เมื่อพูดถึงหลุมดำคำว่าหลุมดำถูกหยิบยกมาใช้ในศตวรรษที่ 19 เท่านั้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน (จอห์นวีลเลอร์) เป็นแนวคิดที่มีมาตั้งแต่สองร้อยปีก่อนหน้านี้เมื่อมีสองทฤษฎีเกี่ยวกับแสง - ความเป็นคู่ของแสงกล่าวคือเป็นที่ทราบกันดีว่าแสงสามารถทำงานเป็น คลื่นและอนุภาค (อนุภาค)
ในเวลานั้นสมมติฐานของหลุมดำได้รับการต่อต้านเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ไม่มีหลักฐานเพียงพอสำหรับเรื่องนี้ ในปีพ. ศ. 2458 อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ได้ออกผลการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเขา (ทฤษฎีสัมพัทธภาพ) ซึ่งชี้ให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงสามารถโค้งงอมิติเวลาอวกาศได้และนี่คือสาเหตุที่อนุภาคแสง (โฟตอน) ซึ่งมีมวลใกล้ศูนย์ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงและสิ่งนี้นำไปสู่ปรากฏการณ์ของหลุมดำ .
ไม่เป็นหลุม
หลุมดำไม่ใช่หลุม (กลวง) ในจักรวาล (อวกาศ - เวลา) ไม่เหมือนที่คุณคิด! หลุมดำคือดาวฤกษ์ (มีรัศมีเล็ก แต่มีมวลขนาดใหญ่มากและถูกบีบอัด) ที่ยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวเองเมื่อ "เชื้อเพลิง" ของดาวถูกใช้จนหมดและมวลของมันหดตัวลงหลายเท่าจากจุดเริ่มต้น (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณเข้าใจวงจรชีวิต ดาวเพื่อทำความเข้าใจต้นกำเนิดของหลุมดำ) เขาเรียกว่าหลุมดำเพราะ 2 อย่างคือ
- วัตถุที่ถูกบีบอัดนี้ดูดวัสดุที่อยู่ใกล้ ๆ เช่นรูใช่มันคือเครื่องดูดฝุ่น!
- ใด ๆ ก็ตาม (พูดเบา ๆ ) แสงที่ถูกดูดเข้าไปจะไม่สามารถออกมาจากมันได้อีก สิ่งนี้สอดคล้องกับคำอธิบายของรังสีร่างกายสีดำ - มันดูดซับแสงได้อย่างสมบูรณ์ (e = 1)
เป็นไปไม่ได้ที่สสารใด ๆ จะรอดพ้นจากหลุมดำ (ลำแสง) เพียงอย่างเดียวก็ไม่สามารถทำได้นับประสาเรื่องอื่นไม่มีอยู่จริง! - เพราะไม่มีสิ่งใดสามารถเกินความเร็วแสงได้ (ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ) จากนั้นทุกสิ่งก็ไม่สามารถหลุดพ้นได้ (และ ไม่เคยคาดหวังว่าจะรอดพ้นจากอ้อมกอดของหลุมดำ!)
ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังคิดเกี่ยวกับสิ่งที่เราสามารถสร้างสาร / สสารที่มีความเร็ว (ในสุญญากาศ ) ที่สูงกว่าความเร็วแสงได้ ? (และไม่รู้ว่าแสงจะตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงอย่างไร)
คุณจะพบหลุมดำได้อย่างไรถ้าแสงเพียงอย่างเดียวไม่สามารถออกจากมันได้? (โปรดจำไว้ว่าเราไม่สามารถมองเห็นวัตถุได้หากปราศจากความช่วยเหลือของแสงและจักรวาลก็มืดและเย็นมาก)หลุมดำสามารถพบได้ด้วยความช่วยเหลือของวัสดุในอวกาศสสารที่อยู่ใกล้กับหลุมดำจะหมุนไปรอบ ๆ และล้อมรอบด้วย ดิสก์แบนที่เรียกว่าดิสก์สะสมจะถูกสร้างขึ้นจากสิ่งนี้
สสารที่กำลังหมุนอยู่นี้จะสูญเสียพลังงานและจากนั้นรังสีจะ 'พ่นออก' ในรูปของรังสีเอกซ์และรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าก่อนที่จะผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมดำชื่อ Cygnus X-1 ถูกพบในระบบดาวคู่ (ดาวสองดวงโคจรรอบกัน) ซึ่งมีลักษณะแปลกประหลาดนักดาราศาสตร์สับสนและสงสัยว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? หลังจากการศึกษาเพิ่มเติมปรากฎว่าจริงๆแล้วดาวดวงนี้โคจรรอบหลุมดำ (Cygnus X-1) ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 6000 ปีแสง
ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไประบุว่าแรงโน้มถ่วงสามารถโค้งงออวกาศ - เวลาได้ โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ (เต็มดวง) ใน 365.25 วัน เนื่องจาก (ผลจากความโค้ง) ของแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ซึ่งทำให้โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์และโลกยังบิดเบือนเวลา - อวกาศรอบ ๆ ดวงจันทร์จึงหมุนรอบตัวเอง (ตามความโค้ง)
อ่านเพิ่มเติม: Old Zealand อยู่ที่ไหนแรงโน้มถ่วงของวัตถุในโหมด (ขนาดใหญ่) นี้บิดเบือนเวลา - อวกาศรอบ ๆ วัตถุใด ๆ ที่อยู่ใกล้กับมันจะโคจรรอบเพื่อสร้างเส้นทางโคจร (ดาวเคราะห์ดวงจันทร์ ฯลฯ ) และในช่วงเวลาที่ต่างกันเพื่อให้มันสมบูรณ์ หมุนเต็ม (360 °) ในภาพด้านบน (รูป. 1.2) ให้ความสนใจกับเส้นที่ทำขึ้นเว็บที่เป็นสิ่งที่เรียกว่าพื้นที่เวลา
ลองนึกภาพคุณกับเพื่อนของคุณขึงผ้า (ระหว่างคุณ) และวางหินอ่อน (มันจะชี้ไปที่กึ่งกลางของผ้า) จากนั้นจะมีเส้นโค้งใช่ไหม? นั่นคือแรงโน้มถ่วงที่แท้จริงแรงโน้มถ่วงของหลุมดำนั้นแข็งแกร่งมากเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์หรือดาวนิวตรอน (รูปที่ 1.1)
ตอนนี้เรารู้แล้วว่าหลุมดำไม่ใช่หลุมกลวงในจักรวาล! (หลุมดำคือดาวที่ยุบตัวลงและมีแรงดึงดูดที่รุนแรงขนาดนี้แม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกมาได้!)
แล้ว 'หลุม' สีดำคืออะไร?
หลุมดำมี 3 ส่วนด้วยกันคือ; Ergosphere, Event Horizon และ Singularity (เมื่อเข้าใกล้แต่ละส่วนเหล่านี้เราจะรู้สึกถึงผลกระทบที่แตกต่างกัน) หากเราเข้าใกล้หลุมดำเราจะพบเออร์โกสเฟียร์ก่อนที่จะพบกับขอบฟ้าเหตุการณ์และความเป็นเอกฐานในที่สุด
เออร์โกสเฟียร์: เป็นส่วนนอกสุดของขอบฟ้าเหตุการณ์ที่กำลังหมุนซึ่งเวลาอวกาศจะบิดเบี้ยวเนื่องจากแรงเฉือน (หมุน) นี้
ขอบฟ้าเหตุการณ์ (ขอบฟ้าเหตุการณ์): เป็นเขตแดนระหว่างพื้นที่เวลาภายในหลุมดำเหตุการณ์ทั้งหมดที่เกิดขึ้น (ที่นี่) ไม่สามารถรับอิทธิพลอีกต่อไป
เอกพจน์: เป็นจุดใจกลางของหลุมดำในความแปลกประหลาดของความหนาแน่นของมวลและอินฟินิตี้ของกาลอวกาศโค้งที่
วัสดุใด ๆ ที่อยู่ในเออร์โกสเฟียร์ยังคงสามารถหลบหนีได้ด้วยความช่วยเหลือของแรงหมุน (ซึ่งเร็วมาก) จากเออร์โกสเฟียร์เอง อย่างไรก็ตามหากมันเข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์แล้วสสารใด ๆ ก็จะไม่สามารถหลุดรอดออกไปได้สสารใด ๆ จะถูกกดทับมากขึ้นโดยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำและในที่สุดมันก็จะอยู่ในสภาพเอกฐาน (มันจะอยู่ที่นี่ตลอดไป!)
ในภาวะเอกฐานที่กฎหมายของฟิสิกส์ที่เรารู้ว่าเพื่อให้ห่างไกลจะไม่ใช้ - และมีการรวมกันของกองกำลังพื้นฐานของจักรวาล(แรงโน้มถ่วงแรงแม่เหล็กไฟฟ้าแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ) ไม่ทราบว่ารูปแบบของสหภาพแรงงาน / ส่วนประกอบเกิดขึ้นได้อย่างไรและไม่สามารถอธิบายได้ว่าอะไรคือสิ่งที่เป็นเอกฐาน
ณ จุดนี้เราได้ทราบแล้วทีละคนว่า Ergosphere, Event Horizon และ Singularity มีความหมายอย่างไร สมมติว่าหลุมดำเป็นลูกบอลทึบมันต้องมีรัศมีและเส้นผ่านศูนย์กลางใช่ไหม?
รัศมีนี้คือระยะห่างระหว่างความเป็นเอกฐานและขอบฟ้าเหตุการณ์ (รูปที่ 1.3) ซึ่งเรียกว่ารัศมี Schwarszchild (นำมาจากนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการยกย่องในการพัฒนาทฤษฎีหลุมดำ) รัศมีของ Schwarszchild ขึ้นอยู่กับค่าของมวลยิ่งมวลมากเท่าใดรัศมีก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
รัศมีของ Schwarszchild อธิบายว่ามีพลังงาน (สำคัญ) สองอย่างในการทำงานเมื่ออยู่ในหลุมดำพลังงานทั้งสองนี้คือพลังงานจลน์และพลังงานศักย์โน้มถ่วง ใช่พวกเขามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิด พบว่าสูตรสำหรับรัศมีของ schwarzschild คือR = 2GM / c²คุณจะได้สูตรอย่างไร? ไม่ต้องกังวลมันมาจากความสัมพันธ์ของพลังงานจลน์ (Ek) และพลังงานศักย์โน้มถ่วง (Ep) กำหนดให้Ekคือปริมาณพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนไหวและEpคือพลังงาน (ทั้งหมด) ที่เหลือ
เอก = Ep1 / 2mv² = GMm / R
1 / 2v² = GM / R
v² = 2GM / R
เพราะในสุญญากาศแล้วv = c
c² = 2GM / R
R = 2GM / c²
(นั่นคือสูตรของรัศมี Schwarszchild)
เมื่อใช้การคำนวณจากสูตรถ้าเราต้องการทำให้โลกเป็นหลุมดำโลกจะมีขนาดเท่าเมล็ดถั่ว (ในภายหลัง) แต่มีมวลทั้งหมดของโลกลองนึกดูสิ? และถ้าเป็นดวงอาทิตย์ก็จะมีรัศมีเพียง 3 กม. (แม้ว่าโลกจะใหญ่เท่าเมล็ดถั่วหากมันกลายเป็นหลุมดำฉันมั่นใจว่าคุณจะไม่สามารถยกมันขึ้นมาได้!)
อ่านเพิ่มเติม: อินฟราเรดเรย์คืออะไร?เราต้องถามคำถามว่า "ถ้าใครเข้าไปในหลุมดำชะตากรรมของเรื่องจะเป็นอย่างไร" สสารใด ๆ ที่เข้าไปในหลุมดำอาจเป็นไปได้สองทางถัดไปและเขาจะ
- เข้าร่วมหลุมดำดังนั้นมวลของหลุมดำจึงใหญ่ขึ้นด้วยหรือ
- อยู่ในความเป็นเอกฐานในช่วงเวลาที่ไม่รู้จัก (มีอธิบายไว้แล้วในฟิสิกส์ควอนตัม)
แม้ว่าหลุมดำจะทรงพลังอย่างไม่น่าเชื่อ แต่ในความเป็นจริงแล้วหลุมดำไม่ได้มีอยู่ตลอดไป แต่ก็มีวัฏจักรเช่นเดียวกับมนุษย์พวกมัน 'เกิด' และจะไม่มีอยู่จริง หลุมดำตายได้อย่างไร? โปรดจำไว้ว่าหลุมดำยังหมุนและบางหลุมอยู่นิ่งหรืออยู่กับที่
ตามที่นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียยาคอฟเซลโดวิช (ЯковЗелдовичь) และเพื่อนร่วมงานระบุว่าตามหลักการความไม่แน่นอนของกลศาสตร์ควอนตัมวัตถุที่หมุนจะต้องผลิตและปล่อยอนุภาคออกมา
นักฟิสิกส์สตีเฟนฮอว์กิงยังแย้งว่าหลุมดำจะต้องปล่อยรังสีออกมา - รังสีนี้กลายเป็นที่รู้จักกันในชื่อรังสีฮอว์คิงซึ่งเป็นรังสีที่เกิดจากผลกระทบควอนตัมรอบขอบฟ้าเหตุการณ์
ยิ่งหมุนมากเท่าไหร่รังสีก็จะถูกปล่อยออกมามากขึ้นดังนั้นหลุมดำจะมีมวลลดลงและหดตัวซึ่งในที่สุดมันก็จะหายไป ตาย! อย่างไรก็ตามในฐานะที่เป็นมนุษย์เราจะไม่มีวันได้เห็นการตายของหลุมดำเพราะด้วยมวลที่มากทำให้หลุมดำหดตัวต้องใช้เวลานานมวลที่มากขึ้นก็จะยิ่งมีอายุยืนยาว
หลุมดำมีความลึกลับมากมาย - มันคือหลุมดำ! เขาเป็นผู้ดุร้ายในความมืดมิดของจักรวาล ในฐานะมนุษย์คุณสามารถรู้ได้เพียงรูปร่างหน้าตาของมันและหลุมดำนั้นน่ากลัวกว่าที่ฉันได้อธิบายไว้ที่นี่ ใช่อย่างน้อยเราก็รู้แล้วว่าจริง ๆ แล้วหลุมดำเป็นอย่างไรทำไมถึงเป็นเช่นนั้นและทำไมถึงเป็นเช่นนั้น
ก็เพียงพอแล้วหวังว่าจะมีประโยชน์และขอบคุณ
กระดาษนี้เป็นผลงานการส่งจากผู้เขียน คุณยังสามารถเขียนของคุณเองได้โดยเข้าร่วมชุมชน Saintif