შავი ხვრელების საოცარი ისტორია. შავი ხვრელები: სამყაროს ყველაზე იდუმალი ობიექტების აღმოჩენის ისტორია, რომლებსაც ჩვენ ვერასდროს ვიხილავთ

« Სამეცნიერო ფანტასტიკაშეიძლება იყოს სასარგებლო - ასტიმულირებს ფანტაზიას და ათავისუფლებს მომავლის შიშს. თუმცა სამეცნიერო ფაქტებიშეიძლება ბევრად უფრო გასაოცარი იყოს. სამეცნიერო ფანტასტიკა არც კი წარმოიდგენდა ასეთ რამეებს შავი ხვრელები »
სტივენ ჰოკინგი

სამყაროს სიღრმეში ადამიანისთვის უთვალავი საიდუმლო და საიდუმლო დევს. ერთ-ერთი მათგანია შავი ხვრელები - ობიექტები, რომელთა გაგებაც კი შეუძლებელია უდიდესი გონებიკაცობრიობა. ასობით ასტროფიზიკოსი ცდილობს შავი ხვრელების ბუნების აღმოჩენას, მაგრამ ამ ეტაპზემათი არსებობა პრაქტიკაში ჯერ არ დაგვიმტკიცებია.

კინორეჟისორები თავიანთ ფილმებს უძღვნიან მათ და მათ შორის ჩვეულებრივი ხალხიშავი ხვრელები ისეთ საკულტო ფენომენად იქცა, რომ ისინი აიგივებენ სამყაროს დასასრულს და გარდაუვალ სიკვდილს. მათ ეშინიათ და სძულთ, მაგრამ ამავე დროს ისინი კერპებად აქცევენ და ქედს იხრიან უცნობის წინაშე, რომლითაც სავსეა სამყაროს ეს უცნაური ფრაგმენტები. დამეთანხმებით, რომ შავმა ხვრელმა გადაყლაპა, ეს რომანტიკაა. მათი დახმარებით ეს შესაძლებელია და ისინიც შეიძლება გახდნენ ჩვენთვის მეგზური.

ყვითელი პრესა ხშირად სპეკულირებს შავი ხვრელების პოპულარობის შესახებ. სუპერმასიურ შავ ხვრელთან მორიგი შეჯახების გამო გაზეთებში სათაურების პოვნა, რომლებიც დაკავშირებულია პლანეტაზე სამყაროს დასასრულთან, პრობლემას არ წარმოადგენს. გაცილებით უარესი ის არის, რომ მოსახლეობის გაუნათლებელი ნაწილი ყველაფერს სერიოზულად იღებს და ნამდვილ პანიკას იწვევს. გარკვეული სიცხადისთვის, ჩვენ გავემგზავრებით შავი ხვრელების აღმოჩენის საწყისებზე და შევეცდებით გავიგოთ, რა არის ეს და როგორ დავუკავშირდეთ მას.

უხილავი ვარსკვლავები

მოხდა ისე, რომ თანამედროვე ფიზიკოსები აღწერენ ჩვენი სამყაროს სტრუქტურას ფარდობითობის თეორიის დახმარებით, რომელიც აინშტაინმა გულდასმით მიაწოდა კაცობრიობას მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მით უფრო იდუმალია შავი ხვრელები, რომელთა მოვლენათა ჰორიზონტზე ჩვენთვის ცნობილი ფიზიკის ყველა კანონი, მათ შორის აინშტაინის თეორია, წყვეტს მოქმედებას. არაა ეს მშვენიერი? გარდა ამისა, ვარაუდი შავი ხვრელების არსებობის შესახებ გამოთქმული იყო თავად აინშტაინის დაბადებამდე დიდი ხნით ადრე.

1783 წელს ინგლისში მნიშვნელოვანი ზრდა იყო სამეცნიერო მოღვაწეობა. იმ დღეებში მეცნიერება გვერდიგვერდ მიდიოდა რელიგიასთან, კარგად ხვდებოდნენ ერთმანეთს და მეცნიერები ერეტიკოსებად აღარ ითვლებოდნენ. გარდა ამისა, სამეცნიერო გამოკვლევამღვდლებმა გააკეთეს. ღმერთის ერთ-ერთი ასეთი მსახური იყო ინგლისელი პასტორი ჯონ მიშელი, რომელიც საკუთარ თავს უსვამდა არა მხოლოდ ყოფიერების, არამედ საკმაოდ კითხვებს. სამეცნიერო ამოცანები. მიშელი უაღრესად დამსახურებული მეცნიერი იყო: ის თავდაპირველად მათემატიკის მასწავლებელი იყო და უძველესი ენათმეცნიერებაერთ-ერთ კოლეჯში და ამის შემდეგ, რიგი აღმოჩენებისთვის, ლონდონის სამეფო საზოგადოებაში ჩაირიცხა.

ჯონ მიშელი ეწეოდა სეისმოლოგიას, მაგრამ თავისუფალ დროს უყვარდა ფიქრი მარადიულზე და კოსმოსზე. ასე გაუჩნდა მას იდეა, რომ სადღაც სამყაროს სიღრმეში შეიძლება არსებობდეს ისეთი ძლიერი მიზიდულობის მქონე სუპერმასიური სხეულები, რომ ასეთი სხეულის მიზიდულობის ძალის დასაძლევად საჭიროა მოძრაობდეს ტოლი ან სიჩქარით. სინათლის სიჩქარეზე მაღალი. თუ ასეთ თეორიას მივიღებთ ჭეშმარიტად, მაშინ განვავითარეთ მეორე კოსმოსური სიჩქარე (სიჩქარე, რომელიც აუცილებელია დასაძლევად გრავიტაციული მიზიდულობასხეულის დატოვება) სინათლეც კი არ შეუძლია, ამიტომ ასეთი სხეული შეუიარაღებელი თვალით უხილავი დარჩება.

მიშელმა თავის ახალ თეორიას "ბნელი ვარსკვლავები" უწოდა და ამავდროულად ცდილობდა გამოეთვალა ასეთი ობიექტების მასა. მან ამ საკითხზე თავისი აზრი გამოთქვა ღია წერილილონდონის სამეფო საზოგადოება. სამწუხაროდ, იმ დღეებში ასეთ კვლევას მეცნიერებისთვის განსაკუთრებული მნიშვნელობა არ ჰქონდა, ამიტომ მიშელის წერილი არქივში გაიგზავნა. მხოლოდ ორასი წლის შემდეგ, მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში, იგი იპოვეს ძველ ბიბლიოთეკაში საგულდაგულოდ შენახულ ათასობით სხვა ჩანაწერს შორის.

პირველი სამეცნიერო მტკიცებულება შავი ხვრელების არსებობის შესახებ

აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის გამოქვეყნების შემდეგ, მათემატიკოსები და ფიზიკოსები სერიოზულად შეუდგნენ გერმანელი მეცნიერის მიერ წარმოდგენილი განტოლებების ამოხსნას, რომლებიც ბევრს უნდა გვეთქვა სამყაროს სტრუქტურის შესახებ. გერმანელმა ასტრონომმა, ფიზიკოსმა კარლ შვარცშილდმა იგივე გადაწყვიტა 1916 წელს.

მეცნიერი თავისი გამოთვლებით მივიდა დასკვნამდე, რომ შავი ხვრელების არსებობა შესაძლებელია. მან ასევე პირველმა აღწერა ის, რაც მოგვიანებით უწოდეს რომანტიკულ ფრაზას „მოვლენის ჰორიზონტი“ - სივრცე-დროის წარმოსახვითი საზღვარი შავ ხვრელზე, რომლის გადაკვეთის შემდეგ დგება უკუქცევის წერტილი. მოვლენის ჰორიზონტს არაფერი სცილდება, სინათლეც კი. მოვლენათა ჰორიზონტის მიღმა ხდება ეგრეთ წოდებული „სინგულარულობა“, სადაც ჩვენთვის ცნობილი ფიზიკის კანონები წყვეტენ მოქმედებას.

გააგრძელა თავისი თეორიის განვითარება და განტოლებების ამოხსნა, შვარცშილდმა აღმოაჩინა შავი ხვრელების ახალი საიდუმლოებები საკუთარი თავისთვის და სამყაროსთვის. ამრიგად, მან შეძლო გამოეთვალა, მხოლოდ ქაღალდზე, მანძილი შავი ხვრელის ცენტრიდან, სადაც მისი მასა კონცენტრირებულია, მოვლენათა ჰორიზონტამდე. შვარცშილდმა ამ მანძილს გრავიტაციული რადიუსი უწოდა.

მიუხედავად იმისა, რომ მათემატიკურად შვარცშილდის ამონახსნები იყო უაღრესად სწორი და არ შეიძლებოდა უარყო, სამეცნიერო საზოგადოებამე-20 საუკუნის დასაწყისი მაშინვე ვერ შეეგუა ასეთ შოკისმომგვრელ აღმოჩენას და შავი ხვრელების არსებობა ფანტაზიად ჩაიწერა, რაც დროდადრო ფარდობითობის თეორიაში ვლინდებოდა. მომდევნო თხუთმეტი წლის განმავლობაში, შავი ხვრელების არსებობისთვის სივრცის შესწავლა ნელი იყო და მასში გერმანელი ფიზიკოსის თეორიის მხოლოდ რამდენიმე მიმდევარი იყო დაკავებული.

ვარსკვლავები, რომლებიც შობენ სიბნელეს

მას შემდეგ, რაც აინშტაინის განტოლებები დაიშალა, დადგა დრო გამოვიყენოთ გამოტანილი დასკვნები სამყაროს სტრუქტურის გასაგებად. კერძოდ, ვარსკვლავების ევოლუციის თეორიაში. საიდუმლო არ არის, რომ ჩვენს სამყაროში არაფერი გრძელდება სამუდამოდ. ვარსკვლავებსაც კი აქვთ ცხოვრების საკუთარი ციკლი, თუმცა უფრო გრძელი ვიდრე ადამიანი.

ერთ-ერთი პირველი მეცნიერი, რომელიც სერიოზულად დაინტერესდა ვარსკვლავური ევოლუციით, იყო ახალგაზრდა ასტროფიზიკოსი სუბრამანიან ჩანდრასეხარი, ინდოელი. 1930 წელს მან გამოაქვეყნა სამეცნიერო ნაშრომი, რომელშიც აღწერილი იყო სავარაუდო შიდა სტრუქტურავარსკვლავები და მათი ცხოვრების ციკლი.

უკვე მე-20 საუკუნის დასაწყისში მეცნიერებმა გამოიცნეს ისეთი ფენომენი, როგორიცაა გრავიტაციული შეკუმშვა (გრავიტაციული კოლაფსი). AT გარკვეული მომენტივარსკვლავი თავისი სიცოცხლის მანძილზე იწყებს კლებას უზარმაზარი სიჩქარით გრავიტაციული ძალები. როგორც წესი, ეს ხდება ვარსკვლავის გარდაცვალების მომენტში, თუმცა, გრავიტაციული კოლაფსით, არსებობს რამდენიმე გზა წითლად გახურებული ბურთის შემდგომი არსებობისთვის.

ჩანდრასეხარის ხელმძღვანელი, რალფ ფაულერი, თავის დროზე პატივცემული თეორიული ფიზიკოსი, ვარაუდობდა, რომ გრავიტაციული კოლაფსის დროს ნებისმიერი ვარსკვლავი იქცევა უფრო პატარა და ცხელ ვარსკვლავად - თეთრ ჯუჯად. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ მოსწავლემ „გატეხა“ მასწავლებლის თეორია, რომელსაც გასული საუკუნის დასაწყისში ფიზიკოსთა უმეტესობა იზიარებდა. ახალგაზრდა ინდუის ნაშრომის მიხედვით, ვარსკვლავის სიკვდილი დამოკიდებულია მის საწყის მასაზე. მაგალითად, მხოლოდ ის ვარსკვლავები, რომელთა მასა არ აღემატება მზის მასას 1,44-ჯერ, შეიძლება გახდეს თეთრი ჯუჯა. ამ რიცხვს ეწოდა ჩანდრასეხარის ლიმიტი. თუ ვარსკვლავის მასა აღემატებოდა ამ ზღვარს, მაშინ ის სულ სხვაგვარად კვდება. გარკვეულ პირობებში, ასეთი ვარსკვლავი სიკვდილის დროს შეიძლება ხელახლა დაიბადოს ახალ, ნეიტრონულ ვარსკვლავად - თანამედროვე სამყაროს კიდევ ერთი საიდუმლო. ფარდობითობის თეორია კი კიდევ ერთ ვარიანტს გვეუბნება - ვარსკვლავის შეკუმშვა ულტრა მცირე მნიშვნელობებამდე და აქ იწყება ყველაზე საინტერესო.

1932 წელს ერთ-ერთ სამეცნიერო ჟურნალში გამოჩნდა სტატია, რომელშიც ბრწყინვალე ფიზიკოსი სსრკ-დან ლევ ლანდაუ ვარაუდობდა, რომ კოლაფსის დროს სუპერმასიური ვარსკვლავი შეკუმშულია უსასრულო რადიუსის და უსასრულო მასის მქონე წერტილში. იმისდა მიუხედავად, რომ ასეთი მოვლენის წარმოდგენა ძალიან რთულია მოუმზადებელი ადამიანის თვალსაზრისით, ლანდაუ შორს არ იყო სიმართლისგან. ფიზიკოსმა ასევე გამოთქვა მოსაზრება, რომ ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, გრავიტაცია ასეთ წერტილში იმდენად დიდი იქნება, რომ დაიწყებს სივრცე-დროის დამახინჯებას.

ასტროფიზიკოსებს მოეწონათ ლანდაუს თეორია და მათ განაგრძეს მისი განვითარება. 1939 წელს ამერიკაში, ორი ფიზიკოსის - რობერტ ოპენჰაიმერის და ჰარტლანდ სნეიდერის ძალისხმევის წყალობით, გამოჩნდა თეორია, რომელიც დეტალურად აღწერს სუპერმასიური ვარსკვლავის დაშლის დროს. ასეთი მოვლენის შედეგად ნამდვილი შავი ხვრელი უნდა გამოჩენილიყო. მიუხედავად არგუმენტების დამაჯერებლობისა, მეცნიერები განაგრძობდნენ უარყოფდნენ ასეთი სხეულების არსებობის შესაძლებლობას, ასევე ვარსკვლავების მათში გადაქცევას. აინშტაინიც კი დაშორდა ამ იდეას და თვლიდა, რომ ვარსკვლავს არ შეუძლია ასეთი ფენომენალური გარდაქმნები. სხვა ფიზიკოსები არ იყვნენ ძუნწი თავიანთ განცხადებებში და ასეთი მოვლენების შესაძლებლობას სასაცილოდ უწოდებდნენ.
თუმცა მეცნიერება ყოველთვის აღწევს სიმართლეს, უბრალოდ ცოტა უნდა დაელოდო. და ასეც მოხდა.

ყველაზე ნათელი ობიექტები სამყაროში

ჩვენი სამყარო არის პარადოქსების კრებული. ხანდახან მასში რაღაცეები თანაარსებობენ, რომელთა თანაარსებობა ყოველგვარ ლოგიკას ეწინააღმდეგება. მაგალითად, ტერმინი "შავი ხვრელი" ნორმალურ ადამიანში არ იქნება დაკავშირებული გამოთქმასთან "წარმოუდგენლად კაშკაშა", მაგრამ გასული საუკუნის 60-იანი წლების დასაწყისის აღმოჩენამ მეცნიერებს საშუალება მისცა ეს განცხადება არასწორად ჩაეთვალათ.

ტელესკოპების დახმარებით ასტროფიზიკოსებმა ვარსკვლავურ ცაზე აქამდე უცნობი ობიექტების აღმოჩენა მოახერხეს, რომლებიც საკმაოდ უცნაურად იქცეოდნენ მიუხედავად იმისა, რომ ჩვეულებრივ ვარსკვლავებს ჰგავდნენ. ამ უცნაური მნათობების შესწავლისას ამერიკელმა მეცნიერმა მარტინ შმიდტმა ყურადღება გაამახვილა მათ სპექტროგრაფიაზე, რომლის მონაცემებმა აჩვენა სხვა ვარსკვლავების სკანირებისგან განსხვავებული შედეგები. მარტივად რომ ვთქვათ, ეს ვარსკვლავები არ ჰგავდნენ სხვებს, რომლებსაც ჩვენ შევეჩვიეთ.

უცებ გათენდა შმიდტი და მან ყურადღება მიიპყრო სპექტრის წითელ დიაპაზონში გადაადგილებაზე. აღმოჩნდა, რომ ეს ობიექტები ჩვენგან ბევრად შორს არიან, ვიდრე ვარსკვლავები, რომელთა ხილვას ცაში ვართ მიჩვეული. მაგალითად, შმიდტის მიერ დაკვირვებული ობიექტი მდებარეობდა ჩვენი პლანეტიდან ორნახევარი მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე, მაგრამ ანათებდა ისეთივე კაშკაშა, როგორც ვარსკვლავი ასობით სინათლის წლის მანძილზე. გამოდის, რომ ერთი ასეთი ობიექტის შუქი მთელი გალაქტიკის სიკაშკაშეს შეედრება. ეს აღმოჩენა იყო ნამდვილი მიღწევა ასტროფიზიკაში. მეცნიერმა ამ ობიექტებს "კვაზივარსკვლავური" ან უბრალოდ "კვაზარი" უწოდა.

მარტინ შმიდტმა განაგრძო ახალი ობიექტების შესწავლა და აღმოაჩინა, რომ ასეთი კაშკაშა ბზინვარება შეიძლება გამოწვეული იყოს მხოლოდ ერთი მიზეზით - აკრეცია. აკრეცია არის ზემასიური სხეულის მიერ მიმდებარე მატერიის შთანთქმის პროცესი გრავიტაციის დახმარებით. მეცნიერი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ კვაზარების ცენტრში არის უზარმაზარი შავი ხვრელი, რომელიც წარმოუდგენელი ძალით იზიდავს მის გარშემო არსებულ მატერიას სივრცეში. ხვრელის მიერ მატერიის შთანთქმის პროცესში ნაწილაკები აჩქარდებიან უზარმაზარ სიჩქარემდე და იწყებენ ნათებას. შავი ხვრელის გარშემო არსებულ თავისებურ მანათობელ გუმბათს აკრეციული დისკი ეწოდება. მისი ვიზუალიზაცია კარგად გამოიკვეთა კრისტოფერ ნოლანის ფილმში „Interstellar“, რამაც მრავალი კითხვა წამოაყენა „როგორ შეიძლება ანათებდეს შავი ხვრელი?“.

დღემდე მეცნიერებმა ვარსკვლავურ ცაზე ათასობით კვაზარი აღმოაჩინეს. ამ უცნაურ, წარმოუდგენლად კაშკაშა ობიექტებს სამყაროს შუქურებს უწოდებენ. ისინი გვაძლევენ საშუალებას ცოტა უკეთ წარმოვიდგინოთ კოსმოსის სტრუქტურა და მივუახლოვდეთ იმ მომენტს, საიდანაც ეს ყველაფერი დაიწყო.

იმისდა მიუხედავად, რომ ასტროფიზიკოსები მრავალი წლის განმავლობაში იღებდნენ არაპირდაპირ მტკიცებულებებს სამყაროში სუპერმასიური უხილავი ობიექტების არსებობის შესახებ, ტერმინი "შავი ხვრელი" არ არსებობდა 1967 წლამდე. Თავის არიდება რთული სახელები, ამერიკელი ფიზიკოსიჯონ არჩიბალდ უილერმა შესთავაზა ასეთ ობიექტებს „შავი ხვრელები“ ეწოდოს. Რატომაც არა? გარკვეულწილად ისინი შავია, რადგან ჩვენ მათ ვერ ვხედავთ. გარდა ამისა, ისინი იზიდავენ ყველაფერს, შეგიძლიათ ჩავარდეთ მათში, ისევე როგორც ნამდვილ ხვრელში. დიახ, და წადით ასეთი ადგილიდან შესაბამისად თანამედროვე კანონებიფიზიკა უბრალოდ შეუძლებელია. თუმცა, სტივენ ჰოკინგი ამტკიცებს, რომ შავ ხვრელში მოგზაურობისას თქვენ შეგიძლიათ მოხვდეთ სხვა სამყაროში, სხვა სამყაროში და ეს არის იმედი.

უსასრულობის შიში

შავი ხვრელების გადაჭარბებული იდუმალებისა და რომანტიზების გამო ეს ობიექტები ადამიანებში ნამდვილ საშინელებათა ისტორიად იქცა. ყვითელ პრესას უყვარს მოსახლეობის გაუნათლებლობის შესახებ სპეკულირება, გასაოცარ ისტორიებს ავრცელებს იმის შესახებ, თუ როგორ მოძრაობს უზარმაზარი შავი ხვრელი ჩვენი დედამიწისკენ, რომელიც რამდენიმე საათში გადაყლაპავს მზის სისტემას, ან უბრალოდ ასხივებს ტოქსიკური გაზის ტალღებს ჩვენსკენ. პლანეტა.

განსაკუთრებით პოპულარულია პლანეტის განადგურების თემა დიდი ადრონული კოლაიდერის დახმარებით, რომელიც აშენდა ევროპაში 2006 წელს, ევროპის საბჭოს ტერიტორიაზე. ბირთვული კვლევა(ცერნი). პანიკის ტალღა ვიღაცამ დაიწყო სულელური ხუმრობა, მაგრამ გაიზარდა, როგორც თოვლის ბურთი. ვიღაცამ წამოიწყო ჭორი, რომ კოლაიდერის ნაწილაკების ამაჩქარებელში შავი ხვრელი შეიძლება წარმოიქმნას, რომელიც მთლიანად შთანთქავს ჩვენს პლანეტას. რა თქმა უნდა, აღშფოთებულმა ხალხმა დაიწყო LHC-ში ექსპერიმენტების აკრძალვის მოთხოვნა, ეშინოდათ ასეთი შედეგის. ევროსასამართლოში დაიწყო სარჩელები კოლაიდერის დახურვის მოთხოვნით და მისი შემქმნელი მეცნიერები კანონის სრული სიმკაცრით დაისჯებოდნენ.

სინამდვილეში, ფიზიკოსები არ უარყოფენ, რომ როდესაც ნაწილაკები ეჯახება დიდ ადრონულ კოლაიდერში, შეიძლება გამოჩნდნენ შავი ხვრელების თვისებებით მსგავსი ობიექტები, მაგრამ მათი ზომა ელემენტარული ნაწილაკების ზომის დონეზეა და ასეთი „ხვრელები“ არსებობს ასე მოკლე დროში. რომ ჩვენ ვერც კი ჩავწერთ მათ შემთხვევას.

ერთ-ერთი მთავარი ექსპერტი, რომელიც ხალხის წინაშე უცოდინრობის ტალღის გაფანტვას ცდილობს, არის სტივენ ჰოკინგი - ცნობილი თეორიული ფიზიკოსი, რომელიც, მეტიც, შავ ხვრელებს ნამდვილ „გურუად“ ითვლება. ჰოკინგმა დაამტკიცა, რომ შავი ხვრელები ყოველთვის არ შთანთქავენ შუქს, რომელიც ჩნდება აკრეციულ დისკებში და მისი ნაწილი კოსმოსშია მიმოფანტული. ამ ფენომენს ეწოდა ჰოკინგის გამოსხივება ან შავი ხვრელის აორთქლება. ჰოკინგმა ასევე დაადგინა კავშირი შავი ხვრელის ზომასა და მისი „აორთქლების“ სიჩქარეს შორის - რაც უფრო პატარაა, მით ნაკლებია ის დროში. და ეს ნიშნავს, რომ დიდი ადრონული კოლაიდერის ყველა მოწინააღმდეგე არ უნდა ინერვიულოს: მასში შავი ხვრელები წამის მემილიონედსაც ვერ იარსებებს.

თეორია არ არის დადასტურებული პრაქტიკაში

სამწუხაროდ, კაცობრიობის ტექნოლოგიები განვითარების ამ ეტაპზე არ გვაძლევს საშუალებას გამოვცადოთ ასტროფიზიკოსებისა და სხვა მეცნიერების მიერ შემუშავებული თეორიების უმეტესობა. ერთის მხრივ, შავი ხვრელების არსებობა საკმაოდ დამაჯერებლად არის დადასტურებული ქაღალდზე და გამოტანილია ფორმულების დახმარებით, რომლებშიც ყველაფერი ყველა ცვლადს ემთხვეოდა. მეორეს მხრივ, პრაქტიკაში ჯერ ვერ მოვახერხეთ რეალური შავი ხვრელის საკუთარი თვალით დანახვა.

მიუხედავად ყველა უთანხმოებისა, ფიზიკოსები ვარაუდობენ, რომ თითოეული გალაქტიკის ცენტრში არის სუპერმასიური შავი ხვრელი, რომელიც აგროვებს ვარსკვლავებს გროვებად თავისი გრავიტაციით და გაიძულებს იმოგზაურო სამყაროს გარშემო დიდ და მეგობრულ კომპანიაში. ჩვენი ირმის ნახტომის გალაქტიკაში, სხვადასხვა შეფასებით, 200-დან 400 მილიარდამდე ვარსკვლავია. ყველა ეს ვარსკვლავი ბრუნავს რაღაცის ირგვლივ, რომელსაც აქვს უზარმაზარი მასა, იმის გარშემო, რასაც ტელესკოპით ვერ ვხედავთ. სავარაუდოდ, ეს შავი ხვრელია. მას უნდა ეშინოდეს? - არა, ყოველ შემთხვევაში, არა უახლოეს რამდენიმე მილიარდ წელიწადში, მაგრამ ჩვენ შეგვიძლია კიდევ ერთი საინტერესო ფილმი გადავიღოთ მის შესახებ.

სამეცნიერო აზროვნება ზოგჯერ ისეთი პარადოქსული თვისებების მქონე ობიექტებს აშენებს, რომ ყველაზე გამჭრიახი მეცნიერებიც კი თავიდან უარს ამბობენ მათ აღიარებაზე. თანამედროვე ფიზიკის ისტორიაში ყველაზე თვალსაჩინო მაგალითია შავი ხვრელების, ექსტრემალური მდგომარეობებისადმი ინტერესის ხანგრძლივი ნაკლებობა. გრავიტაციული ველიიწინასწარმეტყველა თითქმის 90 წლის წინ. დიდი ხნის განმავლობაში ისინი ითვლებოდნენ წმინდა თეორიულ აბსტრაქციად და მხოლოდ 1960-70-იან წლებში სჯეროდათ მათი რეალობის. თუმცა, შავი ხვრელების თეორიის ძირითადი განტოლება მიღებული იქნა ორასი წლის წინ.

ჯონ მიშელის გამჭრიახობა

ჯონ მიშელის სახელი, ფიზიკოსი, ასტრონომი და გეოლოგი, კემბრიჯის უნივერსიტეტის პროფესორი და ინგლისის ეკლესიის პასტორი, სრულიად დაუმსახურებლად დაიკარგა მე-18 საუკუნეში ინგლისური მეცნიერების ვარსკვლავებს შორის. მიშელმა საფუძველი ჩაუყარა სეისმოლოგიას, მიწისძვრების მეცნიერებას, ჩაატარა მაგნეტიზმის შესანიშნავად შესწავლა და დიდი ხნით ადრე, სანამ კულომმა გამოიგონა ბრუნვის ბალანსი, რომელსაც იყენებდა გრავიმეტრიული გაზომვებისთვის. 1783 წელს მან სცადა გაეერთიანებინა ნიუტონის ორი დიდი ქმნილება, მექანიკა და ოპტიკა. ნიუტონმა სინათლე ნაკადად მიიჩნია ყველაზე პატარა ნაწილაკები. მიშელმა შესთავაზა, რომ მსუბუქი სხეულები, ისევე როგორც ჩვეულებრივი მატერია, ემორჩილებოდნენ მექანიკის კანონებს. ამ ჰიპოთეზის შედეგი აღმოჩნდა ძალიან არატრივიალური - ციური სხეულებიშეიძლება გადაიქცეს სინათლის ხაფანგად.

როგორ ფიქრობდა მიშელი? პლანეტის ზედაპირიდან ნასროლი ქვემეხი მთლიანად გადალახავს მის გრავიტაციას მხოლოდ იმ შემთხვევაში დაწყების სიჩქარეაღემატება მნიშვნელობას, რომელსაც ახლა მეორე ეწოდება სივრცის სიჩქარედა გაქცევის სიჩქარე. თუ პლანეტის გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ გაქცევის სიჩქარე აღემატება სინათლის სიჩქარეს, ზენიტში ნასროლი მსუბუქი კორპუსები ვერ შეძლებენ უსასრულობისკენ გაქცევას. იგივე მოხდება არეკლილი სინათლით. ამიტომ, ძალიან შორეული დამკვირვებლისთვის პლანეტა უხილავი იქნება. მიშელმა გამოთვალა ასეთი პლანეტის, Rcr, რადიუსის კრიტიკული მნიშვნელობა, რაც დამოკიდებულია მის მასაზე, M, შემცირებული ჩვენი მზის მასამდე, Ms: Rcr = 3 კმ x M/Ms.

ჯონ მიშელს სჯეროდა მისი ფორმულების და თვლიდა, რომ კოსმოსის სიღრმეში იმალება მრავალი ვარსკვლავი, რომელთა დანახვა დედამიწიდან არცერთი ტელესკოპით შეუძლებელია. მოგვიანებით, დიდი ფრანგი მათემატიკოსი, ასტრონომი და ფიზიკოსი პიერ სიმონ ლაპლასი, რომელმაც იგი შეიტანა თავისი მსოფლიოს სისტემის ექსპოზიციის პირველ (1796) და მეორე (1799) გამოცემაში. მაგრამ მესამე გამოცემა გამოქვეყნდა 1808 წელს, როდესაც ფიზიკოსების უმეტესობა უკვე თვლიდა სინათლეს ეთერის ვიბრაციად. „უხილავი“ ვარსკვლავების არსებობა ეწინააღმდეგებოდა ტალღის თეორიასინათლე და ლაპლასმა ჩათვალა, რომ უმჯობესია არ ეხსენებინა ისინი. შემდგომ დროში ეს იდეა განიხილებოდა ცნობისმოყვარეობად, რომელიც მხოლოდ ფიზიკის ისტორიის ნაშრომებში იყო გამოვლენილი.

შვარცშილდის მოდელი

1915 წლის ნოემბერში ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა გრავიტაციის თეორია, რომელსაც მან უწოდა ზოგადი თეორიაფარდობითობა (GR). ამ ნაშრომმა მაშინვე იპოვა მადლიერი მკითხველი ბერლინის მეცნიერებათა აკადემიის მისი კოლეგის კარლ შვარცშილდის სახით. ეს იყო შვარცშილდი, ვინც პირველმა გამოიყენა ფარდობითობის ზოგადი თეორია კონკრეტული ასტროფიზიკური პრობლემის გადასაჭრელად, გამოთვალა სივრცე-დროის მეტრიკა არამბრუნავი სფერული სხეულის გარეთ და შიგნით (კონკრეტულობისთვის ჩვენ მას ვარსკვლავს დავარქმევთ).

შვარცშილდის გამოთვლებიდან გამომდინარეობს, რომ ვარსკვლავის გრავიტაცია დიდად არ ამახინჯებს სივრცისა და დროის ნიუტონის სტრუქტურას მხოლოდ რომ საქმეთუ მისი რადიუსი დიდია ამაზე მეტიის სიდიდე, რომელიც ჯონ მიშელმა გამოთვალა! ამ პარამეტრს ჯერ შვარცშილდის რადიუსი ეწოდა, ახლა კი გრავიტაციულ რადიუსს უწოდებენ. ზოგადი ფარდობითობის მიხედვით, გრავიტაცია არ მოქმედებს სინათლის სიჩქარეზე, მაგრამ ამცირებს სინათლის ვიბრაციის სიხშირეს იმავე პროპორციით, რომლითაც ის ანელებს დროს. თუ ვარსკვლავის რადიუსი 4-ჯერ მეტია გრავიტაციულ რადიუსზე, მაშინ მის ზედაპირზე დროის დინება შენელდება 15%-ით და სივრცე შესამჩნევ გამრუდებას იძენს. ორმაგი სიჭარბით ის უფრო იხრება და დრო 41%-ით ანელებს მის გაშვებას. როდესაც მიიღწევა გრავიტაციული რადიუსი, ვარსკვლავის ზედაპირზე დრო მთლიანად ჩერდება (ყველა სიხშირე ნულდება, გამოსხივება იყინება და ვარსკვლავი გადის), მაგრამ სივრცის გამრუდება ჯერ კიდევ სასრულია. მზისგან შორს, გეომეტრია კვლავ ევკლიდურია და დრო არ ცვლის მის სიჩქარეს.

იმისდა მიუხედავად, რომ მიშელისა და შვარცშილდის გრავიტაციული რადიუსის მნიშვნელობები იგივეა, თავად მოდელებს საერთო არაფერი აქვთ. მიშელისთვის სივრცე და დრო არ იცვლება, მაგრამ სინათლე ნელდება. ვარსკვლავი, რომლის ზომები მის გრავიტაციულ რადიუსზე მცირეა, აგრძელებს ბრწყინავს, მაგრამ ის ჩანს მხოლოდ არც თუ ისე შორეული დამკვირვებლისთვის. შვარცშილდისთვის სინათლის სიჩქარე აბსოლუტურია, მაგრამ სივრცისა და დროის სტრუქტურა გრავიტაციაზეა დამოკიდებული. გრავიტაციული რადიუსში ჩავარდნილი ვარსკვლავი ქრება ნებისმიერი დამკვირვებლისთვის, სადაც არ უნდა იყოს ის (უფრო ზუსტად, მისი აღმოჩენა შესაძლებელია გრავიტაციული ეფექტები, მაგრამ არა რადიაციით).

ურწმუნოებიდან მტკიცებამდე

შვარცშილდი და მისი თანამედროვეები თვლიდნენ, რომ ასეთი უცნაურია კოსმოსური ობიექტებიბუნებაში არ არსებობს. თავად აინშტაინი არა მხოლოდ იცავდა ამ თვალსაზრისს, არამედ შეცდომით სჯეროდა, რომ მან შეძლო თავისი აზრის მათემატიკურად დასაბუთება.

1930-იან წლებში ახალგაზრდა ინდოელმა ასტროფიზიკოსმა, ჩანდრასეკარმა დაამტკიცა, რომ ვარსკვლავი, რომელმაც დახარჯა ბირთვული საწვავი, იშორებს თავის გარსს და იქცევა ნელ-ნელა გაცივებულ თეთრ ჯუჯად მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მისი მასა 1,4 მზის მასაზე ნაკლებია. მალე ამერიკელმა ფრიც ცვიკიმ გამოიცნო, რომ ნეიტრონული მატერიის უკიდურესად მკვრივი სხეულები წარმოიქმნება სუპერნოვას აფეთქებების დროს; მოგვიანებით იგივე დასკვნამდე მივიდა ლევ ლანდაუ. ჩანდრასეხარის მუშაობის შემდეგ აშკარა იყო, რომ მხოლოდ 1,4 მზის მასაზე მეტი მასის მქონე ვარსკვლავებს შეეძლოთ ასეთი ევოლუცია. აქედან გამომდინარე, გაჩნდა ბუნებრივი კითხვა - არსებობს თუ არა მასის ზედა ზღვარი სუპერნოვასთვის, რომელსაც ნეიტრონული ვარსკვლავები ტოვებენ?

30-იანი წლების ბოლოს ამერიკელის მომავალი მამა ატომური ბომბირობერტ ოპენჰაიმერმა აღმოაჩინა, რომ ასეთი ზღვარი ნამდვილად არსებობს და არ აღემატება რამდენიმეს მზის მასები. მაშინ შეუძლებელი იყო უფრო ზუსტი შეფასების გაკეთება; ახლა ცნობილია, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავების მასა უნდა იყოს 1,5-3 M s დიაპაზონში. მაგრამ თუნდაც დან სავარაუდო გამოთვლებიოპენჰაიმერი და მისი კურსდამთავრებული ჯორჯ ვოლკოვი მიჰყვნენ, რომ სუპერნოვაების ყველაზე მასიური შთამომავლები არ ხდებიან ნეიტრონული ვარსკვლავები, მაგრამ წადი სხვა შტატში. 1939 წელს ოპენჰაიმერმა და ჰარტლანდ სნაიდერმა იდეალიზებული მოდელის გამოყენებით დაამტკიცეს, რომ მასიური კოლაფსირებული ვარსკვლავი იკუმშება მისკენ. გრავიტაციული რადიუსი. მათი ფორმულებიდან, ფაქტობრივად, გამომდინარეობს, რომ ვარსკვლავი აქ არ ჩერდება, მაგრამ თანაავტორებმა თავი შეიკავეს ასეთი რადიკალური დასკვნისგან.

საბოლოო პასუხი მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში იქნა ნაპოვნი ბრწყინვალე თეორიტიკოსების გალაქტიკის ძალისხმევით, მათ შორის საბჭოთა. აღმოჩნდა, რომ ასეთი კოლაფსი ყოველთვისშეკუმშავს ვარსკვლავს "გაჩერებამდე", მთლიანად ანადგურებს მის ნივთიერებას. შედეგად, წარმოიქმნება სინგულარობა, გრავიტაციული ველის „ზეკონცენტრატი“, რომელიც დახურულია უსასრულოდ მცირე მოცულობით. ფიქსირებული ხვრელისთვის ეს არის წერტილი, მბრუნავი ხვრელისთვის ეს არის რგოლი. სივრცე-დროის გამრუდება და, შესაბამისად, მიზიდულობის ძალა სინგულარობის მახლობლად მიდრეკილია უსასრულობისკენ. 1967 წლის ბოლოს ამერიკელმა ფიზიკოსმა ჯონ არჩიბალდ უილერმა პირველმა უწოდა ვარსკვლავების ამგვარ საბოლოო კოლაფსს შავი ხვრელი. ახალი ტერმინიუყვარდა ფიზიკოსები და აღფრთოვანებული ჟურნალისტები, რომლებმაც ის გაავრცელეს მთელს მსოფლიოში (თუმცა ფრანგებს თავიდან არ მოსწონდათ, რადგან გამოთქმა trou noir საეჭვო ასოციაციებს მიანიშნებდა).

იქ, ჰორიზონტს მიღმა

შავი ხვრელი არც მატერიაა და არც რადიაცია. გარკვეული ფიგურატიულობით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს არის თვითშენარჩუნებული გრავიტაციული ველი, რომელიც კონცენტრირებულია სივრცე-დროის უაღრესად მრუდე რეგიონში. მისი გარე საზღვარი განისაზღვრება დახურული ზედაპირით, მოვლენათა ჰორიზონტით. თუ ვარსკვლავი კოლაფსამდე არ ბრუნავდა, ეს ზედაპირი გამოდის რეგულარული სფერო, რომლის რადიუსი ემთხვევა შვარცშილდის რადიუსს.

ფიზიკური მნიშვნელობაჰორიზონტი ძალიან ნათელია. გარე სამეზობლოდან გამოგზავნილ მსუბუქ სიგნალს შეუძლია უსასრულო მანძილის გავლა. მაგრამ შიდა რეგიონიდან გაგზავნილი სიგნალები არა მხოლოდ ჰორიზონტს არ გადაკვეთენ, არამედ აუცილებლად "ჩავარდებიან" სინგულარობაში. ჰორიზონტი არის სივრცითი საზღვარი მოვლენებს შორის, რომლებიც შეიძლება ცნობილი გახდეს ხმელეთის (და ნებისმიერი სხვა) ასტრონომებისთვის და მოვლენებს შორის, რომელთა შესახებ ინფორმაცია არავითარ შემთხვევაში არ გამოვა.

როგორც უნდა იყოს „შვარცშილდის მიხედვით“, ჰორიზონტიდან შორს, ხვრელის მიზიდულობა უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატთან, ამიტომ შორეული დამკვირვებლისთვის ის თავს ჩვეულებრივ მძიმე სხეულად ავლენს. მასის გარდა, ხვრელი მემკვიდრეობით იღებს ჩამონგრეული ვარსკვლავის ინერციის მომენტს და მის ელექტრულ მუხტს. და წინამორბედი ვარსკვლავის ყველა სხვა მახასიათებელი (სტრუქტურა, შემადგენლობა, სპექტრული ტიპიდა ა.შ.) დავიწყებაში წასვლა.

მოდით გავუგზავნოთ ზონდი ხვრელში რადიოსადგურით, რომელიც აგზავნის სიგნალს წამში ერთხელ ბორტზე დროის მიხედვით. შორეული დამკვირვებლისთვის, როდესაც ზონდი უახლოვდება ჰორიზონტს, სიგნალებს შორის დროის ინტერვალები გაიზრდება - პრინციპში, განუსაზღვრელი ვადით. როგორც კი გემი უხილავ ჰორიზონტს გადაკვეთს, ის სრულიად ჩუმად იქნება „ზედ-ხვრელის“ სამყაროსთვის. თუმცა, ეს გაქრობა უკვალოდ არ იქნება, რადგან ზონდი მისცემს ხვრელს მის მასას, მუხტს და ბრუნვას.

შავი ხვრელის გამოსხივება

ყველა წინა მოდელი აშენდა ექსკლუზიურად ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საფუძველზე. თუმცა ჩვენს სამყაროს კანონები მართავს კვანტური მექანიკა, რომელიც არ უგულებელყოფს შავ ხვრელებს. ეს კანონები არ გვაძლევს საშუალებას განვიხილოთ ცენტრალური სინგულარობა მათემატიკური წერტილი. კვანტურ კონტექსტში მისი დიამეტრი მოცემულია პლანკ-უილერის სიგრძით, დაახლოებით 10-33 სანტიმეტრის ტოლი. ამ რეგიონში ჩვეულებრივი სივრცე წყვეტს არსებობას. ზოგადად მიღებულია, რომ ხვრელის ცენტრი სავსეა სხვადასხვა ტოპოლოგიური სტრუქტურებით, რომლებიც ჩნდებიან და კვდებიან კვანტური ალბათობის კანონების შესაბამისად. ასეთი ბუშტუკოვანი კვაზისივრცის თვისებები, რომელსაც უილერმა კვანტური ქაფი უწოდა, ჯერ კიდევ ცუდად არის გასაგები.

ხელმისაწვდომობა კვანტური სინგულარობაᲛას აქვს პირდაპირი ურთიერთობაშავ ხვრელში ჩავარდნილი მატერიალური სხეულების ბედს. ხვრელის ცენტრთან მიახლოებისას, ამჟამად ცნობილი მასალებისგან დამზადებული ნებისმიერი ობიექტი დამსხვრეული და მოწყვეტილი იქნება მოქცევის ძალებით. თუმცა, მაშინაც კი, თუ მომავალი ინჟინრები და ტექნოლოგები შექმნიან სუპერ ძლიერ შენადნობებსა და კომპოზიტებს დღეს გაუგონარი თვისებებით, ისინი ყველა მაინც განწირულია გაქრობისთვის: ბოლოს და ბოლოს, სინგულარობის ზონაში არც ნაცნობი დროა და არც ნაცნობი სივრცე.

ახლა მოდით შევხედოთ ხვრელის ჰორიზონტს კვანტური მექანიკური ლინზებით. ცარიელი სივრცე — ფიზიკური ვაკუუმი- ფაქტობრივად, ის სულაც არ არის ცარიელი. ვაკუუმში სხვადასხვა ველის კვანტური რყევების გამო, ბევრი ვირტუალური ნაწილაკი მუდმივად იბადება და კვდება. ვინაიდან ჰორიზონტის მახლობლად გრავიტაცია ძალიან ძლიერია, მისი რყევები ქმნის უკიდურესად ძლიერ გრავიტაციულ აფეთქებებს. ასეთ სფეროებში გადატვირთვისას ახალშობილი „ვირტუალები“ იძენენ დამატებითი ენერგიადა ზოგჯერ ხდებიან ნორმალური ხანგრძლივ ნაწილაკებად.

ვირტუალური ნაწილაკები ყოველთვის იბადებიან წყვილებში, რომლებიც მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებები(ამას მოითხოვს იმპულსის შენარჩუნების კანონი). თუ გრავიტაციული რყევა ვაკუუმიდან გამოაქვს წყვილი ნაწილაკები, შეიძლება მოხდეს, რომ ერთი მათგანი ჰორიზონტის გარეთ მატერიალიზდეს, ხოლო მეორე (პირველის ანტინაწილაკი) შიგნით. "შინაგანი" ნაწილაკი ჩავარდება ხვრელში, მაგრამ "გარე" ნაწილაკი ხელსაყრელი პირობებიშეუძლია დატოვოს. შედეგად ხვრელი იქცევა რადიაციის წყაროდ და შესაბამისად კარგავს ენერგიას და შესაბამისად მასას. აქედან გამომდინარე, შავი ხვრელები ფუნდამენტურად არასტაბილურია.

ამ ფენომენს უწოდებენ ჰოკინგის ეფექტს, შესანიშნავის მიხედვით ინგლისური ფიზიკა- თეორეტიკოსი, რომელმაც აღმოაჩინა იგი 1970-იანი წლების შუა ხანებში. სტივენ ჰოკინგმა, კერძოდ, დაამტკიცა, რომ შავი ხვრელის ჰორიზონტი ასხივებს ფოტონებს ზუსტად ისევე, როგორც აბსოლუტურად შავი სხეული, რომელიც გაცხელებულია T = 0,5 x 10 -7 x M s / M ტემპერატურამდე. აქედან გამომდინარეობს, რომ ხვრელი თხელდება, მისი ტემპერატურა იზრდება და "აორთქლება", რა თქმა უნდა, იზრდება. ეს პროცესი უკიდურესად ნელია და M მასის ხვრელის სიცოცხლე დაახლოებით 10 65 x (M/M s) 3 წელია. როცა მისი ზომა ხდება სიგრძის ტოლიპლანკ-უილერი, ხვრელი კარგავს სტაბილურობას და ფეთქდება, ათავისუფლებს იგივე ენერგიას, რაც მილიონ ათი მეგატონის ერთდროულ აფეთქებას. წყალბადის ბომბები. საინტერესოა, რომ ხვრელის მასა გაქრობის დროს ჯერ კიდევ საკმაოდ დიდია, 22 მიკროგრამი. ზოგიერთი მოდელის მიხედვით, ხვრელი უკვალოდ არ ქრება, არამედ ტოვებს იმავე მასის სტაბილურ რელიქვიას, ე.წ.

მაქსიმონიდაიბადა 40 წლის წინ - როგორც ტერმინი და როგორც ფიზიკური იდეა. 1965 წელს აკადემიკოსმა M.A. Markov-მა თქვა, რომ არსებობს ელემენტარული ნაწილაკების მასის ზედა ზღვარი. მან შესთავაზა, რომ ეს ზღვრული მნიშვნელობა ჩაითვალოს მასის განზომილებად, რომელიც შეიძლება გაერთიანდეს სამი ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივიდან - პლანკის მუდმივი h, სინათლის სიჩქარე C და გრავიტაციული მუდმივი G (დეტალების მოყვარულებისთვის: ამისათვის საჭიროა გაამრავლეთ h და C, გაყავით შედეგი G-ზე და ამოიღეთ Კვადრატული ფესვი). ეს არის იგივე 22 მიკროგრამი, რაც სტატიაშია ნახსენები, ამ მნიშვნელობას პლანკის მასას უწოდებენ. იგივე მუდმივებიდან შესაძლებელია მნიშვნელობის აგება სიგრძის განზომილებით (გამოვა პლანკ-უილერის სიგრძე, 10 -33 სმ) და დროის განზომილებით (10 -43 წმ).
მარკოვი უფრო შორს წავიდა თავის მსჯელობაში. მისი ჰიპოთეზის მიხედვით, შავი ხვრელის აორთქლება იწვევს „მშრალი ნარჩენის“ – მაქსიმონის წარმოქმნას. მარკოვმა ასეთ სტრუქტურებს ელემენტარული შავი ხვრელები უწოდა. რამდენად შეესაბამება ეს თეორია რეალობას, ჯერ კიდევ ღია საკითხია. ნებისმიერ შემთხვევაში, მარკოვის მაქსიმონის ანალოგები აღორძინდა შავი ხვრელების ზოგიერთ მოდელში, რომელიც დაფუძნებულია სუპერსიმების თეორიაზე.

სივრცის სიღრმე

შავი ხვრელები არ არის აკრძალული ფიზიკის კანონებით, მაგრამ არსებობს თუ არა ისინი ბუნებაში? ერთი ასეთი ობიექტის სივრცეში ყოფნის აბსოლუტურად მკაცრი მტკიცებულება ჯერ კიდევ არ არის ნაპოვნი. თუმცა, ძალიან სავარაუდოა, რომ ზოგიერთ ბინარულ სისტემაში რენტგენის წყაროები ვარსკვლავური წარმოშობის შავი ხვრელია. ეს გამოსხივება უნდა წარმოიშვას ჩვეულებრივი ვარსკვლავის ატმოსფეროს მეზობელი ხვრელის გრავიტაციული ველის მიერ შეწოვის შედეგად. გაზი მოვლენის ჰორიზონტზე გადაადგილებისას ძლიერ თბება და გამოყოფს რენტგენის კვანტებს. სულ მცირე ორი ათეული რენტგენის წყარო ახლა მიჩნეულია შესაფერის კანდიდატად შავი ხვრელების როლისთვის. უფრო მეტიც, ვარსკვლავური სტატისტიკა ვარაუდობს, რომ მხოლოდ ჩვენს გალაქტიკაში არის დაახლოებით ათი მილიონი ვარსკვლავური წარმოშობის ხვრელი.

შავი ხვრელები ასევე შეიძლება წარმოიქმნას გალაქტიკის ბირთვებში მატერიის გრავიტაციული კონდენსაციის პროცესში. ასე წარმოიქმნება მილიონობით და მილიარდობით მზის მასის გიგანტური ხვრელები, რომლებიც, დიდი ალბათობით, ბევრ გალაქტიკაშია ნაპოვნი. როგორც ჩანს, ირმის ნახტომის ცენტრში, მტვრის ღრუბლებით დაფარული, არის ხვრელი, რომლის მასა 3-4 მილიონი მზის მასაა.

სტივენ ჰოკინგი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ თვითნებური მასის შავი ხვრელები შეიძლება დაბადებულიყო მაშინვე დიდი აფეთქებარამაც წარმოშვა ჩვენი სამყარო. პირველადი ხვრელები, რომელთა წონა მილიარდ ტონამდეა, უკვე აორთქლდა, მაგრამ უფრო მძიმეებს შეუძლიათ კვლავ დაიმალონ კოსმოსის სიღრმეში და დროულად მოაწყონ კოსმოსური ფეიერვერკი. ძლიერი ეპიდემიებიგამა გამოსხივება. თუმცა, ასეთი აფეთქებები აქამდე არასდროს დაფიქსირებულა.

შავი ხვრელის ქარხანა

შესაძლებელია თუ არა ამაჩქარებლის ნაწილაკების ისეთ მაღალ ენერგიამდე დაჩქარება, რომ მათი შეჯახების შედეგად წარმოიქმნას შავი ხვრელი? ერთი შეხედვით, ეს იდეა უბრალოდ გიჟურია - ხვრელის აფეთქება დედამიწაზე მთელ სიცოცხლეს გაანადგურებს. უფრო მეტიც, ეს ტექნიკურად შეუძლებელია. თუ ხვრელის მინიმალური მასა მართლაც 22 მიკროგრამია, მაშინ შიგნით ენერგეტიკული ერთეულებიეს არის 10 28 ელექტრონ ვოლტი. ეს ბარიერი 15 ბრძანებით აღემატება მსოფლიოში ყველაზე მძლავრ ამაჩქარებელს, დიდ ადრონულ კოლაიდერს (LHC), რომელიც 2007 წელს CERN-ში გაიშვება.

თუმცა, შესაძლებელია, რომ ხვრელის მინიმალური მასის სტანდარტული შეფასება მნიშვნელოვნად გადაჭარბებული იყოს. ნებისმიერ შემთხვევაში, ასე ამბობენ ფიზიკოსები, რომლებიც ავითარებენ სუპერსიმების თეორიას, რომელიც მოიცავს გრავიტაციის კვანტურ თეორიას (თუმცა შორს არის დასრულებამდე). ამ თეორიის თანახმად, სივრცეს აქვს არანაკლებ სამი განზომილება, მაგრამ მინიმუმ ცხრა. ჩვენ ვერ ვამჩნევთ ზედმეტ ზომებს, რადგან ისინი ისეთი მცირე მასშტაბითაა დაბმული, რომ ჩვენი ინსტრუმენტები მათ ვერ აღიქვამენ. თუმცა, გრავიტაცია ყველგან არის, ის ფარულ ზომებში აღწევს. AT სამგანზომილებიანი სივრცემიზიდულობის ძალა უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატთან და ცხრა განზომილებაში მერვე ხარისხთან. ამიტომ, in მრავალგანზომილებიანი სამყაროგრავიტაციული ველის ინტენსივობა მანძილის კლებასთან ერთად იზრდება ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე სამ განზომილებაში. ამ შემთხვევაში პლანკის სიგრძე ბევრჯერ იზრდება და ხვრელის მინიმალური მასა მკვეთრად ეცემა.

სიმების თეორია პროგნოზირებს, რომ შავი ხვრელი მხოლოდ 10-20 გ მასით შეიძლება დაიბადოს ცხრაგანზომილებიან სივრცეში. რელატივისტური მასაპროტონები აჩქარდნენ ზერნის სუპერაჩქარებელში. ყველაზე ოპტიმისტური სცენარის მიხედვით, მას ყოველ წამში ერთი ხვრელის გამომუშავება შეეძლება, რომელიც დაახლოებით 10 -26 წამს იცოცხლებს. მისი აორთქლების პროცესში დაიბადება ყველა სახის ელემენტარული ნაწილაკი, რომლის რეგისტრაციაც ადვილი იქნება. ხვრელის გაქრობა გამოიწვევს ენერგიის გამოყოფას, რაც საკმარისი არ არის თუნდაც ერთი მიკროგრამი წყლის გასათბობად მეათასედ გრადუსზე. ამიტომ, არსებობს იმედი, რომ LHC გადაიქცევა უვნებელი შავი ხვრელების ქარხანად. თუ ეს მოდელები სწორია, მაშინ ახალი თაობის ორბიტალური კოსმოსური სხივების დეტექტორებიც შეძლებენ ასეთი ხვრელების აღმოჩენას.

ყოველივე ზემოთქმული ეხება სტაციონალურ შავ ხვრელებს. იმავდროულად, არის ასევე მბრუნავი ხვრელები, რომლებსაც აქვთ ბუკეტი ყველაზე საინტერესო თვისებები. შავი ხვრელის გამოსხივების თეორიული ანალიზის შედეგებმა ასევე გამოიწვია ენტროპიის კონცეფციის სერიოზული გადახედვა, რაც ასევე იმსახურებს ცალკე განხილვას. ამის შესახებ დაწვრილებით შემდეგ ნომერში.

შავი ხვრელების არსებობის ჰიპოთეზა პირველად წამოაყენა ინგლისელმა ასტრონომმა ჯ.მიშელმა 1783 წელს. კორპუსკულური თეორიასინათლე და ნიუტონის გრავიტაციის თეორია. იმ დროს ჰიუგენსის ტალღის თეორია და მისი ცნობილი ტალღის პრინციპიუბრალოდ დავიწყებას მიეცა. ტალღის თეორიას არ უშველა ზოგიერთი პატივცემული მეცნიერის, კერძოდ, ცნობილი პეტერბურგელი აკადემიკოსების მ.ვ. ლომონოსოვი და ლ. ეილერი. მსჯელობის ლოგიკა, რომელმაც მიშელი მიიყვანა შავი ხვრელის კონცეფციამდე, ძალიან მარტივია: თუ სინათლე შედგება მანათობელი ეთერის ნაწილაკებისგან, მაშინ ეს ნაწილაკები, ისევე როგორც სხვა სხეულები, უნდა განიცადონ მიზიდულობა გრავიტაციული ველიდან. შესაბამისად, რაც უფრო მასიურია ვარსკვლავი (ან პლანეტა), მით უფრო დიდია მიზიდულობა მისი მხრიდან სხეულებისკენ და მით უფრო რთულია სინათლის გასვლა ასეთი სხეულის ზედაპირიდან.

შემდგომი ლოგიკა ვარაუდობს, რომ ბუნებაში შეიძლება იყოს ასეთი მასიური ვარსკვლავები, რომლის მიზიდულობასაც კორპუსკულები ვეღარ გადალახავს და გარე დამკვირვებელს ისინი ყოველთვის შავი გამოჩნდებიან, თუმცა თავადაც შეუძლიათ მზესავით კაშკაშა ბრწყინვალებით ბრწყინავდნენ. ფიზიკურად, ეს ნიშნავს, რომ მეორე კოსმოსური სიჩქარე ასეთი ვარსკვლავის ზედაპირზე არ უნდა იყოს სინათლის სიჩქარეზე ნაკლები. მიშელის გამოთვლები აჩვენებს, რომ სინათლე არასოდეს დატოვებს ვარსკვლავს, თუ მისი რადიუსი მზის საშუალო სიმკვრივით არის 500 მზის. ასეთ ვარსკვლავს უკვე შეიძლება ეწოდოს შავი ხვრელი.

13 წლის შემდეგ ფრანგმა მათემატიკოსმა და ასტრონომმა პ.ს. ლაპლასმა, დიდი ალბათობით, მიშელისგან დამოუკიდებლად გამოთქვა მსგავსი ჰიპოთეზა ასეთი ეგზოტიკური ობიექტების არსებობის შესახებ. რთული გამოთვლის მეთოდის გამოყენებით, ლაპლასმა აღმოაჩინა სფეროს რადიუსი მოცემული სიმკვრივისთვის, რომლის ზედაპირზე პარაბოლური სიჩქარე უდრის სინათლის სიჩქარეს. ლაპლასის აზრით, სინათლის კორპუსები, როგორც გრავიტაციული ნაწილაკები, უნდა დაყოვნებული იყოს მასიური ვარსკვლავების გამო, რომლებიც ასხივებენ შუქს, რომლებსაც აქვთ სიმკვრივე. სიმკვრივის ტოლიდედამიწა და რადიუსი მზეზე 250-ჯერ მეტია.

ლაპლასის ეს თეორია მხოლოდ მის პირველ ორ გამოცემაში შევიდა ცნობილი წიგნი 1796 და 1799 წლებში გამოქვეყნებული "განცხადება სისტემის შესახებ". დიახ, შესაძლოა ავსტრიელი ასტრონომი ფ.კ.ფონ ზახიც კი დაინტერესდა ლაპლასის თეორიით, რომელმაც გამოაქვეყნა იგი 1798 წელს სათაურით "თეორემის მტკიცებულება იმისა, რომ მძიმე სხეულის მიზიდულობის ძალა შეიძლება იყოს იმდენად დიდი, რომ სინათლე ვერ გამოვა მისგან".

ამ ეტაპზე შავი ხვრელების შესწავლის ისტორია 100 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში შეჩერდა. როგორც ჩანს, თავად ლაპლასმა ჩუმად მიატოვა ასეთი ექსტრავაგანტული ჰიპოთეზა, რადგან მან გამორიცხა იგი თავისი წიგნის ყველა სხვა სიცოცხლის გამოცემიდან, რომელიც გამოქვეყნდა 1808, 1813 და 1824 წლებში. შესაძლოა, ლაპლასს არ სურდა კოლოსალური ვარსკვლავების თითქმის ფანტასტიკური ჰიპოთეზის გამეორება, რომლებიც სინათლეს აღარ ასხივებენ. შესაძლოა მას შეაჩერა ახალი ასტრონომიული მონაცემები სინათლის აბერაციის სიდიდის უცვლელობის შესახებ სხვადასხვა ვარსკვლავები, რაც ეწინააღმდეგებოდა მისი თეორიის ზოგიერთ დასკვნას, რის საფუძველზეც მან დააფუძნა თავისი გამოთვლები. მაგრამ უმეტესობა სავარაუდო მიზეზიის, რომ ყველამ დაივიწყა მიშელ-ლაპლასის იდუმალი ჰიპოთეტური ობიექტები, არის სინათლის ტალღური თეორიის ტრიუმფი, რომლის ტრიუმფალური მსვლელობა დაიწყო მე-19 საუკუნის პირველი წლიდან.

ამ ტრიუმფის დასაწყისი ჩაუყარა ინგლისელი ფიზიკოსის ტ. იუნგის ბუკერის ლექციას "შუქისა და ფერის თეორია", რომელიც გამოქვეყნდა 1801 წელს, სადაც იუნგი თამამად, ნიუტონისა და კორპუსკულური თეორიის სხვა ცნობილი მხარდამჭერების (მათ შორის ლაპლასის) საწინააღმდეგოდ. , გამოკვეთა სინათლის ტალღური თეორიის არსი და თქვა, რომ გამოსხივებული შუქი შედგება მანათობელი ეთერის ტალღის მსგავსი მოძრაობებისგან. სინათლის პოლარიზაციის აღმოჩენით შთაგონებულმა ლაპლასმა დაიწყო სხეულების „გადარჩენა“ კრისტალებში სინათლის ორმაგი გარდატეხის თეორიის აგებით, რომელიც ეფუძნება ბროლის მოლეკულების ორმაგ მოქმედებას სინათლის კორპუსებზე. მაგრამ ფიზიკოსების შემდგომი ნამუშევრები O.Zh. Fresnel, F.D. არაგონმა, ჯ. ფრაუნჰოფერმა და სხვებმა ქვა არ დატოვეს კორპუსკულარულ თეორიაში, რომელიც სერიოზულად გაიხსენეს მხოლოდ ერთი საუკუნის შემდეგ, კვანტების აღმოჩენის შემდეგ. ყველა მსჯელობა შავი ხვრელების შესახებ სინათლის ტალღის თეორიის ფარგლებში იმ დროს სასაცილოდ გამოიყურებოდა.

შავი ხვრელები მაშინვე არ ახსოვდათ სინათლის კორპუსკულური თეორიის „რეაბილიტაციის“ შემდეგ, როდესაც მათ დაიწყეს მასზე საუბარი ახალ ხარისხობრივ დონეზე, კვანტების (1900) და ფოტონების (1905) ჰიპოთეზის წყალობით. შავი ხვრელები მეორედ აღმოაჩინეს მხოლოდ ზოგადი ფარდობითობის შექმნის შემდეგ, 1916 წელს, როდესაც გერმანელმა თეორიულმა ფიზიკოსმა და ასტრონომმა კ. მზის მიდამოებში. შედეგად, მან ხელახლა აღმოაჩინა შავი ხვრელების ფენომენი, მაგრამ უფრო ღრმა დონეზე.

შავი ხვრელების საბოლოო თეორიული აღმოჩენა მოხდა 1939 წელს, როდესაც ოპენჰაიმერმა და სნაიდერმა შეასრულეს აინშტაინის განტოლებების პირველი აშკარა ამონახსნები მტვრის ღრუბლიდან შავი ხვრელის წარმოქმნის აღწერისას. თავად ტერმინი „შავი ხვრელი“ პირველად შემოიტანა მეცნიერებაში ამერიკელმა ფიზიკოსმა ჯ. უილერმა 1968 წელს, ფარდობითობის, კოსმოლოგიისა და ასტროფიზიკის მიმართ ინტერესის სწრაფი აღორძინების წლებში, რაც გამოწვეული იყო ექსტრაატმოსფერული მიღწევებით (კერძოდ. , რენტგენი) ასტრონომია, აღმოჩენა რელიქტური გამოსხივება, პულსარები და კვაზარები.

შავი ხვრელების ისტორია

ალექსეი ლევინი

სამეცნიერო აზროვნება ზოგჯერ არ აყალიბებს ობიექტებს ისეთი პარადოქსული თვისებებით, რომ ყველაზე გამჭრიახი მეცნიერებიც კი თავიდან უარს ამბობენ მათ აღიარებაზე. თანამედროვე ფიზიკის ისტორიაში ყველაზე თვალსაჩინო მაგალითია შავი ხვრელებისადმი ინტერესის გრძელვადიანი ნაკლებობა, გრავიტაციული ველის უკიდურესი მდგომარეობა, რომელიც იწინასწარმეტყველეს თითქმის 90 წლის წინ. დიდი ხნის განმავლობაში ისინი ითვლებოდნენ წმინდა თეორიულ აბსტრაქციად და მხოლოდ 1960-70-იან წლებში დაიჯერეს მათი რეალობა. თუმცა, შავი ხვრელების თეორიის ძირითადი განტოლება მიღებული იქნა ორასი წლის წინ.