварцшильда, будет иметь плотность всего лишь (!) в 10 14 раз выше плотности воды (т. е. 1017 кг/м3). В предыдущей главе мы узнали, что средняя плотность вещества нейтронных звезд составляет, по нашим представлениям, 1018 кг/м3. Поскольку у нас нет сомнений в факте существования нейтронных звезд, то, очевидно, вещество может быть сжато до таких огромных значений плотности, а, как мы только что выяснили, плотность коллапсирующей массивной звезды в тот момент, когда она становится черной дырой, на порядок меньше плотности нейтронной звезды. Конечно, внутри черной дыры коллапс будет продолжаться до тех пор, пока плотность вещества не станет бесконечной, но, что бы ни происходило внутри, факт остается фактом: черные дыры могут образовываться из вещества с плотностью, заведомо меньшей плотности объектов, существование которых во Вселенной твердо установлено. Развивая эту мысль дальше (см. табл. 2), находим, например, что черная дыра массой 108 М? будет иметь радиус около 300 млн. км (т. е. вдвое больше радиуса земной орбиты), а средняя плотность вещества при «уходе» его за горизонт событий окажется почти равной плотности воды. Черная дыра массой в несколько миллиардов масс Солнца в момент своего формирования будет иметь такую же плотность, как воздух у поверхности Земли. Стоит еще раз подчеркнуть, что если вещество объекта данной массы сжалось до сферы радиуса Шварцшильда, то уже ничто не в состоянии воспрепятствовать его бесконечному коллапсу; однако для формирования черной дыры никакого невероятного сжатия материи не требуется. Во Вселенной, в принципе, можно обнаружить черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звезд с массами от 2—3 до 100 М?, Сверхмассивные черные дыры, содержащие количества вещества, равные тысячам, миллионам или миллиардам солнечных масс, в настоящее время также могут существовать или формироваться во Вселенной. Высказывалось предположение, что если Вселенная действительно возникла в результате Большого взрыва из горячего и плотного протовещества, то на самых ранних стадиях ее эволюции могли существовать условия, в которых даже очень небольшие массы материи спрессовывались в так называемые черные мини-дыры. В черной дыре размером с атомное ядро может содержаться масса средней земной горы, и вполне допустимо, что такие объекты существуют. Более подробно мы поговорим о черных макси- и мини-дырах в следующих главах, а пока лишь отметим, что интервал значений размеров и масс черных дыр чрезвычайно широк.

Категория: Мои статьи | Добавил: MeRaBee (09.06.2011)
Просмотров: 913 | Теги: чеоные дыры, Сингулярноть | Рейтинг: 2.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа
Поиск
Наш опрос
Вы зашли чтобы узнать?
Всего ответов: 28
Мини-чат
Астрофото сайта
Новые фото сайта
Новые статьи
[26.01.2012][Мои статьи]
Абсолютное гравитационное поле часть 2 (0)
[26.01.2012][Мои статьи]
Абсолютное гравитационное поле (0)
[26.01.2012][Мои статьи]
Скопление и сверхскопление галактик (0)
[26.01.2012][Мои статьи]
Мост Эйнштейна-Розена (0)
[26.01.2012][Мои статьи]
Бозон Хиггса - частица Бога часть 4 (0)
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Жизнь сайта
Google
Google2
 
Copyright MyCorp © 2017 | Бесплатный хостинг uCoz