Черните дупки са области от космоса, където има толкова много маса в малък обем, че има хоризонт на събитията - област от космоса, от която нищо, дори светлината, не може да избяга. Това обаче не означава, че черните дупки смучат материята. Те просто я привличат. Научният редактор Forbes разсейва един от митовете за Черните дупки.
Черните дупки са области от космоса, където има толкова много маса в малък обем, че има хоризонт на събитията - област от космоса, от която нищо, дори светлината, не може да избяга. Но това не означава, че черните дупки смучат материята. Те просто я привличат.
Черните дупки са може би най-странните и невероятни обекти във Вселената. Там огромна маса се концентрира в много малък обем и черните дупки неизбежно се сриват до състояние на сингулярност, заобиколена от хоризонти на събитията, отвъд които нищо не може да премине. Това са най-плътните обекти във Вселената. Когато нещо се приближи твърде много до тях, силите на черната дупка го разкъсват. Когато материята, антиматерията или радиацията преминат хоризонта на събитията, те просто попадат в центъра на черната дупка, увеличавайки я и добавяйки към нейната маса.
Тези свойства на черните дупки съществуват и всичко е вярно. Но има една идея, свързана с това, което е абсолютна измислица: че черните дупки смучат материята около тях. Това е много далеч от истината и е пълно изкривяване на картината на гравитацията. Най-големият мит за черните дупки е, че те смучат материята. И тук е научната истина.
По принцип и от практическа гледна точка черна дупка може да се образува по най-различни начини. Голяма, масивна звезда може да отиде свръхнова, чието централно ядро се срутва и образува черна дупка. Можете да видите как две неутронни звезди се сливат и ако те преминат определен праг на масата, резултатът е нова черна дупка. Или огромен клъстер от материя (свръхмасивна звезда или гигантски облак от свиващ се газ) се срутва и директно се превръща в черна дупка.
Ако има достатъчно маса в достатъчно концентриран обем пространство, около него се формира хоризонт на събитията. Когато сме извън хоризонта на събитията, можем да се отдалечим от него, ако се отдалечим от черната дупка със скоростта на светлината. Но ако сме вътре в хоризонта на събитията, тогава дори при скоростта на светлината, която е границата на космическата скорост, всяка траектория на движение все пак ще ни отведе до центъра на черната дупка, тоест до сингулярността. Просто е невъзможно да избягате от черна дупка, докато сте в хоризонта на събитията.
Но обектите извън черната дупка също имат много проблеми. Черните дупки са толкова масивни, че ако се приближим до една от тях, започваме да изпитваме значителни приливни сили. Може да сте запознати с тези приливни сили, ако знаете какво е Луната и как тя взаимодейства със земята.
Несъмнено Луната и Земята могат да се разглеждат като материални точки, разположени на относително голямо разстояние от 380 хиляди километра една от друга. Но всъщност Земята не е точка, а обект, който заема определен и съвсем реален обем. Някои области на Земята са по-близо до Луната от други. Тези, които са по-близо, изпитват силата на привличане повече от средното. Тези, които са по-далеч, изпитват по-малко от средното тегло.
Промоционално видео:
Но освен разликата в разстоянието има и други характеристики. Както всички физически обекти, Земята е триизмерна. Това означава, че „върхът“и „дъното“на Земята (погледнато от Луната) се изтеглят навътре, към нейния център спрямо тези части, които са в средата.
С всичко това, ако извадим средната сила, съществуваща във всяка точка на Земята, ще видим, че различни точки на повърхността са изложени на външни сили от Луната по различни начини. Линиите на тези сили съставят относителните сили, действащи върху обекта, и обясняват защо обектът под въздействието на приливната сила се изтегля към него и се компресира перпендикулярно на посоката на тази сила.
Колкото повече се приближаваме до масивен обект, толкова повече приливни сили стават. Те растат дори по-бързо от гравитацията! Тъй като черните дупки имат огромна маса, но са много компактни, те създават най-мощните приливни сили във Вселената. По тази причина, когато се приближаваме до черната дупка, ние се разтягаме все повече и повече, ставайки като тънки спагети.
Въз основа на това е много лесно да се разбере защо една черна дупка може да ни засмуче. Колкото повече се приближаваме, толкова по-мощна става гравитацията и толкова повече приливната сила започва да ни разтяга и разкъсва.
Идеята обаче, че можем да бъдем засмукани в черна дупка, е погрешна. Всяка частица, която изгражда обект, който е под влиянието на черна дупка, все още се подчинява на добре известните закони на физиката, включително правилото за кривина на пространството-времето от общата теория на относителността.
Да, поради наличието на маса, тъканта на космоса се огъва и черната дупка е най-голямото натрупване на маса във Вселената. Но също така е вярно, че плътността на тази маса по никакъв начин не влияе върху кривината на пространството. Ако на мястото на Слънцето се постави бяло джудже, неутронна звезда или черна дупка със същата маса, силата на гравитационното влияние върху Земята няма да се промени. Пространството около нас е извито от общата маса като цяло и плътността практически няма нищо общо с него.
От разстояние една черна дупка е като всяка друга маса във Вселената. Но ако се приближим до него на минимално разстояние от няколко радиуса на сферата на Шварцшилд, тогава започваме да забелязваме отклонения от Нютоновата гравитация. Въпреки това, черната дупка все още действа просто като център на тежестта и обектите, които се приближават до нея, обикалят по нормална орбита: кръг, елипса, парабола или хипербола с много добро приближение.
Приливните сили могат да причинят приближаващи се обекти да се разтегнат и разкъсат. И тъй като материята се натрупва около черната дупка под формата на акреционен диск, могат да възникнат допълнителни последици като магнитни полета, триене и нагряване. Поради това допълнително въздействие, част от материята ще се забави и ще бъде погълната от черната дупка, но по-голямата част от нея все още ще остане навън.
Остава фактът, че черните дупки не смучат нищо. Всички останали обикновени обекти (луни, планети, звезди) имат същите сили, които притежава черна дупка. Както и да е, всичко е само гравитация. Най-голямата разлика е, че черните дупки са по-плътни от повечето обекти, заемат много по-малко обем в космическото пространство и могат да бъдат много по-масивни от всеки друг обект. Сатурн тихо лети по своята орбита около Слънцето, но ако вместо Слънцето в центъра на Млечния път поставим черна дупка, масата на която е четири милиона пъти масата на нашата звезда, тогава приливните сили ще разбият Сатурн, превръщайки го в гигантски пръстен и той ще стане неразделна част от акреционния диск същата тази черна дупка. И ако има достатъчно триене, нагряване и ускорение в присъствието на гравитация, генерирана от материята,електрически и магнитни полета, след това с течение на времето тя ще падне навътре и ще бъде погълната.
Изглежда само, че черните дупки поглъщат материята, защото са много масивни и приливните сили и материята, натрупани около черната дупка заедно, могат да разкъсат външни предмети на парчета, след което част от такъв обект под въздействието на изтеглящата сила ще бъде вътре в акреционния диск и с течение на времето и вътре в самата черна дупка. Но черната дупка е много фина и по-голямата част от материята, която преминава близо до нея, се изплюва обратно под една или друга форма. И само малка част влиза в хоризонта на събитията, принуждавайки черната дупка да расте постепенно.
Ако заменим цялата маса във Вселената с черна дупка със съответната маса и след това премахнем всичко, което създава триене, да речем, акреционни дискове, тогава черната дупка ще засмуче много малко. Частиците ще бъдат подложени на триене само поради излъчването на гравитационни вълни, преминаващи през извитото пространство-време, генерирано от черната дупка. Според теорията на Айнщайн вътре ще се абсорбира само тази материя, която е вътре и в самия център на стабилна циклична орбита. Това е нищожно в сравнение с това, което попада в хоризонта на събитията във нашата физическа реалност.
В резултат на това имаме само силата на гравитацията и извитото пространство-време, произтичащи от присъствието на тези маси. Представата, че черните дупки смучат нещо, е най-големият мит. Те се увеличават поради гравитацията и нищо друго. Но във Вселената това е повече от достатъчно.
Итън Сийгъл