Иван Пармакли

Отрывок из научно-популярной книги “По просторам науки”

Человечество вступило в третье тысячелетие – двадцать первый век. Научный прогресс сделал возможным то,что еще 100 лет назад казалось неосуществимой мечтой,фантастикой. Но до сих пор нет ответа на главные вопросы,над которыми бились еще философы древности: Как устроен наш мир? Кто мы в нем? Как и прежде, мы похожи на первобытного человека, который, вглядываясь в небо, пытался разгадать великие тайны Вселенной.
Науке на сегодняшний день известно, что срок жизни любой звезды определяет ее масса. На первой стадии развития, когда звезда формируется из газового облака, температура в ядре поднимается до нескольких миллионов градусов. Затем в ней начинается реакция превращения водорода
в гелий. Пока водород сгорает, звезда находится на основном этапе своей жизни, который занимает примерно 90% ее существования. Этот период называют этапом главной последовательности. Когда водород внутри звезды заканчивается, она переходит на следующий этап, на котором ее
дальнейшая судьба зависит только от массы. У небольших звезд типа нашего Солнца ядро нагревается до температуры около 100 млн градусов, после чего гелий превращается в углерод и кислород. В этом случае оболочка раздувается настолько, что в результате рождается красный гигант (рис. 1 на цветной вкладке). Эта стадия проходит в 10 раз быстрее этапа горения водорода и занимает примерно 10% от всего
времени жизни звезды. После выгорания гелия сверхплотное ядро превращается в белого карлика (рис. 2), а прежняя оболочка расширяется и сбрасывается. Но из-за нехватки гравитации маломассивные звезды не способны разогреть свою центральную область, а углерод и кислород немогут продолжить горение. Однако в звездах, чья масса превышает солнечную более чем в 10 раз, температура достигает не-
скольких миллиардов градусов, и в них начинается реакция с образованием неона, магния и более тяжелых элементов вплоть до железа. В результате в центре образуется железное ядро, которое растет до тех пор, пока объект не теряет устойчивость и гравитация не «схлопывает» эту звезду. Ее центральная область сжимается, превращаясь либо в ней тронную звезду с плотностью до миллиарда тонн на 1 куб.см (рис. 3), либо в черную дыру с плотностью, стремящейся к бесконечности (рис. 4). Черные дыры являются одними из самых удивительных и загадочных объектов окружающего нас космоса.

Черная дыра – область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий, а ее характерный
размер – гравитационным радиусом. После своего образования черная дыра немедленно принимается поглощать умирающую звезду. Остаток звезды начинает вращаться вокруг черной дыры, образуя аккреционный диск, который черная дыра поглощает с огромной скоростью. Она не в состоянии поглотить быстро такое большое количество вещества, поэтому выбрасывает часть его обратно со скоростью,близкой к скорости света. При этом из черной дыры вырываются два направленных луча гамма-излучения, которые пробиваются сквозь внешний слой звезды и выбрасываются
в космос. Это очень мощный поток гамма-лучей, ни с чем несравнимый во Вселенной по яркости. При обычном взрыве сверхновой выделяется столько энергии, сколько Солнце выделяет за 10 млрд лет своей жизни, а выброс гамма-лучей в 100 млн раз ярче, чем сверхновая. Это для сравнения.
Итак, гиперновые при взрыве в конце своей жизни образуют черные дыры. Это самая большая загадка космоса на сегодняшний день. Что же находится внутри этой незнакомой физике системы?
Черной дырой именуется определенная область пространства-времени во Вселенной. Это не твердое и не газообразное тело. Данная область неявляется лишь пространственной единицей. Это объект, который искажает как три понятных нам измерения (длину, ширину и высоту), так и временную шкалу. Ученые считают, что в районе горизонта событий время принимает пространственное значение и может двигаться как вперед, так и назад. Пространство-время сильно искривлено из-за огромной гравитации объекта. Черная дыра является единственным объектом в космосе, притягивающим свет. Световые кванты, попадающие туда, не просто исчезают– их масса умножается на массу сингулярности, а это делает ее
еще больше и увеличивает ее гравитационные силы. Основой образования точек невозврата является гравитация, величина
которой там в миллионы раз превосходит земную.
Представление о том, что такое черная дыра, подарил миру Карл Шварцшильд. По его мнению, она может образоваться в любой точке пространства, при этом материальный объект, имеющий сферическую форму, должен достичь гравитационного радиуса. Законы физики и геометрии отлично действуют на Земле, но многие теряют свою значимость на горизонте событий. Именно поэтому с математической точки зрения сложно рассчитать внутренние составляющие черной дыры.
Осмелюсь поразмышлять над тем, что же представляет собой сингулярность, находящаяся внутри черной дыры,из чего она может состоять и во что превращается вещество или материя в черной дыре. Если мы разгадаем эту загадку,то сможем узнать, что представляла собой сингулярность
Вселенной до момента Большого взрыва.
В случаях с небольшими звездами и сверхновыми вроде все понятно: после взрыва вещество звезды или ее ядра теряет внутриатомное пространство и материя уплотняется из-за гравитации до известного науке состояния в виде белого карлика или нейтронной звезды. Что касается взрывов гиперновых и образования черных дыр после них, то здесь все обстоит иначе. Давайте обратимся к известной формуле, выведенной Эйнштейном в начале прошлого столетия:E=mc2, где Е – это энергия, m – масса, а с – скорость света.
Из данной формулы можно вывести и массу следующим образом: m=E/c2. Эквивалентность массы и энергии – физическая концепция теории относительности, согласно которой полная энергия физического объекта равна его массе, умноженной на размерный множитель квадрата скорости света в вакууме. Исходя из этого, делаем вывод, что энергия и масса являются разными формами одного и того же явления.
Материя и энергия могут переходить друг в друга. С точки зрения физики вообще бессмысленно их разделять. Энергия
проявляет себя полностью как масса – обладает инерцией и гравитационным притяжением. Например, есть протон, который состоит из трех кварков, массы которых в сумме (9МэВ) гораздо легче массы самого протона (939 МэВ). Если вы заметили, даже массы частиц измеряют в электронвольтах – энергетических единицах, а в нормальные единицы их переводят с помощью вышеупомянутой формулы: E=mc2.
Исследования подтверждают, что при сближении электрона и позитрона они аннигилируют, то есть исчезают. При этом излучаются два гамма-луча, что опять подтверждает преобразование массы в энергию. Можно подытожить вышесказанное выводом о том, что материя и энергия эквивалентны.
При трансформации материи в энергию сохраняется свойство гравитации и искривления пространства-времени, присущее материи,трансформированной в энергию.
К слову сказать, переход материи в энергию частично воплощен в атомной бомбе, где частицы материи разрушаются, высвобождая при этом огромное количество энергии. При реакции деления ядер атомов тяжелых элементов(например урана) общая масса образовавшихся «осколков»
оказывается меньше, чем масса разделившегося ядра. Получается, что часть массы ядра превратилась в энергию, которую мы называем атомной.
Во всем процессе существования Вселенной и органической жизни прослеживается трансформация энергии в материю и наоборот. Энергия – это душа материи.Вернувшись к черным дырам, можно предположить,что сингулярность есть энергетическая составляющая искаженной области пространства-времени. Гиперновые при взрыве, в результате мощнейшего гравитационного коллапса, превращают вещество или материю ядра звезды в энергию.
Процесс материально-энергетической трансформации черной дыры может происходить с точностью до наоборот в сравнении с так называемым Большим взрывом,в результате которого энергия трансформировалась в материю окружающей нас Вселенной. Это означает, что при
гравитационном коллапсе сверхмассивной звезды сначала атомы распадаются на атомные ядра и электроны. Впоследствии атомные ядра продолжают распадаться на протоны и нейтроны, затем распадаются сами протоны и нейтроны на составляющие их кварки. В этот момент фундаментальные
силы объединяются и перестают работать известные нам законы физики, после чего вся материя бывшей звезды транс- формируется в энергетическую субстанцию, называемую сингулярностью.
Между прочим, если исходить из теории струн, а именно из того, что каждая элементарная частица представляет собой определенный способ вибрации мельчайших энергетических нитей в виде известных нам струн музыкальных инструментов, то можно представить себе, что при гравита-
ционном коллапсе сверхмассивной звезды все энергетические составляющие элементарных частиц – так называемые
струны – сжимаются в одну маленькую энергетическую точку – сингулярность.
Возьму на себя смелость предположить, что при Большом взрыве не вся энергия трансформировалась в материю.Часть ее сохранилась и была разбросана по просторам зарождающейся Вселенной. Обладая мощной гравитацией или искривлением пространства-времени, эти немалые ча-
стицы энергии создавали вокруг себя галактики, превращаясь со временем в сверхмассивные черные дыры, которые
находятся в центре большинства галактик по сегодняшний день – преимущественно спиралевидных, характеризующихся суммарным вращательным моментом.
Можно допустить, что внутри черной дыры образуются совсем иные миры и они могут состоять из антивещества,
которое ныне незнакомо ученым. Существует предположение, что сфера невозврата – это лишь портал, который ведет либо в другой мир, либо в другие точки нашей Вселенной.
Возможен вариант, что материя, трансформированная в энергию черной дырой, вновь материализуется через так
называемые белые дыры (рис. 5), которые эту материю выбрасывают в окружающее пространство или создают новые
вселенные, и в таком случае вселенных должно быть великое множество (рис. 6). Ведь нельзя исключить, что сингулярность черной дыры может служить зародышем будущей вселенной.
Гипотетически можно предположить еще немало вариантов, но оставим эту тему для размышления нашим читателям…

(Пока оценок нет)

Загрузка…