Sorte huller er måske den mest mystiske objekter i Universet. Medmindre, selvfølgelig, et sted i dybet af den ikke gemmer sig ting, hvis eksistens vi ikke kender og ikke kan kende, at der er usandsynligt. Sorte huller er de enorme masse og massefylde, der er komprimeret til et enkelt punkt, med en lille radius. De fysiske egenskaber af disse objekter er så mærkeligt, at tvinge dig til at kæmpe med de mest erfarne fysikere og astrofysikere. Sabine Hassinger, en teoretisk fysiker, foretaget en udvælgelse af ti fakta om sorte huller, som alle bør vide.
Hvad er et sort hul?
Den definerende egenskab af et sort hul er sin horisont. Dette er den grænse, der bryder der intet, ikke engang lys, kan vende tilbage. Hvis de er adskilt regionen bliver adskilt for evigt, vi taler om “event horizon”. Hvis det kun er midlertidigt adskilt, vi taler om den “synlige horisont”. Men det “midlertidigt” kan også betyde, at området vil være adskilt i meget længere tid end den nuværende alder af Universet. Hvis horisont af et sort hul er en midlertidig, men med lang levetid, forskellen mellem første og anden spreder.
Hvor stor er sorte huller?
Kan du forestille dig den horisont af et sort hul som en kugle, og dens diameter er direkte proportional til massen af det sorte hul. Derfor, jo mere masse, der falder ind i et sort hul, jo mere den bliver til et sort hul. I forhold til stjernernes genstande, men små sorte huller, fordi massen er komprimeret i et meget lille volumen under påvirkning af uimodståelig tryk fra tyngdekraften. Radius af det sorte huls masse med planeten Jorden, for eksempel, kun et par millimeter. Dette er 10 000 000 000 gange mindre end den nuværende radius af Jorden.
Radius for et sort hul er den såkaldte Schwarzschild-radius, til ære for Karl Schwarzschild, der først gav sorte huller som en løsning til den Generelle relativitetsteori.
Hvad sker der i horisonten?
Når du krydser horisont omkring dig, sker der ingenting. Alt sammen på grund af Einsteins ækvivalens-princippet, hvilket indebærer, at det er umuligt at se forskel mellem acceleration i en flad plads, og det gravitationelle felt, der skaber den krumning af rummet. Men en observatør, der er langt fra det sorte hul, der er at se en anden person, der falder i, vil du bemærke, at folk vil bevæge sig mere og mere langsomt, som nærmer sig horisonten. Hvis tiden tæt på event horizon bevæger sig langsommere end væk fra horisonten. Det vil dog tage noget tid, og falder i hullet, den observatør, der vil krydse den begivenhed horisont og vil være inde Schwarzschild-radius.
Hvad du oplever på horisonten afhænger af tidevandskræfterne af tyngdefeltet. Tidevandskræfterne på horisonten er omvendt proportional med kvadratet af massen af det sorte hul. Dette betyder, at jo større og mere massive black hole, den mindre strøm. Og hvis det sorte hul er massiv nok, kan du overvinde horisonten, før du vil bemærke, at der sker noget. Effekten af disse tidevandskræfter vil strække dig: den tekniske betegnelse for denne anvendelse af fysik kaldes “spaghettification”.
I de tidlige dage af den Generelle relativitetsteori var det menes, at på den horisont, der er en singularitet, men dette var ikke tilfældet.
Hvad er der inde i et sort hul?
Ingen ved med sikkerhed, men absolut ikke en bogreol. Den generelle relativitetsteori forudsiger, at et sort huls singularitet, det sted, hvor tidevandskræfterne blive uendeligt stort, og når du krydser event horizon, du ikke kan få andre steder, undtagen på singulariteten. I overensstemmelse hermed, GTR-er bedre ikke at bruge disse steder — det fungerer simpelthen ikke. At sige, hvad der sker inde i et sort hul, har vi brug for en teori for kvantegravitation. Det er generelt accepteret, at denne teori erstatter den singularitet med noget andet.
Strukturen af sorte huller?
I øjeblikket er vi ved fire forskellige måder for at danne sorte huller. Vi forstår det bedste, der er forbundet med stjernes kollaps. En stor nok stjerne for at danne et sort hul efter sin nuklear fusion stopper, fordi alle, der allerede kan blive syntetiseret, blev syntetiseret. Når trykket skabt af syntese er afsluttet, stoffet begynder at falde til i sit eget tyngdepunkt, bliver mere og mere tætte. I sidste ende, det er så sammenpresset, at der ikke kan overvinde den gravitationelle virkning på stjernernes overflade: dette er et sort hul. Disse sorte huller kaldes “sorte huller solens masse” og er den mest almindelige.
Den næste almindelige type af sorte huller “supertunge sorte huller”, som kan findes i centrene af mange galakser og har masser på omkring en milliard gange mere end sorte huller af solens masse. Mens det vides ikke, hvordan de er dannet. Det menes, at de begyndte som et sort hul med solens masse, som i det tæt befolkede galaktiske centre har optaget en masse andre stjerner og voksede. Men de synes materiale til at absorbere hurtigere, hvad er denne enkle idé, og præcis hvordan de gør det — er stadig genstand for forskning.
En mere kontroversiel idé blev den primære sorte huller, som kan være dannet i næsten enhver jord i stor tæthed svingninger i det tidlige Univers. Selv om det er muligt, det er svært at finde den model, der producerer dem, uden at der opstår et uforholdsmæssigt stort antal af dem.
Endelig er der en meget spekulative idé at Large hadron Collider kan danne små sorte huller med masser tæt på massen af Higgs-bosonen. Dette virker kun, hvis vores Univers er yderligere dimensioner. Mens der ikke var nogen beviser for denne teori.
Hvordan kan vi vide, at sorte huller eksisterer?
Vi har masser af observationelle beviser for eksistensen af kompakte objekter med store masser, som ikke udsender lys. Disse objekter der befinder sig i den tyngdepåvirkning af, for eksempel, på grund af den bevægelse af andre stjerner og gasskyer omkring dem. De skaber også gravitationslinser. Vi ved, at disse genstande ikke har nogen fast overflade. Dette følger af den observation, fordi det stof, der falder på objektets overflade, skal medføre emission af et større antal partikler end det stof, der falder ind gennem horisonten.
Hvorfor, sidste år, Hawking sagde, at sorte huller ikke eksisterer?
Det betød, at sorte huller ikke er evige event horizon, men kun en midlertidig synlige horisont (se første afsnit). I en snæver forstand, kun event horizon i den betragtede sort hul.
Hvor sorte huller udsender stråling?
Sorte huller udsender stråling på grund af kvantemekaniske effekter. Det er vigtigt at bemærke, at kvantemekaniske effekter af sagen, ikke kvantemekaniske effekter af tyngdekraften. Dynamisk rum-tid kollapser til et sort hul ændringer i selve definitionen af en partikel. Som tiden er forvrænget i nærheden af et sort hul, begrebet partikler er for afhængig af iagttageren. I særdeleshed, når den observatør, der falder ind i det sorte hul, mener, at falde ned i et vakuum, en observatør, der er langt fra det sorte hul, der mener, at det er ikke vakuum, men fuld partikel plads. Det er den strækning af rum-tid er årsagen til denne effekt.
Først opdaget af Stephen Hawking, det sorte hul, der udsendes stråling kaldes “Hawking stråling”. Denne stråling har en temperatur, der er omvendt proportional med massen af det sorte hul: jo mindre sort hul, jo højere temperatur. Fra stellar, og supermassive sorte huller, som vi kender temperaturen er betydeligt lavere end temperaturen i mikrobølge baggrund, og så er der ikke observeret.
Hvad er de oplysninger paradoks?
Det paradoks, at oplysninger tab på grund af Hawking-stråling. Denne stråling er rent termisk, der er ved et uheld, og for visse ejendomme er kun temperatur. Stråling i sig selv indeholder ikke nogen oplysninger om den dannede sort hul. Men når det sorte hul udsender stråling, det mister masse og kontrakter. Alt dette er helt uafhængigt af det stof, som blev en del af det sorte hul, eller som det blev dannet. Det viser sig, vel vidende, at kun den endelige tilstand af fordampning er ikke til at sige, hvad dannet det sorte hul. Denne proces er “irreversible” — og den hage er, at i kvantemekanik er der ikke en sådan proces.
Det viser sig, at fordampning af sorte huller, der er uforenelige med quantum theory, kendt for os, og vi er nødt til at gøre noget. På en eller anden måde at forene. De fleste fysikere mener, at beslutningen er, at Hawking stråling, skal på en eller anden måde indeholde oplysninger.
Hvad betyder Hawking for at løse de oplysninger paradoks, at et sort hul?
Ideen er, at sorte huller, der skulle være en måde til at gemme oplysninger, der er stadig ikke accepteret. Oplysninger, der er gemt på den horisont af et sort hul og kan medføre, at den lille forskydning af partikler i Hawking-stråling. Disse små forskydninger kan være oplysninger om indtaget materiale. De præcise detaljer i denne proces er i øjeblikket udefineret. Forskerne venter på mere detaljeret teknisk papir fra Stephen Hawking, Malcolm Perry og Andrew Strominger. De siger, at han vil vise sig i slutningen af September.
I øjeblikket er vi sikker på, at sorte huller eksisterer, vi ved hvor de er, hvordan de er dannet, og hvad det vil blive i sidste ende. Men detaljerne af, hvad der sker med de nye informationer, stadig udgør et af de største mysterier i Universet.
10 fakta om sorte huller, som alle bør vide,
Ilya Hel