Реферат: Черные Дыры

Отдел образования администрации Центральногорайона.Муниципальнаягимназия №1РефератПо теме Чёрные Дыры

Данилов Игорь учащегося 11 класса

Новосибирск 2000.

Содержание:

Содержание………………………………………………………………………………2

Что из себя представляютЧёрные Дыры…………………………………………… 3

Как Черные дыры образуются…………………………………………………………4

Как обнаруживали Чёрные дыры…………………………………………………….5

Гипотезы и парадоксы…………………………………………………………………. 7

Уравнение Шварцшильц………………………………………………………………10

Список Литературы…………………………………………………………………….12

Приложение………………………………………………………………………………13

Что из себя представляют Чёрные Дыры.

Одним из самых парадоксальных объектов, находящихсяв космосе, — являются так называемые «черные дыры», или коллапсары — тела бесконечно большой плотности. Сущность данного парадокса заключается втом, что интенсивность гравитационного взаимодействия тел определяется ихмассой, все же другие известные виды их взаимодействия от массы не зависят. Этоозначает, что если количество частиц вещества в некоторой области пространствапревысит определенное критическое значение, то гравитационные силы будутпревалировать над всеми другими, а вследствие того, что гравитационные силыявляются всегда силами притяжения, данное тело будет сжиматься. После того какоткрыли нейтроны, это помогло узнать конечную судьбу тяжелых звезд: огромноетяготение «вдавливает» свободные электроны в протоны, и возникаютэлектрически нейтральные частицы — нейтроны. Рождается нейтронная звезда,вещество которой имеет невероятную плотность. Кусочек такой материи размером скубик пиленого сахара весит один миллиард тонн, а нейтронная песчинкауравновесила бы мощный электровоз. Поскольку же пространство-время в общейтеории относительности предполагается непрерывным, то этому сжатию нельзяположить никакого обоснованного предела. В итоге, согласно данной теорииполучается, что такое тело должно сжаться в точку, при этом интенсивностьгравитационных полей вблизи него возрастает до бесконечности, а пространствоискривится настолько, что полностью замкнется, скорость же, необходимая длятого чтобы покинуть пределы этого скопления, может сколь угодно превыситьскорость света, а значит, ни одна частица вещества и ни один квант излучения несможет уже этого сделать, то есть образуется объект, способный поглощать в себялюбое количество любой материи и ничего не выпускать обратно.Так, любое тело,упавшее на поверхность такого объекта, будет действительно поглощено имбезвозвратно вследствие того, что составляющие это тело барионы-вакансии поддействием мощных сил тяготения сольются с пузырем, в результате чего телопотеряет всякую индивидуальность и обособленность.

Все чёрные дыры притягивают газ изокружающего пространства, и вначале он собирается в диск возле нее. Отстолкновений частиц газ разогревается, теряет энергию, скорость и начинает поспирали приближаться к черной дыре. Газ, нагретый до нескольких миллионовградусов, образует вихрь, имеющий форму воронки. Его частицы мчатся соскоростью 100 тысяч километров в секунду. В конце концов вихрь газа доходит до«горизонта событий» и навечно исчезает в черной дыре. Поскольку жеминимальная скорость, необходимая для того чтобы уйти от этой «дыры»,будет меньше скорости света, то любой предмет, не упавший непосредственно на ееповерхность, будет иметь шанс покинуть ее пределы. При падении вещества наповерхность черной дыры, должно возникать рентгеновское излучение вследствиебольшой интенсивности гравитационных полей вокруг него.

В 1997 году удалось доказать, что некоторые черные дыры вращаются,вовлекая в это движение и окружающее их пространство. «До сих пор мы умелиузнавать лишь массу черной звезды, теперь можем определять ее вращательныйимпульс», — с гордостью говорит сотрудник Центра НАСА в Хантсвилле ШуангНан Цанг.

Черную дыру окружает некая граница, и вся материя, находящаясявнутри нее, непременно будет поглощена дырой. Размеры границы зависят, вчастности, от скорости вращения черной дыры. Эту скорость можно посчитать, еслизнать, с какой скоростью движется материя у границы. Расшифровывая информацию,поступающую от спутников, улавливающих рентгеновское излучение, Шуанг Нан Цанги его коллеги пришли к выводу, что в Млечном Пути находятся 12 черных дыр смассой от трех до тридцати солнечных. Некоторые из этих дыр вращаются очень медленно,другие — вовсе неподвижны. Но две вращаются вокруг своих осей с невероятнойскоростью. «Исследуя вращение черной дыры, — пишет астрофизик из БалтимораМарио Ливио, — можно узнать, сколько материи она успела поглотить за свою жизньи как вращательный импульс связан с выбросом материи в виде осевой струи».Цанг убежден, что эти две быстро вращающиеся дыры, обнаруженные в нашейГалактике, посылают в свои окрестности струи высокоэнергичных частиц. Струивращаются примерно с той же скоростью, что и сама черная дыра. Точные измеренияпозволяют определить скорость вращения вихря материи прежде, чем она исчезнет вчерной дыре.

Кроме того, ученые обнаружили колебания интенсивностирентгеновского излучения у обоих объектов. Эти наблюдения навели в конце 1997года на след еще более удивительного феномена: газовые и пылевые частицы околодвух черных дыр, о которых идет речь, подвержены периодическому движению,называемому прецессией. Это значит, что ось вихревого движения частиц не стоитна месте, а в свою очередь вращается вокруг другой оси.

Как Черные дыры образуются.

Черные дыры не могут быть замечены непосредственно, но астрономы могут видетьдоказательство их существования, когда газы извергаются на звезду-спутник.Есливзорвать динамит, то крошечные осколки взрывчатого вещества глубоко вонзятся вближайшие объекты, таким образом оставляя несмываемый доказательствопроизошедшего взрыва.Астрономы нашли подобный отпечаток на звезде, котораядвижется по орбите вокруг чёрной дыры, небезосновательно полагая, чтобы даннаячёрная дыра — бывшая звезда, которая разрушилась настолько сильно, что дажесвет не может преодолеть её силу гравитации, — возникла в результате взрывасверхновой звезды. К этому времени, астрономы наблюдали взрывы сверхновых звёзди обнаружили на их месте пятнистые объекты, которые, по их мнению, и являютсячёрными дырами. Новое открытие — первое реальное доказательство связи междуодним событием и другим. (Чёрные дыры нельзя непосредственно увидеть, но о ихприсутствии иногда можно судить по действию их гравитационного поля наближайшие объекты. Система «звезда-и-чёрная дыра», обозначенная какGRO J1655-40, находится приблизительно на удалении в 10,000 световых лет впределах нашей галактики Млечного пути. Обнаруженная в 1994 году, она привлеклавнимание астрономов сильными вспышками рентгеновских лучей и обстреломрадиоволн, поскольку чёрная дыра выталкивала газы на звезду-спутник,находящуюся на расстоянии 7.4 миллионов миль. Исследователи из Испании иАмерики начали внимательно присматриваться к звезде-спутнику, полагая, что онамогла сохранить какой-либо след, свидетельствующий о процессе формированиячёрной дыры.Считается, что черные дыры, размером со звезду, являются теламибольших звёзд, которые просто уменьшились до таких размеров после того, какизрасходовали всё своё водородное топливо. Но по непонятным пока причинам,затухающая звезда трансформируется в сверхновую прежде, чем взорваться.Наблюдения системы GRO J1655-40 в августе и сентябре 1994 года позволилизафиксировать, что потоки выбрасываемого газа имели скорость, составляющую до92 % от скорости света, что частично доказывало наличие там чёрной дыры. Еслиучёные не ошибаются, то часть взорвавшихся звезд, которые, вероятно, в 25-40раз больше, чем наше Солнце, превратилась в выжившие спутники. Это именно теданные, которые астрономы обнаружили. Атмосфера звезды-спутника содержала болеевысокую, чем обычно, концентрацию кислорода, магния, кремния и серы — тяжелыеэлементы, которые могут быть созданы в большом количестве только при температурев мультимиллиард градусов, которая достигается во время взрыва суперновойзвезды. Это и явилось первым доказательством, действительно подтверждающимсправедливость теории о том, что некоторые чёрные дыры вначале возникли каксверхновые звёзды, поскольку увиденное не могло быть рождено звездой, которуюнаблюдали астрономы.

Как обнаруживали Чёрные дыры.

 

Какизвестно, «черные дыры» нельзя обнаружить непосредственными наблюдениями — ихсуществование устанавливается по тому мощному влиянию, которое они оказывают надругие объекты или по мощному рентгеновскому излучению.

Наблюдения так называемых системдвойных звезд, когда в телескоп видна лишь одна звезда, дают основание считать,что невидимый партнер — черная дыра. Звезды этой пары расположены так близкоодна к другой, что невидимая масса «высасывает» вещество видимойзвезды и поглощает его. В некоторых случаях удается определить время оборотазвезды вокруг ее невидимого партнера и расстояние до невидимки, что позволяетрассчитать скрытую от наблюдения массу. Первый кандидат на такую модель — пара,обнаруженная в начале семидесятых годов. Она находится в созвездии Лебедя  ииспускает рентгеновские лучи. Здесь вращаются горячая голубая звезда и, по всейвероятности, черная дыра с массой, равной 16 массам Солнца. Другая пара (V404)имеет невидимую массу в 12 солнечных. Еще одна подозреваемая пара — рентгеновский источник (LMCХ3) в девять солнечных масс находится в БольшомМагеллановом Облаке. Все эти случаи хорошо объясняются в рассуждениях ДжонаМишелла о «темных звездах». В 1783 году он писал: «Еслисветящиеся тела вращаются вокруг невидимого чего-то, то мы должны быть всостоянии из движения этого вращающегося тела с известной вероятностью сделатьвывод о существовании этого центрального тела». Два итальянских астронома,Луиджи Стелла и Марио Виертри, на основе данных, полученных со спутника RXTE,открыли искривление пространства около нейтронной звезды, правда, очень слабое.Уже создается спутник, названный «Gravity Probe В», специально приспособленныйдля исследования эффектов теории относительности. Его старт планируется на 2000год.

 Измерения параметров движений вцентральной области нашей Галактики вели с 1992 по 1998 г. сотрудники Институтавнеземной физики им. Макса Планка в Гаршинге (Германия) под руководством А.Экарта (A.Eckart).Они определяли скорость перемещения 200 звезд с помощьюспециального спектрометра. Оказалось, что с наибольшей скоростью движутся тезвезды, которые расположены поблизости от объекта Стрелец А, который и ранеепредположительно относили к числу «черных дыр». У звезд, удаленных от неговсего на пять световых суток, скорость обращения вокруг центра превышает 1000км/с. Вычисления показали, что подобное движение звезд может наблюдаться лишь втом случае, если в ядре Галактики находится объект, масса которого составляет2.6 млн массы Солнца, а плотность такая, как если бы 2 трлн Солнц «втиснуть» водин кубический световой год! Такими свойствами может обладать только «чернаядыра», поглощающая за какие-нибудь несколько миллионов лет всю материю,попадающую в сферу ее влияния. О сходных результатах сообщила на конференцииАмериканского астрономического общества (Вашингтон, 1998) А.М. Гез (A.M. Ghez;Университет штата Калифорния, Беркли). Вместе с коллегами она вела наблюдения втом же инфракрасном диапазоне частот (2 мкм), что и Экарт, но на более мощном10-метровом Телескопе им. Кека на горе Мауна-Кеа (Гавайские о-ва). Ониустановили, что звезды, расположенные к центру Галактики вдвое ближе, чемнаблюдавшиеся немецкими астрономами, движутся со скоростью 3000 км/с! По мнениюГез, такую скорость звездам может придать лишь «черная дыра» с массой 2.7 млнСолнц. При таких масштабах величин вывода обеих групп можно считать почтиидентичными. Итак, в центре нашей Галактики, по всей видимости, так женаходится огромная «черная дыра».

Несколько лет назад группаамериканских и японских астрономов направила свой телескоп на созвездие ГончихПсов, на находящуюся там спиральную туманность М106. Эта галактика удалена отнас на 20 миллионов световых лет, но ее можно увидеть даже с помощьюлюбительского телескопа. Многие считали, что она такая же, как и тысячи другихгалактик. При внимательном изучении оказалось, что у туманности М106 есть однаредкая особенность — в ее центральной части существует природный квантовыйгенератор — мазер. Это газовые облака, в которых молекулы благодаря внешней«накачке» излучают радиоволны в микроволновой области. Мазер помогаетточно определить свое местоположение и скорость облака, а в итоге — и другихнебесных тел. Японский астроном Макото Мионис и его коллеги во время наблюденийтуманности М106 обнаружили странное поведение ее космического мазера.Оказалось, что облака вращаются вокруг какого-то центра, удаленного от них на0,5 светового года. Особенно заинтриговала астрономов скорость этого вращения:периферийные слои облаков перемещались на четыре миллиона километров в час! Этоговорит о том, что в центре сосредоточена гигантская масса. По расчетам онаравна 36 миллионам солнечных масс. Астрономы отбросили предположение о том, чтотакое количество материи может быть очень плотным скоплением звезд, которое мыне видим из-за космической пыли. Звезды, входящие в скопление, должны были бынаходиться на очень близком расстоянии одна к другой. При такой «толкучке»они непременно начнут сталкиваться, и звездное скопление довольно быстро«рассыпется». Загадку хоровода облаков ученые объяснили тем, что онинаблюдают черную дыру, вернее, то, что происходит в ее окрестностях. Ведь самучерную дыру увидеть нельзя.

Американским астрономам удалось зафиксироватьрентгеновское излучение от супермассивных черных дыр, которые до недавнеговремени считались «тихими». Эти дыры существуют в центрах самыхстарых и самых массивных галактик и имеют массу сравнимую с массой миллиардов Солнц,сжатую до размеров Солнечной системы. В то время, как небольшой процентсупермассивных черных дыр излучают мощные рентгеновские потоки (известны какактивное галактическое ядро), огромное большинство массивных черных дыррентгеновским излучением не обладает. Последние наблюдения показали, что«тихие» супермассивные черные дыры также имеют рентгеновскоеизлучение, но гораздо меньшее чем активное галактическое ядро. Новые результатывселяют надежду, что супермассивные черные дыры присутствуют во всех галактиках,в том числе и нашей, и могут стать ключом в вопросе происхождения Вселенной.

Наснимке, сделанном с помощью нового космического спектрографа Хаббла (Hubble'snew Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS)), запечатлен«автограф» сверхмасивной черной дыры, расположенной в центрегалактики М84. Несмотря на то, что гравитация не позволяет покинуть окрестностьчерной дыры даже свету (см. центр снимка), ее присутствие можно обнаружить попадающему по спирали с огромным ускорением на поверхность черной дырымежзвездному веществу, скорость которого, определенная с помощью эффектаДопплера, составляет примерно 380 км/сек на расстоянии 26 световых лет отцентра М84, галактики, находящейся в кластере галактик в созвездии Девы в 50000 000 световых лет от нас. Данные STIS'а показывают, что излучение газа,движущегося в нашем направлении, смещенное в фиолетовую часть спектра (леваячасть снимка), справа от центра снимка смещается в красную область (удаляющийсягаз), указывая на наличие быстро вращающегося вокруг центра галактики дискавещества. В результате мы видим характерный S-образный росчерк черной дыры,масса которой составляет по меньшей мере 300 000 000 масс Солнца. Вполневероятно, что в центре всех галактик расположены черные дыры.

Гипотезы и парадоксы.

Общая теория относительности, как известно, предсказала, чтомасса искривляет пространство. И уже через четыре года после опубликованияработы Эйнштейна этот эффект был обнаружен астрономами. При полном солнечномзатмении, проводя наблюдения с телескопом, астрономы видели звезды, которые насамом деле были заслонены краем черного лунного диска, покрывшего Солнце. Поддействием солнечной гравитации изображения звезд сместились. (Здесь поражаетеще и точность измерения, потому что сместились они меньше, чем на однутысячную градуса!) Астрономы теперь точно знают, что под влиянием «линзытяготения», которую представляют собой тяжелые звезды и, прежде всего,черные дыры, реальные позиции многих небесных тел на самом деле отличаются оттех, что нам видятся с Земли. Далекие галактики могут выглядеть для насбесформенными и более яркими, чем они есть на самом деле из-за того, что напути к Земле их свет взаимодействует со множеством «линз тяготения».Иногда луч, проходя мимо тяжелого объекта, расщепляется, и тогда наблюдатель сЗемли видит множество изображений одного и того же объекта, или же онисливаются в кольцо. Моделирование на компьютере показало, например, чтосвечение газового диска, вращающегося вокруг черной дыры, видно и сзади ее«капсулы». Это означает: тяготение столь велико и пространство такзакручено, что свет проходит по кругу. Поистине там можно увидеть то, чтопроисходит за углом. Вообразив совершенно невероятное: некий отважный космонавтрешил направить свой корабль к черной дыре, чтобы познать ее тайны. Что онувидит в этом фантастическом путешествии? По мере приближения к цели часы накосмическом корабле будут все больше и больше отставать — это вытекает изтеории относительности. На подлете к цели наш путешественник окажется как бы втрубе, кольцом окружающей черную дыру, но ему будет казаться, что он летит посовершенно прямому тоннелю, а вовсе не по кругу. Но космонавта ждет еще болееудивительное явление: попав за «горизонт событий» и двигаясь потрубе, он будет видеть свою спину, свой затылок… Общая теория относительностиговорит, что понятия «вовне» и «внутри» не имеютобъективного смысла, они относительны так же, как указания «налево»или «направо», «верх» или «низ». Вся этапарадоксальная путаница с направлениями очень плохо согласуется с нашимиповседневными оценками. Как только корабль пересечет границу черной дыры, людина Земле уже не смогут ничего увидеть из того, что там будет происходить. А накорабле остановятся часы, все краски будут смещены в сторону красного цвета:свет потеряет часть энергии в борьбе с гравитацией. Все предметы приобретутстранные искаженные очертания. И, наконец, даже если эта черная дыра будетвсего вдвое тяжелее, чем наше Солнце, притяжение станет столь сильным, что икорабль, и его гипотетический капитан будут вытянуты в шнурок и вскоростиразорваны. Материя, попавшая внутрь черной дыры, не сможет противостоять силам,влекущим ее к центру. Вероятно, материя распадется и перейдет в сингулярноесостояние. Согласно некоторым представлениям, эта распавшаяся материя станетчастью какой-то иной Вселенной — черные дыры связывают наш космос с другимимирами.

Из окружающей ее окрестности черная дыра высасывает гигантскиеколичества материи: в каждую минуту проглатывается масса, равная нашему земномушару. Но прежде чем исчезнуть в утробе черной дыры, материя завихряется, каквода в ванне при спуске. Все быстрее и быстрее вращается ее поток, и, посколькуее частицы все сильнее ударяются одна о другую, они нагреваются на многиемиллионы градусов Цельсия. Столкновение частиц и рождает рентгеновскоеизлучение, которое улавливают земные астрофизики. Космические процессы, окоторых здесь было рассказано, в настоящее время происходят достаточно редко.Почти все рентгеновские лучи, которые в наши дни регистрирует спутник«Росат», приходят к нам из далекого прошлого, когда образование звездшло энергичнее. Но к тому времени уже были черные дыры. А совсем недавно, вконце февраля 1998 года, в журнале «Астрономические известия»появилась статья, в которой исследователи пытаются определить время«наибольшего аппетита» у черных дыр. Расчеты показывают, что такимаппетитом они обладали еще до того, как большинство газовых шаров сжалось ипревратилось в яркие звезды. Черные дыры в те времена отличались поистинеколоссальной прожорливостью. Следовательно, можно полагать, что черные дырыпоявились вскоре после первоначального взрыва, породившего нашу Вселенную, ноеще до того, как возникли первые звезды. Многое говорит и о том, что такиесверхмассивные черные дыры стали ядрами, вокруг которых впоследствииобразовались галактики, объединяющие миллиарды солнц. Если эта гипотезавыдержит проверку временем, то она заставит изменить принятую ныне модельпервоначаль ного образа мироздания.

Совсем недавно орбитальный телескоп, носящий имя американскогоастронома Хаббла, передал на Землю эпохальные снимки. Они показывают центркрупной галактики «Центавр-А» (NGC 5128), расположенной покосмическим меркам недалеко от Земли — десять миллионов световых лет.Находящаяся там массивная черная дыра «заглатывает» маленькуюсоседнюю галактику. Специальная фотокамера отчетливо показала окружающийгалактику NGC 5128 темный пояс из пыли со множеством светящихся голубым цветомнедавно рожденных звезд и пылевых сгущений, погруженных в газовые облака. Снимки,сделанные в инфракрасных лучах, помогли астрономам заглянуть за пылевойзанавес. Они открыли там изогнутую шайбу горячего газа, которая всасывается вчерную дыру. Этот пожиратель материи оказался очень компактным: он немногобольше нашей солнечной системы и содержит массу, равную одному миллиардусолнц. 

Oказывается, своеобразные«черные дыры» есть и на Земле. Более того, в конце мая этого годасотрудники территориального центра «Томскгеомониторинг» обнаружилиподобную около Томска, в 2 км от поселка Зоркальцево. На поверхности земли напахотных угодьях АОЗТ «Октябрь» образовался провал. Его устье имеетовальную форму, шириной 1,5-2 м. Глубина образовавшейся полости 4-5 м.«Прямых признаков, — пишет и.о. директора „Томскгеомониторинга“Ю.Макушин, — указывающих на происхождение депрессии, при обследовании необнаружено. Возможно, образование провала связано с активизацией суффозиозныхпроцессов или с техногенными причинами...» Поучается, что целый«КамАЗ» земли просто так исчез? Очень интересное объяснение этойзагадке дает научный руководитель лаборатории «Природно-техногенныеэлектромагнитные системы» (ПТЭС) ТПУ Владимир Сальников. Оказывается, вседело в «подземной грозе». Под землей гремят свои «громы»,сверкают «молнии». Чтобы понять суть явления, давайте немногообратимся к истории. В начале века физики выдвинули гипотезу «подземнойгрозы», возникающей в результате накопления электрического заряда в недрахЗемли. Результатом подобного «пробоя» могут быть оползни,землетрясения, провалы. В 70-х годах в Томском политехническом институте поинициативе ректора, профессора Александра Воробьева, всерьез взялись за этупроблему, привлекли широкий круг специалистов, в основном геологов и физиков.Минералы и горные породы нагревали, сжимали, облучали и т. д. после чегорегистрировали их электромагнитное излучение. Ученые доказали, что«подземная гроза» существует, и огромные толщи горных пород могутгенерировать импульсы большой мощности. Это и есть «подземная гроза»,выход на земную поверхность которой может порождать эти самые провалы,аномалии, «черные дыры».
Как утверждает Владимир Сальников, основная «подзарядка» подземныхмолний происходит по техногенным причинам, в силу «энергетической»загрязненности окружающей среды. Поскольку последние десятилетия техногенная,искусственная нагрузка на окружающую среду резко возросла, участились природныеаномалии. Особенно в казахстанских степях, в районе Семипалатинского ядерногополигона, где периодически появляются ямы до 4 метров в диаметре. По мнениюисследователей, это результат накопления избыточной энергии подземных ядерныхвзрывов. Обычно она реализуется в виде сейсмических колебаний, здесь же мыимеем техногенно-литосферный выход электромагнитных систем с«всасыванием», захватом вещества, как в космических «черныхдырах». Между прочим, — продолжает Владимир Сальников, — мы ожидали этунаходку, обнаружению геологами вблизи Зоркальцева. Мы предполагаем, что провалыв земной поверхности образовались в результате недавних ядерных испытаний вИндии, Пакистане, разрушительных землетрясений в Афганистане, на Камчатке. Тоесть в литосфере произошла активация, и в результате образовались подобныеполости. Предполагаю, что ям, подобных зоркальцевской, появилось множество, исамой различной конфигурации. Но большинство из них идентифицировать довольносложно. Выход на поверхность электромагнитных систем, например, в болотистойместности обнаружить практически невозможно. В лесу же он будет«замаскирован» растительностью. Почему техногенно-литосферный выходпроисходит не сразу? Наш многолетний опыт таких исследований подсказывает, чтоэнергия какое-то время накапливается, и лишь потом происходит релаксация…
А опыт, и немалый, у политехников действительно есть. В комитет природныхресурсов по Томской области поступил исследовательский проект по изучениюзакономерностей генерирования электромагнитных систем в геоактивных зонахлитосферой и техногенными процессами. В обосновании говорится, что влаборатории ПТЭС имеется десятилетний опыт исследования энергоактивных зон сэлементами природно-техногенной разгрузки, по прогнозу экологических катастроф,в результате механоэлектрических преобразований в литосфере, вследствие ееприродной и техногенной активации сейсмическими явлениями и ядерными взрывами.Разумеется, объяснение феномена «черной дыры» под Зоркальцевом,которое привел Владимир Сальников, — одна из гипотез. Быть может, причины этогоявления куда более прозаические, чем эхо ядерных испытаний в Индии и Пакистане.А может, наоборот, гораздо загадочней и экзотичней. Как знать. Одно не вызываетникаких сомнений — подобные феномены, как земные «черные дыры»,которые появляются уже много лет и не только у нас, требуют тщательногонаучного изучения.

Еще 200 лет назад вопросом овлиянии гравитации на распространение света звезд задался ныне мало комуизвестный английский естествоиспытатель Джон Мишелл. Большинство ученых в тевремена считали, что свет состоит из частиц. И Мишелл исходил из того, чточастицы света в своем движении будут замедляться тяготением звезды или планеты,от которой они удаляются. Он сделал расчет: какой должна быть наименьшая силапритяжения, чтобы частицы света не могли покинуть их источник. Его вычисленияговорили, что небесное тело, весящее в 500 раз больше нашего Солнца, вообще непозволит частицам света покинуть его.

«Если такие тела вприроде действительно существуют, — заключал свою работу Мишелл, — их свет насникогда не достигнет». Идеи ученого на какое-то время привлекли вниманиенаучных кругов, но последователей он не обрел.

Прошло 13 лет, и французскийфилософ Пьер Симон Лаплас, по всей видимости незнакомый с работами Мишелла,пришел к аналогичному выводу. Но тут вскоре было доказано, что свет — волновоеявление. Гипотезы Мишелла и Лапласа ученые оставили в стороне. Все, чтокасалось соображений о взаимодействии света и гравитации, Лаплас в последующихизданиях своих работ вычеркнул.

Уравнение Шварцшильц

В 1906 году немецкий физикШварцшильц получил решение уравнений общей теории относительности для полятяготения сферического тела. Из этого решения следует замечательный вывод: сила притяжения, действующая между массой М ипробной частицей m на расстоянии r отцентра тяготеющей массы, возрастает до бесконечности при r= 2GM / cc , где G –гравитационная постоянная,c – скорость света. В рамках же ньютоновской теории сила тяготениястремится к бесконечности приr -> 0 , в силу равенства F = GMm /rr Иными словами, теория относительности предпологает возможностьсуществования объектов с бесконечной гравитационной силой на конечномрасстоянии от их центра. Такое расстояние, равное 2GM/cc, называют гравитационным радиусом тела Rg , а сферу с радиусом, равнымгравитационноиу – сферой Шварцшильца. Чёрной дырой принято называть тело,сжатое до размеров сферы Шварцшильца. Тяготение такого объекта не даёт ниматерии, ни излучению (в том числе и световому) выйти за границыШварцшильцовской сферы; собственно поэтому Чёрные дырыи имеют такое название.Если тело сжатьтак, чтобы его радиус сравнялся сгравитационным, то в результате бесконечного нарастания силы тяготения начнётсясамопроизвольное непрерывное сжатие вещества в точку, т.н. сингулярность сбезграничной плотностью. Такой процесс сжатия тела за сферу Шварцшильца получилназвание релятивистского гравитационного коллапса и был строго рассчитан в 1939году амереканским учёным  Р. Оппенгеймером и  Г. Волковым. В сильном полетяготения ярко проявляются такие следствия теории относительности, как,например, относительность промежутков времяни. Обозначим через t0 интервал времяни между двумя событиями наповерхности гравитируещей массы, а через t – промежуток времяни между этими жесобытиями, зафиксированный наблюдателем вне поля тяготения этой массы,движущимся относительно данного тела со второй космической скоростью V=sqrt(2GM/r) По теории относительности эти два промежутка связаны между собойследующей формулой: t=t/sqrt(1-VV/cc)=t/sqrt(1-2GM/rcc)=t/sqrt(1- Rg/r)Видно что с приближением радиуса тела к гравитационному промежуток времяни t увеличится, т.е. для далёкого наблюдения все процессывблизи чёрной дыры будут казаться замедленными. В частности, само образованиечёрной дыры, с точки зрения удалённого наблюдателя, длится бесконечно долго.Пусть дыра образуется в результате сжатия какого-либо тела, например, звезды сначальным радиусом r. В процессе сжатия он будетуменьшаться по закону r(t)=Rg+(r-Rg)(e)в степени -ct/eRg  из которого следует, что звездасожмётся до размеров сферы Шварцшильца лишь при t стремящемся к бесконечности.

Список литературы:

 

1.   Две статьи журнала “Наука и Жизнь”,написанных Г.Николаевым

 

2.   Статья из журнала “Природа”

 

3.   Большая энциклопедия Кириллаи Мефодия                                                         

4.   Что Есть Что – “Звёзды”

 

А так же материал из интернета с различных астрономическихстраниц.

Приложение.

 

/> <td/> />
Как себе представляютучёные Чёрную дыру

/>

 

Снимок,сделанный с помощью нового космического спектрографа Хаббл.

/> <td/> />
Лучи света в окрестностях черной дыры. Лучи, которые подлетают к ней слишкомблизко, будут поглощены ею. На определенном расстоянии лучи пойдут по кругу,радиус которого зависит от массы черной дыры. Более отдаленные лучи могутполучить обратное направление, или их траектория будет изогнута. А этоозначает, что реальное расположение многих небесных тел на самом деле можетсущественно отличаться от того, что нам видится с Земли.

/>

На рисунках: черная дыразасасывает газ и пыль (1). Компьютерные модели показывают, как искривляетсяпространство вблизи черной дыры. Для наглядности изображено кольцо (2), возлечерной дыры оно изгибается, как поля шляпы. В другом случае, когда черная дыравращается (пока считают, что некоторые из них неподвижны), кольцо становитсяеще и асимметричным (3).