Mikä on musta reikä? Mikä on tapahtumahorisontti?

Kysymys: Mikä on musta reikä?

Mikä on musta aukko? Milloin mustia reikiä muodostuu? Voivatko tutkijat nähdä mustan aukon? Mikä on mustan aukon "tapahtumahorisontti"?

Vastaus: Musta aukko on teoreettinen kokonaisuus, jonka ennakoidaan yhtälöillä yleinen suhteellisuusteoria. Musta reikä muodostuu, kun riittävän massatähti kokee painovoiman, suurimman osan tai koko massansa pakattu riittävän pieneksi avaruusalueeksi, aiheuttaen äärettömän avaruuden aikakaarevuuden siihen pisteeseen (a "Singulariteetti"). Tällainen valtava avaruusaikakaarevuus ei salli mitään, edes valoa, paeta "tapahtumahorisontista" tai rajalta.

Mustaa reikää ei ole koskaan havaittu suoraan, vaikka ennusteet niiden vaikutuksista ovat vastaavat havaintoja. On olemassa kourallinen vaihtoehtoisia teorioita, kuten magneettinen pallomainen, jatkuvasti romahtava esine (MECO), selittämään näitä havaintoja, joista suurin osa välttää avaruusajan singulaarisuus mustan aukon keskellä, mutta suurin osa fyysikoista uskoo, että mustan aukon selitys on todennäköisin fyysinen esitys siitä, mikä on tapahtuvat.

Jotkut 1700-luvulla ehdottivat, että supermassiivinen esine saattaisi valoa siihen. Newtonin optiikka oli valoyksikön valoteoria, joka käsitteli valoa hiukkasina.

John Michell julkaisi vuonna 1784 lehden, jossa ennustettiin, että esineellä, jonka säde on 500 kertaa aurinkoisempi (mutta sama tiheys), olisi poistumisnopeus valon nopeus sen pinnalla, ja siten olla näkymätön. Kiinnostus teoriaan kuoli kuitenkin 1900-luvulla, kun valon aaltojen teoria otti näkyvyyden.

Kun näihin teoreettisiin kokonaisuuksiin viitataan nykyaikaisessa fysiikassa harvoin, niihin viitataan "tummina tähtiin" niiden erottamiseksi todellisista mustista reikistä.

Fyysikko Karl Schwartzchild tuotti kuukausien kuluessa Einsteinin julkaisusta yleisestä suhteellisuudesta vuonna 1916 ratkaisun Einsteinin yhtälölle pallomaisesta massasta (nimeltään Schwartzchild-tieto)... odottamattomien tulosten kanssa.

Sädettä ilmaisevalla termällä oli häiritsevä piirre. Näytti siltä, ​​että tietyn säteen suhteen termin nimittäjästä tulee nolla, mikä aiheuttaisi termin "räjähtää" matemaattisesti. Tämä säde, joka tunnetaan nimellä Schwartzchild-säde, R_s, on määritelty seuraavasti:

R_s = 2 GM/ C²

G on gravitaatiovakio, M on massa, ja C on valon nopeus.

Koska Schwartzchildin työ osoittautui ratkaisevan tärkeäksi mustien reikien ymmärtämisessä, on outoa sattumaa, että nimi Schwartzchild tarkoittaa "mustaa kilpiä".

Esine, jonka koko massa M on sisällä R_s pidetään mustana aukkona. Tapahtumahorisontti on nimi annettu R_s, koska siitä säteestä poistumisnopeus mustan aukon painovoimasta on valon nopeus. Mustat aukot vetää massaa painovoimien kautta, mutta mikään tuosta massasta ei voi koskaan paeta.

Musta aukko selitetään usein esineellä tai massalla, joka "putoaa" siihen.

Y Kellot X putoavat mustaan ​​reikään

• Y havaitsee ihanteelliset kellot X: ssä hidastuessa, jäätyessä ajoissa, kun X osuu R_s
• Y tarkkailee valoa X-punasiirtymästä ja saavuttaa äärettömyyden R_s (siten X muuttuu näkymättömäksi - mutta jotenkin voimme silti nähdä heidän kellonsa. ei ole teoreettinen fysiikka grand?)
• X havaitsee teoreettisesti huomattavan muutoksen, vaikka senkin ylittää R_s sen on mahdotonta koskaan paeta mustan aukon vakavuudesta. (Jopa valo ei pääse pakenemaan tapahtumahorisontista.)

Fyysikot Subrahmanyan Chandrasekhar päättivät 1920-luvulla, että mikä tahansa tähti, joka on massiivisempi kuin 1,44 aurinkoa ( Chadrasekhar-raja) on romahtava yleisen relatiivisuuden suhteen. Fyysikko Arthur Eddington uskoi, että jokin omaisuus estäisi romahtamisen. Molemmat olivat oikeassa omalla tavallaan.

Robert Oppenheimer ennusti vuonna 1939, että supermassiivinen tähti voi romahtaa, jolloin muodostuu "jäätynyt tähti" luonteessa, ei pelkästään matematiikassa. Romahdus näyttää hidastavan, jäätyen tosiasiallisesti ajankohtaan sen ylittymiskohdassa R_s. Tähtivalo kokee raskaan punasiirtymä at R_s.

Valitettavasti monet fyysikot pitivät tätä vain piirteenä erittäin symmetrisen luonteen piirteenä Schwartzchild-metrinen, uskoen, että luonnossa tällaista romahtamista ei todellakaan tapahdu johtuen epäsymmetriaa.

Vasta vuonna 1967 - lähes 50 vuotta ihmisen löytämisestä R_s - että fyysikot Stephen Hawking ja Roger Penrose osoittivat, että paitsi että mustat aukot olivat suoraa seurausta yleisestä suhteellisuudesta, myös että tällaista romahtamista ei ollut mahdollista pysäyttää. Pulsareiden löytäminen tuki tätä teoriaa ja pian sen jälkeen fyysikko John Wheeler loi termin "musta aukko" ilmiölle 29. joulukuuta 1967 pidetyssä luennossa.

Seuraavaan työhön sisältyy Hawking-säteily, joissa mustat aukot voivat säteillä säteilyä.

Mustat aukot ovat kenttä, joka vetää haastajia haluavia tutkijoita ja kokeilijoita. Nykyään on melkein yleinen sopimus siitä, että mustia aukkoja on olemassa, vaikka niiden tarkka luonne on edelleen kyseenalainen. Jotkut uskovat, että mustaihin reikiin putoava materiaali saattaa ilmestyä uudelleen jossain muualla maailmankaikkeudessa, kuten a: n tapauksessa madonreikä.

Yksi merkittävä lisä mustien reikien teoriaan on Hawking-säteily, jonka on kehittänyt brittiläinen fyysikko Stephen Hawking vuonna 1974.