De indviklede paladser af de sorte huller, der står over for to grundlæggende teorier, der beskriver vores verden. Er der nogen sorte huller virkelig? Det ser ud til, at Ja. Er det muligt at løse de grundlæggende problemer, der dukker op ved nærmere undersøgelse af sorte huller? Ukendt. For at forstå, hvad vi har at gøre med forskere, der har lidt at tage i historien om studiet af disse usædvanlige genstande. Og vi begynder med det faktum, at, af alle kræfter, der eksisterer i fysik, der er en, som vi ikke forstår, på alle: tyngdekraften.
Gravity — skæringspunktet for grundlæggende fysik og astronomi, grænse, hvor du står over for to af de mest fundamentale teori, der beskriver vores verden: quantum teori og teori om rum-tid og grovheden af Einstein, hun er den Generelle relativitetsteori.
Sorte huller og tyngdekraften
Disse to teorier synes uforenelige. Og det er ikke engang et problem. De findes i forskellige verdener, kvantemekanikken beskriver meget lille, og den Generelle relativitetsteori beskriver de meget store.
Kun når du kommer til ekstremt lille og ekstremt alvorlige, at disse to teorier, der støder sammen, og på en eller anden måde en af dem viser sig at være forkert. I nogen tilfælde, at det følger af teorien.
Men der er i det Univers et sted, hvor vi kunne faktisk er vidne til problemet og måske endda løse: grænsen af et sort hul. Det er her, at vi lever op til de mest ekstreme tyngdekraften. Bortset fra at der er ét problem: ingen har nogensinde “set” et sort hul.
Hvad er et sort hul?
Forestil dig alle de drama i den fysiske verden udfolder sig i teater rum-tid, men tyngdekraften er den eneste kraft, der rent faktisk ændrer teater i spil.
Tyngdekraften styrer Universet, men kan ikke selv være en kraft i traditionel forstand. Einstein beskrev det som en konsekvens af den deformation af rum-tid. Og måske er hun bare ikke passer ind i Standard-modellen for partikel fysik.
Når en meget stor stjerne, der eksploderer i slutningen af hans liv, hendes mest inderste del kollapser under sin egen tyngdekraft, som for at opretholde det pres, der arbejder mod tyngdekraften er ikke længere nok brændstof. I den sidste ende, er tyngdekraften stadig i stand til at levere strøm som denne.
Sagen kollapser, og der er ingen magt i naturen kan ikke forlade dette sammenbrud.
Over uendelig tid, stjernen kollapser i et uendeligt lille punkt: en singularitet, eller lad os kalde det et sort hul. Men for sidste gang, selvfølgelig, stjernens kerne kollapser til noget, der har en begrænset størrelse, og vil stadig have en enorm masse i et uendeligt lille område. Og vil også kaldes et sort hul.
Sorte huller ikke suge alle omkring
Det er bemærkelsesværdigt, at tanken om, at et sort hul er uundgåeligt suget alt til sig selv, er forkert
I virkeligheden er ligegyldigt, du rotere omkring en stjerne eller sort hul dannet af en stjerne, det betyder ikke noget, hvis massen er den samme. Gode gamle centrifugalkraften og din impulsmoment vil holde dig sikker, og vil ikke lade dig falde.
Og kun når du tænder din raket til at bremse for at afbryde rotation, vil du begynde at falde inden for.
Men når du begynder at falde i et sort hul, efterhånden vil du stige til højere hastigheder, indtil den til sidst når hastigheden af lys.
Hvorfor kvanteteori og Almen relativitet er uforenelige?
I øjeblikket er alt vender sig til støv, fordi ifølge den Generelle relativitetsteori intet kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed.
Lys er substratet, der anvendes i den kvantemekaniske verden for udveksling af kræfter og transport information i makrokosmos. Lys, der afgør, hvor hurtigt du kan forbinde årsag og virkning. Hvis du bevæger dig hurtigere end lyset, vil du være i stand til at se de events og ændre på tingene, før de sker. Og dette har to konsekvenser:
- På det tidspunkt, hvor du når hastigheden af lys, der falder ind, du også nødt til at tage væk fra dette punkt på mere hastighed, der synes umuligt. Derfor, fælles fysiske visdom vil fortælle dig, at intet kan undslippe et sort hul, at bryde denne barriere, som vi også kaldes “event horizon”.
- Det følger også, at de har overtrådt de grundlæggende principper for bevaring af quantum information.
Er det sandt, og hvordan kan vi ændre teori for tyngdekraften (eller kvantefysik) er de spørgsmål, der søger svar rigtig mange fysikere. Og ingen af os kan fortælle, hvad der er de argumenter, vi kommer til slutningen.
Er der sorte huller?
Det er klart, at denne spænding vil kun være berettiget i tilfælde, hvis sorte huller, der virkelig eksisterede i dette Univers. Så findes de?
I det sidste århundrede vist sig, at nogle af dobbelt-stjerner med intens x-stråler er faktisk stjerner, collapsibility i sorte huller.
Desuden, i centrum af galakser, vi ofte finde beviser af en stor, mørk masse koncentrationer. Dette kan være en version af supertunge sorte huller, formentlig dannet i processen med sammenlægning af mange stjerner og gasskyer, som kastede i centrum af galaksen.
Dokumentation er overbevisende, men indirekte. Gravitationsbølger lad os i det mindste at “høre” fusionen af sorte huller, men den underskrift af event horizon er stadig undvigende, og vi har aldrig “set” sorte huller så langt — de er simpelthen for lille, alt for fjern-og, i de fleste tilfælde, for sort.
Ser ud som et sort hul?
Hvis du ser direkte ind i et sort hul, vil du se de mørkeste mørke, du kan forestille dig.
Men den umiddelbare nærhed af et sort hul kan være ganske lyst, fordi de gasser, spiral indad opbremsning på grund af den modstand, de magnetiske felter, de udfører.
På grund af den magnetiske friktion gas, som er opvarmet til enorme temperaturer på milliarder af grader og udsender ultraviolet og x-ray stråling.
Altragracia elektronerne vekselvirker med den magnetiske felt i gassen, begynder at producere en intens radiostråling. Således, sorte huller kan glød og kan være omgivet af en flammende ring, udstrålende ved forskellige bølgelængder.
Ring of fire, black-black-center
Og alligevel, i centrum af event horizon picks op som en fugl af byttedyr, hver foton, der kommer for tæt på.
Fordi rummet er krummet af det enorme massen af det sorte hul, stier lys er også bent og selv udgør næsten koncentriske cirkler rundt om det sorte hul, som serpentines rundt i en dyb dal. Denne virkning af den ring af lys blev designet i 1916 af den kendte matematiker David Hilbert i blot et par måneder efter albert Einstein færdig med sin Generelle relativitetsteori.
Efter gentagne omgå det sorte hul, er nogle af de stråler af lys kan undslippe, og den anden vil være i event horizon. Denne indviklede sti af lys, du kan bogstaveligt talt se på et sort hul. Og “ingenting”, som vil synes at din mening, vil event horizon.
Hvis du har lavet det sorte hul, vil du se en sort skygge, der er omgivet af en lysende tåge lys. Vi kalder denne funktion skygge den sorte hul.
Det er bemærkelsesværdigt, at denne skygge synes større, end man ville forvente, hvis vi tager udgangspunkt i den diameter på event horizon. Årsagen er, at et sort hul fungerer som en kæmpe linse, som forstærker sig selv.
Miljø-skygger, vil blive forelagt den lille “foton ring” på grund af det lys, der hvirvler omkring det sorte hul for evigt. Derudover vil du se flere ringe af lys, der opstår i nærheden af event horizon, men koncentreret omkring skyggen af et sort hul på grund af den lensing effekt.
Fantasi eller virkelighed?
Kan et sort hul være ren og skær fiktion, som er, at en computer kan simulere? Eller du kan se det i praksis? Svaret er: måske.
I Universet er der to forholdsvis nærliggende supertunge sorte huller, der er så stor og tæt, at deres skygger kan være fanget ved hjælp af moderne teknologi.
I midten af vores galakse, mælkevejen, har sorte huller i en afstand på 26.000 lysår med en masse på 4 millioner gange tungere end Solen og det sorte hul i den gigantiske elliptiske galakse M87 (Messier 87) med en masse af 3-6 milliarder sol.
M87 er tusind gange mere, men tusinde gange tungere og tusind gange mere, så både objekter vil have omtrent samme diameter af den skygge, som er projiceret på himlen.
For at se et sennepskorn i new York fra Europa
Ved en tilfældighed, en simpel teori for stråling forudsagt, at for begge objekter stråling i nærheden af event horizon vil udsende på radio frekvenser 230 Hz og derover.
De fleste af os står over for disse frekvenser, der kun når vi er nødt til at gå igennem scanneren, i en moderne lufthavn. Sort hul konstant rullende i det.
Denne stråling er meget kort bølgelængde af størrelsesordenen millimeter — der er let absorberes af vand. For at teleskopet kunne observere den kosmiske millimeter bølger, er det nødvendigt at være højt placeret på den tørre bjerget for at undgå absorption af stråling i Jordens troposfæren.
I virkeligheden, er vi nødt millimeter telescope, der vil være i stand til at se et objekt på størrelse med et sennepsfrø i new York, og som er et sted i Holland. Dette teleskop vil være en tusind gange årvågent space telescope “Hubble”, og for millimeter-bølge-udvalg, størrelsen af sådan et teleskop vil være fra Atlanterhavet eller mere.
Et virtuelt teleskop, der er på størrelse med Jorden
Heldigvis behøver vi ikke at dække Jorden med en enkelt radiomarelli, fordi vi kan opbygge et virtuelt teleskop med den samme opløsning, ved at kombinere data fra teleskoper i forskellige bjerge over hele Jorden.
Denne teknik kaldes blænde syntese og very long baseline interferometry (VLBI). Ideen er ganske gammel og gennemprøvet flere årtier, men først nu blev det muligt at bruge ved høje frekvenser.
Den første vellykkede forsøg har vist, at strukturen af event horizon, der kan nydes på disse frekvenser. Nu er der er alle nødvendige for dette eksperiment i stor skala.
Arbejdet er allerede i gang
BlackHoleCam-projektet — et Eu-projekt det endelige billede, måling og forståelse af astrophysical sorte huller. Det Europæiske projekt er en del af et globalt samarbejde — konsortiet Event Horizon Telescope, der omfatter mere end 200 forskere fra Europa, Amerika, Asien og Afrika. Sammen ønsker de at gøre det første billede af et sort hul.
I April 2017 gælder det, at de observerede det galaktiske centrum og M87 med otte teleskoper på seks forskellige bjerge i Spanien, Arizona, Hawaii, Mexico, Chile og sydpolen.
Alle teleskoper, der var udstyret med præcist atomur til præcis synkronisering af deres data. Forskere har indspillet flere petabytes af rå data på grund af overraskende gode vejr rundt omkring i verden på det tidspunkt.
Foto af et sort hul
Hvis forskerne bliver i stand til at se den begivenhed horisont, de vil vide, hvilke problemer, der opstår i grænsefladen af kvanteteori og Almen relativitet er ikke abstrakt, men de er meget reelle. Måske så de kan blive løst.
Det kan ske, hvis det er for at få et klarere billede af skygger sorte huller eller spor stjerner, og pulsarer i deres måde omkring sorte huller ved hjælp af alle tilgængelige metoder til at studere disse objekter.
Måske sorte huller vil være vores eksotiske laboratorier i fremtiden.
Fortæl os i vores chat i Telegrammet.