Lucruri interesante despre găurile negre şi ceea ce le face mai mult sau mai puţin deosebite de orice altceva în Univers.
1. Ce este o gaură neagră?
Proprietatea principală care definește o gaură neagră este orizontul său, care este granița unei regiuni din care nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa.
Dacă regiunea rămâne deconectată pentru totdeauna, vorbim de un orizont de evenimente. Dacă este deconectată doar temporar, putem vorbi de un orizont aparent.
Dar, temporar ar putea înseamna, de asemenea, că regiunea rămâne deconectată pentru o perioadă mai mare decât vârsta actuală a universului.
În cazul în care orizontul găurii negre este temporar, dar a existat de foarte mult timp, diferența dintre ambele cazuri nu pot fi observate.
2. Cât de mari sunt găurile negre?
Puteţi să vă imaginați orizontul găurii negre ca o sferă, iar diametrul ei direct proporțional cu masa găurii negre. Deci, cu cât mai multă masă cade în gaura neagră, cu atât mai largă ea devine.
Totuşi, comparativ cu obiectele stelare găurile negre sunt mici, deoarece masa lor a fost comprimată de presiunea gravitațională enormă într-un volum foarte şi foarte mic .
De exemplu, raza unei găuri negre cu o masă aproximativ egală cu cea a Pământului este doar de câțiva milimetri.
Pentru comparație, raza actuală a Pământului este aproximativ de 10 miliarde de ori mai mare.
Raza unei găuri negre se numeşte raza Schwarzschild, după numele lui Karl Schwarzschild, care primul a dedus gaura neagră ca o soluție a Teoriei Relativității a lui Einstein.
Vedeţi şi: 10 curiozitaţi din fizică şi lucruri ciudate.
3. Ce se întâmplă la orizont?
Cel ce va avea norocul sau ghinionul să traverseze orizontul găurii negre, nu va observa nimic diferit în împrejurimile imediate.
Aceasta este o consecință directă a echivalenţei lui Einstein, care presupune că nu se poate face diferență între accelerația într-un spaţiu plat şi un câmp gravitațional ce determină curbura spațiului.
Cu toate acestea, un observator aflat departe de gaura neagră, care urmărește pe cineva ce cade în ea, va remarca că pe măsură ce persoana se va apropia mai tare de orizontul găurii negre ea se va mişca din ce în ce mai lent.
Se pare că acest lucru are loc din cauză că timpul merge din ce în ce mai lent în apropiere de orizontul găurii negre.
Dar, pentru observatorul aflat în cădere, trecerea peste orizontul evenimentelor va dura o perioadă finită de timp, pentru ca în cele din urmă să se regăsească în interiorul acelei raze Schwarzschild.
Cea ce veți resimți în orizont depinde de forțele mareice a câmpului gravitațional. Forțele mareice la orizont sunt invers proporționale cu pătratul masei găurii negre.
Acest lucru înseamnă că, cu cât mai mare şi masivă este gaura neagră cu atât forţele sunt mai mici.
În cazul în care gaura este suficient de masivă, s-ar putea să treceți orizontul înainte de a vă da seama ce sa întâmplat.
În rezultatul acțiunii acestor forțe mareice veți fi întins: pentru acest efect fizicienii utilizează termenul de „spaghettification”.
La începuturile Teoriei Generale a Relativităţii se credea că există o singularitate la orizont, dar acest lucru sa dovedit a fi greşit.
[iframe id=”https://player.vimeo.com/video/8818891″ mode=”normal”]
4. Ce este în interiorul unei găuri negre?
Nimeni nu știe cu adevărat, dar se poate spune cu siguranță că nu e un raft cu cărți!
Teoria Generală a Relativității prezice în interiorul găurii negre existenţa singularității, un loc unde forţele mareice devin infinit de mari, şi deodată ce treceţi de orizont, nu veţi evita prăbuşirea în singularitate.
Din păcate, teoria relativităţii nu e cea mai bună pentru a fi aplicată aici, deoarece ştim, aici ea nu mai funcţionează.
Pentru a fi capabili să spunem ce se află în interiorul unei găuri negre, am avea nevoie de o teorie a gravităţii cuantice.
În general, se crede că această teorie ar înlocui singularitatea cu altceva.
[iframe id=”https://www.youtube.com/embed/kiiZJ1hwg8w” mode=”normal”]
5. Cum se crează găurile negre?
În prezent se ştiu patru moduri diferite de formare a găurilor negre. Cea mai bine înţeleasă este cea a colapsului stelar.
O stea suficient de mare va forma o gaură neagră după ce fuziunea sa nucleară se va opri, deoarece a fuzionat tot ce se putea.
Când presiunea generată de fuziune se opreşte, materia începe să cadă spre propriul său centru gravitaţional, devenind din ce în ce mai dens.
În cele din urmă devine atât de densă, încât nimic nu mai poate depăşi atracţia gravitaţională de pe suprafaţa stelelor: din acest moment putem vorbi despre o nouă gaura neagră creată.
Ele sunt numite „găuri negre de masă stelară” şi sunt cele mai simple.
Următorul tip, sunt „găurile negre supermasive”, care pot fi găsite în centrele multor galaxii şi au mase aproximativ de un miliard de ori mai mari decât găurile negre de masă stelară.
Modul exact în care ele se formează nu este până la urmă clar.
Se crede că odată ele au apărut ca nişte găuri de masă stelară, care în centrele galactice dens populate au înghiţit multe alte stele şi au crescut.
Cu toate acestea, ele par a fi consumat materie mai rapid decât sugerează această idee simplă, iar modul în care le reușește acest lucru, rămâne încă un subiect de cercetare.
O idee mai controversată sunt „găurile negre primordiale”, care s-ar fi format la colapsul gravitațional al unei stele mari, dar la o densitate extrem de mare a materiei, prezentă în timpul expansiunii timpurii a universului.
Deşi, aceasta este posibil, este dificil să găsim un model ce le-ar crea fără a le produce în cantități prea mari.
În cele din urmă există o idee foarte speculativă, precum că găurile negere mici cu mase similare cu cele a bosonului Higgs se pot forma în LHC (Large Hadron Collider, din engleză, Mare Accelerator de Hadroni).
Aceasta funcţionează numai dacă universul nostru ar avea dimensiuni mai mari. Până în prezent, nu a existat nici o observaţie ce ar confirma acest lucru.
Vedeţi şi: 20 de curiozităţi despre univers şi informaţii interesante
6. De unde noi ştim că găurile negre există?
Noi avem o mulţime de dovezi observaţionale pentru obiecte foarte compacte, cu mase mari şi care nu emit lumină.
Aceste obiecte se divulgă pe ele însuşi de atracția lor gravitațională, de exemplu prin afectarea mișcării altor stele sau nori de gaz din jurul lor.
De asemenea, ele provoacă aşa numitul efect, lentile gravitaționale.
În plus, noi ştim că aceste obiecte nu au o suprafaţă dură.
Putem afirma acest lucru reieșind din observații, deoarece spre deosebire de materia ce se prăbușește printr-un orizont, cea care cade pe un obiect cu suprafaţă dură ar provoca o emisie de particule.
Un experiment viitor, numit „Event Horizon Telescope”, va avea ca scop căutarea unui alt semn distinctiv al găurilor negre, sfera fotonică (en) a lor.
De fapt, acesta este un efect extrem al lentilelor gravitaționale.
7. De ce Hawking a afirmat că găurile negre nu există?
El susţine că găurile negre nu au un orizont a evenimentelor etern, ci doar un orizont aparent temporar (vedeţi punctul 1).
Dacă să utilizăm o terminologie strictă, şi nu una generală, atunci putem vorbi de o gaură neagră doar în cazul prezenţei unui orizont al evenimentelor.
8. Cum pot găurile negre să emită radiaţie?
Găurile negre emit radiaţii provenite de la efectele cuantice.
Este important de reţinut că acestea sunt efecte cuantice ale materiei şi nu efecte cuantice ale gravităţii.
Ceia ce se întâmplă este că, dinamicul spaţiu-timp a unei găuri negre aflate în colaps schimbă noţiunea de particulă pe care o ştim noi.
În acelaş mod cum trecerea timpului devine distorsionată în apropiere de gaura neagră, astfel şi noţiunea de particule depinde observator.
Mai ales atunci, când în timp ce observatorul care cade în gaura neagră crede că el cade în vid, observatorul aflat departe de gaura neagră nu o percepe ca vidă, dar din contra o vede plină de particule.
Acest efect este provocat de întinderea spațiului-timpului.
Pentru prima dată descoperită de Stephen Hawking, această radiaţie emisă de găurile negre a fost numită „Radiaţia Hawking”.
Ea are o temperatură invers proporțională cu masa găurii negre: cu cât gaura neagră este mai mică, cu atât ea este mai fierbinte.
Astfel, găurile negre stelare şi supermasive despre care ştim, au temperatura mult sub cea a Radiaţiei Cosmice de Fond (radiaţie răspândită în tot Universul, rămasă după Big Bang) şi nu poate fi observată.
Video: Ce este radiaţia Hawking (activaţi subtitrele în română)
9. Ce este paradoxul pierderii informaţiei?
Paradoxul pierderii informaţiei este cauzată de emisia radiaţiei Hawking.
Această radiaţie este pur termică, cea ce înseamnă că ea este întâmplătoare, cu excepţia faptului că are o temperatură specifică.
Astfel, însăşi radiaţia nu conţine nici o informaţie despre cea ce a format gaura neagră.
Dar, în timp ce găurile negre emit radiaţii, ele pierd din masa sa şi în rezultat se micșorează.
În cele din urmă, gaura neagră va fi transformată în totalitate în radiaţii întâmplătoare, iar cantitatea de radiaţie care va rămâne, va depinde doar de masa găurii negre.
Asta nici într-un caz nu depinde de detaliile materiei care au format-o sau de cea ce a căzut mai târziu în ea.
Prin urmare, dacă se ştie doar starea finală a evaporării, nu se poate afla nimic despre ceea ce a format gaura neagră.
Un astfel de proces este numit „ireversibil” – şi problema constă în faptul că în mecanica cuantică nu există astfel de procese.
Aşa dar, evaporarea găurii negre este incompatibilă cu teoria cuantică aşa cum o ştim noi, conform căreia, totuşi careva informaţie ar fi trebuit să se păstreze.
Cumva această inconsecvenţă va trebui să fie eliminată.
Potrivit majorităţii fizicienilor, soluţia ar fi că, radiaţia Hawking în cele din urmă trebuie să conţin careva informaţii.
10. Ce a propus recent Hawking pentru a rezolva problema pierderii informației găurilor negre?
Ideea este că, găurile negre au o modalitate de a stoca informaţii, care până în prezent a fost neglijată.
Aceste informaţii sunt stocate în orizontul găurii negre şi pot provoca schimbări minuscule a particulelor din radiaţia Hawking.
În aceste mici schimbări s-ar putea să exista mici informaţii despre materia înghiţită de gaura neagră.
Exact cum ar trebui să funcţioneze acest lucru, în prezent rămâne în totalitate neclar.
Oamenii de ştiinţă sunt în așteptarea unei lucrări tehnice mai detailate, efectuate de Stephen Hawking în colaborare cu Malcom Perry şi Andrew Strominger.
Lucrarea se zvonește să apară la sfârșitul lui septembrie.
La acest moment, suntem siguri că există găuri negre, ştim unde sunt, cum se formează şi cum ele în cele din urmă încetează să existe.
Dar, detaliile referitor la informaţia care a nimerit ele şi ceea ce se întâmplă după, este încă o bătaie de cap.
O problemă specifică în tot universul doar găurilor negre.
Sursă: Medium
Lasă un răspuns