Neznámý vesmír – Černé díry a horizont událostí

rubrika: Populárně naučný koutek


V předchozí části populárně naučného seriálu o neznámém vesmíru jsem předložil obecnou teorii relativity v objetí černých děr. Bylo v ní naznačeno, že s černými děrami, o nichž se předpokládá, že se jimi náš vesmír doslova hemží jako mravenci v mraveništi, si naše soudobé fyzikální teorie neokážou poradit. Než v tomto seriálu dospěji k samotnému závěru, jenž bude bezpochyby velmi bombastický, musím těmto podivuhodným kosmickým „mravencům“ věnovat ještě jednu pozornost. A nebude poslední. Tím nechci říct, že v následující části přijde na řadu třetí pozornost černým děrám – jakoukoli další si už nechávám až na závěr.

 

Lucifer


Současná teoretická fyzika dospěla k závěru, že lze rozlišit několik druhů černých děr; buď podle velikosti, nebo podle vlastností, viz Aledbaran: Hvězdy a mlhoviny | Černé díry. Základní druhy jsou dva: hvězdné černé díry a galaktické černé díry. Hvězdné černé díry vznikají zhroucením supernovy v neutronovou hvězdu. Vznik mnohem větších černých děr, které sídlí ve středu každé galaxie, už není tak jasně definován.

 

Supernova je závěrečná fáze masivní hvězdy, v jejímž jádru vyhasíná termojaderná fúze. Neaktivní jádro hvězdy – jež má podle moderních modelů velikost zhruba naší planety, avšak obsahuje hmotu téměř jednoho a půl Slunce – se ve zlomku sekundy zhroutí pod vahou své vlastní gravitace a vznikne z něj neuvěřitelně hustá koule o průměru 10-20 kilometrů. Za takového tlaku se elektrony sloučí s protony v jádrech atomů a vytvoří neutrony. Zbytek hvězdy se pak zhroutí na tuto kouli, která se nyní nazývá neutronová hvězda. Na jejím povrchu dojde ke vzniku šokové vlny, která zažehne explozi supernovy. Hmota, která se navíc přidala k jádru, zesílí jeho gravitační pole natolik, že jádro zkolabuje znovu a stane se černou dírou o Schwarzschildově poloměru pouhých několika kilometrů.

 

Supermasivní černé díry ve středu každé galaxie obsahují něco mezi milionem a mnoha miliardami násobků hmotnosti Slunce, přičemž jejich velikost je srovnatelná s velikostí průměrné sluneční soustavy, povětšinou je však mnohem menší. Centrální supermasivní černá díra naší galaxie (Mléčné dráhy) se nazývá Sagittarius A*. Podle pohybů hvězd a plynu v její blízkosti se odhaduje, že obsahuje přibližně 4.5 milionu násobků hmotnosti Slunce. Vše tohle je nacpáno pod horizont událostí (moderní název pro Schwarzschildův poloměr) o velikosti 27 miliard kilometrů, což je vzdálenost, v jaké obíhá Merkur okolo Slunce.

 

V Mléčné dráze, stejně jako v 90 % všech dosud známých galaxií, je centrální supermasivní černá díra prakticky nečinná, jelikož do ní nic nepadá. Zbývajících 10 % těchto černých děr je aktivních. Neustále se „cpou“ materiálem ze svého okolí, a tuto aktivitu lze sledovat na vzdálenosti miliard světelných let. Aktivní galaxie totiž uvolňují do prostoru velká množství záření a částic. Než se hmota propadne do neexistence, obíhá v tzv. akrečním disku a přitom se zahřívá. V okolí supermasivní černé díry se začne vytvářet specifické magnetické pole a mikrosekundy předtím, než se částice ztratí za horizontem událostí černé díry a jsou navždy ztraceny, jsou některé z nich uchváceny oním magnetickým polem a vyvrženy v celých proudech zpět do prostoru.

 

Nejaktivnější galaxie vygenerují za sekundu více energie než bilion Sluncí, takže aktivní jádro svítí nejméně stokrát více než celá zbývající galaxie. Tato jejich jasnost po nějakou dobu dokonce dokázala před astronomy zamaskovat povahu toho, oč se jedná. Když je poprvé v padesátých letech minulého století letmo zahlédli, považovali je za hvězdám podobná aktivní jádra a dovodili, že jde o podivné blízké hvězdy. Nazvali tyto objekty „kvazi-stelární“, tedy „skoro-hvězdné“. Z toho pak vzniklo označení kvasar.

 

Astronomové kvasary demaskovali v roce 1962, když zjistili, že se nacházejí v nesmírných vzdálenostech. Z toho totiž vyplynulo, že se nemůže jednat o jedinou hvězdu, nýbrž o celou galaxii, jen my ji na tu dálku vidíme jako jeden zdroj záření. Méně silné aktivní galaxie jsou roztroušené v celém vesmíru v rozličných vzdálenostech od nás. Některé z nich jsou možná ve skutečnosti stárnoucími kvasary, jimž dochází zdroj obživy. Když supermasivní černá díra nakonec spolyká všechno ve svém dosahu, celá galaxie umlkne a stane se z ní galaxie normální, tedy taková, jaká je i ta naše. Může ale opět ožít, pokud se do blízkosti její centrální černé díry dostane další hmota. To znamená, že i Mléčná dráha se může stát aktivní galaxií – důsledky tohoto aktu pro nás radši nedomýšlet.

 

Co se děje uvnitř černé díry? Jak již bylo řečeno, setkáváme se zde s čímsi, na co ani pomocí našich nejlepších současných teorií nedokážeme odpovědět. Černá díra není pouze dírou ve vesmíru. Je současně dírou v našem chápání. Abychom se někam pohnuli, potřebovali bychom lépe porozumět chování gravitace na úrovni elementárních částic. Tomuto přístupu se říká kvantová gravitace, z níž se stal jakýsi svatý grál fyziků. K vybudování základů teorie kvantové gravitace potřebujeme pozorování, jež ukazují odchylky od teorie obecné relativity.

 

Snaha byla obrovská, ale veškerá měření, která slibovala, že odhalila odchylky od OTR, se nakonec ukázala být mylně interpretována. Zdrojem těchto „odchylek“ bylo něco úplně jiného a již velmi dobře známého. V polovině šedesátých let Robert H. Dicke a Carl H. Brans přišli s teorií, jež OTR konkurovala. Navrhli pátou přírodní sílu a porušili princip ekvivalence. Na základě své teorie předpověděli, že se Měsíc od své dráhy odchyluje o 13 metrů. Laserové signály odrážející se od povrchu měsíce měly jejich předpověď potvrdit. Nepotvrdily (zatím).

 

Luciferovy poznámky:

 

Standardní kvantová teorie (SKT) a obecná teorie relativity (OTR) představují naprosto odlišné přístupy k pojímání fyzikální reality. Oba přístupy nicméně napomohly po svém způsobu neobyčejnému rozkvětu vědecko-technických aplikací. OTR se zdá být zatím zcela nevyvratitelná a SKT, až na černé díry, prakticky nepotřebuje. SKT OTR potřebuje, ale jenom jako dosud nevyvratitelnou matematickou konstrukci, na jejímž podkladě může své kvantové představy v souladu s experimentálními výsledky rozvíjet. Byly a jsou činěny pokusy, jak oba přístupy zcela kompatibilně skloubit v teorii všeho, ale zatím nic dostatečně plodného dosaženo nebylo.

 

SKT předpovídá, že gravitace je zprostředkována polními částicemi zvanými gravitony. Podle této předpovědi by tyto částice měly mít stejně jako fotony nulovou klidovou hmotnost a stejnou rychlost – absolutní rychlost světla. Žádné měření či pozorování, ani žádný experiment jejich existenci zatím nepotvrdil. Tyto částice jsou tedy stále hypotetické. OTR je k popisu gravitace prakticky nepotřebuje. Představa, že fotony a gravitony mají nulovou klidovou hmotnost, je v podstatě nesmyslná, jak už jsem tady dříve naznačil. Pokud existují, tak nějakou hmotnost dle principu ekvivalence mají, jelikož energii jim upřít bezpochyby nelze.

 

Fotony – polní částice elektromagnetické interakce - jsou tudíž pod vlivem gravitace. Gravitony by měly být pod stejným vlivem, ale tady se nám to začíná motat tak nějak v kruhu. Jestliže pohyb fotonů je ovlivněn gravitací, musí tuto interakci zprostředkovávat gravitony – vlastně i mezi fotony. A co ji zprostředkovává mezi gravitony?

 

Na horizontu událostí černé díry je úniková rychlost jakékoli částice rovna rychlosti světla. Cokoli, včetně fotonů, nemůže zpod tohoto horizontu uniknout vně černé díry. Černé díry ale tu gravitaci zprostředkovanou gravitony mají. Vznikají tyhle gravitony na vnějším okraji černé díry? Fotony a jiné částice dle Stephena Hawkinga ano. Tímto způsobem se černé díry jakoby kvantově „vypařují“. Je gravitace černých děr kvantovým vypařováním gravitonů? Jsou vůbec nějaké gravitony? A i fotony? Otázky se kupí jako pára nad hrncem plným kypící polévky, která začíná působit poněkud nestravitelným dojmem. Asi bude zapotřebí nějaký nový KISS.

 

Zdroj: Stuart Clark, Neznámý vesmír v 10 kapitolách, Euromedia Group, a.s. – Knižní klub v edici Universum, Praha 2017

 


komentářů: 196         



Komentáře (196)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

198
xxx (neregistrovaný) 22.03.2018, 22:47:51
Doba nádherných hlasů i nádherných melodií!

Ale, mefi: horizont událostí tam za vodou v rákosí!
Mrkající
Topologie jsoucna. Nevinný

mefi
195
mefi * 21.03.2018, 20:27:17
.
Vladimír Mišík - Variace na renesanční téma

https://youtu.be/3BZK7z1SCOs
.
Zamilovaný

mefi
194
mefi * 21.03.2018, 20:23:39
.
Dnes před večerníčkem jsme vedli krátkou disputaci s inženýrem Štefcem z Hradce Králové.

Obsah:

Na začátku byla fluktuace času.

Čas je komplexní veličina. Reálná část definuje šipku času. Imaginární osa je osou energie. Lze jej tedy popsat v Gaussově rovině G.

Na počátku byla teplota rovna absolutní nule. Nulové kmity měly vlnovou délku rovnou Planckově délce. Ryze imaginární energii fluktuace si lze představit jako dva Diracovy impulsy symetrické dle reálné složky času

c.t = 0.

Z vlnové délky nulových kmitů lze snadno určit minimální imaginární energii potřebnou ke vzniku Universa potažmo vesmíru.

Topologie jsoucna tedy je

G||||G3||||G||||G3||||G

.
Mrkající

mefi
193
mefi * 20.03.2018, 20:48:17
.
Anonymous is a movement by which individuals across the globe can promote access to information, free speech, and transparency. The movement has made international headlines by exposing The Church of Scientology, supporting anti-corruption movements in Zimbabwe and India, and providing secure platforms for Iranian citizens to criticize their government.

Anonymous Analytics, a faction of Anonymous, has moved the issue of transparency from the political level to the corporate level. To this end, we use our talents to expose fraud and corruption among public companies.

http://www.anonanalytics.com/2017/06/aac-tech.html
.
Úžasný

192 Belzebub
František je z toho papež (neregistrovaný) 20.03.2018, 08:47:58
.
Observational Astronomy: Techniques and Instrumentation

011 | ISBN-10: 1107010462 | 428 Pages | PDF | 16 MB

Astronomy is fundamentally an observational science and as such it is important for astronomers and astrophysicists to understand how their data are collected and analyzed. This book is a comprehensive review of current observational techniques and instruments. Featuring instruments such as Spitzer, Herschel, Fermi, ALMA, Super-Kamiokande, SNO, IceCube, the Auger Observatory, LIGO and LISA, the book discusses the capabilities and limitations of different types of instruments. It explores the sources and types of noise and provides statistical tools necessary for interpreting observational data. Due to the increasingly important role of statistical analysis, the techniques of Bayesian analysis are discussed, along with sampling techniques and model comparison. With topics ranging from fundamental subjects such as optics, photometry and spectroscopy, to neutrinos, cosmic rays and gravitational waves, this book is essential for graduate students in astronomy and physics. Electronic and color versions of selected figures are available online at

www.cambridge.org/9781107010468
.
Zamilovaný

mefi
191
mefi * 20.03.2018, 08:43:14
.
Applied Computational Physics

2018 | ISBN-10: 0198708637, 0198708645| 944 Pages | PDF | 35 MB

Applied Computational Physics is a graduate-level text stressing three essential elements: advanced programming techniques, numerical analysis, and physics. The goal of the text is to provide students with essential computational skills that they will need in their careers, and to increase the confidence with which they write computer programs designed for their problem domain. The physics problems give them an opportunity to reinforce their programming skills, while the acquired programming skills augment their ability to solve physics problems. The C++ language is used throughout the text. Physics problems include Hamiltonian systems, chaotic systems, percolation, critical phenomena, few-body and multi-body quantum systems, quantum field theory, simulation of radiation transport, and data modeling.

The book, the fruit of a collaboration between a theoretical physicist and an experimental physicist, covers a broad range of topics from both viewpoints. Examples, program libraries, and additional documentation can be found at the companion website. Hundreds of original problems reinforce programming skills and increase the ability to solve real-life physics problems at and beyond the graduate level.
.
Mrkající

mefi mefisto mefistofeles
190
mefi mefisto mefistofeles * 20.03.2018, 08:39:42
.
Vědci z MITu a Harvardu publikovali v Nature dvě studie, které dokládají další unikátní vlastnosti grafenu: na jednu stranu může fungovat jako supravodič, na stranu druhou se pak může stát totálním izolantem, v němž je pohyb elektronů zcela zablokován.

http://sciencemag.cz/grafen-jako-mottuv-izolator-i-supravodic/
.
Mrkající

mefi
189
mefi * 20.03.2018, 08:35:28
.
PlazmaPoint sdružuje osoby vědeckých pracovišť, které nabízí průmyslu technickou podporu při zavádění plazmových technologií do výrobních procesů a pomoc při řešení problémů v této oblasti. Díky našim zkušenostem na poli výzkumu a vývoje nabízíme náměty k inovaci některých přežitých výrobních technologií.

http://www.chempoint.cz/plazmapoint
.
Usmívající se

i
188
i * 20.03.2018, 08:26:26
.
Fyzici velice touží odhalit tajemství temné hmoty. Pátrají po nich všude možně a vítají každou záhadu, na kterou narazíme na Zemi či ve vesmíru, pokud by mohla vysvětlit, jak to s temnou hmotou vlastně je.

http://jdem.cz/dyk992
.
Smějící se

i
187
i * 20.03.2018, 07:56:59
.
Vědci popsali záhadný typ polární záře: Vyskytuje se mnohem jižněji, než je běžné, má jiný vzhled a také se jinak chová. Nový úkaz dostal jméno Steve.

http://jdem.cz/dyk299
.
Mrkající

Lucifer
186
Lucifer * 19.03.2018, 21:14:26
Tak jsem si ten článek stáhl. Dík mefi za upozornění.

mefi
185
mefi * 19.03.2018, 19:33:32
.
V knihovně elektronických předtisků arXiv.org se 4. března 2018 objevila aktualizace poslední práce britského fyzika-teoretika Stephena Hawkinga:

https://arxiv.org/abs/1707.07702
.
Mrkající

i
184
i * 19.03.2018, 15:04:01
.
Pink Floyd - Shine On You Crazy Diamond

https://youtu.be/cWGE9Gi0bB0
.
Mrkající Ahoj Zamilovaný

mefi
183
mefi * 18.03.2018, 11:54:15
.
The Animals - The House of the Rising Sun

https://youtu.be/0sB3Fjw3Uvc
.
Ahoj Zamilovaný

mefi
182
mefi * 18.03.2018, 11:51:42
.
Poznámka ke kvantovému vypařování černých děr

Po úniku částice za obzor událostí dojde v černé díře porušení symetrie, a tudíž se černá díra snaží toto porušení symetrie kompenzovat (Le Chatelierův princip) kvantově-mechanickým doplněním virtuální antičástice.

Černé díry tedy proto nikdy nehubnou!
.
Mrkající

«     1    2  3  4  5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  10  11  12  13  14   »