Історія відкриття та дослідження чорної діри, її космологія. Виникнення квантового випромінювання частинок згідно теорії С. Хокінга. Основні властивості чорних дір, реалістичні та гіпотетичні сценарії їх утворення. Аналіз вірогідності існування білих дір.
Аннотация к работе
На сьогоднішній день чорні діри являються саме таким цікавим і загадковим явищем, питання про яке ще не мають однозначної відповіді. Постійно вчені відкривають щось нове, відповідають на старі запитання і отримують сотні інших. Ця тема дійсно актуальна у космології та астрофізиці, тому що вчені вважають, що чорні діри можуть відповісти на запитання «Звідки виник наш Всесвіт?». Космологія чорної діри - це модель, суть якої полягає у тому, що спостерігаємий Всесвіт знаходиться у середині однієї такої діри. З іншої точки зору, знайти підтвердження важливості чорних дір можна у доведеній Стівеном Хокінгом гіпотезі про те, що чорні діри випромінюють часточки.Дізналися про чорні діри завдяки спостереженню за іншими космічними тілами, які пришвидшували свій рух, а потім взагалі зникали. До чорних дір дійшли не відразу. Передумови відкриття чорних дір починаються з теорії гравітації Ньютона. З цього факту і починається ланцюжок теорій та передбачень, які приводять вчених до висновку - чорні діри існують. Саму історію уявлень про чорні діри можна поділити на три періоди.Будь-яка модель вимагає, щоб радіус Хаббла (область розширення Всесвіту, що оточує спостерігача, і за межами якої обєкти віддаляються від спостерігача зі швидкістю, більшою ніж швидкість світла) дорівнював радіусу Шварцшильда. Відповідно до загальної теорії відносності, чорна діра Шварцшильда формується в результаті гравітаційного колапсу тіла достатньої маси. Однак у теорії гравітації Ейнштейна - Картана (була розроблена як розширення загальної теорії відносності; в ній описується вплив на простір-час не тільки енергії-імпульсу, але й спіну матеріальних полів, тобто власного моменту імпульсу частинки) гравітаційний колапс утворює так званий міст Ейнштейна - Розена, або «кротову нору» - особливість простору-часу, що представляє собою в кожен момент часу «тунель» в просторі.На перший погляд відкриття Хокінга здається дивовижним і абсолютно нелогічним, адже як може чорна діра, котра все у себе засмоктує, щось випромінювати? Навіть якщо допустити, що випромінювання є на початку утворення чорної діри, то воно занадто слабке і одразу ж зникає після її утворення. У полі тяжіння чорної діри одна з виниклих таким чином частинок може опинитися під горизонтом подій (уявною гіперповерхнею в просторі-часі, яка відділяє його точки: ті, від яких світло може потрапити до спостерігача, від тих, звідки світло потрапити до спостерігача не може) і буде нестримно падати до центру, а інша залишиться зовні. Частинка, яка виявилася зовні, відлетить у космос, несучи з собою частину енергії чорної діри, а отже, і її маси.В абстрактних моделях чорні діри вивчаються так, наче в усьому Всесвіті є одна конкретна чорна діра. Наприклад, футбольний мяч після того, як його підкинув у повітря футболіст але до того, як цей мяч вдариться у що-небудь, буде вільно падаючої часткою і рухатиметься по геодезичній в просторі-часі. Коли геодезична перетинає горизонт подій чорної діри, вона вже не повернеться назад. Тоді у Всесвіті, де щільність енергії ніколи не буває негативною, така поведінка світла веде до двох важливих властивостей чорних дір: 1) площа горизонту подій чорної діри може тільки зростати і не може спадати. Це також означає, що дві чорні діри можуть злитися в одну велику, але одна чорна діра не може розпастися на дві більш дрібні;Розрізняють 4 сценарії утворення чорних дір. Для того, щоб відбувся гравітаційний колапс і утворилася чорна діра, потрібно щоб: 1. Обєкт має масу, більшу за 2,5 мас Сонця. Чим більша маса тіла і чим менший радіус, тим більша друга космічна швидкість, яка при стисканні буде перевищувати навіть швидкість світла (тобто, маса обєкта буде настільки великою, що стискування устигне розігнатися до швидкості світла і вище). Виходить, буде опір: гравітація намагатиметься стиснути зірку, а тиск газу - навпаки - роздути її.Їх властивості ніяк не залежать від властивостей колапсуючої речовини, від усіх складнощів будови речовини, його атомної структури, не залежать від того, чи була речовина воднем або залізом тощо. При утворенні чорної діри для спостерігача всі властивості колапсуючого тіла наче зникають, вони не впливають ні на кордон чорної діри, ні на що інше в зовнішньому просторі, залишається тільки гравітаційне поле, що характеризується лише двома параметрами: масою і обертанням. Тому з повною визначеністю можна сказати, що немає нічого простіше чорної діри. Але і немає нічого більш складного, ніж чорна діра, адже людська уява навіть не в змозі уявити собі, наскільки викривляється простір і змінюється плинність часу, що в результаті в них виникає діра. Вивчення фізики чорних дір дозволяє розширити наші пізнання про фундаментальні властивості простору і часу.Еволюція зірокРазмещено на .
План
Зміст
1. Вступ
2. Основна частина
2.1 Історія відкриття чорної діри
2.2 Космологія чорної діри
2.3 Відкриття Хокінга
2.4 Властивості чорних дір
2.5 Утворення чорних дір
2.6 Якщо є чорні діри, то, відповідно, є і білі?
3. Висновки
4. Список використаних джерел
5. Додатки
Вывод
чорна діра квантове випромінювання
Немає нічого простішого і, водночас, складнішого за чорні діри. Чому вони прості? Їх властивості ніяк не залежать від властивостей колапсуючої речовини, від усіх складнощів будови речовини, його атомної структури, не залежать від того, чи була речовина воднем або залізом тощо. При утворенні чорної діри для спостерігача всі властивості колапсуючого тіла наче зникають, вони не впливають ні на кордон чорної діри, ні на що інше в зовнішньому просторі, залишається тільки гравітаційне поле, що характеризується лише двома параметрами: масою і обертанням. Цим визначаються і форма чорної діри, і її розміри, і всі інші її властивості. Тому з повною визначеністю можна сказати, що немає нічого простіше чорної діри. Людське тіло, наприклад, незрівнянно складніше, бо його двома числами не охарактеризуєш.
Але і немає нічого більш складного, ніж чорна діра, адже людська уява навіть не в змозі уявити собі, наскільки викривляється простір і змінюється плинність часу, що в результаті в них виникає діра. Вивчення фізики чорних дір дозволяє розширити наші пізнання про фундаментальні властивості простору і часу.
Експериментальне відкриття чорних дір у природі було б надзвичайно важливим для природознавства. Ми змогли б вивчати нові закони, що керують властивостями простору і часу в сильних гравітаційних полях, нові закони, що керують рухом матерії в незвичайних умовах. Образно кажучи, чорні діри - це двері в нову, найширшу область нашого пізнання фізичного світу. Також, цілком імовірно, що найпотужніші процеси енерговиділення у Всесвіті відбуваються за участю чорних дір. Саме їх вважають джерелом активності в ядрах квазарів - молодих масивних галактик. Саме їх народження, як вважають вчені, знаменується найпотужнішими вибухами у Всесвіті, що проявляються як гамма-сплески.
Список литературы
1) ВВС. Horizon: Хто боїться чорної діри
2) Вікіпедія (визначення)
3) Кауфман У. Дж. Космічні рубежі теорії відносності
4) Новіков І.Д. Чорні діри і Всесвіт
5) Новіков І.Д. Енергетика чорних дір
6) Офіційний сайт Теорії Струн http://superstringtheory.com/index.html
7) Шкловский І.С. Зорі: їхнє народження, життя і смерть