Črne luknje se nam zdijo nekaj oddaljenega, o čemer včasih snemajo filme ali pišejo v knjigah. Redko razmišljamo, kaj bi se zgodilo, če bi se na površini našega planeta pojavila miniaturna črna luknja s premerom en milimeter. O tem - v našem gradivu.
Obstaja priljubljena napačna predstava, povezana s črnimi luknjami: so nekakšni vesoljski sesalniki, ki porabijo vse v svoji okolici. Seveda se "hranijo", vendar so njihovi želodci majhni. Težava se ne pojavi, ko "jedo", ampak ko "bruhajo" po preveč večerji. To je res grozno.
Pravzaprav je nekoliko bolj zapleteno. Glede na dejstvo, da je polmer črne luknje sorazmeren z njegovo maso, je mogoče narediti nekaj izračunov. Najprej si oglejmo nekaj osnov.
Kaj je črna luknja
Črna luknja je območje prostora, v katerem je gravitacija tako močna, da je tudi svetloba ne more zapustiti. Sila gravitacije povzroči, da se tkanina vesolja-časa upogne in zaklene vase. Vse to se zgodi zaradi stiskanja snovi - najpogosteje gre za ostanke masivne zvezde - znotraj izjemno majhnega območja.
Struktura črne luknje: singularnost, obzorje dogodka in polmer Schwarzschilda (območje od singularnosti do dogodkovnega obzorja).
V resnici ne vidimo črnih lukenj, ker svetloba ne more iz njih. Izkaže se, da mora vsak predmet, da bi zapustil črno luknjo, razviti hitrost, višjo od svetlobne hitrosti, ki pa se giblje s hitrostjo 299 792 458 metrov na sekundo. Za primerjavo, hitrost bega za premagovanje Zemljine gravitacije je le 11,2 kilometra na sekundo. Če pa bi izstrelili raketo z planeta, ki tehta toliko kot Zemlja, vendar pol premera, bi bila hitrost bega 15,8 kilometra na sekundo. Tudi če bi imel objekt enako maso, bi bila hitrost pobega večja zaradi njegove manjše velikosti in s tem večje gostote.
Promocijski video:
Kaj če predmet še bolj skrčimo? Če zemeljsko maso stisnemo v kroglo s polmerom devet milimetrov, hitrost bega doseže svetlobno hitrost. Če to maso stisnemo v še manjšo kroglo, potem hitrost pobega preseže hitrost svetlobe. Ker pa je hitrost svetlobe kozmična meja hitrosti, ne more ničesar zapustiti te sfere.
Polmer, pri katerem ima masa hitrost pobega, ki je enaka svetlobni hitrosti, se imenuje polmer Schwarzschilda. Vsak predmet, ki je manjši od njegovega Schwarzschildovega polmera, je črna luknja. Z drugimi besedami, vsak predmet s hitrostjo bega, višjo od svetlobne hitrosti, je črna luknja. Za izdelavo takega predmeta iz Sonca ga bo treba stisniti do polmera približno tri kilometre.
Črna luknja ima dva glavna dela: singularnost in obzorje dogodkov. Velikost obzorja črne luknje dogodka se šteje za njegovo velikost, ker jo je mogoče izračunati in izmeriti.
Obzorje se šteje tudi za "točko brez vrnitve" v bližini črne luknje. To ni fizična površina, ampak krogla, ki obdaja posebnost, ki označuje mejo, katere hitrost bega je enaka hitrosti svetlobe. Polmer tega območja je sam Schwarzschildov polmer.
Takoj, ko je zadeva zunaj obzorja dogodka, začne padati proti središču črne luknje. S tako močno gravitacijo se materija stisne v točko - neverjetno majhen volumen nore gostote. Ta točka je posebnost. Je zanemarljiv in ima po sodobnih teoretičnih modelih neskončno gostoto. Povsem mogoče je, da so zakoni fizike, ki jih poznamo, kršeni v singularnosti. Znanstveniki to raziskovanje aktivno raziskujejo, da bi razumeli, kaj se dogaja v singularnostih, in da bi razvili celostno teorijo, ki opisuje, kaj se dogaja v središču črne luknje.
Naredimo nekaj izračunov
Poglejmo, kaj se lahko naučimo o milimetrski črni luknji. Po izračunih bo imela takšna črna luknja s polmerom Schwarzschilda maso 7 x 10 ^ 23 kilogramov - več kot pet mas Lune (po formuli R = 2MG / c ^ 2, kjer je R polmer Schwarzschilda, M je masa objekta, G je gravitacijska konstantna, c pa hitrost svetlobe).
Razmerje med Zemljo in Soncem je tri dele na milijon. Če bi Zemlja postala črna luknja, bi bil njen polmer le devet milimetrov. Torej bi imela črna luknja enega milimetra maso 11% mase Zemlje. Zagotovo bi imeli težave z 11-odstotno dodatno maso na planetu.
Dovolj je celo, da bi se celotna gravitacija Zemlje opazno povečala. Ta dodatna gravitacija bi bila dovolj, da bi lahko spremenila Lunovo orbito, tako da bi lahko preprosto izletela iz svoje trenutne orbite in se začela premikati po eliptični orbiti.
Paboloid plamena, ki predstavlja vesoljski čas izven obdobja rasti Schwarzschildove črne luknje.
Kje je ta namišljena črna luknja - na površini, v središču Zemlje ali se vrti okoli nje? Predpostavimo, da je na površini planeta. Območje njegovega gravitacijskega vpliva bi znašalo približno tretjino zemeljskega polmera - približno 2124 kilometrov.
Vsa materija v neposredni bližini te mikroskopske črne luknje bi iz nje takoj začutila močno težo, luknja pa bi absorbirala vse na poti do središča Zemlje, do česar bi dosegla v približno 42 minutah od trenutka, ko se je pojavila. Potoval bi skozi Zemljino jedro in približno v istem času dosegel drugo stran Zemljinega površja.
Če bi se na površini pojavila črna luknja z relativno hitrostjo manjšo od 12 km / h, bi se vrtela okoli Modrega planeta in njegovega gravitacijskega območja. Preprosto povedano, gre za uničenje zemeljske skorje in večine njenega plašča. In če je še bolj preprosto, pomeni smrt vsega življenja na površini Zemlje.
Stopnja akcesije in meja Eddingtona
Večina Zemljine mase okoli črne luknje bo postala hrana in se ji bo nakopičila. Preden pa bo le padel v črno luknjo, bo moral ves ta material izgubiti kotni zagon - zato se bo začel vrteti okoli njega, tako da bo tvoril diskrecijski disk.
Ta material proizvaja veliko toplote, ki se bo sčasoma sevala. Sevanje ima tlak, ki upočasni nadaljnjo akumulacijo. Oba učinka se medsebojno uravnotežita - to se imenuje Eddingtonova meja.
Odkrivanje črne luknje v umetnikovem pogledu
Meja Eddingtona postavlja tudi močno mejo glede stopnje nakopičenosti črne luknje. Majhen diskrecijski disk bi najverjetneje imel temperaturo približno šest tisoč Kelvinov - približno enako kot Zemljino jedro ali površino Sonca.
Med akrecijskim diskom in Zemljino maso bi prišlo do nekaterih trenih procesov, zaradi katerih bi se v jedru planeta naselila mikroskopska črna luknja.
Smrt v črni luknji
Na splošno bi potrebovali pet milijard let, da bi črna luknja pogoltnila Zemljo. To bi znatno povečalo maso Zemlje. In seveda bi takoj ustvaril popoln kaos na planetu, ki bi se v samo nekaj urah spremenil v nenaseljen vesoljski kos propadajoče skorje, lave, vročih plinov in vsega drugega.
Življenje bi postalo nemogoče, velika masa črne luknje pa bi lahko uničila asteroidni pas. To bi lahko povzročilo pogoste trke v osončju v naslednjih milijonih let. Luna bi se še naprej vrtela okoli Nove Zemlje (črna luknja), vendar v zelo podolgovati eliptični orbiti.
Črna luknja se ne bi takoj premaknila v središče Zemlje, temveč bi se nekaj časa vrtela okoli nje, a na koncu bi prišla do nje. Za razumevanje, kako bi ta mikroskopska črna luknja naraščala v masi, so potrebni zahtevni izračuni in simulacije.
Vse to lahko povzamemo z besedami svetovno znanega astrofizika in popularizatorja znanosti Neila DeGrasseja Tysona:
Vladimir Guillen