Ի՞նչ է նշանակում սև խոռոչների հայտնաբերումը: Սև անցքեր. Տիեզերքի ամենաառեղծվածային առարկաները. Ինչպես են սև անցքերը մահանում

Սև խոռոչը տարածություն-ժամանակի տարածք է, որի գրավիտացիոն գրավչությունն այնքան ուժեղ է, որ նույնիսկ լույսի արագությամբ շարժվող առարկաները, ներառյալ լույսի քվանտան, չեն կարող լքել այն: Այս շրջանի սահմանը կոչվում է իրադարձությունների հորիզոն, իսկ բնորոշ չափը՝ գրավիտացիոն շառավիղ։

«Սև խոռոչի» գաղափարն առաջին անգամ ի հայտ եկավ 1916 թվականին, երբ ֆիզիկոս Շվարցշիլդը լուծում էր Էյնշտեյնի հավասարումները։ Մաթեմատիկան տարօրինակ եզրակացության է հանգեցրել, որ կան կոմպակտ առարկաներ, որոնց շուրջ հայտնվում է հետաքրքիր հատկություններով իրադարձությունների հորիզոն։ Բայց «սև անցք» տերմինը դեռ գոյություն չուներ։ Իրադարձությունների հորիզոնը տարածության մի շրջան է, որը շրջապատում է սև խոռոչը, երբ նյութը երբեք չի կարողանա հեռանալ այս շրջանից և ընկնել սև խոռոչը: Լույսը դեռ կարող է հաղթահարել ձգողականության ահռելի ուժը, անհետացող նյութից ուղարկել վերջին հոսքերը, բայց միայն կարճ ժամանակով, քանի դեռ մատերիան ընկնում է այսպես կոչված եզակիության գոտում, որի համար դա այլևս Կարլ Շվարցշիլդն է։ , գերմանացի աստղագետ, տեսական աստղաֆիզիկայի հիմնադիրներից

1930-ականներին Չեդվիկը հայտնաբերեց նեյտրոնը։ Շուտով վարկած առաջ քաշվեց նեյտրինո աստղերի գոյության մասին, որոնք, մեծ զանգվածներով, պարզվում է, որ անկայուն են և սեղմվում են մինչև փլուզման վիճակ։ «Սև անցք» տերմինը դեռ գոյություն չուներ։ Միայն 1960-ականների վերջին էր, որ ամերիկացի Ջոն Ուիլերն ասաց «սև անցք»: Սա տարածության մի կետ է, որտեղ նյութը և էներգիան անհետանում են գրավիտացիոն ուժերի ազդեցության տակ: Այս վայրում գրավիտացիոն ուժերը այնքան ուժեղ են, որ մոտակա ամեն ինչ բառացիորեն ներծծվում է ներսից: Նույնիսկ լույսի ճառագայթները չեն կարող փախչել այնտեղից, ուստի սեւ խոռոչը լիովին անտեսանելի է։ Ջոն Ուիլեր, ամերիկացի ֆիզիկոս։

«Սև խոռոչը» կարելի է հայտնաբերել ռենտգենյան ճառագայթման հատուկ ճառագայթման միջոցով, որն առաջանում է, երբ այն ներծծում է նյութը։ 1970-ականներին ամերիկյան «Ուհուրու» արբանյակը (աֆրիկյան բարբառներից մեկով՝ «Ազատություն») արձանագրել է կոնկրետ ռենտգենյան ճառագայթում։ Այդ ժամանակից ի վեր «սև խոռոչը» գոյություն ունի ոչ միայն հաշվարկներում։ Հենց այս ուսումնասիրությունների համար էլ Ռիկարդո Ջակոնին ստացավ 2002 թվականի Նոբելյան մրցանակը։ Ռիկարդո Ջակոնի, իտալական ծագումով ամերիկացի ֆիզիկոս, ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր 2002 թվականին «ռենտգենյան աստղագիտության ստեղծման և ռենտգենյան աստղադիտակի հայտնագործման համար»

Միացված է այս պահինԳիտնականները Տիեզերքում մոտ հազար օբյեկտ են հայտնաբերել, որոնք դասակարգվում են որպես սև խոռոչներ: Ընդհանուր առմամբ, գիտնականները ենթադրում են, որ կան տասնյակ միլիոնավոր նման օբյեկտներ։ Ներկայումս սև խոռոչը մեկ այլ տիպի առարկայից տարբերելու միակ հուսալի միջոցը օբյեկտի զանգվածն ու չափը չափելն է և նրա շառավիղը գրավիտացիոն շառավիղի հետ համեմատելը, որը տրված է = բանաձևով, որտեղ G-ն գրավիտացիոն հաստատունն է։ , M-ը օբյեկտի զանգվածն է, c-ն՝ Գերզանգվածային սև խոռոչների լույսի արագությունը։ Գերաճած շատ մեծ սև անցքերը կազմում են գալակտիկաների մեծ մասի միջուկները: Դրանք ներառում են մեր գալակտիկայի առանցքում գտնվող զանգվածային սև խոռոչը՝ Աղեղնավոր A*, որը Արեգակին ամենամոտ գերզանգվածային սև խոռոչն է: Ներկայումս աստղային և գալակտիկական մասշտաբների սև խոռոչների առկայությունը գիտնականների մեծամասնության կողմից համարվում է աստղագիտական ​​դիտարկումներով հուսալիորեն ապացուցված: Ամերիկացի աստղագետները պարզել են, որ գերզանգվածային սև խոռոչների զանգվածները կարող են զգալիորեն թերագնահատվել։ Հետազոտողները պարզել են, որ աստղերի շարժման համար M87 գալակտիկայում (որը գտնվում է Երկրից 50 միլիոն լուսատարի հեռավորության վրա), ինչպես հիմա, կենտրոնականի զանգվածը սև անցքպետք է նման լինի Radio Galaxy Pictoris A-ին, տեսանելի է ռենտգենյան շիթ (կապույտ) 300 հազար լուսատարի երկարությամբ, որը բխում է.

Գերզանգվածային սև խոռոչների հայտնաբերում Գալակտիկաների կենտրոնական շրջաններում գերզանգվածային սև խոռոչների գոյության ամենահուսալի ապացույցն է համարվում: Այսօր աստղադիտակների լուծաչափը բավարար չէ տիեզերքի շրջանները տարբերելու համար, որոնց չափերը համապատասխանում են սև խոռոչի գրավիտացիոն շառավիղին: Գերզանգվածային մարմնի զանգվածը և մոտավոր չափերը որոշելու բազմաթիվ եղանակներ կան, բայց դրանց մեծ մասը հիմնված է դրանց շուրջ պտտվող առարկաների (աստղեր, ռադիոաղբյուրներ, գազի սկավառակներ) ուղեծրերի բնութագրերի չափման վրա։ Ամենապարզ և բավականին տարածված դեպքում պտույտը տեղի է ունենում Կեպլերյան ուղեծրերի երկայնքով, ինչի մասին է վկայում արբանյակի պտտման արագության համաչափությունը ուղեծրի կիսամյակային հիմնական առանցքի քառակուսի արմատին. Այս դեպքում կենտրոնական մարմնի զանգվածը հայտնաբերվում է հայտնի բանաձեւով.

Գիտական ​​մտածողությունը երբեմն այնպիսի պարադոքսալ հատկություններով առարկաներ է կառուցում, որ նույնիսկ ամենախորաթափանց գիտնականները սկզբում հրաժարվում են ճանաչել դրանք: Ժամանակակից ֆիզիկայի պատմության մեջ ամենաակնառու օրինակը սև խոռոչների և ծայրահեղ վիճակների նկատմամբ երկարաժամկետ հետաքրքրության բացակայությունն է։ գրավիտացիոն դաշտ, կանխատեսվել է գրեթե 90 տարի առաջ։ Երկար ժամանակ դրանք համարվում էին զուտ տեսական աբստրակցիա, և միայն 1960-70-ականներին էին մարդիկ հավատում դրանց իրականությանը։ Այնուամենայնիվ, սև խոռոչի տեսության հիմնական հավասարումը ստացվել է ավելի քան երկու հարյուր տարի առաջ:

Ջոն Միշելի խորաթափանցությունը

Ֆիզիկոս, աստղագետ և երկրաբան, Քեմբրիջի համալսարանի պրոֆեսոր և Անգլիկան եկեղեցու հովիվ Ջոն Միշելի անունը լիովին անարժանաբար կորել է 18-րդ դարի անգլիական գիտության աստղերի շարքում։ Միշելը դրեց սեյսմոլոգիայի հիմքերը՝ երկրաշարժերի գիտությունը, կատարեց հիանալի հետազոտություն մագնիսականության վերաբերյալ և Կուլոնից շատ առաջ հորինեց ոլորման հավասարակշռությունը, որը նա օգտագործեց գրավիմետրիկ չափումների համար: 1783 թվականին նա փորձեց միավորել Նյուտոնի երկու մեծ ստեղծագործությունները՝ մեխանիկա և օպտիկա։ Նյուտոնը լույսը համարում էր մանր մասնիկների հոսք։ Միշելը առաջարկեց, որ լույսի մարմինները, ինչպես սովորական նյութը, ենթարկվեն մեխանիկայի օրենքներին: Այս վարկածի հետևանքը պարզվեց, որ շատ ոչ տրիվիալ է. երկնային մարմինները կարող են վերածվել լույսի թակարդների:

Ինչպե՞ս էր Միշելը պատճառաբանում: Մոլորակի մակերևույթից արձակված թնդանոթը լիովին կհաղթահարի նրա ձգողականությունը միայն այն դեպքում, եթե նրա սկզբնական արագությունը գերազանցի այն, ինչ այժմ կոչվում է երկրորդ փախուստի արագություն: Եթե ​​մոլորակի ձգողականությունն այնքան ուժեղ է, որ փախուստի արագությունը գերազանցում է լույսի արագությունը, ապա զենիթում արձակված լուսային մարմինները չեն կարողանա գնալ դեպի անսահմանություն: Նույնը տեղի կունենա արտացոլված լույսի դեպքում: Հետևաբար, մոլորակը անտեսանելի կլինի շատ հեռավոր դիտորդի համար: Միշելը հաշվարկել է նման R cr մոլորակի շառավիղի կրիտիկական արժեքը՝ կախված նրա M զանգվածից, որը կրճատվել է մեր Արեգակի M s զանգվածին. R cr = 3 km x M/M s:

Ջոն Միշելը հավատում էր իր բանաձևերին և ենթադրում էր, որ տիեզերքի խորքերը թաքցնում են բազմաթիվ աստղեր, որոնք հնարավոր չէ տեսնել Երկրից ոչ մի աստղադիտակով: Ավելի ուշ նույն եզրակացությանն է եկել ֆրանսիացի մեծ մաթեմատիկոս, աստղագետ և ֆիզիկոս Պիեռ Սիմոն Լապլասը, ով այն ներառել է իր «Համաշխարհային համակարգի ցուցադրության» և՛ առաջին (1796), և՛ երկրորդ (1799) հրատարակություններում։ Սակայն երրորդ հրատարակությունը լույս է տեսել 1808 թվականին, երբ ֆիզիկոսների մեծամասնությունը լույսն արդեն համարում էր եթերի թրթռումներ։ «Անտեսանելի» աստղերի գոյությանը հակասում էին ալիքի տեսությունլույս, և Լապլասը համարեց, որ ավելի լավ է պարզապես չհիշատակել դրանք։ Հետագա ժամանակներում այս գաղափարը համարվում էր հետաքրքրասիրություն, որը արժանի էր ներկայացնելու միայն ֆիզիկայի պատմության վերաբերյալ աշխատություններում։

Շվարցշիլդի մոդել

1915 թվականի նոյեմբերին Ալբերտ Էյնշտեյնը հրապարակեց ձգողականության տեսություն, որը նա անվանեց ընդհանուր տեսությունհարաբերականություն (GTR): Այս աշխատությունը անմիջապես երախտապարտ ընթերցող գտավ ի դեմս Բեռլինի գիտությունների ակադեմիայի իր գործընկեր Կառլ Շվարցշիլդի։ Շվարցշիլդն էր, ով աշխարհում առաջինն օգտագործեց հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը՝ կոնկրետ աստղաֆիզիկական խնդիր լուծելու համար՝ հաշվարկելով տարածություն-ժամանակի չափումը չպտտվող գնդաձև մարմնից դուրս և ներսում (հատուկության համար մենք այն կանվանենք աստղ):

Շվարցշիլդի հաշվարկներից հետևում է, որ աստղի ձգողականությունը շատ չի աղավաղում տարածության և ժամանակի Նյուտոնյան կառուցվածքը միայն այն դեպքում, եթե նրա շառավիղը շատ ավելի մեծ է, քան Ջոն Միշելի հաշվարկած արժեքը: Այս պարամետրը սկզբում կոչվել է Շվարցշիլդի շառավիղ, իսկ այժմ կոչվում է գրավիտացիոն շառավիղ։ Համաձայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ ձգողականությունը չի ազդում լույսի արագության վրա, սակայն նվազեցնում է լույսի թրթիռների հաճախականությունը նույն համամասնությամբ, որքան դանդաղեցնում է ժամանակը։ Եթե ​​աստղի շառավիղը 4 անգամ մեծ է գրավիտացիոն շառավղից, ապա նրա մակերևույթի վրա ժամանակի հոսքը դանդաղում է 15%-ով, և տիեզերքը ձեռք է բերում նկատելի կորություն։ Երկու անգամ գերազանցելու դեպքում այն ​​ավելի ուժեղ է թեքվում, իսկ ժամանակը դանդաղում է 41%-ով։ Երբ հասնում է գրավիտացիոն շառավիղը, աստղի մակերևույթի վրա ժամանակը լիովին դադարում է (բոլոր հաճախականությունները գնում են զրոյի, ճառագայթումը սառչում է, և աստղը դուրս է գալիս), բայց տիեզերքի կորությունն այնտեղ դեռ վերջավոր է: Աստղից հեռու երկրաչափությունը դեռևս մնում է էվկլիդեսյան, և ժամանակը չի փոխում իր արագությունը։

Չնայած այն հանգամանքին, որ Միշելի և Շվարցշիլդի գրավիտացիոն շառավիղի արժեքները համընկնում են, մոդելներն իրենք ընդհանուր ոչինչ չունեն: Միշելի համար տարածությունն ու ժամանակը չեն փոխվում, բայց լույսը դանդաղում է։ Աստղը, որի չափերը փոքր են, քան իր գրավիտացիոն շառավիղը, շարունակում է փայլել, բայց այն տեսանելի է միայն ոչ շատ հեռավոր դիտորդի համար: Շվարցշիլդի համար լույսի արագությունը բացարձակ է, բայց տարածության և ժամանակի կառուցվածքը կախված է ձգողականությունից։ Գրավիտացիոն շառավիղով ընկած աստղը անհետանում է ցանկացած դիտորդի համար, որտեղ էլ որ նա լինի (ավելի ճիշտ՝ այն կարելի է հայտնաբերել գրավիտացիոն էֆեկտներով, բայց ոչ ճառագայթմամբ)։

Անհավատությունից մինչև հաստատում

Շվարցշիլդը և նրա ժամանակակիցները կարծում էին, որ նման տարօրինակ է տիեզերական օբյեկտներբնության մեջ գոյություն չունեն. Ինքը՝ Էյնշտեյնը, ոչ միայն հավատարիմ էր այս տեսակետին, այլև սխալմամբ կարծում էր, որ իրեն հաջողվել է մաթեմատիկորեն հիմնավորել իր կարծիքը։

1930-ականներին երիտասարդ հնդիկ աստղաֆիզիկոս Չանդրասեխարն ապացուցեց, որ աստղը, որը սպառել է իր միջուկային վառելիքը, թափում է իր պատյանը և վերածվում դանդաղ սառչող սպիտակ թզուկի միայն այն դեպքում, եթե նրա զանգվածը 1,4 արեգակնային զանգվածից պակաս է: Շուտով ամերիկացի Ֆրից Ցվիկին հասկացավ, որ գերնոր աստղերի պայթյուններն առաջացնում են նեյտրոնային նյութի չափազանց խիտ մարմիններ. Ավելի ուշ նույն եզրակացության է եկել Լև Լանդաուն. Չանդրասեխարի աշխատանքից հետո ակնհայտ էր, որ միայն 1,4 արեգակնային զանգվածից ավելի զանգված ունեցող աստղերը կարող են նման էվոլյուցիայի ենթարկվել: Այսպիսով, ծագեց բնական հարց. կա՞ արդյոք գերնոր աստղերի զանգվածի վերին սահման, որը թողնում են նեյտրոնային աստղերը:

30-ականների վերջին ամերիկացու ապագա հայրը ատոմային ռումբՌոբերտ Օպենհայմերը հաստատեց, որ նման սահման իրականում գոյություն ունի և չի գերազանցում մի քանի արեգակնային զանգված։ Այն ժամանակ ավելի ճշգրիտ գնահատական ​​տալ հնարավոր չէր. Այժմ հայտնի է, որ նեյտրոնային աստղերի զանգվածը պետք է լինի 1,5-3 Մ վ-ի սահմաններում։ Բայց նույնիսկ Օպենհայմերի և նրա ասպիրանտ Ջորջ Վոլկովի կոպիտ հաշվարկներից հետևեց, որ գերնոր աստղերի ամենազանգվածային ժառանգները չեն դառնում նեյտրոնային աստղեր, այլ փոխակերպվում են այլ վիճակի: 1939 թվականին Օփենհայմերը և Հարթլենդ Սնայդերը օգտագործեցին իդեալականացված մոդել՝ ապացուցելու, որ զանգվածային փլուզվող աստղը կծկվել է իր գրավիտացիոն շառավղով։ Նրանց բանաձեւերից իրականում հետեւում է, որ աստղն այսքանով կանգ չի առնում, սակայն համահեղինակները զերծ են մնացել նման արմատական ​​եզրակացությունից։

Վերջնական պատասխանը գտնվեց 20-րդ դարի երկրորդ կեսին փայլուն տեսական ֆիզիկոսների մի ամբողջ գալակտիկայի ջանքերով, այդ թվում՝ խորհրդային։ Պարզվեց, որ նման փլուզում Միշտսեղմում է աստղը «ամբողջ ճանապարհին»՝ ամբողջությամբ ոչնչացնելով նրա նյութը: Արդյունքում առաջանում է եզակիություն՝ գրավիտացիոն դաշտի «գերկենտրոնացում»՝ փակված անսահման փոքր ծավալով։ Անշարժ անցքի համար սա մի կետ է, պտտվող անցքի համար՝ օղակ։ Տարածություն-ժամանակի կորությունը և, հետևաբար, եզակիության մոտ ձգողության ուժը ձգտում է դեպի անսահմանություն։ 1967 թվականի վերջին ամերիկացի ֆիզիկոս Ջոն Արչիբալդ Ուիլերն առաջինն էր, ով աստղային նման վերջնական փլուզումն անվանեց սև անցք։ Նոր տերմինը սիրվեց ֆիզիկոսների կողմից և հիացրեց լրագրողներին, որոնք այն տարածեցին աշխարհով մեկ (չնայած ֆրանսիացիներին այն սկզբում դուր չէր գալիս, քանի որ trou noir արտահայտությունը կասկածելի ասոցիացիաներ էր հուշում):

Այնտեղ, հորիզոնից այն կողմ

Սև խոռոչը ոչ նյութ է, ոչ էլ ճառագայթում: Որոշակի պատկերավորությամբ կարող ենք ասել, որ սա ինքնաբավ գրավիտացիոն դաշտ է, որը կենտրոնացած է տարածություն-ժամանակի խիստ կոր հատվածում: Նրա արտաքին սահմանը սահմանվում է փակ մակերեսով՝ իրադարձությունների հորիզոնով։ Եթե ​​աստղը մինչ փլուզումը չի պտտվել, ապա այս մակերեսը պարզվում է, որ կանոնավոր գունդ է, որի շառավիղը համընկնում է Շվարցշիլդի շառավիղի հետ։

Հորիզոնի ֆիզիկական իմաստը շատ պարզ է. Լույսի ազդանշանը, որն ուղարկվում է նրա արտաքին շրջակայքից, կարող է անցնել անսահման մեծ տարածություն: Բայց ներքին տարածաշրջանից ուղարկվող ազդանշանները ոչ միայն չեն հատի հորիզոնը, այլ անխուսափելիորեն «կընկնեն» եզակիության մեջ: Հորիզոնն է տարածական սահմանիրադարձությունների միջև, որոնք կարող են հայտնի դառնալ երկրային (և ցանկացած այլ) աստղագետներին, և իրադարձությունների միջև, որոնց մասին ոչ մի դեպքում չի հայտնվի տեղեկատվություն:

Ինչպես և սպասվում էր «ըստ Շվարցշիլդի», հորիզոնից հեռու անցքի ձգումը հակադարձ համեմատական ​​է հեռավորության քառակուսու հետ, ուստի հեռավոր դիտորդի համար այն դրսևորվում է որպես սովորական ծանր մարմին: Բացի զանգվածից, անցքը ժառանգում է փլուզված աստղի իներցիայի պահը և նրա էլեկտրական լիցքը։ Իսկ նախորդ աստղի մյուս բոլոր բնութագրերը (կառուցվածք, կազմ, սպեկտրալ տեսակ և այլն) մոռացության են մատնվում։

Եկեք զոնդ ուղարկենք անցքի վրա ռադիոկայանով, որն ազդանշան է ուղարկում վայրկյանը մեկ՝ համաձայն ինքնաթիռի ժամանակի: Հեռավոր դիտորդի համար, քանի որ զոնդը մոտենում է հորիզոնին, ազդանշանների միջև ժամանակային ընդմիջումները կավելանան՝ սկզբունքորեն անսահմանափակ: Հենց նավը անցնի անտեսանելի հորիզոնը, այն ամբողջովին լռելու է «փոսից դուրս» աշխարհի համար: Այնուամենայնիվ, այս անհետացումը առանց հետքի չի լինի, քանի որ զոնդը կզիջի իր զանգվածը, լիցքը և ոլորող մոմենտը անցքին:

Սև խոռոչի ճառագայթում

Բոլոր նախորդ մոդելները կառուցվել են բացառապես ընդհանուր հարաբերականության հիման վրա։ Այնուամենայնիվ, մեր աշխարհը կառավարվում է օրենքներով քվանտային մեխանիկա, որոնք չեն անտեսում սև անցքերը։ Այս օրենքները թույլ չեն տալիս կենտրոնական եզակիությունը դիտարկել որպես մաթեմատիկական կետ։ Քվանտային համատեքստում նրա տրամագիծը տրվում է Պլանկ-Ուիլերի երկարությամբ, մոտավորապես հավասար է 10 -33 սանտիմետրի։ Այս տարածքում սովորական տարածությունը դադարում է գոյություն ունենալ։ Ընդհանրապես ընդունված է, որ անցքի կենտրոնը լցված է տարբեր տոպոլոգիական կառույցներով, որոնք առաջանում և մեռնում են քվանտային հավանականության օրենքներին համապատասխան։ Նման փրփրացող քվազի-տարածության հատկությունները, որը Ուիլերն անվանել է քվանտային փրփուր, դեռևս վատ են հասկացվում:

Քվանտային եզակիության առկայությունը անմիջականորեն կապված է ճակատագրի հետ նյութական մարմիններ, ընկնելով սև խոռոչի խորքը։ Փոսի կենտրոնին մոտենալիս ներկայումս հայտնի նյութերից պատրաստված ցանկացած առարկա կփշրվի և կպոկվի մակընթացային ուժերով: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ եթե ապագա ինժեներներն ու տեխնոլոգները ստեղծեն որոշ գերուժեղ համաձուլվածքներ և կոմպոզիտներ՝ ներկայումս աննախադեպ հատկություններով, դրանք բոլորը դեռ դատապարտված են անհետանալու. ի վերջո, եզակիության գոտում չկա ոչ սովորական ժամանակը, ոչ էլ սովորական տարածությունը:

Այժմ եկեք նայենք անցքի հորիզոնին քվանտային մեխանիկական ոսպնյակի միջոցով: Դատարկ տարածությունը՝ ֆիզիկական վակուումը, իրականում ընդհանրապես դատարկ չէ: Վակուումի տարբեր դաշտերի քվանտային տատանումների պատճառով շատ վիրտուալ մասնիկներ անընդհատ ծնվում և մահանում են: Քանի որ հորիզոնի մոտ ձգողականությունը շատ ուժեղ է, դրա տատանումները ստեղծում են չափազանց ուժեղ գրավիտացիոն պայթյուններ: Նման դաշտերում արագանալիս նորածին «վիրտուալները» լրացուցիչ էներգիա են ստանում և երբեմն դառնում սովորական երկարակյաց մասնիկներ։

Վիրտուալ մասնիկները միշտ ծնվում են զույգերով, որոնք շարժվում են հակառակ ուղղություններով (դա պահանջում է իմպուլսի պահպանման օրենքը): Եթե ​​գրավիտացիոն տատանումը վակուումից հանում է մի զույգ մասնիկ, կարող է պատահել, որ դրանցից մեկը նյութականանա հորիզոնից դուրս, իսկ երկրորդը (առաջինի հակամասնիկը) ներսում։ «Ներքին» մասնիկը կընկնի անցքի մեջ, բայց «արտաքին» մասնիկը կարող է փախչել բարենպաստ պայմաններում։ Արդյունքում փոսը դառնում է ճառագայթման աղբյուր և հետևաբար կորցնում է էներգիան և, հետևաբար, զանգվածը: Հետեւաբար, սեւ խոռոչները սկզբունքորեն կայուն չեն։

Այս երևույթը կոչվում է Հոքինգի էֆեկտ՝ անգլիացի ուշագրավ տեսական ֆիզիկոսի անունով, ով այն հայտնաբերեց 1970-ականների կեսերին։ Սթիվեն Հոքինգը, մասնավորապես, ապացուցեց, որ սև խոռոչի հորիզոնն արտանետում է ֆոտոններ այնպես, ինչպես բացարձակապես. սև մարմին, ջեռուցվում է T = 0.5 x 10 -7 x M s /M ջերմաստիճանում: Դրանից բխում է, որ փոսը բարակելով, նրա ջերմաստիճանը բարձրանում է, և «գոլորշիացումը», բնականաբար, ուժեղանում է: Այս գործընթացը չափազանց դանդաղ է ընթանում, և M զանգվածով անցքի կյանքի տևողությունը մոտ 10 65 x (M/M s) 3 տարի է: Երբ դրա չափը հավասարվում է Պլանկ-Ուիլերի երկարությանը, անցքը կորցնում է կայունությունը և պայթում՝ արձակելով նույն էներգիան, ինչ միլիոն տասը մեգատոնանոց միաժամանակյա պայթյունից։ ջրածնային ռումբեր. Հետաքրքիր է, որ անցքի զանգվածը անհետացման պահին դեռ բավականին մեծ է՝ 22 միկրոգրամ։ Որոշ մոդելների համաձայն՝ անցքը չի անհետանում առանց հետքի, այլ թողնում է նույն զանգվածի կայուն մասունք, այսպես կոչված, մաքսիմոն։

Մաքսիմոնծնվել է 40 տարի առաջ՝ որպես տերմին և որպես ֆիզիկական գաղափար։ 1965 թվականին ակադեմիկոս Մ.Ա.Մարկովն առաջարկեց, որ տարրական մասնիկների զանգվածի վերին սահման կա: Նա առաջարկեց այս սահմանափակող արժեքը դիտարկել որպես զանգվածի չափ, որը կարելի է համատեղել երեք հիմնականից ֆիզիկական հաստատուններ — Պլանկի հաստատունը h, լույսի արագությունը C և գրավիտացիոն հաստատուն G (նրանց համար, ովքեր սիրում են դետալները. դա անելու համար անհրաժեշտ է բազմապատկել h և C, արդյունքը բաժանել G-ի և հանել քառակուսի արմատ) Սա նույն 22 միկրոգրամն է, որը նշված է հոդվածում, այս արժեքը կոչվում է Պլանկի զանգված. Նույն հաստատուններից կարելի է մեծություն կառուցել երկարության չափով (Պլանկ-Ուիլերի երկարությունը ստացվում է 10 -33 սմ) և ժամանակի չափով (10 -43 վրկ):
Մարկովն ավելի հեռուն գնաց իր հիմնավորումներում։ Նրա վարկածի համաձայն՝ սև խոռոչի գոլորշիացումը հանգեցնում է «չոր մնացորդի»՝ մաքսիմոնի ձևավորմանը։ Մարկովը նման կառույցներն անվանել է տարրական սև խոռոչներ։ Թե որքանով է այս տեսությունը համապատասխանում իրականությանը, դեռ բաց հարց է։ Ամեն դեպքում, Մարկովի մաքսիմոնների անալոգները վերածնվել են սև խոռոչների որոշ մոդելներում, որոնք հիմնված են գերլարերի տեսության վրա:

Տիեզերքի խորքերը

Սև խոռոչներն արգելված չեն ֆիզիկայի օրենքներով, բայց արդյոք դրանք գոյություն ունեն բնության մեջ: Տիեզերքում առնվազն մեկ այդպիսի օբյեկտի առկայության բացարձակապես խիստ ապացույցներ դեռ չեն գտնվել: Այնուամենայնիվ, շատ հավանական է, որ որոշ երկուական համակարգերում ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրները աստղային ծագման սև խոռոչներն են։ Այս ճառագայթումը պետք է առաջանա հարեւան անցքի գրավիտացիոն դաշտի կողմից սովորական աստղի մթնոլորտի ներծծվելու արդյունքում: Երբ գազը շարժվում է դեպի իրադարձությունների հորիզոն, այն դառնում է շատ տաք և արտանետում ռենտգենյան քվանտա: Առնվազն երկու տասնյակ ռենտգենյան աղբյուրներ այժմ համարվում են սև խոռոչների դերի համար հարմար թեկնածուներ: Ավելին, աստղային վիճակագրությունը ցույց է տալիս, որ միայն մեր Գալակտիկայի մեջ կա մոտ տասը միլիոն աստղային ծագման անցք:

Սև խոռոչներ կարող են ձևավորվել նաև գալակտիկական միջուկներում նյութի գրավիտացիոն խտացման ժամանակ։ Ահա թե ինչպես են առաջանում միլիոնավոր ու միլիարդավոր արեգակնային զանգված ունեցող հսկա անցքեր, որոնք, ամենայն հավանականությամբ, կան բազմաթիվ գալակտիկաներում։ Ըստ երևույթին, կենտրոնում՝ ծածկված փոշու ամպերով Ծիր Կաթինթաքցնում է 3-4 միլիոն արեգակնային զանգված ունեցող փոս։

Սթիվեն Հոքինգը եկել է այն եզրակացության, որ կամայական զանգվածի սև խոռոչներ կարող են ծնվել անմիջապես հետո Մեծ պայթյուն, որը առաջացրել է մեր Տիեզերքը։ Մինչև միլիարդ տոննա կշռող առաջնային անցքերը արդեն գոլորշիացել են, բայց ավելի ծանրները դեռ կարող են թաքնվել տիեզերքի խորքերում և, ժամանակին, տիեզերական հրավառություն առաջացնել։ հզոր բռնկումներգամմա ճառագայթում. Սակայն նման պայթյուններ մինչ այժմ չեն նկատվել։

Սև անցքերի գործարան

Հնարավո՞ր է արագացուցչի մասնիկներն արագացնել մինչև այդպիսին բարձր էներգիաայնպես որ նրանց բախումից սև փոս առաջացնե՞ր։ Առաջին հայացքից այս գաղափարը պարզապես խելահեղ է՝ անցքի պայթյունը կկործանի ողջ կյանքը Երկրի վրա: Ավելին, դա տեխնիկապես անիրագործելի է։ Եթե ​​անցքի նվազագույն զանգվածը իսկապես 22 մկգ է, ապա էներգիայի միավորներով այն 10 28 էլեկտրոն վոլտ է։ Այս շեմը 15 կարգով բարձր է աշխարհի ամենահզոր արագացուցիչի՝ Մեծ հադրոնային կոլայդերի (LHC) հնարավորություններից, որը կգործարկվի CERN-ում 2007 թվականին։

Այնուամենայնիվ, հնարավոր է, որ անցքի նվազագույն զանգվածի ստանդարտ գնահատականը զգալիորեն գերագնահատված է: Ամեն դեպքում, սա ասում են ֆիզիկոսները՝ զարգացնելով գերլարերի տեսությունը, որը ներառում է քվանտային տեսությունձգողականություն (թեև հեռու է ամբողջական լինելուց): Համաձայն այս տեսության՝ տարածությունը ունի ոչ թե եռաչափ, այլ առնվազն ինը։ Մենք լրացուցիչ չափսեր չենք նկատում, քանի որ դրանք այնքան փոքր մասշտաբով են օղակված, որ մեր գործիքները չեն ընկալում դրանք: Այնուամենայնիվ, գրավիտացիան ամենուր է, այն թափանցում է թաքնված չափերի մեջ: IN եռաչափ տարածությունԾանրության ուժը հակադարձ համեմատական ​​է հեռավորության քառակուսուն, իսկ ինը չափումներով այն ութերորդ ուժին է։ Հետևաբար ներս բազմաչափ աշխարհՔանի որ հեռավորությունը նվազում է, գրավիտացիոն դաշտի ուժգնությունը շատ ավելի արագ է աճում, քան եռաչափում: Այս դեպքում Պլանկի երկարությունը մի քանի անգամ ավելանում է, իսկ անցքի նվազագույն զանգվածը կտրուկ նվազում է։

Լարերի տեսությունը կանխատեսում է, որ ընդամենը 10 -20 գ զանգված ունեցող սև խոռոչը կարող է ծնվել ինը ծավալային տարածության մեջ. Ամենալավատեսական սցենարի համաձայն՝ այն կկարողանա ամեն վայրկյան մեկ անցք արտադրել, որը գոյատևելու է մոտ 10 -26 վայրկյան։ Իր գոլորշիացման գործընթացում բոլոր տեսակի տարրական մասնիկներ, որը հեշտ կլինի գրանցվել։ Փոսի անհետացումը կհանգեցնի էներգիայի արտազատմանը, որը բավարար չէ նույնիսկ մեկ միկրոգրամ ջուրը հազարերորդական աստիճանով տաքացնելու համար։ Ուստի հույս կա, որ LHC-ն կվերածվի անվնաս սեւ խոռոչների գործարանի։ Եթե ​​այս մոդելները ճիշտ են, ապա այդպիսի անցքերը հնարավոր կլինի հայտնաբերել ուղեծրային դետեկտորների միջոցով: տիեզերական ճառագայթներնոր սերունդ.

Վերը նշված բոլորը վերաբերում են անշարժ սև խոռոչներին: Մինչդեռ կան նաև պտտվող անցքեր, որոնք ունեն մի շարք հետաքրքիր հատկություններ։ Սև խոռոչի ճառագայթման տեսական վերլուծության արդյունքները նույնպես հանգեցրին էնտրոպիայի հայեցակարգի լուրջ վերաիմաստավորման, ինչը նույնպես առանձին քննարկման է արժանի։ Այս մասին ավելի մանրամասն՝ հաջորդ համարում։

Սև խոռոչների գոյության վարկածն առաջին անգամ առաջ է քաշել անգլիացի աստղագետ Ջ. Միշելը 1783 թվականին՝ լույսի կորպուսուլյար տեսության և Նյուտոնի ձգողության տեսության հիման վրա։ Այդ ժամանակ Հյուգենսի ալիքային տեսությունը և նրա հայտնի ալիքի սկզբունքըուղղակի մոռացվել էին. Ալիքային տեսությանը չօգնեց որոշ մեծարգո գիտնականների, մասնավորապես Սանկտ Պետերբուրգի նշանավոր ակադեմիկոսներ Մ.Վ. Լոմոնոսովը և Լ.Էյլերը։ Պատճառաբանության տրամաբանությունը, որը Միշելին հանգեցրել է սև խոռոչի գաղափարին, շատ պարզ է. եթե լույսը բաղկացած է լուսատու եթերի մասնիկներից, ապա այս մասնիկները, ինչպես մյուս մարմինները, պետք է ձգողականություն ապրեն գրավիտացիոն դաշտից: Հետևաբար, որքան մեծ է աստղը (կամ մոլորակը), այնքան ավելի մեծ ձգողականություն պետք է ունենա մարմինները նրա կողմից, և այնքան ավելի դժվար կլինի լույսի համար հեռանալ նման մարմնի մակերեսից:

Հետագա տրամաբանությունը հուշում է, որ բնության մեջ կարող են լինել այնպիսի զանգվածային աստղեր, որոնց գրավիտացիան այլևս չեն կարող հաղթահարել մարմինները, և արտաքին դիտորդին նրանք միշտ սև կթվան, թեև իրենք կարող են փայլել շլացուցիչ փայլով, ինչպես Արեգակը: Ֆիզիկապես դա նշանակում է, որ նման աստղի մակերեսի երկրորդ փախուստի արագությունը պետք է լինի ոչ պակաս լույսի արագությունից։ Միշելի հաշվարկները ցույց են տալիս, որ լույսը երբեք չի հեռանա աստղից, եթե նրա շառավիղը միջին արեգակնային խտության դեպքում հավասար է 500 արեգակի: Այս տեսակի աստղն արդեն կարելի է անվանել սև անցք։

13 տարի անց ֆրանսիացի մաթեմատիկոս և աստղագետ Պ.Ս. Լապլասը, ամենայն հավանականությամբ, Միշելից անկախ, նմանատիպ վարկած է արտահայտել նման էկզոտիկ օբյեկտների գոյության մասին։ Հաշվարկման դժվար մեթոդով Լապլասը գտավ գնդակի շառավիղը տվյալ խտության համար, որի մակերեսի վրա պարաբոլիկ արագությունը հավասար է լույսի արագությանը։ Ըստ Լապլասի՝ լույսի մարմինները, լինելով գրավիտացիոն մասնիկներ, պետք է հետաձգվեն լույս արձակող զանգվածային աստղերի պատճառով, որոնք ունեն խտություն։ հավասար է խտությանըԵրկիր, իսկ շառավիղը 250 անգամ մեծ է արեգակի շառավղից։

Լապլասի այս տեսությունը ներառվել է 1796-ին և 1799-ին հրատարակված նրա հայտնի «Համաշխարհային համակարգի ցուցադրություն» գրքի միայն առաջին երկու ցմահ հրատարակություններում: Այո, հավանաբար, ավստրիացի աստղագետ Ֆ. Կ. ֆոն Զախը հետաքրքրվել է Լապլասի տեսությամբ՝ հրապարակելով այն 1798 թվականին՝ «Ապացույց այն թեորեմի, որ ծանր մարմնի գրավիտացիոն ուժը կարող է այնքան մեծ լինել, որ լույսը չի կարող դուրս հոսել» վերնագրով։

Այս պահին սև խոռոչների հետազոտության պատմությունը դադարել է ավելի քան 100 տարի: Թվում է, թե ինքը՝ Լապլասը, լուռ լքել է նման շռայլ վարկածը, քանի որ նա այն բացառել է իր գրքի մնացած բոլոր ցմահ հրատարակություններից, որը լույս է տեսել 1808, 1813 և 1824 թվականներին։ Հավանաբար Լապլասը չցանկացավ հետագայում կրկնել վիթխարի աստղերի մասին գրեթե ֆանտաստիկ վարկածը, որոնք լույս չեն արձակում: Թերևս նրան կանգնեցրին աստղագիտական ​​նոր տվյալները տարբեր աստղերում լույսի շեղման մեծության անփոփոխության վերաբերյալ, որոնք հակասում էին նրա տեսության որոշ եզրակացություններին, որոնց հիման վրա նա հիմնեց իր հաշվարկները։ Բայց ամենահավանական պատճառը, որ բոլորը մոռացել են Միշել-Լապլասի առեղծվածային հիպոթետիկ օբյեկտների մասին, լույսի ալիքային տեսության հաղթանակն է, որի հաղթարշավը սկսվել է 19-րդ դարի առաջին տարիներին։

Այս հաղթանակը սկսվեց 1801 թվականին հրատարակված անգլիացի ֆիզիկոս Տ. Յանգի «Լույսի և գույնի տեսությունը» Բուկերի դասախոսությամբ, որտեղ Յանգը համարձակորեն, ի տարբերություն Նյուտոնի և կորպուսուլյար տեսության այլ հայտնի կողմնակիցների (ներառյալ Լապլասը), ուրվագծեց էությունը։ լույսի ալիքային տեսության մասին՝ ասելով, որ արձակված լույսը բաղկացած է լուսավոր եթերի ալիքային շարժումներից։ Լապլասը, ոգեշնչված լույսի բևեռացման բացահայտումից, սկսեց «փրկել» մարմինները՝ կառուցելով բյուրեղներում լույսի կրկնակի բեկման տեսություն՝ հիմնված լույսի մարմինների վրա բյուրեղային մոլեկուլների կրկնակի գործողության վրա։ Բայց ֆիզիկոսների հետագա աշխատանքները Օ.Ժ. Ֆրենսել, Ֆ.Դ. Արագոնը, Ջ. Ֆրաունհոֆերը և մյուսները քարը քարի վրա չթողեցին կորպուսկուլյար տեսությունից, որը լրջորեն հիշվեց միայն մեկ դար անց՝ քվանտների հայտնաբերումից հետո: Լույսի ալիքային տեսության շրջանակներում սև խոռոչների մասին բոլոր քննարկումներն այն ժամանակ ծիծաղելի էին թվում։

Նրանք անմիջապես չհիշեցին սև խոռոչների մասին նույնիսկ լույսի կորպուսուլյար տեսության «վերականգնումից» հետո, երբ սկսեցին խոսել դրա մասին նոր որակական մակարդակով՝ քվանտների (1900 թ.) և ֆոտոնների (1905 թ.) վարկածի շնորհիվ։ Սև խոռոչները երկրորդ անգամ հայտնաբերվեցին միայն Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ստեղծումից հետո՝ 1916 թվականին, երբ գերմանացի տեսական ֆիզիկոս և աստղագետ Կ. Արեգակի շրջակայքում: Նա ի վերջո նորից բացահայտեց սև խոռոչների ֆենոմենը, բայց ավելի խորը մակարդակով:

Սև խոռոչների վերջնական տեսական բացահայտումը եղավ 1939 թվականին, երբ Օպենհայմերը և Սնայդերը կատարեցին Էյնշտեյնի հավասարումների առաջին բացահայտ լուծումը՝ նկարագրելու փոշու փլուզվող ամպից սև խոռոչի ձևավորումը: «Սև անցք» տերմինն ինքնին առաջին անգամ գիտության մեջ մտցվել է ամերիկացի ֆիզիկոս Ջ. Ուիլերի կողմից 1968 թվականին, ընդհանուր հարաբերականության, տիեզերագիտության և աստղաֆիզիկայի նկատմամբ հետաքրքրության արագ վերածննդի տարիներին, որոնք առաջացել են արտամթնոլորտային (մասնավորապես. ռենտգեն) աստղագիտություն, տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման, պուլսարների և քվազարների հայտնաբերում։