Історія ідеї про чорні діри - Чорні діри
Англійська геофізик і астроном Джон Мічелл припустив, що в природі можуть існувати настільки масивні зірки, що навіть промінь світла не здатний покинути їх поверхню. Використовуючи закони Ньютона, Мічелл розрахував, що якби зірка з масою Сонця мала радіус не більше 3 км, то навіть частинки світла (які він, слідом за Ньютоном, вважав корпускулами) не могли б відлетіти далеко від такої зірки. Тому така зірка здавалася б здалеку абсолютно темною. Цю ідею Мічелл представив на засіданні Лондонського Королівського товариства 27 листопада 1783. Так народилася концепція "ньютонівської" чорної діри.
Таку ж ідею висловив в своїй книзі Система світу (1796) французький математик і астроном П'єр Симон Лаплас. Простий розрахунок дозволив йому написати: "світиться зірка з щільністю, рівною щільності Землі, і діаметром, в 250 разів більшим діаметра Сонця, не дає жодному світловому променю досягти нас із-за свого тяжіння; тому можливо, що найяскравіші небесні тіла у Всесвіті виявляються з цієї причини невидимими ". Проте маса такої зірки повинна була б у десятки мільйонів разів перевершувати сонячну. А оскільки подальші астрономічні вимірювання показали, що маси реальних зірок не дуже сильно відрізняються від сонячної, ідея Мітчела і Лапласа про чорні діри була забута.
Протягом XIX століття ідея тіл, невидимих внаслідок своєї масивності, не викликала великого інтересу у вчених. Це було пов'язано з тим, що в рамках класичної фізики швидкість світла не має фундаментального значення. Проте в кінці XIX - початку XX століття було встановлено, що сформульовані Дж. Максвелла закони електродинаміки, з одного боку, виконуються у всіх інерціальних системах відліку, а з іншого боку, не володіють інваріантністю щодо перетворень Галілея. Це означало, що склалися у фізиці уявлення про характер переходу від однієї інерціальної системи відліку до іншої потребують значного корегування.
У ході подальшої розробки електродинаміки Г. Лоренцем була запропонована нова система перетворень просторово-часових координат (відомих сьогодні як перетворення Лоренца), щодо яких рівняння Максвелла залишалися інваріантними. Розвиваючи ідеї Лоренца, А. Пуанкаре припустив, що всі інші фізичні закони також інваріантні щодо цих перетворень.
У 1905 році А. Ейнштейн використав концепції Лоренца і Пуанкаре у своїй спеціальної теорії відносності (СТО), в якій роль закону перетворення інерціальних систем відліку остаточно перейшла від перетворень Галілея до перетворень Лоренца. Класична (галілеївські-інваріантна) механіка була при цьому замінена на нову, Лоренц-інваріантну релятивістську механіку. У рамках останньої швидкість світла виявилася граничною швидкістю, яку може розвинути фізичне тіло, що радикально змінило значення чорних дір в теоретичній фізиці.
Однак ньютонівська теорія тяжіння (на якій базувалася первісна теорія чорних дір) не є Лоренц-інваріантної. Тому вона не може бути застосована до тіл, що рухаються з околосветовой і світловими швидкостями. Позбавлена цього недоліку релятивістська теорія тяжіння була створена, в основному, Ейнштейном (сформулював її остаточно до кінця 1915 року) і отримала назву загальної теорії відносності (ЗТВ).
Вдруге вчені "зіткнулися" з чорними дірами в 1916, коли німецький астроном Карл Шварцшильд отримав перше точне рішення рівнянь ЗТВ. Виявилося, що порожній простір навколо масивної крапки володіє особливістю на відстані r g від неї; саме тому величину r g часто називають "шварцшільдовскім радіусом", а відповідну поверхню (горизонт подій) - шварцшільдовской поверхнею. У наступні півстоліття зусиллями теоретиків були з'ясовані багато дивні особливості рішення Шварцшильда, але як реальний об'єкт дослідження чорні діри ще не розглядалися.
Правда, в 1930-і, після створення квантової механіки і відкриття нейтрона, фізики досліджували можливість формування компактних об'єктів (білих карликів і нейтронних зірок) як продуктів еволюції нормальних зірок. Оцінки показали, що після виснаження в надрах зірки ядерного палива, її ядро ??може стиснутися перетворитися на маленький і дуже щільний білий карлик або ж у ще більш щільну і зовсім крихітну нейтронну зірку.
У 1934 працювали в США європейські астрономи Фріц Цвіккі і Вальтер Бааде висунули гіпотезу - спалахи наднових представляють собою абсолютно особливий тип зоряних вибухів, викликаних катастрофічним стисненням ядра зірки. Так вперше народилася ідея про можливість спостерігати колапс зірки. Бааде і Цвіккі висловили припущення, що в результаті вибуху наднової утворюється надщільна вироджена зірка, що складається з нейтронів. Розрахунки показали, що такі об'єкти дійсно можуть народжуватися і бути стійкими, але лише при помірній початковій масі зірки. Але якщо маса зірки перевищує три маси Сонця, то вже ніщо не зможе зупинити її катастрофічного колапсу.
У 1939 американські фізики Роберт Оппенгеймер і Хартланд Снайдер обгрунтували висновок, що ядро масивної зірки має безупинно коллапсировать в гранично малий об'єкт, властивості простору навколо якого (якщо він не обертається) описуються рішенням Шварцшильда. Іншими словами, ядро масивної зірки в кінці її еволюції має стрімко скорочуватися і йти під горизонт подій, стаючи чорною дірою. Але оскільки такий об'єкт (як казали тоді, "колапсар", або "застигла зірка") не випромінює електромагнітні хвилі, то астрономи розуміли, що виявити його в космосі буде неймовірно важко і тому довго не приступали до пошуку.
Оскільки ніякої носій інформації не здатний вийти з-під горизонту подій, внутрішня частина чорної діри причинно не пов'язана з рештою Всесвіту, що відбуваються всередині чорної діри фізичні процеси не можуть впливати на процеси поза нею. У той же час, речовина і випромінювання, падаючі зовні на чорну дірку, вільно проникають всередину через горизонт. Можна сказати, що чорна дірка все поглинає і нічого не випускає. З цієї причини і народився термін "чорна діра", запропонований в 1967 американським фізиком Джоном Арчібальдом Вілером.
Похожие статьи
-
Пошуки чорних дір - Чорні діри
Розрахунки в рамках ЗТВ вказують лише на можливість існування чорних дір, але аж ніяк не доводять їх наявності в реальному світі, відкриття чорної діри...
-
Формування чорних дір - Чорні діри
Найбільш очевидний шлях утворення чорної діри - колапс ядра масивної зірки. Поки в надрах зірки не виснажився запас ядерного палива, її рівновага...
-
Властивості чорних дір - Чорні діри
Поблизу чорної дірки напруженість гравітаційного поля така велика, що фізичні процеси там можна описувати тільки за допомогою релятивістської теорії...
-
Чорна діра - область простору, в якій гравітаційне тяжіння настільки сильно, що ні речовина, ані випромінювання не можуть цю область покинути. Для що там...
-
Види чорних дір, Надмасивні чорні діри, Первинні чорні діри, Квантові чорні діри - Чорні діри
Надмасивні чорні діри Розрослися дуже масивні чорні діри, за сучасними уявленнями, утворюють ядра більшості галактик. У їх число входить і масивна чорна...
-
Термодинаміка і випаровування чорних дір - Чорні діри
Уявлення про чорну діру як про абсолютно поглинає об'єкті були скориговані С. Хокінгом в 1975 році. Вивчаючи поведінку квантових полів поблизу чорної...
-
У наш час важко знайти людину, яка не чула б про чорні діри. Разом з тим, мабуть, не менш важко відшукати того, хто зміг би пояснити, що це таке. Втім,...
-
Падіння в чорну діру - Чорні діри
Уявімо собі, як має виглядати падіння в шварцшільдовскую чорну діру. Тіло, вільно падаюче під дією сил гравітації, знаходиться в стані невагомості....
-
Структура чорної діри - Еволюція зірок
Вдалині від чорної діри простір-час майже плоске, і там світлові промені поширюються прямолінійно. Це - важливий факт. Промені світла, що проходять...
-
Висновок, Список літератури - Чорні діри
Таким чином, всі "елементарні об'єкти" можна розділити на елементарні частинки (їх довжина хвилі більше їх гравітаційного радіуса) і чорні діри (довжина...
-
Випромінювання чорної діри - Еволюція зірок
Чорна діра народжує частинки. Порівняно великі чорні діри масою в декілька сонячних мають настільки низькою температурою, що можуть робити тільки...
-
В лютому і березні 1744 р. у колах вчених Петербурзької академії наук панувало велике пожвавлення. У ці дні на небі спостерігалася чудово яскрава комета...
-
Важко сказати, хто перший винайшов телескоп. Відомо, що ще стародавні вживали збільшувальне скло. Дійшла до нас і легенда про те, що нібито Юлій Цезар...
-
Історія - Космічні літальні апарати
Більшість перших запускаємих ракет, розроблених наприкінці п'ятдесятих років 20-го століття, була отримана з шляхом незначної модернізації військових...
-
Вступ, Історія - Сімейство літаків Boeіng 737
Boeing 737 (русск. Боинг 737) - найпопулярніший у світі вузькофюзеляжний реактивний пасажирський літак. Boeіng 737 є самим масово виробленим реактивним...
-
Поняття космонавтики. Історія створення ракет - Космонавтика і Україна
Космонавтика (грец. кьумпт -- Всесвіт та нбхфйкб -- все, що стосується плавання), Астронавтика (грец. буфспн -- зірка), або зореплавання -- наука про...
-
Історія виникнення поняття - Небесна сфера
Уявлення про Небесну сферу виникло в глибокій старовині; у основу його лягло зорове враження про існування куполоподібного небесного зводу. Це враження...
-
Нейтронні зірки - Еволюція зірок
Через п'ять років, в 1939 р., Ю. Р. Оппенгеймер і Г. Волков опублікували великі обчислення, що доводять плідність міркувань С. Чандрасекара. Але так як...
-
Вступ, Еволюція зірок - Еволюція зірок
Дивлячись на всіяне зорями небо, людина приходить у захват, не залишаючись байдужим до того, що бачить. "Відкрилася безодня, зірок повна. Зіркам числа...
-
Астрономія - парадоксальна наука - Космологія. Проблеми космології
Астрономія - парадоксальна наука, яку людство створило немов на зло самому собі. Вона дає можливість нам за допомогою спостережень і обчислень буквально...
-
Три закони Кеплера - Німецький астроном Фрідріх Кеплер
Протягом декількох років Кеплер уважно вивчає численні дані спостережень Браге й у результаті ретельного аналізу доходить висновку, що траєкторія руху...
-
Формування та еволюція Сонячної системи, Зоряна туманність - Планети Сонячної системи
Теорії щодо Формування та еволюції Сонячної системи складні і різноманітні, переплітають різні наукові дисципліни, відастрономії і фізики до геології і...
-
Сузір'я зоряного неба "Відкрилася безодня зірок повна, Зіркам числа нема, безодні - дна". Ще важче представляється задача перерахувати усі видимі на небі...
-
Всі знають про добовому обертанні небесного склепіння. Як же на практиці переконатися в обертанні зоряного неба, а також визначити напрямок і кутову...
-
Загальне знайомство з зірками - Зміст і методика проведення спостережень по вивченню зоряного неба
Знайомитися із зоряним небом треба в безхмарну ніч, коли світло Місяця не заважає спостерігати слабкі зірки. Прекрасна картина нічного неба з розсипаними...
-
Комета Галлея: В1705 році Едмонд Галлей, використовуючи Ньютонівські закони руху, передбачив, що комета, яку спостерігали в 1531, 1607 і 1682 роках,...
-
Зоряна астрономія - Астрономія як наука
Вивчення зірок і зоряної еволюції має фундаментальне значення для нашого розуміння Всесвіту. Астрофізика зірочок розвивалася на основі спостережень і...
-
Астрономія -- як наука, що вивчає об'єкти Всесвіту та Всесвіт у цілому - Астрономія як наука
Астрономія (від грец. "астрон" -- "зоря", "номос" -- "закон") -- наука про небесні світила, про закони їхнього руху, будови і розвитку, а також про...
-
ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ - Фотометрія та поляриметрія затемнюваних систем, що містять субгіганти
У Вступі розглянута актуальність теми, сформульовані задачі та мета, зазначені новизна отриманих результатів, їх апробація, наведено список публікацій...
-
СЕСТРА-БЛИЗНЮК ПЛУТОНА ЕРІДА ВОЛОДІЄ "МОРГАННЯМ" АТМОСФЕРОЮ - Плутон - наукові відомості
Карликова планета Еріда виявилася значно більше схожа на Плутон ніж вважалося раніше, але на відміну від колишньої дев'ятої планети її атмосфера...
-
Вступ, Життя - Німецький астроном Фрідріх Кеплер
Фрімдріх Йогамннес Кемплер (нім. Friedrich Johannes Kepler; *27 грудня 1571, Вайль дер Штадт -- †15 листопада 1630, Регенсбург) -- німецький філософ,...
-
История идеи о черных дырах - Черные дыры
Черная дыра гравитационный коллапс Английский геофизик и астроном Джон Мичелл предположил, что в природе могут существовать столь массивные звезды, что...
-
Астрономия - наиболее удивительная из всех остальных наук. Самым первым астрономом в истории является Аристотель. Он одним из первых придумал собственную...
-
Будова Галактики. Види Галактик - Походження і розвиток Всесвіту
Навколишні Сонце зірки і саме Сонце складають малу частину гігантського скупчення зірок і туманностей, яку називають Галактикою. Галактика має досить...
-
История "открытия" мира галактик весьма поучительна. Больше двухсот лет назад Гершель построил первую модель Галактики, преуменьшив ее размеры в...
-
Происхождение комет - Яркие кометы в астрономии
За обозримое прошлое человечества было открыто много комет. Каждая из них имеет свои особенности. На первых порах серьезного изучения комет никому не...
-
Сучасні дослідження - Про комети
Комета астроном загроза Проект "Вега" ("Венера-комета Галлея") був одним з найскладніших в історії космічних досліджень. Він складався з трьох частин:...
-
"Порожній" Всесвіт - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Що буде, якщо зі Всесвіту прибрати всю речовину? На перший погляд здається, що така операція абсолютно абстрактна і одержувана модель відповідатиме лише...
-
Що таке і з чого складається Сонячна система? - Сонячна система та перспективи її освоєння
Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн Уран, Нептун, Плутон. Ці дев'ять планет, що обертаються по величезних еліпсах навколо Сонця і утворюють...
-
Вступ, Приблизні розміри планет відносно одна одної та Сонця - Сонячна система
У Сонячну систему входить Сонце, вісім великих планет з більш ніж 100 супутниками, декілька малих планет, більше 100 000 астероїдів, порядку 1011 комет,...
Історія ідеї про чорні діри - Чорні діри