Черные дыры

1. Презентация по физике ученика 9 класса петрова леонида

Черные дыры

2. Что такое черная дыра?

Определяющим свойством черной
дыры является ее горизонт. Это
граница, преодолев которую ничто,
даже свет, не сможет вернуться
обратно. Если отделенная область
становится отделенной навсегда,
мы говорим о «горизонте событий».
Если же она только временно
отделена, мы говорим о «видимом
горизонте». Но это «временно»
также может означать, что область
будет отделенной гораздо дольше
нынешнего возраста Вселенной.
Если горизонт черной дыры
является временным, но
долгоживущим, разница между
первым и вторым расплывается.

3. Насколько большие черные дыры?

Можно представить горизонт черной дыры
как сферу, и ее диаметр будет прямо
пропорциональным массе черной дыры.
Поэтому чем больше массы падает в черную
дыру, тем больше становится черная дыра.
По сравнению со звездными объектами,
впрочем, черные дыры крошечные, потому
что масса сжимается в очень малые объемы
под действием непреодолимого
гравитационного давления. Радиус черной
дыры массой с планету Земля, например,
всего несколько миллиметров. Это в 10 000
000 000 раз меньше настоящего радиуса
Земли.
Радиус черной дыры называется радиусом
Шварцшильда в честь Карла Шварцшильда,
который впервые вывел черные дыры как
решение для общей теории
относительности Эйнштейна.

4. Что внутри черной дыры?

Никто не знает наверняка, но точно
не книжная полка. Общая теория
относительности прогнозирует, что
в черной дыре сингулярность,
место, в котором приливные силы
становятся бесконечно большими,
и как только вы преодолеваете
горизонт событий, вы уже не
можете попасть куда-либо еще,
кроме как в сингулярность.
Соответственно, ОТО лучше не
использовать в этих местах — она
попросту не работает. Чтобы
сказать, что происходит внутри
черной дыры, нам нужна теория
квантовой гравитации.
Общепризнанно, что эта теория
заменит сингулярность чем-то
другим.

5. Как образуются черные дыры?

В настоящее время мы знаем о четырех разных способах образования черных
дыр. Лучше всего понимаем связанный со звездным коллапсом. Достаточно
большая звезда образует черную дыру после того, как ее ядерный синтез
прекращается, потому что все, что уже можно было синтезировать, было
синтезировано. Когда давление, создаваемое синтезом, прекращается,
вещество начинает проваливаться к собственному гравитационному центру,
становясь все более плотным. В конце концов, оно настолько уплотняется,
что ничто не может преодолеть гравитационное воздействие на поверхность
звезды: так рождается черная дыра. Эти черные дыры называются «черными
дырами солнечной массы» и наиболее распространены.
Следующим распространенным типом черных дыр являются
«сверхмассивные черные дыры», которые можно найти в центрах многих
галактик и которые имеют массы примерно в миллиард раз больше, чем
черные дыры солнечной массы. Пока доподлинно неизвестно, как именно они
формируются. Считается, что когда-то они начинались как черные дыры
солнечной массы, которые в густонаселенных галактических центрах
поглощали множество других звезд и росли. Тем не менее они, похоже,
поглощают вещество быстрее, чем предполагает эта простая идея, и как
именно они это делают — все еще остается предметом исследований.

6.

Более спорной идеей стали первичные
черные дыры, которые могли быть
сформированы практически любой
массой в крупных флуктуациях
плотности в ранней Вселенной. Хотя это
возможно, достаточно трудно найти
модель, которая производит их, при
этом не создавая чрезмерное их
количество.
Наконец, есть очень умозрительная
идея о том, что на Большом адронном
коллайдере могут образовываться
крошечные черные дыры с массами,
близкими массе бозона Хиггса. Это
работает только в том случае, если у
нашей Вселенной имеются
дополнительные измерения. Пока не
было никаких подтверждений в пользу
этой теории.

7. Откуда мы знаем, что черные дыры существуют?

У нас есть много наблюдательных
доказательств существования
компактных объектов с крупными
массами, которые не излучают свет.
Эти объекты выдают себя по
гравитационному притяжению,
например, за счет движения других
звезд или газовых облаков вокруг них.
Они также создают гравитационное
линзирование. Мы знаем, что у этих
объектов нет твердой поверхности.
Это вытекает из наблюдений,
потому что вещество, падая на
объект с поверхностью, должно
вызывать выброс большего числа
частиц, чем вещество, падающее
сквозь горизонт.

8. Почему в прошлом году Хокинг сказал, что черные дыры не существуют?

Он имел в виду, что
черные дыры не
имеют вечного
горизонта событий,
а только
временный
кажущийся
горизонт (см. пункт
первый). В строгом
смысле только
горизонт событий
считается черной
дырой.