Huyền thoại về lỗ đen lớn nhất

Huyền thoại về lỗ đen lớn nhất
Huyền thoại về lỗ đen lớn nhất
Anonim

Lỗ đen là khu vực ngoài không gian, nơi có khối lượng lớn đến mức có một chân trời sự kiện - một khu vực không gian mà từ đó không có gì, thậm chí không phải ánh sáng, có thể thoát ra. Nhưng điều đó không có nghĩa là lỗ đen hút vật chất. Họ chỉ thu hút cô ấy.

Lỗ đen có lẽ là những vật thể kỳ lạ và tuyệt vời nhất trong vũ trụ. Ở đó, một khối lượng khổng lồ tập trung trong một thể tích rất nhỏ, và các lỗ đen chắc chắn sẽ sụp đổ đến trạng thái kỳ dị, được bao quanh bởi các chân trời sự kiện mà phía ngoài không có gì có thể đi qua. Đây là những vật thể dày đặc nhất trong vũ trụ. Khi một thứ gì đó đến quá gần chúng, các lực của lỗ đen sẽ xé toạc nó. Khi vật chất, phản vật chất hoặc bức xạ đi qua chân trời sự kiện, chúng chỉ đơn giản rơi vào trung tâm của lỗ đen, phóng to nó và tăng thêm khối lượng của nó.

Những đặc tính này của lỗ đen thực sự tồn tại, và chúng đều đúng. Nhưng có một ý tưởng liên quan đến điều này, đó là một điều hư cấu tuyệt đối: rằng các lỗ đen hút vật chất xung quanh chúng. Điều này là rất xa so với sự thật, và nó là một sự bóp méo hoàn toàn của bức tranh về lực hấp dẫn. Huyền thoại lớn nhất về lỗ đen là chúng hút vật chất. Và đây là sự thật khoa học.

Về nguyên tắc và thực tế, một lỗ đen có thể hình thành theo nhiều cách khác nhau. Một ngôi sao lớn có khối lượng lớn có thể đi đến siêu tân tinh, lõi trung tâm của nó sụp đổ và tạo thành một lỗ đen. Bạn có thể thấy cách hai ngôi sao neutron hợp nhất, và nếu chúng vượt qua một ngưỡng khối lượng nhất định, thì kết quả là một lỗ đen mới. Một đám vật chất khổng lồ (một ngôi sao siêu lớn hoặc một đám mây khí hợp đồng khổng lồ) sụp đổ và trực tiếp biến thành một lỗ đen.

Nếu có đủ khối lượng trong một thể tích không gian đủ tập trung, một chân trời sự kiện sẽ được hình thành xung quanh nó. Bên ngoài chân trời sự kiện, chúng ta có thể di chuyển khỏi nó nếu chúng ta di chuyển ra khỏi lỗ đen với tốc độ ánh sáng. Nhưng nếu chúng ta ở bên trong chân trời sự kiện, thì ngay cả ở tốc độ ánh sáng, là giới hạn của tốc độ vũ trụ, bất kỳ quỹ đạo chuyển động nào vẫn sẽ dẫn chúng ta đến tâm của lỗ đen, tức là, đến điểm kỳ dị. Đơn giản là không thể thoát ra khỏi hố đen khi ở bên trong chân trời sự kiện.

Nhưng những vật thể bên ngoài lỗ đen cũng có rất nhiều vấn đề. Các lỗ đen có khối lượng lớn đến mức nếu chúng ta tiến gần hơn đến một trong số chúng, chúng ta bắt đầu hứng chịu các lực thủy triều đáng kể. Bạn có thể quen thuộc với những lực thủy triều này nếu bạn biết mặt trăng là gì và nó tương tác với trái đất như thế nào.

Không còn nghi ngờ gì nữa, có thể coi Mặt Trăng và Trái Đất là những điểm vật chất nằm cách nhau một khoảng cách tương đối lớn 380 nghìn km. Nhưng trên thực tế, Trái đất không phải là một điểm, mà là một vật thể chiếm một thể tích nhất định và khá thực. Một số khu vực trên Trái đất gần Mặt trăng hơn những khu vực khác. Những vật ở gần hơn, chịu tác dụng của lực hấp dẫn nhiều hơn mức trung bình. Những người ở xa hơn chịu ít hơn trọng lực trung bình.

Nhưng có những đặc điểm khác ngoài sự khác biệt về khoảng cách. Giống như tất cả các vật thể vật chất, Trái đất là không gian ba chiều. Điều này có nghĩa là "đỉnh" và "đáy" của Trái đất (khi nhìn từ Mặt trăng) bị kéo vào trong, hướng về trung tâm của nó so với những phần nằm ở giữa.

Với tất cả những điều này, nếu chúng ta trừ đi lực trung bình tồn tại tại bất kỳ điểm nào trên Trái đất, chúng ta sẽ thấy rằng các điểm khác nhau trên bề mặt tiếp xúc với ngoại lực từ Mặt trăng theo những cách khác nhau. Đường của các lực này tạo nên các lực tương đối tác dụng lên vật, và giải thích tại sao vật chịu tác dụng của lực thủy triều lại bị kéo về phía nó và bị nén vuông góc với phương của lực này.

Chúng ta càng đến gần một vật thể có khối lượng lớn, lực thủy triều càng trở nên mạnh mẽ hơn. Chúng còn phát triển nhanh hơn cả trọng lực! Vì lỗ đen có khối lượng lớn nhưng rất nhỏ gọn, chúng tạo ra lực thủy triều mạnh nhất trong vũ trụ. Vì lý do này, khi chúng ta đến gần lỗ đen, chúng ta ngày càng giãn ra, trở nên giống như sợi mì spaghetti mỏng.

Dựa trên điều này, rất dễ hiểu tại sao một lỗ đen có thể hút chúng ta vào. Chúng ta càng đến gần nó, lực hấp dẫn càng trở nên mạnh mẽ hơn và lực thủy triều bắt đầu kéo căng và xé nát chúng ta.

Tuy nhiên, ý kiến cho rằng chúng ta có thể bị hút vào một lỗ đen là sai lầm. Bất kỳ hạt nào tạo nên một vật thể chịu ảnh hưởng của lỗ đen vẫn tuân theo các định luật vật lý nổi tiếng, bao gồm cả quy luật về độ cong của không-thời gian theo thuyết tương đối rộng.

Đúng, vì sự hiện diện của khối lượng, kết cấu không gian bị cong, và lỗ đen là nơi tích tụ khối lượng lớn nhất trong vũ trụ. Nhưng cũng đúng là mật độ của khối lượng này không hề ảnh hưởng đến độ cong của không gian. Nếu đặt một ngôi sao lùn trắng, sao nơtron hoặc lỗ đen có cùng khối lượng vào vị trí của Mặt trời, lực hấp dẫn lên Trái đất sẽ không thay đổi. Không gian xung quanh chúng ta bị cong bởi tổng khối lượng nói chung, và mật độ thực tế không liên quan gì đến nó.

Nhìn từ xa, một lỗ đen trông giống như bất kỳ khối lượng nào khác trong vũ trụ. Nhưng nếu chúng ta tiếp cận nó ở một khoảng cách tối thiểu bằng vài bán kính của quả cầu Schwarzschild, thì chúng ta bắt đầu nhận thấy sự sai lệch so với lực hấp dẫn Newton. Tuy nhiên, lỗ đen vẫn hoạt động đơn giản như một trọng tâm và các vật thể tiếp cận nó quay quanh quỹ đạo bình thường: một hình tròn, hình elip, parabol hoặc hyperbol với giá trị xấp xỉ rất tốt.

Lực thủy triều có thể làm cho các vật thể tiếp cận bị giãn ra và vỡ ra. Và khi vật chất tích tụ xung quanh lỗ đen dưới dạng đĩa bồi tụ, các hệ quả khác như từ trường, ma sát và nóng lên có thể phát sinh. Do tác động bổ sung này, một số vật chất sẽ chậm lại và bị hố đen nuốt chửng, nhưng phần lớn vẫn ở bên ngoài.

Thực tế là các lỗ đen không hút bất cứ thứ gì. Tất cả các vật thể bình thường khác (mặt trăng, hành tinh, ngôi sao) đều có lực tương tự như một lỗ đen sở hữu. Dù sao, tất cả chỉ là trọng lực. Sự khác biệt lớn nhất là các lỗ đen dày đặc hơn hầu hết các vật thể, chiếm ít thể tích hơn nhiều trong không gian bên ngoài và có thể lớn hơn nhiều so với bất kỳ vật thể nào khác. Sao Thổ lặng lẽ bay trên quỹ đạo của nó xung quanh Mặt trời, nhưng nếu thay vì Mặt trời ở trung tâm Dải Ngân hà, chúng ta đặt một lỗ đen có khối lượng gấp 4 triệu lần khối lượng ngôi sao của chúng ta, thì lực thủy triều sẽ phá vỡ Sao Thổ., biến nó thành một chiếc nhẫn khổng lồ, và nó sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong đĩa bồi tụ của chính hố đen này. Và nếu có đủ ma sát, nhiệt và gia tốc trong điều kiện có lực hấp dẫn, điện trường và từ trường do vật chất tạo ra, thì theo thời gian, nó sẽ rơi vào trong và bị nuốt chửng.

Có vẻ như lỗ đen đang hấp thụ vật chất, bởi vì chúng rất lớn, và lực thủy triều và vật chất tích tụ xung quanh lỗ đen cùng nhau có thể xé các vật thể bên ngoài thành nhiều mảnh, sau đó một phần của vật thể đó, dưới tác động của lực kéo, sẽ ở bên trong đĩa bồi tụ, theo thời gian và bên trong chính lỗ đen. Nhưng một lỗ đen rất kén chọn, và phần lớn vật chất đi qua gần nó sẽ bị bắn ra dưới dạng này hay dạng khác. Và chỉ một phần nhỏ lọt vào bên trong chân trời sự kiện, buộc lỗ đen lớn dần.

Nếu chúng ta thay thế tất cả khối lượng trong Vũ trụ bằng một lỗ đen có khối lượng tương ứng, và sau đó loại bỏ mọi thứ tạo ra ma sát, chẳng hạn như các đĩa bồi tụ, thì lỗ đen sẽ hút vào rất ít. Các hạt sẽ chỉ chịu ma sát do bức xạ của sóng hấp dẫn, đi qua không-thời gian cong tạo ra bởi lỗ đen. Theo lý thuyết của Einstein, chỉ những vật chất ở bên trong và ở chính giữa quỹ đạo tuần hoàn ổn định mới bị hấp thụ vào bên trong. Điều này là không đáng kể so với những gì nằm bên trong chân trời sự kiện trong thực tế vật lý của chúng ta.

Kết quả là, chúng ta chỉ có lực hấp dẫn và không-thời gian cong phát sinh từ sự hiện diện của những khối lượng này. Ý tưởng rằng các lỗ đen hút một thứ gì đó vào là một huyền thoại lớn nhất. Chúng tăng lên do trọng lực, và không có gì khác. Nhưng điều này là quá đủ trong Vũ trụ.

Đề xuất: