Mi a fekete lyuk? Mi az Event Horizon?

Kérdés: Mi a fekete lyuk?

Mi a fekete lyuk? Mikor alakulnak ki fekete lyukak? A tudósok láthatnak egy fekete lyukat? Mi a fekete lyuk "eseményhorizontja"?

Válasz: A fekete lyuk egy elméleti egység, amelyet a általános relativitáselmélet. Fekete lyuk alakul ki, amikor egy elegendő tömegű csillag gravitációs összeomláson megy keresztül, tömegének legnagyobb részében vagy egészében egy eléggé kicsi területre tömörítve, végtelen űridő görbülést okozva ezen a ponton (a "Szingularitás"). Egy ilyen hatalmas téridő-görbület semmit, még fényt sem enged, hogy elkerülje az esemény horizontját vagy a határt.

A fekete lyukakat soha nem figyelték meg közvetlenül, bár azok hatásának előrejelzései megegyeztek a megfigyelésekkel. Maroknyi alternatív elmélet létezik, mint például a mágneses légkörű, örökké összeomló tárgyak (MECO-k), hogy magyarázzák ezeket a megfigyeléseket, amelyek többsége elkerüli a téridőt szingularitás a fekete lyuk közepén, de a fizikusok túlnyomó többsége úgy véli, hogy a fekete lyuk magyarázata a legvalószínűbb fizikai ábrázolása annak, ami zajlik.

Az 1700-as években voltak olyanok, akik azt sugallták, hogy egy szupermasszív objektum világíthat rá. A newtoni optika a corpuscularis fényelmélet volt, szemcsékként kezelve a fényt.

John Michell 1784-ben publikált egy papírt, amelyben előre jelezte, hogy egy objektumnak, amelynek sugara a naptól 500-szor nagyobb (de ugyanannak a sűrűsége) sugárzási sebessége kb. a fény sebessége felületén, és így láthatatlan. Az elmélet iránti érdeklődés azonban az 1900-as években elhalt, mivel a fény hullámelmélete kiemelte a figyelmet.

Ha ezeket a modern fizikában ritkán hivatkoznak, ezeket az elméleti entitásokat "sötét csillagoknak" nevezik, hogy megkülönböztessék őket a valódi fekete lyukaktól.

Az Einstein által az általános relativitáselmélet 1916-os közzétételétől számított hónapon belül Karl Schwartzchild fizikus megoldást talált Einstein gömbtömeg-egyenletére ( Schwartzchild metrika)... váratlan eredményekkel.

A sugarat kifejező kifejezésnek zavaró vonása volt. Úgy tűnt, hogy egy bizonyos sugárnál a kifejezés nevezője nulla lesz, ami a kifejezés matematikai „felrobbantásához” vezetne. Ez a sugár, az úgynevezett Schwartzchild sugara, r_s, azt jelenti:

r_s = 2 GM/ c²

G a gravitációs állandó, M a tömeg, és c a fény sebessége.

Mivel Schwartzchild munkája kulcsfontosságúnak bizonyult a fekete lyukak megértésében, furcsa véletlen egybeesés, hogy a Schwartzchild név azt jelenti, hogy "fekete pajzs".

Egy tárgy, amelynek teljes tömege M benne fekszik r_s fekete lyuknak tekintik. Esemény horizont a nevet adják r_s, mert ebből a sugaratól a fekete lyuk gravitációjából eredő menekülési sebesség a fény sebessége. Fekete lyukak vonzza a tömeget gravitációs erőkön keresztül, de ennek a tömegnek soha nem szabadulhat el.

A fekete lyukat gyakran azzal magyarázzák, hogy egy tárgy vagy tömeg "beleesik".

Y órák X beleesnek egy fekete lyukba

• Y megfigyeli az idealizált órákat az X-en, amelyek lassulnak, és időben megfagynak, amikor X eltalálja r_s
• Y megfigyeli az X vöröseltolódásból származó fényt, a végtelenségnél r_s (így X láthatatlanná válik - bárhogy is láthatjuk az órájukat). nem elméleti fizika nagy?)
• X észrevehető változást érzékel elméletben, bár ha egyszer átlép r_s lehetetlen, hogy soha elkerülje a fekete lyuk gravitációját. (Még a fény sem tud menekülni az esemény horizontjáról.)

Az 1920-as években a Subrahmanyan Chandrasekhar fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy bármely csillag nagyobb, mint 1,44 napelemes tömeg (a Chadrasekhar limit) az általános relativitáselmélet alatt összeomlik. Arthur Eddington fizikus úgy gondolta, hogy valamilyen tulajdonság megakadályozza az összeomlást. Mindkettőnek igaza volt, a maga módján.

Robert Oppenheimer 1939-ben azt jósolta, hogy egy szupermasszív csillag összeomolhat, így "fagyott csillagot" képezhet a természetben, nem csupán a matematikában. Az összeomlás látszólag lelassul, valójában az áthaladás pillanatában fagyos be r_s. A csillagból származó fény nehéz lesz vöröseltolódás nál nél r_s.

Sajnos sok fizikus ezt a test nagyon szimmetrikus jellegének csak a sajátosságainak tekintette Schwartzchild metrikája, azt gondolva, hogy a természetben ilyen összeomlás valójában nem következik be aszimmetriák.

Csak 1967 - ben, közel 50 évvel a. Felfedezése után r_s - hogy a fizikusok Stephen Hawking és Roger Penrose megmutatta, hogy a fekete lyukak nemcsak az általános relativitáselmélet közvetlen következményei, hanem az is, hogy nem lehet megállítani egy ilyen összeomlást. A pulzárok felfedezése alátámasztotta ezt az elméletet, és nem sokkal később, John Wheeler fizikus 1967. december 29-i előadásában megalkotta a „fekete lyuk” kifejezést a jelenségre.

A későbbi munkák között szerepelt a Hawking sugárzás, amelyben a fekete lyukak sugárzást bocsáthatnak ki.

A fekete lyukak olyan terület, amely felhívja a kihívást jelentő teoretikusokat és kísérletezőket. Ma szinte egyetemes egyetértés van abban, hogy léteznek fekete lyukak, bár azok pontos természetét továbbra is kérdéses. Egyesek szerint a fekete lyukakba eső anyag visszatérhet az univerzum másutt, mint például a szú járat.

A fekete lyukak elméletének egyik jelentős kiegészítése a Hawking sugárzás, amelyet a brit fizikus fejlesztett ki Stephen Hawking 1974-ben.