Dlaczego czarne dziury są tak tajemnicze? Ciekawostki, o których nie miałeś pojęcia
Czarne dziury są naprawdę fascynujące. Oto kilka ciekawostek na ich temat.
Czarne dziury to jedne z najbardziej tajemniczych, ale i potężnych elementów kosmosu. To, co sprawia, że są tak nieznane i intrygujące, to ich względna niemożność bezpośredniej obserwacji, ponieważ nawet światło nie może uciec z ich horyzontu zdarzeń.
Pomimo dziesięcioleci badań, te potworne, choć fascynujące zjawiska kosmologiczne pozostają owiane tajemnicą.
Czym są czarne dziury?
Czarna dziura to obszar czasoprzestrzeni, którego z uwagi na wpływ grawitacji, nic – łącznie ze światłem i informacją – nie może opuścić. Stąd też nie można ich zaobserwować przez teleskop.
Obszar nazywa się „czarną dziurą”, ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice.
Każda materia, która przekroczy ich horyzont zdarzeń, znany również jako punkt bez powrotu, bezradnie zmierza w kierunku nieznanego losu.
Naukowcy uważają, że powstają one, gdy pozostałości masywnej gwiazdy zapadają się w sobie, stając się tak gęste, że wypaczają strukturę przestrzeni i czasu. Inaczej mówiąc, do powstania czarnej dziury niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości.
Teorie i pierwsza czarna dziura
Ideę, że może istnieć tak masywne ciało, iż nawet światło nie może z niego uciec, postulował angielski geolog John Michell w roku 1783 w pracy przesłanej do Royal Society.
Wbrew mitom, które krążą w Internecie, Einstein nie odkrył czarnych dziur, choć jego teoria względności przewiduje ich powstawanie. Ten niesamowicie popularny fizyk opracował teorię względności, która to przydała się Karlowi Schwarzschildowi do stworzenia równań opisujących obiekt mający postać masy skupionej w jednym punkcie, który bardzo silnie odkształca czasoprzestrzeń.
Do faktycznego odkrycia pierwszej czarnej dziury minęło jednak trochę czasu. W 1964 roku zanotowano istnienie rentgenowskiego układu podwójnego, który znajduje się 6070 lat świetlnych od Ziemi. W jego skład wchodzą błękitny nadolbrzym oraz czarna dziura. Cygnus X-1, bo tak go nazwano, jest najsilniejszym źródłem promieniowania rentgenowskiego widzianym z Ziemi.
Czarne dziury zmieniłyby nas w spaghetti
Być może brzmi to absurdalnie, ale działanie czarnych dziur czasem określa się terminem „spaghettification”.
Czarne dziury rozciągają wszystko, co odważy się do nich zbliżyć, co niektórym kojarzy się z długim makaronem.
Sposób, w jaki to działa, ma związek z tym, jak grawitacja zachowuje się na odległość. W tej chwili nasze stopy znajdują się bliżej środka Ziemi i dlatego są silniej przyciągane niż głowa. Oczywiście różnice są tutaj niewielkie, ale w warunkach ekstremalnej grawitacji sprawa ma się inaczej.
Czarne dziury są fabrykami energii
Sposób, w jaki to działa, ma związek z dyskiem materiału, który krąży wokół czarnej dziury. Materiał, który znajduje się najbliżej horyzontu zdarzeń na wewnętrznej krawędzi dysku, będzie orbitował znacznie szybciej niż materiał znajdujący się na zewnętrznej krawędzi.
Ponieważ materiał krąży i porusza się tak szybko, nagrzewa się do miliardów stopni Celsjusza, co ma zdolność przekształcania masy materiału w energię w formie zwanej promieniowaniem ciała doskonale czarnego.
Dla porównania, fuzja jądrowa przekształca około 0,7% masy w energię. Stan wokół czarnej dziury przekształca w nią aż 10% masy.
Czarne dziury spowalniają czas
Czas zwalnia po osiągnięciu horyzontu zdarzeń.
Gigantyczna grawitacja załamuje czasoprzestrzeń w bardzo silny sposób. Oznacza to, że czas w czarnych dziurach biegnie znacznie wolniej, niż np. na Ziemi.
Aby lepiej to zrozumieć, warto przypomnieć sobie eksperyment z bliźniakami, który jest często wykorzystywany do wyjaśnienia, w jaki sposób czas i przestrzeń współpracują ze sobą w ogólnej teorii względności Einsteina:
Jeden bliźniak pozostaje na Ziemi, podczas gdy drugi leci w kosmos z prędkością światła, zawraca i wraca do domu. Bliźniak, który podróżował w przestrzeni kosmicznej jest znacznie młodszy, ponieważ im szybciej się poruszasz, tym wolniej płynie dla ciebie czas.
Czy istnieją „białe dziury”?
Skoro jest coś takiego, jak czarna dziura, naturalnie pojawia się pytanie, czy istnieje jej przeciwieństwo. Hipotetyczne tak. Jak łatwo się domyślić – jest to biała dziura.
Według teorii biała dziura miałaby być obszarem, z którego energia i materia mogą uciec. Dotychczasowe badania nie potwierdziły istnienia białych dziur. Niektórzy badacze uważają, że powstanie Wszechświata, czyli Wielki Wybuch, mógł być w istocie przykładem takiego zjawiska.
Część uczonych uważa, że gdyby białe dziury istniały, nie byłyby stabilne – przekształcałyby się w czarne dziury.
Czy czarne dziury mogą tworzyć nowe wszechświaty?
Może się wydawać szalone, gdyż nie mamy pewności co do istnienia innych wszechświatów. Jednak istnieje teoria, która mówi, że czarne dziury mogłyby wytwarzać nowe wszechświaty, o których nie mielibyśmy pojęcia.
Osobliwość w centrum czarnych dziur łamie standardowe prawa fizyki i teoretycznie może zmienić zasady tak, by powstała zmieniona rzeczywistość.
Czarna dziura to tunel czasoprzestrzenny?
Badacze uważają, że niektóre masywne czarne dziury znajdujące się w centrach galaktyk mogą być tunelami czasoprzestrzennymi.
Tak zwana „wormhole” to hipotetyczny twór, który łączy dwa odległe punkty we wszechświecie lub nawet dwa wszechświaty ze sobą.
W fantastyce naukowej odkrywcy kosmosu często przechodzą przez tunele czasoprzestrzenne, które są połączone przez dwie czarne dziury. Choć wizja tego jest kusząca, nie jesteśmy w stanie udowodnić, czy coś takiego jest w ogóle możliwe.
