![[Virginia Tech Department of Physics]](http://www.phys.vt.edu/~jhs/faq/vtlogo.gif)
Source: http://www.phys.vt.edu/~jhs/faq/blackholes.html
Sastavio Dr. John Simonetti Odjela za fiziku na Virginia Tech.
Povratak na često postavljana astronomije i fizike pitanja
- Zašto neki zvezdica završavaju kao crne rupe? [Ili,] Šta princip isključenja ima veze s tim da li ili nije zvijezda postaje crna rupa?
- Kako je vrijeme promijenilo u crnu rupu?
- Da li je E = mc ^ 2 jednadžba primjenjuju u crnu rupu?
- Ako ništa putuje brzinom svjetlosti, osim svjetlosti, kako se crna rupa i povući svjetlo u sebi?
- Koji je najbolji dokaz za postojanje crnih rupa? Da li je to sve zapravo samo teorija?
- Čuo sam da je crna rupa ‘bljuje’ svjetlost i zračenje kad god nešto spada u horizonta dogadjaja. Šta to znači i zašto se to dogodilo?
- Da li vidite crnu rupu? Šta je crna rupa izgleda?
- Koliki crne rupe može dobiti?
- Kako male crne rupe može biti?
- [U odnosu na odgovor na pitanje 1 gore.] Zašto ne unutrašnje elektron snage povećanje zvijezda po istoj stopi kao gravitacione sile?
- Hoće li posmatrač pada u crnu rupu moći svjedočiti sve buduće događaje u svemiru izvan crne rupe?
- Mogu li crne rupe može koristiti kao izvor energije?
- Pročitao sam negdje da u tako dalekoj budućnosti crne rupe moglo doći do curenja i raziđu. Mogu se to dogodilo? Ako ne može, kako?
Zašto neki zvezdica završavaju kao crne rupe?
Odgovor uključuje težinu i unutrašnjeg pritiska unutar zvijezda. Te dvije stvari se protive jedni druge – gravitaciona sila zvijezde djeluju na komad materije na površini zvezde će žele da izazovu tom pitanju pasti unutra, ali unutrašnji pritisak zvezde, postupajući prema van na površini, će željeti da izazove stvar da leti napolje. Kada se ova dva uravnotežena (i.e., jednake snage) zvezda će zadržati svoju veličinu: ni kolaps ne proširi. Takav je slučaj za Sunce u ovom trenutku, pa čak i, što se toga tiče, za Zemlju.
Međutim, kada je zvijezda nestane nuklearnog goriva, a samim tim i dalje gubi energiju sa površine (to se emituje energija svjetlosti), a ne zamjena izgubljene energije kroz nuklearne fuzije (ne više nuklearnog goriva), gravitacija će pobijediti preko interne pritiska i zvijezda će polako ugovora ili kolaps brzo ovisno o detaljima unutrašnju strukturu i sastav. Gravity osvaja se preko interne pritisak zvijezda, jer je taj pritisak je proizveden od strane normalno, toplim gasom, a da gas gubi energiju kao zvijezda zrači energiju sa površine.
Zvezda može na taj način završiti kao crna rupa. To samo zavisi od toga da li ili ne kolaps je zaustavljen na nekoliko manjih veličina jednom drugi izvor pritiska (osim što se proizvodi normalno, toplo plin) mogu postati dovoljno jaka da izbalansira unutra gravitacijska sila. Postoje i drugi oblici pritiska osim da proizvodi vruću gasa. Pritiskom na svoju ruku na stolu vrhu će vam omogućiti da doživite jedan od ovih drugih pritisaka — sto gura se protiv tebe, zaista može da podrži svoju težinu (gravitacijska sila)! Pritisak koji održava stolu krute protiv težinu je uzrokovana snage između atoma u stolu.
Osim toga, elektroni unutar atoma moraju izbjegavati jedni drugima (na primjer, ne mogu svi biti u istom atomske “orbiti” — ovo se zove “isključenje principu”). Stoga, ako smo imali kolekciju slobodno kreću elektrona da bi izbjegli jedni druge: teže kompresiju kolekcije (manji volumen su zatvoreni u) više su pobunu protiv squeeze — pritisak protivi vaše zatvaranje elektrona.
Ovaj pritisak “izbjegavanje elektron” može postati dovoljno da se suprotstavi gravitacione sile unutar zvijezda oko mase Sunca jake samo kada je zvijezda komprimirani gravitacijom oko promjera Zemlje. Tako zvezda kao masivna kao Sunce se može spriječiti da postane crna rupa kada se sruši na veličinu Zemlje, a unutrašnji pritisak “izbjegavanja elektrona” (pod nazivom “degenerik elektron pritisak”) postane dovoljno jak da drži zvijezda up. Ova vrsta pritiska ne zavisi od sadržaja energije zvezde —- čak i ako je star i dalje gubi energiju iz njegove površine, pritisak će i dalje držati zvijezde gore. Naše sunce nikada ne može postati crna rupa.
Međutim, ako je zvijezda je masivniji od otprilike 3 do 5 sunčevih masa, njegova sila gravitacije će biti veći, i njene unutrašnje degenerik elektrona pritisak nikada neće biti dovoljno da zaustavi svoj kolaps. Ispostavilo se da neutroni mogu također poštuju princip isključenja i neutrona će se proizvoditi u izobilju kada masivna zvijezda collpses, ali čak i neutrona degeneracije ne može zaustaviti kolaps masivne zvezde — ništa više od 3 do 5 sunčevih masa ne može zaustaviti, to će postati crna rupa u skladu sa trenutnim razmišljanja.
Kako je vrijeme promijenilo u crnu rupu?
Pa, u određenom smislu se ne mijenja na sve. Ako ste bili da unesete crnu rupu, vi biste pronaći gledate otkucava zajedno po istoj stopi kao što je uvijek imala (pod pretpostavkom da i vi i sat preživjeli prolaz u crnu rupu). Međutim, ti bi brzo pasti prema centru gdje će biti ubijeni od strane ogromne plime snage (npr sile gravitacije na vas noge, ako ste prvi put pao na noge, bio bi mnogo veći nego u krenete, a ti bi se rastegnut odvojeno ).
Iako svoj sat kao što se vidi po tebe neće mijenjati svoju stopu otkucava, baš kao u posebne relativnosti (ako znate nešto o tome), neko drugi će vidjeti različite stope otkucava na svoj sat od uobičajenog, a ti bi se vide svoje sat na biti otkucava na drugoj od normalne stope. Na primjer, ako ste bili na stanici sebe samo izvan crne rupe, dok će naći svoj sat otkucava u normalnim tempom, vi biste vidjeti sat prijatelja na velikoj udaljenosti od rupe da se kuca na mnogo brže od tvog.
To prijatelj bi vidjeti svoj sat otkucava normalnom brzinom, ali vidi tvoj sat da se kuca na mnogo sporije. Stoga, ako ste ostali samo izvan crne rupe za neko vrijeme, a onda se vratio da se pridruže svojim prijateljem, vi će naći da je prijatelj bio u dobi više nego što ste imali tokom razdvajanja.
Da li je E = mc ^ 2 jednadžba primjenjuju u crnu rupu?
E = mc ^ 2 je uvijek istina. U slučaju crne rupe, na primjer, bilo je nekih nagađanja da crne rupe mogu, kroz kvantni mehanički trik, zrače energiju, a u procesu njihove mase bi, dakle, smanjiti.
Ako ništa putuje brzinom svjetlosti, osim svjetlosti, kako se crna rupa i povući svjetlo u sebi?
Put koji je svjetlost zraka slijedi mogu se savijati od strane gravitiraju tijelo, čak i na Zemlji (iako savijanje u tom slučaju je vrlo mala). Ovaj efekt je izmjerena za svjetlost od zvijezde dok je prolazila sunce tokom pomračenja Sunca. Ovo savijanje svjetlosti zraka raste kao snagu gravitacionog povećava polje. Crna rupa je jednostavno regiji u kojoj je toliko velika da svjetlost ne može pobjeći regiji efekat na svjetlo.
Koji je najbolji dokaz za postojanje crnih rupa? Da li je to sve zapravo samo teorija?
Astronomi su pronašli pola tuceta ili tako binarni sistem zvijezda (dvije zvjezdice koje kruže oko jedni druge), gdje je jedan od komentara je nevidljiv, ali mora biti tamo jer povlači sa dovoljno gravitacijska sila na druge vidljive zvijezda da ta zvezda orbitu oko svoje zajedničkog centra gravitacije i mase nevidljivog zvezda je znatno veća od 3 do 5 sunčevih masa. Stoga smatra da je dobar kandidat crne rupe su ove nevidljive zvezde. Tu je i dokaz da postoje supermasivne crne rupe (oko 1 milijardu solarnih masa) na centrima mnogih galaksija i kvazara. U ovom drugom slučaju drugih objašnjenja izlaza energije kvazara nisu tako dobri kao objašnjenje koristeći supermasivne crne rupe. (Vidiš, kada materija pada u gravitacionom polju, njegova brzina i stoga energije, povećava. Ako se puno stvari pada u isto vrijeme, i vrte oko crne rupe u disku nalik gužva u slijepoj -sac, onda trenje između različitih komada materije će se mnogo toga brzina energije pokupio tokom jeseni u toplotu, što od dobiva zrači daleko. na ovaj način, stvar okružuje supermasivne crne rupe može da zrači više energije po gramu goriva nego može biti objavljen na bilo koji drugi mehanizam znamo, uključujući i nuklearnu fuziju.)
Čuo sam da je crna rupa ‘bljuje’ svjetlost i zračenje kad god nešto spada u horizonta dogadjaja. Šta to znači i zašto se to dogodilo?
Ja sam nisam siguran što je osoba koje se odnose na, ali ja ću uzeti pretpostavka. Oni mogu biti odnosi na ono što se događa kao materijal pada u crnu rupu kroz akciju jednog nagomilavanja diska. Kao velike količine materijala pristupiti crne rupe, materijal će obično nađe u orbiti strukturi diska kao sa rupom u sredini (i.e., to će izgledati nešto kao izuzetno gužva solarni sistem). Disk će biti izuzetno toplo zbog trenja između materijala sa različitim orbitalnim brzinama na malo drugačiji orbitalnih radijusa. Tako je disk će zračiti mnogo svjetlosti. Mnogo dolaznog kinetičke energije materijala se zrači dalje kroz ovaj proces trenja topline-svjetlo. To je ono što dovodi do ekstremne svjetline od kvazara, i taj proces je ono što nas čini u stanju da (možda) naći Stellar mase crne rupe koje su dio dvostrukog sistema zvijezda. U ovom drugom slučaju, infalling materijal od susjeda zvijezda čini za nagomilavanja diska oko crne rupe, i X-zrake su emituje diska (X-zrake su emituje ekstremno vruće pitanje, baš kao i ne-tako-hot filament od sijalica emitira vidljivo svjetlo). U kvazara slučaju, supermasivne crne rupe (milijardu solarnih masa ili tako) leži u središtu galaksije, i plin u blizini crne oblike rupa na nagomilavanja disk oko rupe; Opet X-zraka, i druge oblike svjetlosti, rezultat.
Ni u jednom od tih slučajeva je svjetlost koju emitira, i nas postizanje, ispod horizonta događaja crne rupe. Ništa ne može pobjeći od ispod horizonta događaja.
Da li vidite crnu rupu? Šta je crna rupa izgleda?
Ne direktno. Ništa, čak ni svetlost ne može pobjeći iz crne rupe.
S druge strane, možete vidjeti neke od vatrometa događa u blizini crne rupe. Kao gasa pada u crnu rupu (možda iz obližnjeg zvijezda), plin će se zagrijati i sjaj, postaje vidljivo. Obično, ne samo vidljive svjetlosti, ali i energični fotone kao X-zrake će se emituje gasa. Ono što bi za očekivati da (ako su naši teleskopi mogli “zoom-u” dovoljno) će biti sjajna rotirajućeg diska materijala, sa crnom rupom niz centra diska. Vidi gore odgovore.
Koliki crne rupe može dobiti?
Ne postoji ograničenje na koliko velike crne rupe može biti. Međutim, najveći blackholes mislimo da su u postojanje su u centrima mnogih galaksija, i imaju mase u iznosu od oko milijardu sunaca (i.e., milijardu solarnih masa). Njihova radijusi bi značajan dio radijusa našeg sunčevog sistema.
Kako male crne rupe može dobiti?
Prema General Relativity (teorija koja predviđa i objašnjava većinu funkcija crnih rupa), ne postoji donja granica veličine crne rupe. Ali, punu teorija kako gravitacija radi mora uključiti kvantne mehanike, i takva teorija tek treba biti izgrađena. Neke naznake iz nedavnog rada na ova teorija pokazuju da crne rupe ne može biti manji nego o “10-to-the – (- 33)” cm u radijusu — 0,000000000000000000000000000000001 cm. Na tom veličinu razmjera mala, čak i naizgled glatko prirodu prostora će se srušiti u “rat-trap” tunela, petlji, i druge isprepletene strukture! Barem, to je ono što dosadašnji rad sugerira.
[U odnosu na odgovor na pitanje 1 gore.] Zašto ne unutrašnje elektron snage povećanje zvijezda po istoj stopi kao gravitacione sile?
U Ukratko, degenerik pritisak elektrona u zvezde zavisi od gustine gasa na specifičan način koji nema direktne zavisnost kako su u vezi gravitacije i gustoće. Ako želite matematički odnos, svoje: pritisak je proporcionalan gustoći podigao na 5/3 snage. Ova vlast je određena svojstva kvantne mehanike (i nema nikakve veze sa gravitacije). S druge strane, gravitacijska sila na površini (na primjer) od zvijezda je proporcionalna masi zvijezde i obrnuto proporcionalna kvadratu njegove radijus (zbog Njutnov univerzalni zakon gravitacije!) Ako se trudim da izraze ove površine gravitacije u smislu gustine zvijezde (to je prosjek gustoće), mislim da M / r ^ 2 je proporcionalna puta gustoće r. Dakle, vidite, “puta gustoća r” nije ništa slično “gustoća podigao na 5/3 snage.”
Hoće li posmatrač pada u crnu rupu moći svjedočiti sve buduće događaje u svemiru izvan crne rupe?
Normalni prezentaciju ovih gravitacionog vremena efekti dilatacija može dovesti jedan na pogrešan zaključak. Istina je da ako miruje u blizini horizonta događaja crne rupe posmatrač (A), a drugi posmatrač (B) stoji na velikoj udaljenosti od horizonta događaja, onda B će vidjeti A sat biti otkucava sporo, i A ćete B sat da se brzo otkucava. Ali ako padne prema horizontu događaja (na kraju je prijelaz), a B i dalje ostaje stacionarna, onda ono što svaki vidi nije tako ravno naprijed kao gore situacija sugerira.
Kao B vidi stvari: A pada prema horizontu događaja, fotoni od A trajati duže i duže da se popne iz “gravtiational dobro” što je dovelo do očiglednog usporavanja A sat kao što se vidi sa B, a kada je na horizontu, bilo fotona emituju A sat traje (formalno) beskonačno vremena da izađe na B. Zamislite da sat svake osobe emituje jedan foton za svaki otkucaj sata, da bi se lako za razmišljanje. Dakle, čini se da zamrzne, kao što se vidi po B, baš kao što ste rekli. Međutim, prešao horizont događaja! To je samo privid (doslovno kao “optička” iluzija) koji čini B mislim da nikad ne prelazi na horizontu.
A vidi stvari: A padne, i prelazi horizonta (u možda vrlo kratko vrijeme). A vidi B sat emituje fotonima, ali se žuri dalje od B, i tako nikada ne bi prikupiti više od konačan broj onih fotona prije prelaska horizonta događaja. (Ako želite, možete misliti o ovome kao zbog otkaza gravitacionog dilatacija vremena od efekt Doppler — zbog kretanja A od B). Nakon prelaska horizonta događaja, fotoni dolaze iz gore nije lako poredani od strane porijekla, tako da ne mogu da shvatim kako B sat nastavio da označite.
Konačan broj fotona su emituje A prije nego što je prešla na horizontu, a konačan broj fotona su emituje B (i prikuplja A) prije nego što je prešla na horizontu.
Možda ćete pitati šta ako je trebalo da se spusti imao polako prema horizontu događaja? Da, onda efekat dopler neće doći u igru, dok se, na neki praktični granica, A je preblizu horizontu i neće biti u stanju da zadrži od pada u. Tada je samo da vidimo konačan ukupno fotona oblika B ( ali sada je veći broj — pokriva više od B vremena). Naravno, ako je “visio na” dovoljno dugo prije nego što zapravo pada u, onda je mogao vidjeti budućnost tok univerzuma.
Bottom line: jednostavno pada u crnu rupu neće vam dati pogled na cijelu budućnost svemira. Crne rupe mogu postojati bez dijela završnog velike krize, i materije može pasti u crne rupe.
Za vrlo lijep razgovor crnih rupa za registrirane-naučnici, pogledajte knjiga Kip Thorne je: crne rupe i vremena neravnine.
Mogu li crne rupe može koristiti kao izvor energije?
Postoji mnogo informacija o potencijalno korištenje crne rupe kao izvor energije. (Naravno, treba napomenuti da se prvo moraju steći crna rupa! Barem u slučaju Sunca, već imamo Sunca!) Odličan izvor informacija o crnim rupama, pisani za laik, je Thorne je Kip odlična knjiga: crne rupe i vremena neravnine. Ja predlažem da se konsultuje za “sve informacije [I] bi mogao dati” ti.
U Ukratko, rotirajuće crne rupe može pohraniti veliku količinu energije u rotaciji. Ova energija je zapravo dostupna, jer je rotacija se nameće na prostoru ispred rupe. U principu, dakle, energija se može izdvojiti iz rotacije crne rupe. Upravo ono što mehanizam se koristi je potencijalno komplikovana priča.
Pročitao sam negdje da u tako dalekoj budućnosti crne rupe moglo doći do curenja i raziđu. Mogu se to dogodilo? Ako ne može, kako?
Kao međugodišnji vjerojatno znate, bilo koji predmet pada u crnu rupu ne može izaći. Međutim, preko vrlo dugo vremena, čestice materije “curenja” iz crne rupe. Dakle, čak i ako sve objekte u svemiru je da završi u crne rupe, nakon dugo, dugo vremena, rupe bi se postepeno gube svoju stvar, i stvar bi rastjerala througout svemir (kao tanka plina čestica).
Proces kojim crne rupe gube stvar se zove Hawking zračenje, nakon Stephen Hawking, osoba koja je prvi shvatio kako bi to moglo dogoditi. Kako se to dogodi je komplikovana priča. Jedan način gledanja na priču koristi koncept “virtualne čestice.” U svakom trenutku, parovi čestica-antičestica se pojavljuju i nestaju na bilo kojoj lokaciji, čak i samo u blizini horizonta događaja (“površina”) crne rupe. Ovi parovi postoje za kratko vrijeme, tako kratko da ne možemo mjeriti njihove mase dovoljno precizno da čak i znaju da su tu (ipak, znamo svoje prisustvo druge efekte izazivaju). Ali, za par u blizini crne rupe, jedna od čestica može pasti u rupu, ostavljajući ostale bez partnera; čestica ostavio iza sebe ne može brzo uništava je sada nedostaje partner (što je ono što se događa normalno). Dakle, usamljena čestica ostavio iza sebe sama više ne smatra “virtuelni”, ali sada “pravi”, kao i svaka čestica u vašem tijelu. S obzirom na to čestica je sada pravi, sadrži neke količinu mase, i to masovno je isporučuje energiju crne rupe (kroz gravitacija rupe): sada pravi čestica postoji, jer je uzeo mase iz crne rupe. Tako je, postupno, masovno ostavlja crne rupe u obliku novih čestica koje se pojavljuju izvan rupe. Ovaj proces kojim crne rupe gube masu je vrlo sporo (barem za masivne crne rupe napravljene od zvezdica), tako da je vrijeme da će biti potrebno za tipični crna rupa na kraju nestane je jako dugo. (Za crnu rupu masovne jednaka masi Sunca, cijeli proces trajati oko 10 ** 66 godina, ili 1 sa 66 nula iza.)
Povratak na često postavljana astronomije i fizike pitanja