в черной дыре такое творится астронавт объясняет вселенную
За пределами Млечного Пути нашли черную дыру
Астрономы обнаружили небольшую черную дыру за пределами Млечного Пути, впервые использовав для этого наземный телескоп — VLT (Very Large Telescope) в Чили. Этот метод может поспособствовать обнаружению скрытых черных дыр в Млечном Пути и близлежащих галактиках, а также пролить свет на то, как эти загадочные объекты возникают и эволюционируют. Об этом сообщается в пресс-релизе на EurekAlert!.
Черная дыра находится в NGC 1850, рассеянном скоплении из тысяч звезд на расстоянии примерно 160 тысяч световых лет от Земли, в Большом Магеллановом Облаке, соседней с Млечным Путем галактике. Масса экзотического объекта в 11 раз превышает массу Солнца. Черную дыру обнаружили благодаря гравитационному воздействию, которое она оказывает на ближайшую звезду массой в пять Солнц.
Астрономы ранее находили такие маленькие черные дыры «звездной массы» в других галактиках, улавливая рентгеновское свечение, испускаемое при поглощении вещества, или гравитационные волны, возникающие при столкновении черных дыр друг с другом или с нейтронными звездами. Впервые подобный объект был найден с помощью наземных наблюдений, нацеленных на поиск признаков гравитационного возмущения, оказываемого черной дырой на соседнюю звезду.
Использование динамического метода в аналогичных звездных скоплениях поможет открыть еще больше молодых черных дыр и выяснить механизм их эволюции.
Спектр масс черных дыр объяснили расширением Вселенной
NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman and Brian P. Powell
Физики предложили способ согласовать наблюдаемый спектр масс черных дыр с его формой, предсказанной теоретиками. Их гипотеза заключается в том, что масса черных дыр растет в процессе расширения Вселенной. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.
С момента первой регистрации слияния двух черных дыр в 2016 году, научные коллективы LIGO и Virgo сообщили о примерно 50 достоверно зарегистрированных событиях такого типа. Физики наблюдали их методами гравитационной астрономии — регистрировали на Земле гравитационные волны, которые черные дыры излучают при слиянии. Спектр и интенсивность гравитационного излучения совпадают с предсказаниями Общей теории относительности, если сливающиеся объекты — это две керровские черные дыры (то есть имеют ненулевой момент вращения).
Группа американских физиков под руководством Кевина Крокера (Kevin Croker) из Гавайского университета в Маноа предложила теоретическую модель, разрешающую это противоречие. Дело в том, что решение Керра при удалении от сингулярности черной дыры плавно переходит в статичное плоское пространство. Но известно, что наша Вселенная расширяется, и пространство является статичным лишь приближенно. Идея физиков заключается в том, что если черная дыра существует так долго, что за время ее жизни Вселенная успевает существенно расшириться, то приближение, в котором реальная черная дыра описывается решением Керра, может перестать выполняться.
Расширение Вселенной математически описывается с помощью масштабного фактора, пропорционального расстоянию между двумя покоящимися частицами с течением времени. Исследователи заметили, что спектр масс черных дыр можно согласовать с наблюдениями, если масса черной дыры не постоянна, как в решении Керра, а растет пропорционально масштабному фактору a в некоторой положительной степени k даже если черная дыра не поглощает никакого вещества. Такой закон изменения массы похож на закон уменьшения энергии излучения при расширении Вселенной, которая изменяется обратно пропорционально масштабному фактору, или на то, как ведет себя темная энергия, чья масса растет пропорционально a в третьей степени.
Чтобы проверить свое предположение, физики провели моделирование эволюции миллиона систем двойных звезд, коллапсирующих затем в черные дыры, при нескольких различных степенях k (решение Керра соответствует k = 0). Оказалось, что если эта степень близка к 0,5, то получающийся спектр масс черных дыр достаточно близок к наблюдаемому.
Спектр масс черных дыр в двойных системах. Оранжевому цвету соответствует обычное решение Керра, а сиреневому — закон роста массы со степенью k = 0,5. Более темные области соответствуют отклонению от среднего 1σ, а более светлые — 2σ. Черные точки с доверительными интервалами обозначают данные наблюдений. На горизонтальной оси отмечена масса черной дыры, а на вертикальной — красное смещение, линейно связанное с расстоянием двойной системы от Земли
Kevin S. Croker et al. / The Astrophysical Journal Letters, 2021
Парадокс Черной Дыры
Наша Вселенная может быть голограммой.
Черные дыры — великие поглотители Вселенной. Они разрушают всё, не позволяя ничему сохраниться, как только оно пересечёт горизонт событий дыры. У них имеется свой огромный центр тяжести от того, что они разрушили звезды и сконцентрировали огромное количество вещества в очень маленьком пространстве. Своим притяжением они буквально разрывают материю на элементарные частицы, всасывая их в свое таинственное темное ядро.
Но что именно происходит со всей материей и энергией, которые поглощает черная дыра? Их нельзя просто стереть, так как наши знания о квантовой механике запрещают это. Наше понимание состоит из информации, существующей вечно в законе сохранения квантовой информации. Это основа квантовой механики. Сама информация представляет собой специфическое расположение определенного количества частиц, например, способ расположения двух атомов водорода и одного атома кислорода дает нам информацию о том, что это вода. Согласно квантовой механике, если бы мы смогли отслеживать все атомы, частицы и волны излучения, то мы теоретически могли бы видеть всю историю нашей Вселенной.
Поэтому, если мы не перепишем квантовую механику и общую теорию относительности, эта информация должна продолжать существовать внутри черной дыры. Но, как показал Стивен Хокинг тем, что теперь называется излучением Хокинга, черные дыры испаряются и сбрасывают свою массу в течение невероятно длительных периодов времени. Эта потеря массы означала бы, что информация теряется навсегда. Выводы Хокинга были настолько противоречивыми, что его коллегам-ученым потребовалось некоторое время, чтобы принять их и признать их важность, в конечном итоге назвав его информационным парадоксом черной дыры.
Прежде чем мы перейдем к возможным решениям этого парадокса, есть еще несколько моментов об информации и черных дырах.
Как только материя и энергия попадают в черную дыру, они добавляют небольшой пиксель новой массы в точке входа. Поступающая информация исказит горизонт событий в точке его пересечения.
Теорема об отсутствии волос гласит, что черные дыры имеют только три свойства: угловой момент, массу и электрический заряд. Они должны излучать при температурах, обратно пропорциональных их массам. Но это излучение Хокинга не зависит от того, из чего состоит черная дыра, вместо этого излучая частицы, такие как фотоны, до тех пор, пока не будет доказательств существования черной дыры. Просто пустое пространство.
Возможные решения
Есть несколько возможных решений вопроса: «Куда девается вся эта информация?».
Первое, которое Стивен Хокинг поддерживал в течение многих лет, связано с тем, что информация исчезает через червоточину и выходит в другую параллельную вселенную. Это было бы возможным, проходя через т.н. Белую дыру — противоположность Чёрной дыре, которая постоянно извергает информацию и не дает возможности войти в неё извне. Хотя эта информация больше не будет доступна для нас, она всё равно будет существовать и, таким образом, по-прежнему будет действовать закон сохранения.
Другое решение заключается в том, что информация запечатлена в самом излучении Хокинга, так что она вообще никогда не покидает эту вселенную. Но как квантовая информация передается в излучение Хокинга? И каков механизм этой передачи?
Даже если бы существовал механизм, с помощью которого данные могли бы запечатлеть себя, это снова нарушает закон сохранения, потому что информация не может быть продублирована. Если бы информация попала в черную дыру и сохранилась внутри нее, а также существовала на поверхности черной дыры в качестве отпечатка в её излучении. Это означало бы, что существуют две копии этих данных.
Некоторые утверждают, что данные не дублируются, потому что временная линия внутри черной дыры значительно отличается от временной линии на её поверхности, что означает, что копии не существуют одновременно, а полностью отключены друг от друга. Это называется комплементарностью чёрных дыр.
А как насчет механизма для всего этого?
Когда черные дыры хранят информацию, они чрезвычайно эффективны. Они хранят информацию так, как iPod хранит песни — небольшое портативное устройство может содержать эквивалент сотен компакт-дисков. То есть информация поступает и преобразуется в очень маленькие пиксели, искажающие горизонт событий. Эти искажения содержат информацию, которая может влиять на исходящее излучение Хокинга, обеспечивая тем самым механизм.
Последствия этого поразительны. Это означает, что трехмерная внутренняя часть черной дыры может быть описана взаимодействиями, которые происходят на её двумерной поверхности. Если наше понимание квантовой механики и общей теории относительности верно, то их объединение приводит к тому, что наша Вселенная является голограммой. Эта идея была еще более конкретизирована с использованием Теории струн, что привело к Голографическому принципу.
Поскольку человек внутри черной дыры не обязательно осознает, что они двумерны, это означает, что мы не обязательно осознаем, что мы живем в голографическом мире.
На данный момент это всё ещё спекуляции, основанные на науке, которую мы всё ещё разрабатываем. В то время как общая теория относительности и квантовая механика до сих пор фантастически работали, нам, возможно, придется пересмотреть их в будущем, чтобы попытаться ответить на вопросы, которые дает нам наша загадочная и сложная Вселенная.
Если Вселенная фрактальна, то мы живем внутри черной дыры
Об авторе: Сергей Давыдович Хайтун – кандидат физико-математических наук.
Фракталы легко превращаются в искусство, не имеющее научного объяснения. Зато – какой простор для интерпретаций! Фото из книги: Х.-О. Пайеген, П.Х. Рихтер. «Красота фракталов», 1993
10 апреля 2019 года Национальным научным фондом США была впервые опубликована фотография черной дыры, полученная усилиями ученых многих стран. Под «объектив фотокамеры» попала сверхмассивная черная дыра в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 млн световых лет от Земли. Теперь мы знаем, как выглядят черные дыры снаружи. А вот как они выглядят изнутри, по-прежнему неизвестно.
Высказывания астрофизиков на этот счет противоречивы. С одной стороны, они утверждают, что постичь внутреннее устройство этих объектов трудно или вообще невозможно. С другой стороны, они высказывают о внутренней геометрии черных дыр вполне конкретные соображения: в центре черных дыр находится гравитационная сингулярность, в которой с пространством-временем происходят всякие чудеса, а вне ее внутри черной дыры – пустота; все попавшее внутрь черной дыры неудержимо падает в сингулярность, разрушаясь по дороге чудовищными градиентами гравитации.
Ниже приведены некоторые соображения в пользу той гипотезы, что черные дыры устроены совсем не так, как полагают астрофизики. Главная идея – окружающий нас космос (наша метагалактика) сам является гигантской черной дырой. Но только при условии, если справедлива гипотеза о фрактальности Вселенной. Я уже писал об этом в «НГ-науке» (см. номер от 13.10.04). Однако с тех пор в астрономии были сделаны открытия, резко поднявшие статус гипотезы о фрактальности Вселенной и тем изменившие космологическую картину мира.
Гипотеза об однородности Вселенной
Сферу радиусом 13,8 млрд световых лет, внутри которой находится весь наблюдаемый мир, называют горизонтом видимости, а весь материальный мир внутри и снаружи горизонта видимости – Вселенной.
Наблюдаемый нами мир часто называют метагалактикой. Так иногда будем делать и мы, хотя это не совсем корректно. Ведь метагалактики – это относительно компактные космические макроструктуры, отделенные друг от друга расстояниями, многократно превышающими их собственные размеры.
Между тем радиус горизонта видимости определяется не законами формирования компактных космических макроструктур, а совсем другим – временем, прошедшим после начала Большого взрыва. Размеры нашей метагалактики могут существенно превышать размеры наблюдаемого мира, да и сферической ей быть совсем не обязательно.
Как видим, космология, изучающая Вселенную в целом, начисто лишена эмпирической базы. Это ее отличает от других естественных наук. Все наши утверждения о Вселенной – это домыслы или гипотезы. Что замечательно, это не мешает космологам то и дело уверенно говорить о расширении Вселенной, Большом взрыве, возрасте Вселенной и т.д. Эта их уверенность неявно базируется на гипотезе об однородности Вселенной: для такой Вселенной часть (наблюдаемый мир) и на самом деле подобна целому (Вселенной). Если, однако, Вселенная устроена фрактально, то ее часть может существенно отличаться от целого. В этом случае мы будем иметь кардинальное изменение космологической картины мира.
Похоже, это и происходит на наших глазах. Астрономические наблюдения последних лет заставляют нас перейти к гипотезе о фрактальности Вселенной как более правдоподобной. И все-таки она неоднородная!
Гипотеза об однородности Вселенной – простейшая из возможных гипотез об ее устройстве. Ее выдвижение было закономерным и корректным (принцип экономии сущностей). С самого начала, однако, она вступила в противоречие с наблюдательными данными, говорящими о крайне неоднородном устройстве космического мира вокруг нас. Питаемые здоровым консерватизмом, свойственным всем нормальным людям, космологи принялись спасать гипотезу об однородности Вселенной, заменив ее гипотезой о МАКРОоднородности Вселенной, говорящей, что она (Вселенная) неоднородна якобы только на небольших масштабах, тогда как на расстояниях около или более 300 млн световых лет она однородна.
Интерес к проблеме однородности/неоднородности Вселенной был разогрет независимым открытием на рубеже 1970–1980-х годов эстонской и американской группами исследователей в пространственном распределении галактик ячеистых структур с расстоянием между стенками ячеек около 390 млн световых лет и толщиной стенок около 12 млн световых лет. Однако и после этого открытия космологи не отказались от гипотезы о макрооднородности Вселенной, направив свои усилия на возможно более точное установление верхнего порога масштабов, за которым неоднородное распределение галактик становится однородным. Это потребовало составления трехмерных карт распределения галактик на возможно бoльшую глубину, желательно до самого горизонта видимости и с возможно более широким обзором неба.
Перелом произошел в последние 10–15 лет, когда были открыты гигантские космические структуры, которые представляют собой скопления галактик и квазаров (светящихся ядер галактик), размеры которых вполне сравнимы с радиусом горизонта видимости (около 13,8 млрд световых лет). Укажем четыре таких объекта с их размерами:
– Великая стена Слоуна (2003), около 1,38 млрд световых лет; расстояние от Земли около 1,2 млрд световых лет;
– Громадная группа квазаров (2012), около 4 млрд световых лет; расстояние от Земли около 9 млрд световых лет;
– Великая стена Геркулес – Северная Корона (2014), более 10 млрд световых лет; расстояние от Земли около 10 млрд световых лет;
– Гигантская кольцеобразная структура (2015), около 5 млрд световых лет; расстояние от Земли около 7 млрд световых лет.
После их открытия тезис о неоднородности всего наблюдаемого мира приобретает статус подтвержденного эмпирического факта.
Важно, что космические структуры распределены в наблюдаемом мире не только неоднородно, но и фрактально. Это означает, во-первых, что они имеют четко выраженный иерархический характер (звезды – скопления звезд – галактики – скопления галактик и т.д.). И во-вторых, что плотность космических структур быстро падает с их размерами (плотность Солнца равна 1,416 г/см3, нашей Галактики – 10–24 г/см3, всего наблюдаемого мира – 2 х 10–31 г/см3), подчиняясь эмпирическому закону Карпентера: плотность сферического участка космической структуры пропорциональна его радиусу в степени (D–3). Величину D, приблизительно равную здесь 1,23, называют фрактальной размерностью.
Закон Карпентера обеспечивается особым устройством космических структур: расстояния между звездами много больше размеров звезд, расстояния между скоплениями звезд много больше размеров этих скоплений, расстояния между галактиками много больше размеров галактик и т.д.
Таким образом, тезис о фрактальности всего наблюдаемого мира также приобретает на наших глазах статус подтвержденного эмпирического факта. Экстраполируя его на Вселенную, заключаем, что гипотеза о фрактальности Вселенной стала сегодня более правдоподобной, чем гипотеза о ее макрооднородности.
Фрактальная Вселенная – это просто
Полагая Вселенную фрактальной, мы считаем ее еще и бесконечной, делая это по двум соображениям. Во-первых, это предположение – простейшее из возможных для фрактальной Вселенной. Во-вторых, как известно, Альберт Эйнштейн ввел в оборот модель замкнутой Вселенной (от которой он после открытия космического расширения отказался), чтобы избавиться от гравитационной неустойчивости бесконечной Вселенной с отличной от нуля глобальной плотностью. Бесконечная фрактальная Вселенная тем и хороша, что имеет нулевую глобальную плотность: устремляя в законе Карпентера радиус к бесконечности, получаем для плотности нулевое значение. Это снимает проблему ее (Вселенной) гравитационной неустойчивости, так как фрактальная бесконечная Вселенная с ее нулевой глобальной плотностью не может вся ни расширяться, ни сжиматься.
Фрактальная Вселенная устроена чрезвычайно просто. В бесконечном трехмерном глобально плоском (не искривленном гравитацией) пространстве, описываемом специальной теорией относительности, рассеяно бесконечное фрактально организованное множество звезд, галактик, метагалактик и т.д. Составляющие фрактальную Вселенную макросистемы конечных размеров (метагалактики и др.) могут расширяться и сжиматься, как им вздумается, однако из-за глобальной стационарности такой Вселенной все составляющие ее космические системы не могут расширяться или сжиматься одновременно.
Вывод: если Вселенная фрактальна, то она не переживала Большого взрыва, а наблюдаемое нами космическое расширение является результатом Большого взрыва только нашей метагалактики.
Здесь можно опираться на идею «отскока», высказанную космологами в отношении Вселенной. Судя по всему, в прошлом произошло сжатие нашей метагалактики «до упора», заданного известными и неизвестными нам негравитационными механизмами возникновения внутреннего давления, остановившего гравитационный коллапс и обратившего его вспять.
 |
| Полагая Вселенную фрактальной, мы считаем ее еще и бесконечной. Серые Луны имеют такой же ландшафт, как и на верхнем рисунке. Фото из книги: Х.-О. Пайеген, П.Х. Рихтер. «Красота фракталов», 1993 |
Черная дыра – вид изнутри
Взрыв тела конечных размеров – будь то сверхновая звезда или газовый баллон – имеет центр и градиенты расширения (давления, плотности, температуры). У космического расширения ничего подобного не наблюдается: все галактики разбегаются не от какого-то центра, а друг от друга безо всяких перепадов давления, так что все точки наблюдаемого мира в этом отношении равноправны.
Единственно возможное объяснение этого феномена состоит в том, что наша метагалактика замкнута, будучи черной дырой.
Черные дыры обычно ассоциируют со сверхсжатыми массами. Между тем черной дырой может быть тело со сколь угодно малой плотностью, лишь бы она (плотность) была больше некоторой критической плотности, обратно пропорциональной квадрату радиуса тела.
Оценки показывают, что черная дыра с радиусом наблюдаемого мира может иметь плотность, меньшую плотности воды примерно на 30 порядков (1030). Самое странное, что реальная плотность наблюдаемого мира (2х10–31 г/см3) подозрительно близка к критической, но немного меньше ее. Этот факт хорошо известен, космологи говорят о нем как о проблеме плоскостности Вселенной. Применительно к нашей метагалактике этот факт говорит другое – оценки плотности материи в пределах наблюдаемого мира не противоречат тезису о том, что наша метагалактика замкнута в черную дыру.
На мой взгляд, нет оснований полагать, что внутренняя геометрия замкнутых космических систем конечного размера (черных дыр) сколько-нибудь существенно отличается от геометрии Вселенной в предположении ее замкнутости. Между тем о геометрии замкнутой Вселенной космологами выработаны достаточно определенные представления. Ее пространство, говорят нам, будучи конечным по объему, безгранично, так что луч света, движущийся в ней в определенном направлении, описав огромный круг, возвращается в исходную точку. Из-за безграничности предстающего перед наблюдателем пространства он не только не обнаружит в замкнутой Вселенной выделенного центра, но и все ее точки окажутся равноправными.
Обычному человеку трудно представить себе замкнутое трехмерное пространство. Трудно это дается и профессиональным космологам. Как свидетельствуют, например, наши выдающиеся физики Яков Зельдович и Игорь Новиков в книге «Строение и эволюция Вселенной», «наглядно представить себе замкнутую Вселенную невозможно». Чтобы облегчить себе жизнь, космологи часто используют аналогию трехмерного замкнутого безграничного пространства с двухмерной поверхностью трехмерной сферы – в обоих случаях пространство конечно (по объему или по площади), но не имеет границ.
Чтобы представить себе внутреннюю геометрию черной дыры, прибегнем к этой аналогии и мы, приложив ее к нашей метагалактике. Мысленно поместим на поверхность расширяющейся трехмерной сферы (надуваемого воздушного шарика или расширяющейся Земли) двухмерный газ взаимодействующих точек, имитирующий трехмерный газ звезд и галактик.
Если эти взаимодействия удачно имитируют реальные, то подобно тому, что мы видим в наблюдаемом мире, точки на нашей сфере будут образовывать фрактальные структуры. Из-за симметрии задачи газ на двухмерной сферической поверхности не будет иметь выделенных точек и направлений, оставаясь изотропным в каждой точке. По мере расширения сферы плотность газа на ее поверхности уменьшается, точки разбегаются, не имея центра и градиентов расширения. Все это, только в трехмерном пространстве, мы и наблюдаем в нашей метагалактике.
Сказанное доказывает, как мне представляется, в предположении справедливости гипотезы о фрактальности Вселенной, замкнутость нашей метагалактики, являющейся, таким образом, черной дырой. Другого объяснения отсутствия у нашей метагалактики центра и градиентов расширения я не вижу.
Таким образом, если справедлива гипотеза о фрактальности Вселенной и если, как следствие, наша метагалактика является черной дырой, то высказываемые космологами соображения о внутреннем устройстве черных дыр несостоятельны: в центре черных дыр НЕ находится сингулярность, а вне центра черных дыр – НЕ пустота; находящиеся внутри черной дыры тела НЕ падают неудержимо в ее сингулярность, разрушаясь градиентами гравитации.
Судя по нашей метагалактике, внутри черных дыр все устроено иначе. Они заполнены фрактально распределенной материей, которая расширяется, если расширяется черная дыра, или сжимается – в противном случае. У содержимого черной дыры отсутствуют при этом центр и градиенты расширения или сжатия.
Возможно, так, как здесь описано, устроены только очень большие, то есть очень разреженные, черные дыры. Небольшие, то есть с большой степенью сжатия, черные дыры, быть может, устроены иначе. Не в том плане, что в их центре находится сингулярность, за пределами которой пустота. Вопрос, на мой взгляд, состоит только в том, остается ли распределение вещества внутри черных дыр при большом сжатии фрактальным или же в них распределение вещества однородно, а фрактальность возникает с расширением черных дыр.
Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.