Черните дупки ни се струват нещо далечно, за което понякога правят филми или пишат в книги. Рядко се замисляме какво би се случило, ако на повърхността на нашата планета се появи миниатюрна черна дупка с диаметър един милиметър. За това - в нашия материал.
Има популярно погрешно схващане, свързано с черните дупки: те са вид космически прахосмукачки, които консумират всичко в заобикалящата ги среда. Разбира се, те "хранят", но стомасите им са малки. Проблемът не се появява, когато те "ядат", а когато "повръщат" след твърде много вечеря. Това е наистина страшно.
Всъщност е малко по-сложно. Въз основа на факта, че радиусът на черна дупка е пропорционален на нейната маса, могат да се направят някои изчисления. Първо, нека да обмислим някои от основните положения.
Какво е черна дупка
Черната дупка е област от пространство, в която гравитацията е толкова силна, че дори светлината не може да я напусне. Силата на гравитацията там кара самата тъкан на пространство-време да се огъва и фиксира върху себе си. Всичко това се случва поради компресията на материята - най-често това са останките на масивна звезда - в изключително малък регион.
Структурата на черната дупка: сингулярност, хоризонт на събитието и радиус на Шварцшилд (регионът от сингулярността до хоризонта на събитията).
Всъщност не можем да видим черни дупки поради факта, че светлината не може да излезе от тях. Оказва се, че за да остави черната дупка, всеки обект трябва да развие скорост, по-висока от скоростта на светлината, която от своя страна се движи със скорост 299 792 458 метра в секунда. За сравнение скоростта на бягство за преодоляване на земната гравитация е само 11,2 километра в секунда. Ако обаче изстреляхме ракета от планета, която тежи колкото Земята, но половината от диаметъра, тогава скоростта на бягство би била 15,8 километра в секунда. Дори ако обектът има същата маса, скоростта на бягство би била по-висока поради по-малкия му размер и следователно по-голямата плътност.
Промоционално видео:
Ами ако свием обекта още повече? Ако компресираме земната маса в сфера с радиус от девет милиметра, скоростта на бягство достига скоростта на светлината. Ако тази маса се пресова в още по-малка сфера, тогава скоростта на бягство ще надвиши скоростта на светлината. Но тъй като скоростта на светлината е космическата граница на скоростта, нищо не може да напусне тази сфера.
Радиусът, при който масата има скорост на бягство, равна на скоростта на светлината, се нарича радиус на Шварцшилд. Всеки обект, по-малък от радиуса на Шварцшилд, е черна дупка. С други думи, всеки обект със скорост на бягство, по-висока от скоростта на светлината, е черна дупка. За да се направи такъв обект от Слънцето, той ще трябва да се компресира в радиус около три километра.
Черната дупка има две основни части: сингулярност и хоризонт на събитията. Размерът на хоризонта на събитията на черна дупка се счита за нейния размер, защото може да бъде изчислен и измерен.
Хоризонтът също се счита за "точка на връщане" в близост до черната дупка. Това не е физическа повърхност, а сфера около сингулярност, която бележи граница, скоростта на бягство от която е равна на скоростта на светлината. Радиусът на тази зона е самият радиус на Шварцшилд.
Щом материята е отвъд хоризонта на събитията, тя започва да пада към центъра на черната дупка. При такава силна гравитация материята се компресира в точка - невероятно малък обем от луда плътност. Тази точка е особеност. Той е нищожен и според съвременните теоретични модели има безкрайна плътност. Напълно възможно е законите на физиката, които познаваме, да са нарушени в единството. Учените активно изследват този въпрос, за да разберат какво се случва в особеностите, както и да разработят пълна теория, описваща какво се случва в центъра на черна дупка.
Нека направим някои изчисления
Нека да видим какво можем да научим за една милиметрова черна дупка. Според изчисленията такава черна дупка с радиус на Шварцшилд ще има маса 7 х 10 ^ 23 килограма - повече от пет маси на Луната (по формулата R = 2MG / c ^ 2, където R е радиусът на Шварцшилд, M е масата на обекта, G е гравитационната константа, а с е скоростта на светлината).
Съотношението на Земята към Слънцето е три части към един милион. По този начин, ако Земята се превърне в черна дупка, нейният радиус би бил само девет милиметра. Следователно черна дупка от един милиметър би имала маса 11% от масата на Земята. Определено бихме имали проблеми с 11% допълнителна маса на планетата.
Достатъчно е дори общата гравитация на Земята значително да се увеличи. Тази допълнителна гравитация би била достатъчна, за да промени орбитата на Луната, така че може просто да излети от текущата си орбита и да започне да се движи по елиптична орбита.
Параболоидът на пламъка, представляващ космическо време отвъд хоризонта на растеж на събитията в черната дупка на Шварцшилд.
Къде е тази въображаема черна дупка - на повърхността, в центъра на Земята или се върти около нея? Да предположим, че се намира на повърхността на планетата. Площта на нейното гравитационно влияние би била около една трета от радиуса на Земята - около 2124 километра.
Цялата материя в непосредствена близост до тази микроскопична черна дупка веднага би почувствала силна гравитация от нея, а дупката от своя страна би погълнала всичко по пътя си към центъра на Земята, до което би достигнала за около 42 минути от момента, в който се появи. Той ще пътува през земното ядро и ще достигне до другата страна на земната повърхност за приблизително същото време.
Ако на повърхността се появи черна дупка с относителна скорост под 12 км / ч, тя ще се върти около Синята планета заедно с нейната гравитационна площ. Най-просто казано, това е унищожаването на земната кора и по-голямата част от нейната мантия. И ако е още по-просто, това означава смъртта на целия живот на повърхността на Земята.
Скорост на екскреция и граница на Eddington
По-голямата част от земната маса около черната дупка ще стане храна и ще бъде натрупана от нея. Преди просто да попадне в черна дупка обаче, целият този материал ще трябва да загуби своята ъглова инерция - поради което ще започне да се върти около него, образувайки акреционен диск.
Този материал произвежда много топлина, която в крайна сметка ще се излъчва. Радиацията има налягане, което ще забави по-нататъшното натрупване. И двата ефекта се балансират помежду си - това се нарича граница на Eddington.
Набиране на черна дупка в представата на художника
Ограничението на Eddington също поставя твърда граница на степента на нарастване на черна дупка. Малък акредиращ диск най-вероятно би имал температура около шест хиляди келвина - приблизително същата като земното ядро или повърхността на Слънцето.
Ще възникнат някои процеси на триене между акреционния диск и земната маса, в резултат на което в ядрото на планетата ще се настани микроскопична черна дупка.
Смърт в черна дупка
Като цяло, щяха да отнеме пет милиарда години, за да погълне Земята такава черна дупка. Това значително би увеличило масата на Земята. И, разбира се, веднага би създал пълен хаос на планетата, който само за няколко часа ще се превърне в необитаемо космическо парче от рушаща се кора, лава, горещи газове и всичко останало.
Животът щеше да стане невъзможен и голямата маса на черната дупка може да унищожи астероидния пояс. Това от своя страна би могло да доведе до чести сблъсъци в Слънчевата система през следващите милиони години. Луната би продължила да се върти около Нова Земя (черна дупка), но в много издължена елиптична орбита.
Черната дупка нямаше веднага да се премести в центъра на Земята, а по-скоро ще се върти около нея за известно време, но в крайна сметка ще стигне до нея. За да разбереш как тази микроскопична черна дупка би нараснала в маса, изисква сложни изчисления и симулации.
Всичко това може да се обобщи с думите на световноизвестния астрофизик и популяризатор на науката Нийл Дегрес Тайсън:
Владимир Гилен