На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


реферат Чёрные дыры во Вселенной

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 11.06.13. Сдан: 2013. Страниц: 17. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


МБОУ «Большеусинская  сош»
 
 
 
ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ
ВО ВСЕЛЕННОЙ.
 
 
Автор:
 Тюкалова  Анастасия Павловна 
ученица 10 класса.
 
Руководитель:
Рогожников  В.Г.
Учитель физики и ОБЖ.
 
 
 
 
Декабрь 2012 года

Оглавление.

 
1.Введение…………………………………………………. стр.3
1.1.Что такое «Чёрная дыра»?............................................. стр.4
1.1.1. Их возникновения………………………………………………….. стр.4
1.1.2. Каково внешнее строение «чёрных дыр»…………….. стр.5
1.2. Цель исследования………………………………………………….. стр.6
1.2. Задачи………………………………………………………………………. стр.6
1.3. Методы исследования……………………………………………. стр.7
1.4. Гипотеза………………………………………………………………….. стр.7
2.Основная часть………………………………………...стр.7
2.1. Из истории....................................................................стр.7
2.2. Гравитационный коллапс……………………………………….. стр.9
2.3.Формирование «чёрных дыр»……………………………….. стр.10
2.4. Свойства «чёрных дыр»…………………………………………. стр.11
2.5. Эргосфера………………………………………………………………. стр.16
2.6. Поиски «чёрных дыр»…………………………………………… стр.16
2.7. Найдена ли уже «чёрная дыра»?.............................стр.18
2.8.Проведение эксперимента с крупинками чая………. стр.19
2.9. Результат исследования……………………………………….. стр.19

3. Заключение……………………………………………………… стр.19

         4. Список литературы…..................................................... стр.20
 
 
 
 
 
 
 
1.Введение.
 
   Каждый, конечно, слышал или читал о «чёрных дырах». О них часто говорят в передачах по телевидению, по радио, пишут в газетах, в журналах и книгах разного жанра – от научных монографий до художественной и даже детской литературы. Откуда такая популярность? 
   Дело в том, что «чёрные дыры» – объекты совершенно фантастические по своим свойствам. Из всех измышлений человеческого ума, наверное, самое фантастическое – это образ «чёрной дыры», отделённой от остального пространства определённой границей, которую ничто не может пересечь. Законы современной физики фактически требуют, чтобы «чёрные дыры» существовали. Возможно, только наша Галактика содержит миллионы их. 
   К этому следует добавить, что внутри чёрной дыры удивительным образом меняются свойства пространства и времени, закручивающихся в своеобразную воронку, а в глубине находится граница, за которой время и пространство распадаются на кванты. Внутри «чёрной дыры», за краем этой своеобразной гравитационной бездны, откуда нет выхода, текут удивительные физические процессы, проявляются новые законы природы. 
«Чёрные дыры» являются самыми грандиозными источниками энергии во Вселенной. Они возникают также после смерти больших звёзд.
   Возможно, чёрные дыры в будущем станут источниками энергии для человечества.
   Я выбрала данную тему, так как это одна из самых интересных и загадочных тем астрономии. Я попыталась систематизировать научную информацию о «чёрной дыре» для получения представления об объекте, его свойствах и значениях для исследований будущего. Полагаю, что каждый из нас сможет найти в данной работе нечто захватывающее.
 
 
 
 
1.1.Что такое «Чёрная  дыра»
   «Чёрная дыра» – область пространства, в которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни вещество, ни излучение не могут эту область покинуть. Для находящихся там тел вторая космическая скорость  должна была бы превышать скорость света, что невозможно, поскольку ни вещество, ни излучение не могут двигаться быстрее света. Поэтому из «чёрной дыры» ничто не может вылететь. Границу области, за которую не выходит свет, называют «горизонтом событий», или просто «горизонтом» «чёрной дыры».
 
1.1.2. Возникновение «чёрных дыр».
   Если при жизни масса звезды была очень большая, то её смерть происходит по-другому, нежели чем у обычных звёзд. Гелиевое ядро в таких звёздах, сжимаясь, нагревается. В нём начинается синтез углерода, образуется углеродное ядро. Оно тоже сжимается. Начинается, в результате большего нагрева, синтез кислорода и т.д. В итоге, звезда начинает напоминать луковицу, в середине которой, на последней стадии цепи реакций вызревает железоникелевое ядро, в котором никакие реакции идти уже не могут, то есть образуется белый карлик. Но этот белый карлик увеличивается в массе, так как реакции в вышележащих слоях продолжаются. Когда этот карлик вырастает до массы в 1,4 солнечной, давление электронного газа не может в карлике удержать сил гравитации. Электроны как бы вдавливаются в протоны, образуя нейтроны, которые беспрепятственно сближаются. В мгновенье карлик уменьшается от размеров Земли до 10км. Практически достигнув плотности ядерного вещества, карлик резко прекращает сжатие. Вещество такой плотности своим внутренним давлением в очередной раз за жизнь звезды останавливает гравитацию. Внешние слои образовавшейся нейтронной звезды в первое мгновение всё ещё продолжают падать по инерции к центру, увеличивая давление, следствием чего является возникновение ударных волн, и выброс во внешние слои звезды огромного количества нейтронов. Это приводит к сбросу внешних слоев, к грандиозному взрыву, энергия которого сопоставима с энергией, излучаемой целой галактикой! Такой взрыв называют вспышкой сверхновой звезды. В процессе рассеивания в пространстве верхних слоев звезды, её яркость падает, сверхновая угасает, а на месте вспышки можно разглядеть её остаток - расширяющуюся туманность.
   В центре взрыва остаётся чрезвычайно нагретая нейтронная звезда, имеющая размер нескольких километров. Если же от звезды после взрыва остается много вещества, так, что его масса более, чем в три раза превышает солнечную, вместо нейтронной звезды может образоваться удивительный объект – «чёрная дыра». Сила тяжести на её поверхности столь высока, что её не может покинуть даже свет. Свойства таких звёзд очень сложны, их изучение ведётся теоретически самыми сложными математическими средствами. Увидеть же «чёрную дыру» нельзя - как было замечено, она не выпускает свет, даже самые высокоэнергетические фотоны. Дырами такие объекты прозваны потому, что всё, слишком близко приблизившееся к ним, неминуемо и безвозвратно падает на их поверхность. Всё вещество как бы пропадает в «чёрной дыре». Первоначальная масса звезды, из которой в конце получится «чёрная дыра», в 30 и более раз превосходит массу Солнца. Очень частыми образованиями «чёрные дыры» являются в двойных звёздах.     
В центре многих галактик, где звёзды находятся близко друг к другу, где часты столкновения между ними, существуют гигантские «чёрные дыры». Эти объекты, получившиеся путем слияния множества звёзд, уже язык не поворачивается называть звёздами. Массы их могут достигать многих тысяч масс Солнца. Своим сильным гравитационным притяжением такие «чёрные дыры» оказывают влияние на всю галактику.
 
1.1.3.Каково внешнее строение «чёрных дыр».
   «Чёрная дыра» обладает внешним гравитационным полем, свойства которого определяются массой, моментом вращения и, возможно, электрическим зарядом, если коллапсирующая звезда была электрически заряжена. На больших расстояниях поле «чёрной дыры» практически не отличается от полей тяготения обычных звёзд, и движение других тел, взаимодействующих с «чёрной дырой» на большом расстоянии, подчиняется законам механики Ньютона. Гравитационное поле настолько сильно, что абсолютно не может испускать свет, поэтому они кажутся чёрными. Катастрофическая гравитация сжатием (коллапсом) может заканчиваться, в частности, эволюция звёзд, масса которых к моменту сжатия превышает критическую величину.
   Если после потери устойчивости в звезде не происходит освобождения энергии, достаточной для остановки сжатия или для взрыва, при котором оставшаяся после взрыва масса стала бы меньше критической, то центральные части звезды коллапсируют и за короткое время достигают гравитационного радиуса rg. Никакие силы не могут воспрепятствовать дальнейшему сжатию звезды, если её радиус уменьшится до rg (до радиуса сферы Шварцшильда). Основное свойство сферы Шварцшильда состоит в том, что никакие сигналы, испускаемые с поверхности звезды, достигшей этой сферы, не могут выйти наружу. Таким образом, в результате гравитационного сжатия массивных звёзд появляется область пространства-времени, из которой не может выйти никакая информация о физических процессах, происходящих внутри неё.
 
1.2.Цель исследования:
   Изучить и обобщить информацию о «чёрных дырах», а так же поделиться с полученными знаниями с окружающими меня людьми.
 
1.3.Задачи:
1) Выяснить, что такое «чёрная дыра».
2) Изучить формирование «чёрных дыр».
3) Изучить их внешнее строение.
4) Выяснить, какое влияние на Землю оказывают «чёрные дыры».
 
 
 
 
 
1.4.Методы исследования: 
   Изучение научной литературы по проблеме (Интернет-ресурсы), исторический анализ проблемы.
 
Необходимо уметь: 
   Пользоваться ресурсами сети Интернет, уметь видеть физику проблемы, пользоваться индуктивными и дедуктивными методами анализа.
 
1.6.Гипотеза:  
   Если человечество будет больше знать о «чёрных дырах», то появиться возможность в будущем использовать их энергию.
 
2.Основная часть
 
2.1.Из истории представлений о «чёрных дырах» …
   Английский геофизик и астроном Джон Митчелл (1724–1793) предположил, что в природе могут существовать столь массивные звёзды, что даже луч света не способен покинуть их поверхность. Используя законы Ньютона, Митчелл рассчитал, что если бы звезда с массой Солнца имела радиус не более 3 км, то даже частицы света (которые он, вслед за Ньютоном, считал корпускулами) не могли бы улететь далеко от такой звезды. Поэтому такая звезда казалась бы издалека абсолютно тёмной. Эту идею Митчелл представил на заседании Лондонского Королевского общества 27 ноября 1783. Так родилась концепция «ньютоновской» чёрной дыры.
   Такую же идею высказал в своей книге Система мира (1796) французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас. Простой расчёт позволил ему написать: «Светящаяся звезда с плотностью, равной плотности Земли, и диаметром, в 250 раз большим диаметра Солнца, не даёт ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения; поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной оказываются по этой причине невидимыми». Однако масса такой звезды должна была бы в десятки миллионов раз превосходить солнечную.
   А поскольку дальнейшие астрономические измерения показали, что массы реальных звёзд не очень сильно отличаются от солнечной, идея Митчелла и Лапласа о «чёрных дырах» была забыта.
   Во второй раз учёные «столкнулись» с «чёрными дырами» в 1916, когда немецкий астроном Карл Шварцшильд получил первое точное решение уравнений только что созданной тогда Альбертом Эйнштейном релятивистской теории гравитации – общей теории относительности (ОТО). Оказалось, что пустое пространство вокруг массивной точки обладает особенностью на расстоянии rот неё; именно поэтому величину rчасто называют «шварцшильдовским радиусом», а соответствующую поверхность (горизонт событий) – шварцшильдовской поверхностью.
   В следующие полвека усилиями теоретиков были выяснены многие удивительные особенности решения Шварцшильда, но как реальный объект исследования «чёрные дыры» ещё не рассматривались.
   Правда, в 1930-е, после создания квантовой механики и открытия нейтрона, физики исследовали возможность формирования компактных объектов (белых карликов и нейтронных звёзд), как продуктов эволюции нормальных звёзд. Оценки показали, что после истощения в недрах звезды ядерного топлива, её ядро может сжаться, превратиться в маленький и очень плотный белый карлик или же в ещё более плотную и совсем крохотную нейтронную звезду.
   В 1934 работавшие в США европейские астрономы Фриц Цвикки и Вальтер Бааде выдвинули гипотезу – вспышки сверхновых представляют собой совершенно особый тип звёздных взрывов, вызванных катастрофическим сжатием ядра звезды. Так впервые родилась идея о возможности наблюдать коллапс звезды. Бааде и Цвикки высказали предположение, что в результате взрыва сверхновой образуется сверхплотная вырожденная звезда, состоящая из нейтронов. Расчёты показали, что такие объекты действительно могут рождаться и быть устойчивыми, но лишь при умеренной начальной массе звезды. Но если масса звезды превышает три массы Солнца, то уже ничто не сможет остановить её катастрофического коллапса.
   В 1939 американские физики Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер обосновали вывод, что ядро массивной звезды должно безостановочно коллапсировать в предельно малый объект, свойства пространства вокруг которого (если он не вращается) описываются решением Шварцшильда. Иными словами, ядро массивной звезды в конце её эволюции должно стремительно сжиматься и уходить под горизонт событий, становясь «чёрной дырой». Но поскольку такой объект (как говорили тогда, «коллапсар», или «застывшая звезда») не излучает электромагнитные волны, то астрономы понимали, что обнаружить его в космосе будет невероятно трудно и поэтому долго не приступали к поиску.
   Поскольку никакой носитель информации не способен выйти из-под горизонта событий, внутренняя часть «чёрной дыры» причинно не связана с остальной Вселенной, происходящие внутри «чёрной дыры» физические процессы не могут влиять на процессы вне её. В то же время, вещество и излучение, падающие снаружи на «чёрную дыру», свободно проникают внутрь через горизонт. Можно сказать, что «чёрная дыра» всё поглощает и ничего не выпускает. По этой причине и родился термин «Чёрная дыра», предложенный в 1967 американским физиком Джоном Арчибальдом Уилером.
 
2.2.Гравитационный коллапс.
   Гравитационный коллапс — катастрофически быстрое сжатие массивных тел под действием гравитационных сил. Гравитационным коллапсом может заканчиваться эволюция звёзд с массой свыше трёх солнечных масс. После исчерпания в таких звёздах материала для термоядерных реакций они теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Если растущее внутреннее давление останавливает гравитационное сжатие, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной звездой, что может сопровождаться сбросом оболочки и наблюдаться как вспышка сверхновой звезды. Однако если масса звезды превысит предел Оппенгеймера — Волкова, то коллапс продолжается до её превращения в «чёрную дыру».

2.3.Формирование «чёрных дыр».

   Самый очевидный путь образования «чёрной дыры» – коллапс ядра массивной звезды. Пока в недрах звезды не истощился запас ядерного топлива, её равновесие поддерживается за счёт термоядерных реакций (превращение водорода в гелий, затем в углерод, и т.д., вплоть до железа у наиболее массивных звёзд). Выделяющееся при этом тепло компенсирует потерю энергии, уходящей от звезды с её излучением и звёздным ветром. Термоядерные реакции поддерживают высокое давление в недрах звезды, препятствуя её сжатию под действием собственной гравитации. Однако со временем ядерное топливо истощается, и звезда начинает сжиматься.
   Наиболее быстро сжимается ядро звезды, при этом оно сильно разогревается (его гравитационная энергия переходит в тепло) и нагревает окружающую его оболочку. В итоге, звезда теряет свои наружные слои в виде медленно расширяющейся планетарной туманности или катастрофически сброшенной оболочки сверхновой. А судьба сжимающегося ядра зависит от его массы. Расчёты показывают, что если масса ядра звезды не превосходит трёх масс Солнца, то она «выигрывает битву с гравитацией»: его сжатие будет остановлено давлением вырожденного вещества, и звезда превратится в белый карлик или нейтронную звезду. Но если масса ядра звезды более трёх солнечных, то уже ничто не сможет остановить его катастрофический коллапс, и оно быстро уйдёт под горизонт событий, став «чёрной дырой». Как следует из формулы для rg, «чёрная дыра» с массой 3 солнечных имеет гравитационный радиус 8,8 км.
   Астрономические наблюдения хорошо согласуются с этими расчётами: все компоненты двойных звёздных систем, проявляющие свойства «чёрных дыр» (в 2005 их известно около 20), имеют массы от 4 до 16 масс Солнца. Теория звёздной эволюции указывает, что за 12 млрд. лет существования нашей Галактики, содержащей порядка 100 млрд. звёзд, в результате коллапса наиболее массивных из них должно было образоваться несколько десятков миллионов «чёрных дыр». К тому же, «чёрные дыры» очень большой массы (от миллионов до миллиардов масс Солнца) могут находиться в ядрах крупных галактик, в том числе, и нашей. Об этом свидетельствуют астрономические наблюдения, хотя пути формирования этих гигантских «чёрных дыр» не вполне ясны.
   Если в нашу эпоху высокая плотность вещества, необходимая для рождения «чёрной дыры», может возникнуть лишь в сжимающихся ядрах массивных звёзд, то в далёком прошлом, сразу после Большого взрыва, с которого около 14 млрд. лет назад началось расширение Вселенной, высокая плотность материи была повсюду. Поэтому небольшие флуктуации плотности в ту эпоху могли приводить к рождению «чёрных дыр» любой массы, в том числе и малой. Но самые маленькие из них в силу квантовых эффектов должны были испариться, потеряв свою массу в виде излучения и потоков частиц. «Первичные чёрные дыры» с массой более 1012 кг могли сохраниться до наших дней. Самые мелкие из них, массой 1012 кг (как у небольшого астероида), должны иметь размер порядка 10–15м (как у протона или нейтрона).

2.4. Свойства «чёрных дыр».

   Вблизи «чёрной дыры» напряженность гравитационного поля так велика, что физические процессы там можно описывать только с помощью релятивистской теории тяготения. Согласно ОТО, пространство и время искривляются гравитационным полем массивных тел, причём наибольшее искривление происходит вблизи «чёрных дыр». Когда физики говорят об интервалах времени и пространства, они имеют в виду числа, считанные с каких-либо физических часов и линеек. Например, роль часов может играть молекула с определённой частотой колебаний, количество которых между двумя событиями можно называть «интервалом времени».
   Важно, что гравитация действует на все физические системы одинаково: все часы показывают, что время замедляется, а все линейки, что пространство растягивается вблизи «чёрной дыры». Это означает, что «чёрная дыра» искривляет вокруг себя геометрию пространства и времени. Вдали от «чёрной дыры» это искривление мало, а вблизи так велико, что лучи света могут двигаться вокруг неё по окружности. Вдали от «чёрной дыры» её поле тяготения в точности описывается теорией Ньютона для тела такой же массы, но вблизи гравитация становится значительно сильнее, чем предсказывает ньютонова теория.
   Если бы можно было наблюдать в телескоп за звездой в момент её превращения в «чёрную дыру», то сначала было бы видно, как звезда всё быстрее и быстрее сжимается, но по мере приближения её поверхности к гравитационному радиусу сжатие начнёт замедляться, пока не остановится совсем. При этом приходящий от звезды свет будет слабеть и краснеть пока окончательно не потухнет. Это происходит потому, что, преодолевая силу тяжести, фотоны теряют энергию и им требуется всё больше времени, чтобы дойти до нас. Когда поверхность звезды достигнет гравитационного радиуса, покинувшему её свету потребуется бесконечное время, чтобы достичь любого наблюдателя, даже расположенного сравнительно близко к звезде (и при этом фотоны полностью потеряют свою энергию). Следовательно, мы никогда не дождёмся этого момента и, тем более, не увидим того, что происходит со звездой под горизонтом событий, но теоретически этот процесс исследовать можно.
   Расчёт идеализированного сферического коллапса показывает, что за короткое время вещество под горизонтом событий сжимается в точку, где достигаются бесконечно большие значения плотности и тяготения. Такую точку называют «сингулярностью». Более того, математический анализ показывает, что если возник горизонт событий, то даже несферический коллапс приводит к сингулярности. Однако, всё это верно лишь в том случае, если общая теория относительности применима вплоть до очень малых пространственных масштабов, в чём пока нет уверенности. В микромире действуют квантовые законы, а квантовая теория гравитации ещё не создана. Ясно, что квантовые эффекты не могут остановить сжатие звезды в «чёрную дыру», а вот предотвратить появление сингулярности они могли бы.
   Изучая фундаментальные свойства материи и пространства-времени, физики считают исследование «чёрных дыр» одним из важнейших направлений, поскольку вблизи «чёрных дыр» проявляются скрытые свойства гравитации. Для поведения вещества и излучения в слабых гравитационных полях различные теории тяготения дают почти неразличимые прогнозы, однако в сильных полях, характерных для «чёрных дыр», предсказания различных теорий существенно расходятся, что даёт ключ к выявлению лучшей среди них. В рамках наиболее популярной сейчас теории гравитации – ОТО Эйнштейна – свойства «чёрных дыр» изучены весьма подробно. Вот некоторые важнейшие из них:
   1) Вблизи «чёрной дыры» время течет медленнее, чем вдали от неё. Если удалённый наблюдатель бросит в сторону «чёрной дыры» зажжённый фонарь, то увидит, как фонарь будет падать всё быстрее и быстрее, но затем, приближаясь к поверхности Шварцшильда, начнёт замедляться, а его свет будет тускнеть и краснеть (поскольку замедлится темп колебания всех его атомов и молекул). С точки зрения далекого наблюдателя фонарь практически остановится и станет невидим, так и не сумев пересечь поверхность «чёрной дыры». Но если бы наблюдатель сам прыгнул туда вместе с фонарем, то он за короткое время пересёк бы поверхность Шварцшильда и упал к центру «чёрной дыры», будучи при этом разорван её мощными приливными гравитационными силами, возникающими из-за разницы притяжения на разных расстояниях от центра.
   2) Каким бы сложным ни было исходное тело, после его сжатия в «чёрную дыру» внешний наблюдатель может определить только три его параметра: полную массу, момент импульса (связанный с вращением) и электрический заряд. Все остальные особенности тела (форма, распределение плотности, химический состав и т.д.) в ходе коллапса «стираются». То, что для стороннего наблюдателя структура «чёрной дыры» выглядит чрезвычайно простой, Джон Уилер выразил шутливым утверждением: «Чёрная дыра не имеет волос».
   В процессе коллапса звёзды в «чёрную дыру» за малую долю секунды (по часам удалённого наблюдателя) все её внешние особенности, связанные с исходной неоднородностью, излучаются в виде гравитационных и электромагнитных волн. Образовавшаяся стационарная «чёрная дыра» «забывает» всю информацию об исходной звезде, кроме трёх величин: полной массы, момента импульса (связанного с вращением) и электрического заряда. Изучая «чёрную дыру», уже невозможно узнать, состояла ли исходная звезда из вещества или антивещества, была ли она вытянутой или сплюснутой и т.п. В реальных астрофизических условиях заряженная «чёрная дыра» будет притягивать к себе из межзвёздной среды частицы противоположного знака, и её заряд быстро станет нулевым. Оставшийся стационарный объект либо будет не вращающейся «шварцшильдовой чёрной дырой», которая характеризуется только массой, либо вращающейся «керровской чёрной дырой», которая характеризуется массой и моментом   импульса.
   3) Если исходное тело вращалось, то вокруг «чёрной дыры» сохраняется «вихревое» гравитационное поле, увлекающее все соседние тела во вращательное движение вокруг неё. Поле тяготения вращающейся «чёрной дыры» называют полем Керра (математик Рой Керр в 1963 нашёл решение соответствующих уравнений). Этот эффект характерен не только для «чёрной дыры», но для любого вращающегося тела, даже для Земли. По этой причине размещённый на искусственном спутнике Земли свободно вращающийся гироскоп испытывает медленную прецессию относительно далёких звёзд. Вблизи Земли этот эффект едва заметен, но вблизи «чёрной дыры» он выражен гораздо сильнее: по скорости прецессии гироскопа можно измерить момент импульса «чёрной дыры», хотя сама она не видна.
   Чем ближе мы подходим к горизонту «чёрной дыры», тем сильнее становится эффект увлечения «вихревым полем». Прежде чем достичь горизонта, мы окажемся на поверхности, где увлечение становится настолько сильным, что ни один наблюдатель не может оставаться неподвижным (т. е. быть «статическим») относительно далёких звёзд. На этой поверхности (называемой пределом статичности) и внутри неё все объекты должны двигаться по орбите вокруг «чёрной дыры» в том же направлении, в котором вращается сама дыра. Независимо от того, какую мощность развивают его реактивные двигатели, наблюдатель внутри предела статичности никогда не сможет остановить своё вращательное движение относительно далёких звёзд.
Предел статичности всюду лежит  вне горизонта и соприкасается  с ним лишь в двух точках, там, где они оба пересекаются с  осью вращения «чёрной дыры».
   Область пространства-времени, расположенная между горизонтом и пределом статичности, называется эргосферой. Объект, попавший в эргосферу, ещё может вырваться наружу. Поэтому, хотя чёрная дыра «все съедает и ничего не отпускает», тем не менее, возможен обмен энергией между ней и внешним пространством. Например, пролетающие через эргосферу частицы или кванты могут уносить энергию её вращения.
   4) Всё вещество внутри горизонта событий «чёрной дыры» непременно падает к её центру и образует сингулярность с бесконечно большой плотностью. Английский физик Стивен Хоукинг определяет сингулярность как «место, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики, поскольку все они формулируются на основе классического пространства-времени».
   5) Кроме этого С.Хоукинг открыл возможность очень медленного самопроизвольного квантового «испарения» чёрных дыр. В 1974 он доказал, что «чёрные дыры» (не только вращающиеся, но и любые) могут испускать вещество и излучение, однако заметно это будет лишь в том случае, если масса самой дыры относительно невелика. Мощное гравитационное поле вблизи «чёрной дыры» должно рождать пары частица-античастица. Одна из частиц каждой пары поглощается дырой, а вторая испускается наружу. Например, «чёрная дыра» с массой 1012 кг должна вести себя как тело с температурой 1011 К, излучающее очень жесткие гамма-кванты и частицы. Идея об «испарении» чёрных дыр полностью противоречит классическому представлению о них как о телах, не способных излучать.

2.5. Эргосфера.

   Как показывают расчёты, у вращающейся  «чёрной дыры» вне её поверхности должна существовать область, ограниченная поверхностью статического предела, то есть эргосфера. Сила притяжения со стороны «чёрной дыры», действующая на неподвижное тело, помещенное в эргосферу, обращается в бесконечность. Однако эта сила конечна. Любые частицы, оказавшиеся в эргосфере, будут вращаться вокруг «чёрной дыры». Наличие эргосферы может привести к потере энергии вращающейся «чёрной дыры». Это возможно, в частности, в том случае, если некоторое тело, влетев в эргосферу, распадается (например, в результате взрыва) около поверхности «чёрной дыры», на две части, причём одна из них продолжает падение на «чёрную дыру», а вторая вылетает из эргосферы. Параметры взрыва могут быть такими, что энергия вылетевшей из эргосферы части больше энергии былого тела. Дополнительная энергия при этом черпается из энергии вращения «чёрной дыры». С уменьшением момента её вращения поверхность статического предела сливается с поверхностью «чёрной дыры» и эргосфера исчезает. Быстрое вращение коллапсирующего тела препятствует образованию «чёрной дыры»  вследствие действия сил вращения. Поэтому «чёрная дыра» не может иметь момент вращения больше некоторого экстремального значения.

2.6. Поиски «чёрных дыр».

   Расчёты в рамках ОТО указывают лишь на возможность существования «чёрных дыр», но отнюдь не доказывают их наличия в реальном мире, открытие «чёрной дыры» стало бы важным шагом в развитии физики. Поиск изолированных «чёрных дыр» в космосе невероятно труден: требуется заметить маленький тёмный объект на фоне космической черноты. Но есть надежда обнаружить «чёрную дыру» по её взаимодействию с окружающими астрономическими телами, по её характерному влиянию на них.
   Учитывая важнейшие свойства «чёрных дыр» (массивность, компактность и невидимость) астрономы постепенно выработали стратегию их поиска. Проще всего обнаружить «чёрную дыру» по её гравитационному взаимодействию с окружающим веществом, например, с близкими звёздами. Попытки обнаружить невидимые массивные спутники в двойных звёздах не увенчались успехом. Но после запуска на орбиту рентгеновских телескопов выяснилось, что «чёрные дыры» активно проявляют себя в тесных двойных системах, где они отбирают вещество у соседней звезды и поглощают его, нагревая при этом до температуры в миллионы градусов и делая его на короткое время источником рентгеновского излучения.
   Поскольку в двойной системе «чёрная дыра» в паре с нормальной звездой обращается вокруг общего центра массы, используя эффект Доплера, удаётся измерить скорость звезды и определить массу её невидимого компаньона. Астрономы выявили уже несколько десятков двойных систем, где масса невидимого компаньона превосходит 3 массы Солнца и заметны характерные проявления активности вещества, движущегося вокруг компактного объекта, например, очень быстрые колебания яркости потоков горячего газа, стремительно вращающегося вокруг невидимого тела.
   Особенно перспективной считают рентгеновскую двойную звезду V404 Лебедя, масса невидимого компонента которой оценивается не менее чем в 6 масс Солнца. Другие кандидаты в «чёрные дыры» находятся в двойных системах Лебедь X-1, LMC X-3, V616 Единорога, QZ Лисички, а также в рентгеновских новых Змееносец 1977, Муха 1981 и Скорпион 1994. Почти все они расположены в пределах нашей Галактики, а система LMC X-3 – в близкой к нам галактике Большое Магелланово Облако.
   Другим направлением поиска «чёрных дыр» служит изучение ядер галактик. В них скапливаются и уплотняются огромные массы вещества, сталкиваются и сливаются звёзды, поэтому там могут формироваться сверхмассивные «чёрные дыры», превосходящие по массе Солнце в миллионы раз. Они притягивают к себе окружающие звёзды, создавая в центре галактики пик яркости. Они разрушают близко подлетающие к ним звёзды, вещество которых образует вокруг «чёрной дыры» аккреционный диск и частично выбрасывается вдоль оси диска в виде быстрых струй и потоков частиц. Это н
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.