10 fakta om svarta hål som alla bör veta

Svarta hål är kanske den mest mystiska objekt i Universum. Om inte, naturligtvis, någonstans i djupet av inte dölja saker och ting, vars existens vi inte vet och inte kan veta att det är osannolikt. Svarta hål är den enorma massa och densitet, komprimerad till en enda punkt med en liten radie. Den fysikaliska egenskaper hos dessa objekt är så konstigt att tvinga dig att brottas med de mest erfarna fysiker och astrofysiker. Sabine Hassinger, är en teoretisk fysiker, gjort ett urval av tio fakta om svarta hål som alla bör veta.

Vad är ett svart hål?

Den definierande egenskap hos ett svart hål är dess horisont. Detta är gränsen att bryta som ingenting, inte ens ljuset, kan återvända. Om de separeras med att regionen blir åtskilda för evigt, vi pratar om “event horizon”. Om det bara är tillfälligt separerat, vi talar om den “synliga horisonten”. Men det “tillfälligt” kan också innebära att området kommer att vara separerade mycket längre än den nuvarande Universums ålder. Om horisonten av ett svart hål är en tillfällig men långlivat, skillnaden mellan första och andra uppslag.

Hur stora är svarta hål?

Kan ni tänka er horisont av ett svart hål som en sfär, och dess diameter är direkt proportionell till massan av det svarta hålet. Därför, ju mer massan faller in i ett svart hål, desto mer blir det ett svart hål. Jämfört med stellar objekt, dock små svarta hål eftersom massan är komprimerade till en mycket liten volym under den oemotståndliga gravitationskraften tryck. Radien av det svarta hålets massa med planeten Jorden, till exempel, bara ett par millimeter. Detta är 10 000 000 000 gånger mindre än den nuvarande radie på Jorden.

Radien av ett svart hål kallas Schwarzschild-radien, för att hedra Karl Schwarzschild, som tog första svarta hål som en lösning till den Allmänna relativitetsteorin.

Vad händer vid horisonten?

När du korsar horisonten runt omkring dig ingenting händer. Allt på grund av Einstein likvärdighet principen, vilket innebär att det är omöjligt att se skillnad mellan acceleration i ett platt utrymme och den gravitationella fält som skapar krökning av utrymme. Dock, en observatör långt från det svarta hålet som är tittar på någon annan faller i, du kommer att märka att människor kommer att röra sig mer och mer långsamt närmar sig horisonten. Om tiden nära event horizon går långsammare än bort från horisonten. Men det kommer att ta tid, och att falla in i hålet, observatör kommer att korsa event horizon och kommer att vara inne i Schwarzschild-radien.

Vad du upplever på horisonten beror på tidvattenkrafter av gravitationsfält. Tidvatten krafter på horisonten är omvänt proportionell mot kvadraten av det svarta hålets massa. Detta innebär att större och mer massiva svarta hål, mindre makt. Och om det svarta hålet är stort nog, kan du övervinna horisonten innan du märker att något händer. Effekten av dessa tidvatten krafter kommer att sträcka dig: den tekniska termen för detta fysik kallas “spaghettification”.

I början av den Allmänna relativitetsteorin, man trodde att det vid horisonten det är en singularitet, men så var inte fallet.

Vad som finns inuti ett svart hål?

Ingen vet säkert, men definitivt inte i en bokhylla. Den allmänna relativitetsteorin förutsäger att ett svart hål singularitet, den plats där tidvatten krafter bli oändligt stor, och när du passerar event horizon, som du inte kan få någon annanstans, förutom vid singularity. Därför GTR är bättre att inte använda dessa platser — det fungerar helt enkelt inte. Att säga vad som händer inuti ett svart hål, behöver vi en teori om quantum gravity. Det är allmänt accepterat att denna teori ersätter singularity med något annat.

Strukturen av svarta hål?

För närvarande vet vi av fyra olika sätt att bilda svarta hål. Vi förstår den bästa i samband med stjärnans kollaps. En tillräckligt stor stjärna för att bilda ett svart hål efter sin kärnfusion stannar, eftersom alla som redan kan syntetiseras, var syntetiseras. När trycket som skapas av syntes är avslutat, ämnet börjar falla till sin egen tyngdpunkt, blir tätare. I slutet, det är så packad att ingenting kan övervinna gravitationen på stjärnans yta: detta är ett svart hål. Dessa svarta hål som kallas “svart hål med solens massa” och det är den vanligaste.

Nästa vanlig typ av svarta hål “supermassiva svarta hål”, som finns i centrum av många galaxer och väger ungefär en miljard gånger mer än svart hål med solens massa. Samtidigt är det inte känt hur de bildas. Man tror att de började som ett svart hål med solens massa, som i det tätbefolkade galactic center har tagit en hel del andra stjärnor och växte. Men de verkar absorbera material snabbare, vad är denna enkla idé, och exakt hur de gör det — är fortfarande föremål för forskning.

En mer kontroversiell idé blev den primära svart hål, som kan bildas i nästan alla marken i stor densitet fluktuationer i det tidiga Universum. Även om det är möjligt, det är svårt att hitta den modell som producerar dem, utan att skapa alltför många av dem.

Slutligen, det är en mycket spekulativ idé att Large hadron Collider kan bilda små svarta hål med massor nära till massan av Higgsbosonen. Detta fungerar bara om vårt Universum har ytterligare dimensioner. Samtidigt som det fanns inga bevis för denna teori.

Hur vet vi att svarta hål existerar?

Vi har massor av observationella bevis för existensen av kompakta objekt med stora massorna, som inte avger ljus. Dessa objekt att presentera sig i dragningskraft, till exempel på grund av att den rörelse av andra stjärnor eller gasmoln runt dem. De skapar också gravitationslinsning. Vi vet att dessa föremål har ingen fast yta. Detta följer av observation på grund av att ämnet faller på objektet yta, måste orsaka utsläpp av ett större antal partiklar än ämnet faller genom horisonten.

Varför, förra året, Hawking sade att svarta hål inte finns?

Det innebar att svarta hål är inte evig event horizon, utan endast en tillfällig uppenbart horisont (se första stycket). I en strikt mening, bara den händelse horisont anses vara svart hål.

Hur svart hål avger strålning?

Svart hål avger strålning på grund av att kvantmekaniska effekter. Det är viktigt att notera att kvantmekaniska effekter av materia, inte kvantmekaniska effekterna av gravitation. Dynamic space-time kollapsar i ett svart hål och ändrar definitionen av en partikel. Som att tid är förvrängd nära ett svart hål, begreppet partiklar är alltför beroende av observatören. I synnerhet när observatören som faller in i det svarta hålet, tror faller i ett vakuum, en observatör långt från det svarta hålet som tycker att det är inte dammsuga, men full partikel utrymme. Det är stretching av tid och orsakerna till denna effekt.

Först upptäcktes av Stephen Hawking, det svarta hålet som avges strålning kallas “Hawking-strålning”. Denna strålning har en temperatur, som är omvänt proportionell till massan av det svarta hålet: det mindre svart hål, är den högre temperaturen. Från stellar och supermassiva svarta hål som vi vet att temperaturen är betydligt lägre än temperaturen i bakgrundsstrålningen och så är inte fallet.

Vad är det för information paradox?

Paradoxen av information förlust på grund av att Hawking-strålning. Denna strålning är rent termisk, som är av en slump och med vissa egenskaper är endast temperatur. Strålning i sig inte innehåller någon information om det bildas svarta hål. Men när svart hål avger strålning, det förlorar massa och kontrakt. Allt detta är helt oberoende från ämnet, som blev en del av det svarta hålet, eller från vilken den bildats. Det visar sig, att veta bara den slutliga tillstånd av avdunstning är inte att säga vad som bildas svarta hål. Denna process är “oåterkallelig” och kruxet är att i kvantmekanik det finns ingen sådan process.

Det visar sig att avdunstning av svarta hål är oförenligt med kvantmekaniska teorin, som är kända för oss, och vi måste göra något. På något sätt att förena. De flesta fysiker anser att beslutet är att Hawking-strålning måste på något sätt innehåller information.

Vad gör Hawking för att lösa de uppgifter som paradox i ett svart hål?

Tanken är att svarta hål bör vara ett sätt att lagra information, som fortfarande inte accepteras. Information som lagras på horisonten i ett svart hål och kan orsaka en liten förskjutning av partiklar i Hawking-strålning. Dessa små förskjutningar kan vara information om förtäring material. De exakta detaljerna i denna process är för närvarande odefinierad. Forskare väntar på mer detaljerade tekniska papper från Stephen Hawking, Malcolm Perry och Andrew Strominger. De säger att han kommer att publiceras i slutet av September.

Just nu är vi säker på att svarta hål existerar, vet vi var de är, hur de bildas och vad det kommer att bli i slutet. Men detaljerna i vad som händer med den inkommande informationen, som fortfarande utgör ett av de största mysterierna i Universum.

10 fakta om svarta hål som alla bör veta
Ilya Hel


Date:

by