Erscheinungsdatum: 27.09.2012

Die meisten Menschen haben eine vage oder falsche Vorstellung davon, was Schwarze Löcher sind. Inzwischen sind dies so globale und mächtige Objekte des Universums, im Vergleich zu denen unser Planet und unser ganzes Leben nichts sind.

Wesen

Dies ist ein Weltraumobjekt, das eine so große Schwerkraft hat, dass es alles absorbiert, was in seine Grenzen fällt. Tatsächlich ist ein Schwarzes Loch ein Objekt, das nicht einmal Licht abgibt und die Raumzeit krümmt. Sogar die Zeit vergeht in der Nähe von Schwarzen Löchern langsamer.

Tatsächlich ist die Existenz von Schwarzen Löchern nur eine Theorie (und ein bisschen Praxis). Wissenschaftler haben Vermutungen und praktische Erfahrungen, aber es war noch nicht möglich, Schwarze Löcher genau zu untersuchen. Deshalb werden schwarze Löcher bedingt alle Objekte genannt, die auf diese Beschreibung passen. Schwarze Löcher sind wenig erforscht, und daher bleiben viele Fragen ungelöst.

Jedes Schwarze Loch hat einen Ereignishorizont - diese Grenze, nach der nichts mehr herauskommen kann. Je näher ein Objekt an einem Schwarzen Loch ist, desto langsamer bewegt es sich außerdem.

Bildung

Es gibt verschiedene Arten und Arten der Bildung von Schwarzen Löchern:
- die Bildung von Schwarzen Löchern als Folge der Entstehung des Universums. Solche schwarzen Löcher tauchten unmittelbar nach dem Urknall auf.
- sterbende Sterne. Wenn ein Stern seine Energie verliert und thermonukleare Reaktionen aufhören, beginnt der Stern zu schrumpfen. Je nach Kompressionsgrad werden Neutronensterne, Weiße Zwerge und tatsächlich Schwarze Löcher unterschieden.
- Gewinnung durch Experiment. In einem Collider können Sie beispielsweise ein Quantenschwarzes Loch erzeugen.

Versionen

Viele Wissenschaftler neigen zu der Annahme, dass Schwarze Löcher die gesamte absorbierte Materie an anderer Stelle auswerfen. Jene. es muss "weiße Löcher" geben, die nach einem anderen Prinzip funktionieren. Wenn Sie in ein Schwarzes Loch hineinkommen, aber nicht herauskommen, dann können Sie nicht in ein Weißes Loch hineinkommen. Das Hauptargument der Wissenschaftler sind die scharfen und starken Energieausbrüche, die im Weltraum aufgezeichnet werden.

Stringtheoretiker haben im Allgemeinen ihr eigenes Modell eines Schwarzen Lochs erstellt, das keine Informationen zerstört. Ihre Theorie heißt "Fuzzball" - sie ermöglicht es Ihnen, Fragen im Zusammenhang mit der Singularität und dem Verschwinden von Informationen zu beantworten.

Was ist Singularität und Verschwinden von Informationen? Eine Singularität ist ein Punkt im Raum, der durch unendlichen Druck und Dichte gekennzeichnet ist. Viele sind durch die Tatsache der Singularität verwirrt, weil Physiker nicht mit unendlichen Zahlen arbeiten können. Viele sind sich sicher, dass es in einem Schwarzen Loch eine Singularität gibt, aber ihre Eigenschaften werden sehr oberflächlich beschrieben.

Vereinfacht ausgedrückt stammen alle Probleme und Missverständnisse aus der Beziehung zwischen Quantenmechanik und Gravitation. Bisher können Wissenschaftler keine Theorie entwickeln, die sie vereint. Deshalb gibt es Probleme mit einem Schwarzen Loch. Schließlich scheint ein Schwarzes Loch Informationen zu zerstören, aber die Grundlagen der Quantenmechanik werden verletzt. Obwohl S. Hawking erst vor kurzem dieses Problem gelöst zu haben schien, erklärte er, dass Informationen in Schwarzen Löchern immer noch nicht zerstört werden.

Stereotype

Erstens können Schwarze Löcher nicht unbegrenzt existieren. Und das alles dank der Verdunstung von Hawking. Daher sollte man nicht glauben, dass schwarze Löcher früher oder später das Universum verschlingen werden.

Zweitens wird unsere Sonne kein Schwarzes Loch. Da wird die Masse unseres Sterns nicht ausreichen. Unsere Sonne wird sich eher in einen Weißen Zwerg verwandeln (und das ist keine Tatsache).

Drittens wird der Large Hadron Collider unsere Erde nicht durch die Schaffung eines Schwarzen Lochs zerstören. Selbst wenn sie absichtlich ein Schwarzes Loch erschaffen und es "freigeben", wird es unseren Planeten aufgrund seiner geringen Größe für sehr, sehr lange Zeit absorbieren.

Viertens, denken Sie nicht, dass ein Schwarzes Loch ein "Loch" im Weltraum ist. Ein Schwarzes Loch ist ein kugelförmiges Objekt. Daher die Mehrheit der Meinungen, dass Schwarze Löcher zu einem Paralleluniversum führen. Diese Tatsache ist jedoch noch nicht bewiesen.

Fünftens hat ein Schwarzes Loch keine Farbe. Er wird entweder durch Röntgenstrahlen oder vor dem Hintergrund anderer Galaxien und Sterne (Linseneffekt) nachgewiesen.

Aufgrund der Tatsache, dass Menschen schwarze Löcher oft mit Wurmlöchern verwechseln (die tatsächlich existieren), werden diese Konzepte unter gewöhnlichen Menschen nicht unterschieden. Das Wurmloch ermöglicht es Ihnen wirklich, sich in Raum und Zeit zu bewegen, aber bisher nur in der Theorie.

Komplexe Dinge in einfachen Worten

Es ist schwierig, ein solches Phänomen mit einfachen Worten als Schwarzes Loch zu beschreiben. Wenn Sie sich für einen Technikfreak halten, der sich mit den exakten Wissenschaften auskennt, dann rate ich Ihnen, die Werke von Wissenschaftlern direkt zu lesen. Wenn Sie mehr über dieses Phänomen erfahren möchten, dann lesen Sie die Schriften von Stephen Hawking. Er hat viel für die Wissenschaft getan, insbesondere auf dem Gebiet der Schwarzen Löcher. Die Verdunstung von Schwarzen Löchern ist nach ihm benannt. Er ist ein Befürworter des pädagogischen Ansatzes, und daher werden alle seine Werke auch für einen gewöhnlichen Menschen verständlich sein.

Bücher:
- Schwarze Löcher und junge Universen, 1993.
- Die Welt in einer Nussschale 2001.
- "Die kürzeste Geschichte des Universums 2005" des Jahres.

Besonders empfehlen möchte ich seine populärwissenschaftlichen Filme, die Ihnen in verständlicher Sprache nicht nur über Schwarze Löcher, sondern auch über das Universum im Allgemeinen erzählen:
- "Das Universum von Stephen Hawking" - eine Serie von 6 Episoden.
- "Tief ins Universum mit Stephen Hawking" - eine Serie von 3 Episoden.
Alle diese Filme wurden ins Russische übersetzt und werden oft auf Discovery-Kanälen gezeigt.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Vielleicht denken Sie, dass eine Person, die in ein schwarzes Loch gefallen ist, auf den sofortigen Tod wartet. In Wirklichkeit könnte sein Schicksal viel überraschender ausfallen, sagt der Korrespondent.

Was passiert mit dir, wenn du in ein schwarzes Loch fällst? Vielleicht denkst du, dass du erdrückt wirst – oder umgekehrt in Fetzen gerissen wirst? Aber in Wirklichkeit ist alles viel seltsamer.

In dem Moment, in dem Sie in das Schwarze Loch fallen, wird die Realität in zwei Teile geteilt. In der einen Realität wirst du sofort verbrannt, in der anderen tauchst du lebend und unversehrt tief in das Schwarze Loch ein.

In einem Schwarzen Loch gelten die uns bekannten Gesetze der Physik nicht. Laut Albert Einstein krümmt die Schwerkraft den Raum. So kann bei Vorhandensein eines Objekts ausreichender Dichte das Raum-Zeit-Kontinuum um es herum so stark verformt werden, dass in der Realität selbst ein Loch entsteht.

Ein massereicher Stern, der seinen gesamten Treibstoff verbraucht hat, kann sich in genau die Art superdichter Materie verwandeln, die für die Entstehung eines solchen gekrümmten Abschnitts des Universums erforderlich ist. Ein Stern, der unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht, schleift das Raum-Zeit-Kontinuum um sich herum mit. Das Gravitationsfeld wird so stark, dass selbst Licht ihm nicht mehr entkommen kann. Dadurch wird der Bereich, in dem sich der Stern zuvor befand, absolut schwarz – das ist das Schwarze Loch.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Niemand weiß wirklich, was in einem Schwarzen Loch vor sich geht.

Die äußere Oberfläche eines Schwarzen Lochs wird als Ereignishorizont bezeichnet. Dies ist eine kugelförmige Grenze, an der ein Gleichgewicht zwischen der Stärke des Gravitationsfeldes und den Bemühungen des Lichts erreicht wird, das versucht, dem Schwarzen Loch zu entkommen. Wenn Sie den Ereignishorizont überschreiten, wird es unmöglich sein, zu entkommen.

Der Ereignishorizont strahlt Energie aus. Aufgrund von Quanteneffekten entstehen darauf Ströme heißer Teilchen, die in das Universum einstrahlen. Dieses Phänomen wird Hawking-Strahlung genannt – zu Ehren des britischen theoretischen Physikers Stephen Hawking, der es beschrieben hat. Obwohl Materie dem Ereignishorizont nicht entkommen kann, „verdampft“ das Schwarze Loch dennoch – mit der Zeit wird es schließlich seine Masse verlieren und verschwinden.

Während wir tiefer in das Schwarze Loch vordringen, krümmt sich die Raumzeit weiter und wird im Zentrum unendlich gekrümmt. Dieser Punkt ist als gravitative Singularität bekannt. Raum und Zeit haben darin keine Bedeutung mehr, und alle uns bekannten Gesetze der Physik, zu deren Beschreibung diese beiden Begriffe notwendig sind, gelten nicht mehr.

Niemand weiß, was genau eine Person erwartet, die in das Zentrum eines Schwarzen Lochs gefallen ist. Ein anderes Universum? Vergessenheit? Die Rückwand eines Bücherregals, wie im amerikanischen Science-Fiction-Film „Interstellar“? Es ist ein Mysterium.

Lassen Sie uns – anhand Ihres Beispiels – darüber nachdenken, was passiert, wenn Sie versehentlich in ein Schwarzes Loch fallen. Bei diesem Experiment werden Sie von einem externen Beobachter begleitet – nennen wir ihn Anna. Also beobachtet Anna aus sicherer Entfernung entsetzt, wie Sie sich dem Rand des Schwarzen Lochs nähern. Aus ihrer Sicht werden sich die Ereignisse sehr seltsam entwickeln.

Wenn Sie sich dem Ereignishorizont nähern, wird Anna sehen, wie Sie sich in der Länge ausdehnen und in der Breite schmaler werden, als würde sie Sie durch ein riesiges Vergrößerungsglas betrachten. Je näher Sie dem Ereignishorizont kommen, desto mehr wird Anna spüren, dass Ihre Geschwindigkeit nachlässt.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Im Zentrum eines Schwarzen Lochs ist der Raum unendlich gekrümmt.

Sie können Anna nicht anschreien (da im Vakuum kein Ton übertragen wird), aber Sie können versuchen, ihr mit der Taschenlampe Ihres iPhones ein Zeichen im Morsecode zu geben. Ihre Signale erreichen es jedoch in zunehmenden Abständen, und die Frequenz des von der Taschenlampe emittierten Lichts verschiebt sich in Richtung des roten (langwelligen) Teils des Spektrums. So wird es aussehen: "Ordnen, in der Reihenfolge, in der Reihenfolge, in der Reihenfolge ...".

Wenn Sie den Ereignishorizont erreichen, werden Sie aus Annas Sicht an Ort und Stelle einfrieren, als hätte jemand die Wiedergabe angehalten. Du wirst bewegungslos verharren, ausgestreckt über die Oberfläche des Ereignishorizonts, und eine immer größer werdende Hitze wird beginnen, dich zu übernehmen.

Aus Annas Sicht werden Sie durch die Ausdehnung des Raums, das Anhalten der Zeit und die Hitze von Hawkings Strahlung langsam getötet. Bevor Sie den Ereignishorizont überqueren und tief in die Tiefen des Schwarzen Lochs vordringen, werden Sie mit Asche zurückgelassen.

Aber beeilen Sie sich nicht, einen Gedenkgottesdienst zu bestellen - vergessen wir Anna für eine Weile und betrachten Sie diese schreckliche Szene aus Ihrer Sicht. Und aus Ihrer Sicht wird etwas noch Seltsameres passieren, also absolut nichts Besonderes.

Sie fliegen direkt zu einem der unheimlichsten Punkte des Universums, ohne den geringsten Ruck zu spüren - ganz zu schweigen von der Ausdehnung des Raums, der Zeitdilatation oder der Hitze der Strahlung. Das liegt daran, dass Sie sich im freien Fall befinden und daher Ihr Gewicht nicht spüren – das nannte Einstein die „beste Idee“ seines Lebens.

Tatsächlich ist der Ereignishorizont keine Mauer im Raum, sondern ein Phänomen, das durch den Standpunkt des Beobachters bedingt ist. Ein Beobachter, der außerhalb des Schwarzen Lochs bleibt, kann nicht durch den Ereignishorizont hineinsehen, aber das ist sein Problem, nicht Ihres. Aus Ihrer Sicht gibt es keinen Horizont.

Wenn die Abmessungen unseres Schwarzen Lochs kleiner wären, würden Sie wirklich auf ein Problem stoßen – die Schwerkraft würde ungleichmäßig auf Ihren Körper wirken und Sie würden in Nudeln gezogen. Aber zu Ihrem Glück ist dieses Schwarze Loch groß – millionenfach massereicher als die Sonne, sodass die Gravitationskraft so schwach ist, dass sie vernachlässigbar ist.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Sie können nicht zurückgehen und aus einem schwarzen Loch herauskommen, genauso wie keiner von uns in der Zeit zurückreisen kann.

In einem ausreichend großen Schwarzen Loch können Sie sogar den Rest Ihres Lebens ganz normal leben, bis Sie in einer gravitativen Singularität sterben.

Sie fragen sich vielleicht, wie normal das Leben eines Menschen sein kann, der gegen seinen Willen in ein Loch im Raum-Zeit-Kontinuum gezogen wird, aus dem es keine Chance gibt, jemals herauszukommen?

Aber wenn Sie darüber nachdenken, kennen wir alle dieses Gefühl - nur in Bezug auf die Zeit und nicht auf den Raum. Die Zeit geht nur vorwärts und nie zurück, und sie reißt uns wirklich gegen unseren Willen mit und lässt uns keine Chance, in die Vergangenheit zurückzukehren.

Das ist nicht nur eine Analogie. Schwarze Löcher krümmen das Raum-Zeit-Kontinuum derart, dass innerhalb des Ereignishorizonts Zeit und Raum vertauscht sind. In gewisser Weise ist es nicht der Raum, der Sie zur Singularität zieht, sondern die Zeit. Sie können nicht zurückgehen und aus einem schwarzen Loch herauskommen, so wie keiner von uns in die Vergangenheit reisen kann.

Vielleicht fragen Sie sich jetzt, was mit Anna nicht stimmt. Du fliegst in den leeren Raum eines Schwarzen Lochs und es geht dir gut, und sie trauert um deinen Tod und behauptet, dass du von Hawking-Strahlung von außerhalb des Ereignishorizonts verbrannt wurdest. Halluziniert sie?

Tatsächlich ist Annas Aussage vollkommen richtig. Aus ihrer Sicht sind Sie tatsächlich am Ereignishorizont gebraten. Und es ist keine Illusion. Anna kann sogar Ihre Asche sammeln und sie Ihrer Familie schicken.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Der Ereignishorizont ist keine Mauer, er ist durchlässig

Fakt ist, dass man nach den Gesetzen der Quantenphysik aus Annas Sicht den Ereignishorizont nicht überschreiten kann und außerhalb des Schwarzen Lochs bleiben muss, da Informationen nie unwiederbringlich verloren gehen. Jede Information, die für Ihre Existenz verantwortlich ist, muss an der äußeren Oberfläche des Ereignishorizonts bleiben – sonst werden aus Sicht von Anna die Gesetze der Physik verletzt.

Andererseits erfordern die Gesetze der Physik auch, dass Sie lebend und unversehrt durch den Ereignishorizont fliegen, ohne auf Ihrem Weg auf heiße Partikel oder andere ungewöhnliche Phänomene zu stoßen. Andernfalls wird die allgemeine Relativitätstheorie verletzt.

Die Gesetze der Physik wollen also, dass Sie sich gleichzeitig außerhalb des Schwarzen Lochs (als Aschehaufen) und darin (sicher und gesund) befinden. Und noch ein wichtiger Punkt: Nach den allgemeinen Prinzipien der Quantenmechanik können Informationen nicht geklont werden. Sie müssen an zwei Orten gleichzeitig sein, aber nur in einem Fall.

Physiker nennen solch ein paradoxes Phänomen den Begriff "Verschwinden von Informationen in einem Schwarzen Loch". Glücklicherweise in den 1990er Jahren Wissenschaftlern gelang es, dieses Paradoxon aufzulösen.

Der amerikanische Physiker Leonard Susskind erkannte, dass es wirklich kein Paradoxon gibt, da niemand Ihr Klonen sehen wird. Anna wird eines Ihrer Exemplare beobachten, und Sie werden das andere beobachten. Sie und Anna werden sich nie wiedersehen und Sie werden Ihre Beobachtungen nicht vergleichen können. Und es gibt keinen dritten Beobachter, der Sie gleichzeitig von außerhalb und innerhalb des Schwarzen Lochs beobachten könnte. Somit werden die Gesetze der Physik nicht verletzt.

Es sei denn, Sie möchten wissen, welche Ihrer Instanzen real ist und welche nicht. Lebst du wirklich oder bist du tot?

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Wird die Person unversehrt durch den Ereignishorizont fliegen oder gegen eine Feuerwand prallen?

Die Sache ist, es gibt keine "Realität". Die Realität hängt vom Betrachter ab. Es gibt „wirklich“ aus Annas Sicht und „wirklich“ aus Ihrer Sicht. Das ist alles.

Fast alle. Im Sommer 2012 schlugen die Physiker Ahmed Almheiri, Donald Marolph, Joe Polchinski und James Sully, die gemeinsam unter ihren Nachnamen AMPS bekannt sind, ein Gedankenexperiment vor, das drohte, unser Verständnis von Schwarzen Löchern auf den Kopf zu stellen.

Die von Süsskind vorgeschlagene Auflösung des Widerspruchs beruht laut Wissenschaftlern darauf, dass die Uneinigkeit in der Einschätzung dessen, was zwischen Ihnen und Anna passiert, durch den Ereignishorizont vermittelt wird. Es spielt keine Rolle, ob Anna tatsächlich eines Ihrer beiden Exemplare im Feuer der Hawking-Strahlung sterben sah, denn der Ereignishorizont hinderte sie daran, Ihr zweites Exemplar tief in das Schwarze Loch fliegen zu sehen.

Aber was wäre, wenn Anna eine Möglichkeit hätte, herauszufinden, was auf der anderen Seite des Ereignishorizonts passiert, ohne ihn zu überschreiten?

Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt uns, dass dies unmöglich ist, aber die Quantenmechanik verwischt die harten Regeln ein wenig. Anna hätte mit dem, was Einstein als „gruselige Langstreckenaktion“ bezeichnete, über den Ereignishorizont hinausblicken können.

Wir sprechen über Quantenverschränkung – ein Phänomen, bei dem die Quantenzustände von zwei oder mehr räumlich getrennten Teilchen auf mysteriöse Weise voneinander abhängig werden. Diese Teilchen bilden nun ein einziges und unteilbares Ganzes, und die Informationen, die zur Beschreibung dieses Ganzen notwendig sind, sind nicht in diesem oder jenem Teilchen enthalten, sondern in der Beziehung zwischen ihnen.

Die von AMPS vorgebrachte Idee ist wie folgt. Angenommen, Anna nimmt ein Teilchen in der Nähe des Ereignishorizonts auf – nennen wir es Teilchen A.

Wenn ihre Version dessen, was Ihnen passiert ist, wahr ist, das heißt, Sie wurden außerhalb des Schwarzen Lochs durch Hawking-Strahlung getötet, dann muss Teilchen A mit einem anderen Teilchen B verbunden sein, das sich ebenfalls außerhalb des Ereignisses befinden muss Horizont.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Schwarze Löcher können Materie von nahen Sternen anziehen

Wenn Ihre Vision von Ereignissen der Realität entspricht und Sie innerlich lebendig und gesund sind, dann muss Teilchen A mit Teilchen C verbunden sein, das sich irgendwo im Inneren des Schwarzen Lochs befindet.

Das Schöne an dieser Theorie ist, dass jedes der Teilchen nur mit einem anderen Teilchen verbunden werden kann. Das bedeutet, dass Teilchen A entweder mit Teilchen B oder mit Teilchen C verbunden ist, aber nicht mit beiden gleichzeitig.

Also nimmt Anna ihr Teilchen A und lässt es durch die Entanglement-Decodierungsmaschine laufen, die sie hat, die die Antwort gibt, ob dieses Teilchen mit Teilchen B oder mit Teilchen C assoziiert ist.

Wenn die Antwort C ist, hat sich Ihr Standpunkt unter Verletzung der Gesetze der Quantenmechanik durchgesetzt. Wenn Teilchen A mit Teilchen C verbunden ist, das sich in den Tiefen des Schwarzen Lochs befindet, dann geht die Information, die ihre gegenseitige Abhängigkeit beschreibt, für Anna für immer verloren, was dem Quantengesetz widerspricht, wonach Information niemals verloren geht.

Wenn die Antwort B ist, dann hat Anna im Gegensatz zu den Prinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie Recht. Wenn Partikel A an Partikel B gebunden ist, wurden Sie wirklich von Hawking-Strahlung verbrannt. Anstatt durch den Ereignishorizont zu fliegen, wie es die Relativitätstheorie erfordert, sind Sie gegen eine Feuerwand gekracht.

Damit sind wir wieder bei der Frage, mit der wir begonnen haben – was passiert mit einer Person, die in ein Schwarzes Loch gerät? Wird es dank einer erstaunlich beobachterabhängigen Realität unbeschadet durch den Ereignishorizont fliegen oder gegen eine Feuerwand krachen ( SchwarzLöcherFirewall, nicht zu verwechseln mit dem ComputerbegriffFirewall, "Firewall", Software, die Ihren Computer in einem Netzwerk vor unbefugtem Eindringen schützt - Ed.)?

Niemand kennt die Antwort auf diese Frage, eine der umstrittensten Fragen der theoretischen Physik.

Seit über 100 Jahren versuchen Wissenschaftler, die Prinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenphysik in Einklang zu bringen, in der Hoffnung, dass sich am Ende das eine oder andere durchsetzen wird. Die Auflösung des „Feuerwand“-Paradoxons sollte die Frage beantworten, welches der Prinzipien sich durchgesetzt hat, und den Physikern helfen, eine umfassende Theorie zu erstellen.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Oder vielleicht beim nächsten Mal Anna in ein schwarzes Loch schicken?

Die Lösung des Paradoxons des Verschwindens von Informationen könnte in Annas Entschlüsselungsmaschine liegen. Es ist äußerst schwierig zu bestimmen, mit welchem ​​anderen Teilchen Teilchen A verbunden ist. Die Physiker Daniel Harlow von der Princeton University in New Jersey und Patrick Hayden, jetzt an der Stanford University in Kalifornien in Kalifornien, fragten sich, wie lange es dauern würde.

2013 berechneten sie, dass Anna selbst mit dem schnellsten Computer, der nach den Gesetzen der Physik möglich ist, extrem lange brauchen würde, um die Beziehung zwischen Teilchen zu entschlüsseln – so lange, dass das Schwarze Loch verdampft, wenn sie die Antwort erhält vor langer Zeit.

Wenn ja, ist es wahrscheinlich, dass Anna einfach nicht dazu bestimmt ist, jemals zu wissen, wessen Standpunkt wahr ist. In diesem Fall bleiben beide Geschichten gleichzeitig wahr, die Realität hängt vom Betrachter ab, und keines der Gesetze der Physik wird verletzt.

Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen hochkomplexen Berechnungen (zu denen unser Beobachter anscheinend nicht in der Lage ist) und dem Raum-Zeit-Kontinuum Physiker zu einigen neuen theoretischen Überlegungen anregen.

Schwarze Löcher sind also nicht nur gefährliche Objekte auf dem Weg interstellarer Expeditionen, sondern auch theoretische Laboratorien, in denen kleinste Variationen physikalischer Gesetzmäßigkeiten ein Ausmaß erreichen, dass sie nicht mehr vernachlässigt werden können.

Wenn die wahre Natur der Realität irgendwo liegt, ist der beste Ort, um danach zu suchen, in Schwarzen Löchern. Aber obwohl wir kein klares Verständnis dafür haben, wie sicher der Ereignishorizont für Menschen ist, ist es sicherer, Suchen von außen zu beobachten. Im Extremfall kannst du Anna beim nächsten Mal ins schwarze Loch schicken – jetzt ist sie an der Reihe.

Das Konzept eines Schwarzen Lochs ist jedem bekannt - von Schulkindern bis zu älteren Menschen wird es in der Science- und Fiction-Literatur, in den gelben Medien und auf wissenschaftlichen Konferenzen verwendet. Aber nicht jeder weiß, was genau diese Löcher sind.

Aus der Geschichte der Schwarzen Löcher

1783 Die erste Hypothese für die Existenz eines solchen Phänomens wie eines Schwarzen Lochs wurde 1783 vom englischen Wissenschaftler John Michell aufgestellt. In seiner Theorie kombinierte er zwei Kreationen von Newton - Optik und Mechanik. Michells Idee war folgende: Wenn Licht ein Strom winziger Teilchen ist, dann sollten Teilchen wie alle anderen Körper die Anziehungskraft eines Gravitationsfeldes erfahren. Es stellt sich heraus, dass es für das Licht umso schwieriger ist, seiner Anziehungskraft zu widerstehen, je massereicher der Stern ist. 13 Jahre nach Michell stellte der französische Astronom und Mathematiker Laplace (höchstwahrscheinlich unabhängig von seinem britischen Kollegen) eine ähnliche Theorie auf.

1915 Alle ihre Werke blieben jedoch bis Anfang des 20. Jahrhunderts unbeansprucht. 1915 veröffentlichte Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie und zeigte, dass die Schwerkraft eine durch Materie verursachte Krümmung der Raumzeit ist, und einige Monate später verwendete der deutsche Astronom und theoretische Physiker Karl Schwarzschild sie, um ein bestimmtes astronomisches Problem zu lösen. Er erforschte die Struktur der gekrümmten Raumzeit um die Sonne und entdeckte das Phänomen der Schwarzen Löcher wieder.

(John Wheeler prägte den Begriff „Schwarze Löcher“)

1967 Der amerikanische Physiker John Wheeler skizzierte einen Raum, der wie ein Stück Papier zu einem unendlich kleinen Punkt zerknüllt werden kann, und bezeichnete ihn als „Schwarzes Loch“.

1974 Der britische Physiker Stephen Hawking hat bewiesen, dass Schwarze Löcher, obwohl sie Materie ohne Wiederkehr schlucken, Strahlung abgeben und schließlich verdampfen können. Dieses Phänomen wird „Hawking-Strahlung“ genannt.

Heutzutage. Die neuesten Forschungen zu Pulsaren und Quasaren sowie die Entdeckung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung haben es endlich ermöglicht, das Konzept der Schwarzen Löcher selbst zu beschreiben. Im Jahr 2013 kam die Gaswolke G2 dem Schwarzen Loch sehr nahe und wird wahrscheinlich von ihm absorbiert. Die Beobachtung des einzigartigen Prozesses wird große Möglichkeiten für neue Entdeckungen der Merkmale von Schwarzen Löchern bieten.

Was sind eigentlich Schwarze Löcher?

Eine lakonische Erklärung des Phänomens klingt so. Ein Schwarzes Loch ist eine Raum-Zeit-Region, deren Anziehungskraft so stark ist, dass kein Objekt, einschließlich Lichtquanten, sie verlassen kann.

Ein Schwarzes Loch war einst ein massiver Stern. Solange thermonukleare Reaktionen den hohen Druck in seinen Eingeweiden aufrechterhalten, bleibt alles normal. Doch mit der Zeit erschöpft sich der Energievorrat und der Himmelskörper beginnt unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft zu schrumpfen. Das letzte Stadium dieses Prozesses ist der Kollaps des Sternkerns und die Bildung eines Schwarzen Lochs.

• 1. Ausstoß eines Strahls eines Schwarzen Lochs mit hoher Geschwindigkeit


• 2. Eine Materiescheibe wächst zu einem Schwarzen Loch heran


• 3. Schwarzes Loch


• 4. Detailliertes Schema der Region des Schwarzen Lochs


• 5. Größe der gefundenen neuen Beobachtungen

Die gängigste Theorie besagt, dass es ähnliche Phänomene in jeder Galaxie gibt, auch im Zentrum unserer Milchstraße. Die enorme Schwerkraft des Lochs kann mehrere Galaxien um sich herum halten und verhindern, dass sie sich voneinander entfernen. Der „Abdeckungsbereich“ kann unterschiedlich sein, alles hängt von der Masse des Sterns ab, der sich in ein Schwarzes Loch verwandelt hat, und kann Tausende von Lichtjahren betragen.

Schwarzschild-Radius

Die Haupteigenschaft eines Schwarzen Lochs ist, dass jegliche Materie, die in es eindringt, niemals zurückkehren kann. Gleiches gilt für Licht. Löcher sind im Kern Körper, die alles Licht, das auf sie fällt, vollständig absorbieren und kein eigenes abgeben. Solche Objekte können visuell als Klumpen absoluter Dunkelheit erscheinen.

• 1. Materie mit halber Lichtgeschwindigkeit bewegen


• 2. Photonenring


• 3. Innerer Photonenring


• 4. Der Ereignishorizont in einem Schwarzen Loch

Basierend auf Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie kann ein Körper, wenn er sich einer kritischen Entfernung vom Zentrum des Lochs nähert, nicht mehr zurückkehren. Dieser Abstand wird als Schwarzschild-Radius bezeichnet. Was genau in diesem Radius passiert, ist nicht sicher bekannt, aber es gibt die gängigste Theorie. Es wird angenommen, dass die gesamte Materie eines Schwarzen Lochs in einem unendlich kleinen Punkt konzentriert ist und sich in seinem Zentrum ein Objekt mit unendlicher Dichte befindet, das Wissenschaftler als singuläre Störung bezeichnen.

Wie fällt es in ein schwarzes Loch?

(Auf dem Bild sieht das Schwarze Loch von Sagittarius A * aus wie ein extrem heller Lichthaufen)

Vor nicht allzu langer Zeit, im Jahr 2011, entdeckten Wissenschaftler eine Gaswolke mit dem einfachen Namen G2, die ungewöhnliches Licht aussendet. Ein solches Leuchten kann Reibung in Gas und Staub verursachen, die durch die Wirkung des Schwarzen Lochs Sagittarius A * verursacht werden und sich in Form einer Akkretionsscheibe um es drehen. So werden wir zu Beobachtern des erstaunlichen Phänomens der Absorption einer Gaswolke durch ein supermassereiches Schwarzes Loch.

Jüngsten Studien zufolge wird die größte Annäherung an ein Schwarzes Loch im März 2014 stattfinden. Wir können uns ein Bild davon machen, wie dieses aufregende Spektakel ablaufen wird.

• 1. Wenn sie zum ersten Mal in den Daten erscheint, ähnelt eine Gaswolke einem riesigen Ball aus Gas und Staub.


• 2. Jetzt, im Juni 2013, ist die Wolke mehrere zehn Milliarden Kilometer vom Schwarzen Loch entfernt. Es fällt mit einer Geschwindigkeit von 2500 km / s hinein.


• 3. Es wird erwartet, dass die Wolke das Schwarze Loch passiert, aber die Gezeitenkräfte, die durch die unterschiedliche Anziehungskraft auf die Vorder- und Hinterkante der Wolke verursacht werden, werden dazu führen, dass sie immer länger wird.


• 4. Nachdem die Wolke aufgebrochen ist, wird sich der größte Teil höchstwahrscheinlich der Akkretionsscheibe um Sagittarius A* anschließen und darin Schockwellen erzeugen. Die Temperatur wird auf mehrere Millionen Grad steigen.


• 5. Ein Teil der Wolke wird direkt in das Schwarze Loch fallen. Niemand weiß genau, was mit dieser Substanz passieren wird, aber es wird erwartet, dass sie beim Fallen starke Strahlen von Röntgenstrahlen aussendet, und niemand sonst wird sie sehen.

Video: Schwarzes Loch verschluckt eine Gaswolke

(Computersimulation, wie viel von der G2-Gaswolke durch das Schwarze Loch Sagittarius A* zerstört und verbraucht wird)

Was ist in einem Schwarzen Loch?

Es gibt eine Theorie, die besagt, dass ein Schwarzes Loch im Inneren praktisch leer ist und seine gesamte Masse auf einen unglaublich kleinen Punkt konzentriert ist, der sich genau in seinem Zentrum befindet - eine Singularität.

Nach einer anderen Theorie, die seit einem halben Jahrhundert existiert, geht alles, was in ein Schwarzes Loch fällt, in ein anderes Universum, das sich im Schwarzen Loch selbst befindet. Nun ist diese Theorie nicht die Haupttheorie.

Und es gibt eine dritte, modernste und hartnäckigste Theorie, wonach sich alles, was in ein Schwarzes Loch fällt, in den Schwingungen von Fäden auf seiner Oberfläche auflöst, die als Ereignishorizont bezeichnet wird.

Was ist also der Ereignishorizont? Selbst mit einem superstarken Teleskop ist es unmöglich, in ein Schwarzes Loch zu blicken, da selbst Licht, das in einen riesigen kosmischen Trichter eindringt, keine Chance hat, wieder herauszukommen. Alles, was irgendwie in Betracht gezogen werden kann, ist in seiner unmittelbaren Umgebung.

Der Ereignishorizont ist eine bedingte Linie der Oberfläche, unter der nichts (weder Gas, noch Staub, noch Sterne, noch Licht) entweichen kann. Und dies ist der sehr mysteriöse Punkt ohne Wiederkehr in den Schwarzen Löchern des Universums.

Jeder weiß, dass es im Weltraum Sterne, Planeten, Asteroiden und Kometen gibt, die mit bloßem Auge oder durch ein Teleskop beobachtet werden können. Es ist auch bekannt, dass es spezielle Weltraumobjekte gibt - schwarze Löcher.

Ein Stern kann sich am Ende seines Lebens in ein Schwarzes Loch verwandeln. Bei dieser Umwandlung wird der Stern sehr stark komprimiert, seine Masse bleibt erhalten. Der Stern verwandelt sich in eine kleine, aber sehr schwere Kugel. Wenn wir davon ausgehen, dass unser Planet Erde zu einem Schwarzen Loch wird, dann beträgt sein Durchmesser in diesem Zustand nur 9 Millimeter. Aber die Erde wird sich nicht in ein Schwarzes Loch verwandeln können, weil im Kern von Planeten ganz andere Reaktionen ablaufen als in Sternen.

Eine so starke Kompression und Verdichtung des Sterns ergibt sich aus der Tatsache, dass unter dem Einfluss thermonuklearer Reaktionen im Zentrum des Sterns seine Anziehungskraft stark zunimmt und beginnt, die Oberfläche des Sterns in sein Zentrum zu ziehen. Allmählich nimmt die Rate, mit der sich der Stern zusammenzieht, zu und beginnt schließlich, die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten. Wenn ein Stern diesen Zustand erreicht, hört er auf zu leuchten, weil Lichtteilchen – Quanten – die Anziehungskraft nicht überwinden können. Ein Stern in diesem Zustand hört auf zu leuchten, er bleibt "innerhalb" des Gravitationsradius - der Grenze, innerhalb derer alle Objekte von der Oberfläche des Sterns angezogen werden. Astronomen nennen diese Grenze den Ereignishorizont. Und jenseits dieser Grenze nimmt die Schwerkraft des Schwarzen Lochs ab. Da Lichtteilchen die Gravitationsgrenze eines Sterns nicht überwinden können, kann ein Schwarzes Loch nur mit Instrumenten nachgewiesen werden, wenn beispielsweise ein Raumschiff oder ein anderer Körper - ein Komet oder ein Asteroid - aus unbekannten Gründen beginnt, seine Flugbahn zu ändern, dann am meisten wahrscheinlich kam es unter den Einfluss der Gravitationskräfte eines Schwarzen Lochs. Ein kontrolliertes Weltraumobjekt muss in einer solchen Situation dringend alle Motoren einschalten und die Zone der gefährlichen Anziehungskraft verlassen, und wenn nicht genug Energie vorhanden ist, wird es unweigerlich von einem Schwarzen Loch verschluckt.

Wenn sich die Sonne in ein Schwarzes Loch verwandeln könnte, dann würden sich die Planeten des Sonnensystems innerhalb des Gravitationsradius der Sonne befinden und sie würden angezogen und absorbiert. Zum Glück für uns wird das nicht passieren. Nur sehr große, massereiche Sterne können sich in ein Schwarzes Loch verwandeln. Dafür ist die Sonne zu klein. Im Laufe der Evolution wird die Sonne höchstwahrscheinlich zu einem ausgestorbenen Schwarzen Zwerg. Andere schwarze Löcher, die sich bereits im Weltraum befinden, sind für unseren Planeten und irdische Raumfahrzeuge nicht gefährlich - sie sind zu weit von uns entfernt.

In der beliebten Serie "The Big Bang Theory", die Sie sich ansehen können, erfahren Sie nicht die Geheimnisse der Entstehung des Universums oder die Ursachen von Schwarzen Löchern im Weltraum. Die Hauptfiguren sind naturwissenschaftlich leidenschaftlich und arbeiten im Fachbereich Physik der Universität. Sie geraten ständig in verschiedene lächerliche Situationen, die Spaß machen.

Sowohl für Wissenschaftler der vergangenen Jahrhunderte als auch für Forscher unserer Zeit ist das größte Mysterium des Kosmos ein Schwarzes Loch. Was steckt in diesem für die Physik völlig unbekannten System? Welche Gesetze gelten dort? Wie vergeht die Zeit in einem Schwarzen Loch und warum können dort nicht einmal Lichtquanten entkommen? Jetzt werden wir natürlich versuchen, aus theoretischer und nicht aus praktischer Sicht zu verstehen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet, warum es im Prinzip entstanden ist und existiert, wie es die Objekte anzieht, die es umgeben.

Lassen Sie uns zunächst dieses Objekt beschreiben.

Eine bestimmte Region des Weltraums wird also als Schwarzes Loch bezeichnet. Es ist unmöglich, ihn als separaten Stern oder Planeten herauszuheben, da er weder ein fester noch ein gasförmiger Körper ist. Ohne ein grundlegendes Verständnis dafür, was Raumzeit ist und wie sich diese Dimensionen ändern können, ist es unmöglich zu verstehen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet. Tatsache ist, dass dieser Bereich nicht nur eine räumliche Einheit ist. die sowohl die uns bekannten drei Dimensionen (Länge, Breite und Höhe) als auch die Zeitachse verzerrt. Wissenschaftler sind sich sicher, dass im Horizontbereich (dem sogenannten Bereich um das Loch) die Zeit eine räumliche Bedeutung erhält und sich sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen kann.

Lernen Sie die Geheimnisse der Schwerkraft kennen

Wenn wir verstehen wollen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet, werden wir uns im Detail überlegen, was Gravitation ist. Dieses Phänomen ist der Schlüssel zum Verständnis der Natur der sogenannten "Wurmlöcher", aus denen nicht einmal Licht entweichen kann. Gravitation ist die Wechselwirkung zwischen allen Körpern, die eine materielle Basis haben. Die Stärke einer solchen Schwerkraft hängt von der molekularen Zusammensetzung der Körper, von der Konzentration der Atome und auch von ihrer Zusammensetzung ab. Je mehr Teilchen in einem bestimmten Bereich des Weltraums zusammenbrechen, desto größer ist die Gravitationskraft. Dies ist untrennbar mit der Urknalltheorie verbunden, als unser Universum die Größe einer Erbse hatte. Es war ein Zustand maximaler Singularität, und als Ergebnis eines Blitzes von Lichtquanten begann sich der Raum auszudehnen, weil sich die Teilchen gegenseitig abstießen. Genau das Gegenteil wird von Wissenschaftlern als Schwarzes Loch bezeichnet. Was steckt laut TBZ in so einem Ding drin? Singularität, die den Indikatoren entspricht, die unserem Universum zum Zeitpunkt seiner Geburt innewohnen.

Wie kommt Materie in ein Wurmloch?

Es gibt die Meinung, dass eine Person niemals verstehen kann, was in einem Schwarzen Loch passiert. Denn dort angekommen, wird er buchstäblich von Schwerkraft und Schwerkraft erdrückt. Eigentlich ist das nicht wahr. Ja, ein Schwarzes Loch ist in der Tat eine Region der Singularität, in der alles maximal komprimiert ist. Aber das ist überhaupt kein „Weltraumstaubsauger“, der alle Planeten und Sterne in sich ziehen kann. Jedes materielle Objekt, das sich am Ereignishorizont befindet, wird eine starke Verzerrung von Raum und Zeit beobachten (bisher stehen diese Einheiten auseinander). Das euklidische System der Geometrie wird ins Wanken geraten, mit anderen Worten, sie werden sich schneiden, die Umrisse stereometrischer Figuren werden nicht mehr vertraut sein. Was die Zeit betrifft, wird es allmählich langsamer. Je näher Sie dem Loch kommen, desto langsamer geht die Uhr im Verhältnis zur Erdzeit, aber Sie werden es nicht bemerken. Beim Auftreffen auf das "Wurmloch" fällt der Körper mit Nullgeschwindigkeit, aber diese Einheit ist gleich unendlich. Krümmung, die das Unendliche mit Null gleichsetzt, was schließlich die Zeit im Bereich der Singularität anhält.

Reaktion auf emittiertes Licht

Das einzige Objekt im Weltraum, das Licht anzieht, ist ein Schwarzes Loch. Was sich darin befindet und in welcher Form, ist unbekannt, aber sie glauben, dass es stockfinster ist, was man sich nicht vorstellen kann. Lichtquanten, die dorthin gelangen, verschwinden nicht einfach. Ihre Masse wird mit der Masse der Singularität multipliziert, was sie noch größer macht und vergrößert.Wenn Sie also eine Taschenlampe im Inneren des Wurmlochs einschalten, um sich umzusehen, wird es nicht leuchten. Die emittierten Quanten werden sich ständig mit der Masse des Lochs vervielfachen, und Sie werden, grob gesagt, Ihre Situation nur verschlimmern.

Überall schwarze Löcher

Wie wir bereits herausgefunden haben, ist die Grundlage der Bildung die Schwerkraft, deren Wert millionenfach größer ist als auf der Erde. Die genaue Vorstellung davon, was ein Schwarzes Loch ist, wurde der Welt von Karl Schwarzschild gegeben, der tatsächlich den Ereignishorizont und den Punkt ohne Wiederkehr entdeckte und auch feststellte, dass Null in einem Singularitätszustand gleich unendlich ist . Seiner Meinung nach kann sich überall im Weltall ein Schwarzes Loch bilden. In diesem Fall muss ein bestimmtes materielles Objekt mit Kugelform den Gravitationsradius erreichen. Zum Beispiel muss die Masse unseres Planeten in das Volumen einer Erbse passen, um ein Schwarzes Loch zu werden. Und die Sonne sollte mit ihrer Masse einen Durchmesser von 5 Kilometern haben - dann wird ihr Zustand singulär.

Horizont der Neubildung der Welt

Die Gesetze der Physik und Geometrie funktionieren perfekt auf der Erde und im Weltraum, wo der Weltraum nahe am Vakuum liegt. Am Ereignishorizont verlieren sie jedoch völlig ihre Bedeutung. Aus mathematischer Sicht ist es daher unmöglich, zu berechnen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet. Die Bilder, die entstehen können, wenn man den Raum nach unseren Vorstellungen von der Welt krümmt, sind sicherlich weit von der Wahrheit entfernt. Es wurde lediglich festgestellt, dass die Zeit hier zu einer räumlichen Einheit wird und höchstwahrscheinlich einige weitere Dimensionen zu den bestehenden hinzugefügt werden. Dies macht es möglich zu glauben, dass sich im Inneren des Schwarzen Lochs völlig unterschiedliche Welten bilden (Foto wird dies bekanntlich nicht zeigen, da sich das Licht dort frisst). Diese Universen könnten aus Antimaterie bestehen, was Wissenschaftlern derzeit noch unbekannt ist. Es gibt auch Versionen, dass die Sphäre ohne Wiederkehr nur ein Portal ist, das entweder in eine andere Welt oder zu anderen Punkten in unserem Universum führt.

Geburt und Tod

Viel mehr als die Existenz eines Schwarzen Lochs ist seine Geburt oder sein Verschwinden. Die Kugel, die die Raumzeit verzerrt, entsteht, wie wir bereits herausgefunden haben, durch Kollaps. Dies kann die Explosion eines großen Sterns sein, die Kollision von zwei oder mehr Körpern im Weltraum und so weiter. Aber wie wurde die theoretisch fühlbare Materie zu einem Bereich der Zeitverzerrung? Das Rätsel ist in Bearbeitung. Aber es folgt eine zweite Frage – warum verschwinden solche Sphären ohne Wiederkehr? Und wenn schwarze Löcher verdampfen, warum kommt dann nicht das Licht und all die kosmische Materie, die sie angezogen haben, aus ihnen heraus? Wenn sich die Materie in der Singularitätszone auszudehnen beginnt, nimmt die Schwerkraft allmählich ab. Infolgedessen löst sich das Schwarze Loch einfach auf und der gewöhnliche Vakuum-Weltraum bleibt an seiner Stelle. Daraus folgt ein weiteres Rätsel - wo ist alles hingekommen, was hineingekommen ist?

Schwerkraft – unser Schlüssel zu einer glücklichen Zukunft?

Forscher sind zuversichtlich, dass die Energiezukunft der Menschheit von einem schwarzen Loch geformt werden kann. Was sich in diesem System befindet, ist noch unbekannt, aber es konnte festgestellt werden, dass am Ereignishorizont jede Materie in Energie umgewandelt wird, aber natürlich teilweise. Zum Beispiel gibt eine Person, die sich kurz vor dem Punkt ohne Wiederkehr befindet, 10 Prozent ihrer Materie für die Umwandlung in Energie ab. Diese Zahl ist einfach kolossal, sie ist unter Astronomen zu einer Sensation geworden. Tatsache ist, dass auf der Erde, wenn Materie zu Energie verarbeitet wird, nur 0,7 Prozent.