Вселената на дупките. Факти от консултанта на „Интерстелар“
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:24
Филмът „Интерстелар“ плени зрителите не само със своите кинематографични достойнства, но и с висококачествената научна работа, залегнала в основата на сценария.
Фактически един от „безмълвните герои“ на филма стана черна дупка. Излизането на филма беше последвано от невероятен интерес към феномена черни дупки. Естествено, хит станала и книгата, която е издал научният консултант на „Интерстелар“ Кип Торн.
Ето най-интересните факти за черните дупки, събрани и описани от Торн.
Колко черни дупки има в нашата Вселена
В центъра на почти всяка галактика има огромни черни дупки. Сред тези, които са открили учените, най-тежка се оказала черната дупка от галактиката NGC1277. Нейната маса е 17 млрд. пъти по-голяма от слънчевата, тя се намира на 250 млн. светлинни години от нашата планета – това е около една десета от разстоянието до границите на наблюдаваната Вселена.
Освен масивни в нашата галактика съществуват около сто милиона сравнително неголеми черни дупки, чиято маса е от три до тридесет слънчеви маси. Излиза, че черните дупки не са такава рядкост.
Хубаво е, че в Слънчевата система няма черни дупки, тъй като гравитацията на черна дупка би могла да повлияе на земната орбита и да доведе до катастрофални последици.
Нашата планета би се изместила прекалено близо до Слънцето и би изгоряла. Или обратното – да се озове прекалено далече от звездата и да се покрие с ледове. А може и изобщо да излети от Слънчевата система или да попадне в черната дупка. Човечеството не би оцеляло и няколко години.
Според астрономите най-близката до нас черна дупка се намира приблизително на 300 светлинни години от Земята, а това е сто пъти по-далече от най-близката звезда (като изключим Слънцето) – Проксима Центавър.
Как умират звездите
Слънцето и Земята са на около 4,5 млрд. години. След още шест и половина милиарда години ще свърши ядреното гориво в слънчевото ядро. Тогава ще започне да изгаря горивото в обвивката, която заобикаля ядрото. Слънцето ще се увеличи и ще погълне нашата планета.
Когато горивото в обвивката също изгори, а Земята изчезне, Слънцето ще започне да се свива и ще се превърне в бяло джудже. Размерът му ще бъде приблизително същият, както размера на Земята, а плътността – милиони пъти по-голяма. С времето бялото джудже ще изстине и ще се превърне в плътно тъмно тяло.
Звездите, чиято маса значително превишава масата на Слънцето, изгарят горивото много по-бързо, а след това колапсират. В резултат може да се образува неутронна звезда или черна дупка. Масата на неутронната звезда е около една до три слънчеви маси, диаметърът – около сто километра, а плътността им се равнява на плътността на атомно ядро – стотици трилиони пъти плътността на камъка. Тясно опаковани атомни ядра – ето от какво се състои неутронната звезда.
Черната дупка не съдържа материя. Трудно ни е да си го представим, но тя изцяло се състои от изкривено пространство и изкривено време. Ако масата на черната дупка се равнява на масата на неутронна звезда, то нейната обиколка ще бъде около 22 километра.
Изкривяване на времето и пространството
В началото на ХХ век Айнщайн е направил потресаващо откритие. Той е изчислил, че телата с голяма маса, например черни дупки, изкривяват времето и това изкривяване е причина за гравитацията.
Същината може да се обясни с едно изречение – всичко се стреми да бъде там, където най-бавно ще старее, и гравитационното притегляне е насочено именно там.
Колкото по-бавно тече времето, толкова по-голяма е гравитацията. На Земята времето се забавя само с няколко микросекунди на ден, затова гравитационното привличане тук не е голямо. На повърхността на неутронна звезда, където времето се забавя с няколко часа на ден, гравитацията е много силна. А редом до черна дупка времето практически не се движи и гравитацията е толкова огромна, че дори светлината не е способна да я преодолее.
Не само времето е способно да се изкривява, но и пространството. Физиците смятат, че нашето триизмерно пространство (брана) се огъва в многомерно хиперпространство (балк), което не принадлежи на нашата Вселена!
Смята се, че балкът има десет измерения – едно времево и девет пространствени. Съществуването на хиперпространство теоретично прави възможни пътешествията във времето и междугалактичните прелети през червееви дупки, както във филма „Интерстелар“.
Мравки на батут и сингулярност
За да разберете по-добре какво са изкривяването на пространството и черната дупка, опитайте се да си представите сляпа мравка, живееща на детски батут. Платното се огъва надолу, тъй като върху него лежи камък. Вие не виждате това, което ви заобикаля, но смятате, че нашата Вселена – батут – е изкривена. Вие пълзите по кръг в горната част. Измервайки дължината на окръжността, се отправяте на пътешествие от единия край към другия през центъра, за да определите диаметъра.
Ако вашата вселена беше плоска, дължината на окръжността щеше да е равна на числото Пи, умножено по диаметъра. Но вие сте изяснили, че дължината на окръжността е по-малка от диаметъра дори ако не го умножите по Пи. В този момент се убеждавате: вашата вселена действително е изкривена!
Пространството близо до черната дупка се огъва подобно на батут, само че там няма мравки, а вместо камък в центъра на черната дупка се намира сингулярност.
Сингулярност е неголяма област, където повърхността „безкрайно се изкривява“ и се събира в точка, в която силите на приливната гравитация са безкрайно големи, поради което материята в този вид, в който я познаваме, се разтегля и свива до пълно изчезване.
Защо от черна дупка няма връщане?
Черната дупка има повърхност (другото ѝ название е хоризонт на събитията), от която нищо не може да излезе навън, дори светлината. Ако вземете микровълнов предавател и се отправите през черната дупка, то сред пресичането на хоризонта на събитията неизменно ще ви тегли към сингулярността. Всички сигнали, които се опитате да предадете, също ще се стремят надолу.
Сигналите, както и самите вие, ще станете пленници на черната дупка. Никой, който се намира извън хоризонта на събитията, няма да получи вашите съобщения.
Черната дупка се превръща в капан поради изкривяването на времето. Зад хоризонта на събитията времето е изкривено толкова силно, че може да се каже придобива свойства на пространствено измерение – то тече надолу, стреми се към сингулярност. Това е главната причина, поради която не можете да се измъкнете от черна дупка.
Но новата теория на Хокинг обнадеждава – според него информацията не изчезва безследно в черната дупка. Тя или остава на нейната граница във вид на холограма, или преминава в друга вселена. Важно условие е черната дупка задължително да се върти.
