www.sciaga4U.prv.pl - Fizyka - Czarne dziury




Czarne dziury

27 lipiec 2000



Zanim
przejdę do opisów ... Przyznaję, że temat nie był łatwy,
zważywszy na to, że wypada rozumieć to, o czym zamierza się
napisać, aby było to w miarę sensowne. Do tego, że przy
pierwszym podejściu nie mam zielonego pojęcia o co chodzi - zdążyłam
się już przyzwyczaić - w końcu uczę się fizyki już piąty
rok. Cóż, Niektórzy zwykli mawiać, że
"FIZYKA JEST PIĘKNA BO JEST PROSTA", ale mi pozostaje
jedynie kilka razy przeczytać to samo i mieć nadzieję, że
ponieważ naturalnie "WYOBRAŹNIA JEST WAŻNIEJSZA OD WIEDZY"
to moja wyobraźnia da o sobie znać ... :)
A trzeba przyznać - tutaj faktycznie hasło numer 2 jest bardzo
przydatne.
Najprościej o czarnej dziurze napisać można, że jest ona
"prostą i nieuchronną konsekwencją dwóch faktów:istnienia
grawitacji, czyli siły powszechnej i zawsze przyciągającej,
oraz tego, że nic nie może się poruszać z prędkością większą
niż światło." Teraz wyobrazić sobie trzeba, że utknęło
się na jakiejś plancie i aby ją opuścić, trzeba wystrzelić
się w górę. Jeśli prędkość początkowa będzie wystarczająca
to uda nam się całkowicie oderwać od planety. Prędkość
ucieczki zależeć będzie od masy planety i jej rozmiarów. Jest
ona tym większa im większa masa i mniejszy promień tzn. im gęściej
"upakowana" jest materia. Czarna dziura to ciało, które
kurczy się do takich rozmiarów aby prędkość niezbędna do
tego aby je opuścić przekracza prędkość światła. W takiej
sytuacji ani światło, ani nic innego nie może się od niej
oderwać.
W roku 1915 dokonała się w fizyce wielka rewolucja - za sprawą
Alberta Einsteina. Ogłosił on równania swojej teorii
grawitacji, bardziej znane pod nazwą Ogólnej Teorii Względności.
Efektem pracy Einsteina była gruntowna rewizja dotychczasowych
poglądów na temat struktury czasu i przestrzeni. Jego teoria
nie przewidywała jednak istnienia czarnych dziur a jedynie
dopuszczała ich istnienie jako załamanie czasoprzestrzeni pod
wpływem masywnego ciała. Jednym z rozwiązań równań
Einsteina jest zupełnie zwariowany obiekt, którego cała masa
skupiona jest w jednym punkcie(zwanym osobliwością) a geometria
czasoprzestrzeni zabrania ucieczki czemukolwiek, co znajdzie się
w odległości mniejszej niż tzw. promień Schwarzhilda*.
Jak czarne dziury mogą powstawać? Wiadomo, że jest to masywny
obiekt, który generuje takie pole grawitacyjne, że aby z niego
uciec trzeba się poruszać z prędkością światła. Jeśli
czarna dziura ma jeszcze większą masę to nic nie jest w stanie
się z niej wydostać, nawet pojedynczy foton światła. Jak
odkrył Hubble wszechświat nieustannie rozszerza się z dużymi
prędkościami. Jest to następstwem oddalania się od siebie
niezliczonej ilości galaktyk. Gdyby było tak do końca, kosmos
stawał by się coraz zimniejszy i pusty, doprowadziłoby to do
jego śmierci. Jest jednak siła, która może zwolnić a nawet
powstrzymać tę ekspansję. To siła grawitacji. Nawet po śmierci
gwiazdy, jej oddziaływanie trwa nadal. Astronomowie przypuszczają,
że te martwe obiekty (czarne dziury)mogą kształtować przyszłość
wszechświata. W cyklu śmierci gwiazdy, wyróżnia się następujące
jej postacie:
- biały karzeł jest to pozostałość po "zmarłej"
gwieździe. To jądro gwiazdy wielkości Słońca, które zapadło
się pod wpływem działania siły ciężkości, gdy wypaliło się
jej paliwo. Ma ono tak wielką gęstość, że jego materia
wielkości kostki cukru ważyłaby na Ziemi tonę. Biały karzeł
stygnie coraz bardziej, gdyż nie ma źródła energii. Może on
jedynie wypromieniować swoje ciepło w przestrzeń kosmiczną. Z
upływem lat stygnie, aż wreszcie staje się bryłą zimnego żużlu.
- Niektóre gwiazdy, dużo większe od słońca, kiedy osiągają
kres swojego życia, wybuchają w eksplozji nazywanej SUPERNOWA.
Jądro gwiazdy pod wpływem siły wybuchu , zaczyna się kurczyć,
tworząc jakby olbrzymie jądro
- atomu. Wytwarza ona pole magnetyczne miliony razy większe od
ziemskiego. Gwiazda ta wiruje ... Podczas tego procesu wytwarza
skupioną wiązkę promieniowania, która jak latarnia morska
omiata przestrzeń. Z powodu pulsujących sygnałów, gwiazdy te
otrzymały nazwę pulsarów.
- Po wybuchu jeszcze cięższych gwiazd (ok. 20x) pozostaje
czarna dziura, obiekt, którego siła ciężkości jest tak
ogromna, że nic nie może z niego uciec.

Gdybyśmy chcieli odwiedzić czarną dziurę ... co stałoby się
wtedy ?
Jest to wręcz nieprawdopodobna teoria. Niektórzy twierdzą, że
te obiekty są tunelami do innego wszechświata (!!!), ale nie
stabilnymi ... Najmniejsze zakłócenie spowodowałoby ich odcięcie,
i niemożliwością stałoby się przedostanie przez nie. Czarna
dziura zakłóca czas w taki sposób, że jeśli dla kogoś kto
do niej wpada upływają dwie sekundy, to na zewnątrz mija cała
wieczność. W środku panuje koniec przestrzeni i czasu, po
prostu ... koniec wszystkiego.
W roku 1970 Hawking teoretycznie przewidział, że czarne dziury
mogą parować. Okazuje się, że aby czarna dziura o masie 4 mas
słońca wyparował, to musi upłynąć 10 lat
gdy czas życia wszechświata to 10 lat! Im mniejsza masa, tym
szybciej paruje im większa - tym wolniej.
Końcowe produkty ewolucji gwiazd to - biały karzeł(od 0,2 do 1,5
mas Słońca, promień gwiazdy:od 5000 do 10 000 km, gęstość :
1t/1cm ) - nie jest to czarna dziura
- gwiazda neutronowa (powstaje w wyniku wybuchu supernowej, masa:
do 3 mas słońca, promień ok. 10km, średnia gęstość:1mld/1cm
- czarna dziura powstaje w wyniku zapadnięcia się w sobie
gwiazdy neutronowej
masa:powyżej 3 mas słońca, promień:kilka km, gęstość:nieokreślona
do nieskończoności.

*PROMIEŃ SZWARZHILDA - nazwany na cześć człowieka, który
rozwiązał równania grawitacyjne czarnej dziury - wyznacza sferę
wokół osobliwości oddzielającą nasz świat od tego co jest
"w środku" dziuryPowierzchnia tej sfery zwana jest
horyzontem i taką właśnie funkcję pełni: spoza horyzontu
niczego nie można dostrzec. A jeśli już coś pod ten horyzont
wleci to już się nie wydostanie. W tym sensie czarna dziura
jest "żarłoczna" gdyż pochłania wszystko co w nią
wpadnie. Dotyczy to tylko ciał, które znajdą się w jej bezpośrednim
pobliżu gdyż z dużej odległości czarna dziura oddziałuje
grawitacyjnie dokładnie tak samo jak każda inna gwiazda.




Copyright (c)
Przemysław G., Sciaga4U '2000