Svarta hål verkar för oss vara avlägsna, som de ibland gör filmer eller skriver i böcker. Vi tänker sällan på vad som skulle hända om ett miniatyr svart hål med en diameter på en millimeter dök upp på ytan av vår planet. Om detta - i vårt material.
Det finns en populär missuppfattning som är förknippad med svarta hål: de är en typ av rumsdammsugare som konsumerar allt i sin omgivning. Naturligtvis "matar", men magen är små. Problemet visas inte när de "äter", utan när de "kräker" efter för mycket middag. Det är verkligen skrämmande.
Det är faktiskt lite mer komplicerat. Baserat på det faktum att radien för ett svart hål är proportionell mot dess massa kan vissa beräkningar göras. Låt oss först förstöra några av grunderna.
Vad är ett svart hål
Ett svart hål är ett område i rymden där tyngdkraften är så stark att även ljus inte kan lämna det. Tyngdekraften där får själva tyget i rymdtid att böjas och låsa fast vid sig själv. Allt detta händer på grund av kompression av materien - oftast är det resterna av en massiv stjärna - i en extremt liten region.
Strukturen för det svarta hålet: singularitet, händelseshorisont och Schwarzschildradie (regionen från singularitet till händelseshorisont).
Vi kan faktiskt inte se svarta hål på grund av att ljus inte kan komma ut ur dem. Det visar sig att för att lämna det svarta hålet måste varje objekt utveckla en hastighet högre än ljusets hastighet, som i sin tur rör sig med en hastighet av 299 792 458 meter per sekund. Som jämförelse är utrymningshastigheten för att övervinna jordens tyngdkraft bara 11,2 kilometer per sekund. Men om vi lanserade en raket från en planet som väger lika mycket som jorden, men halva diametern, skulle utrymningshastigheten vara 15,8 kilometer per sekund. Även om föremålet hade samma massa, skulle utrymningshastigheten vara högre på grund av dess mindre storlek och därför högre densitet.
Kampanjvideo:
Tänk om vi krymper objektet ännu längre? Om vi komprimerar jordens massa till en sfär med en radie på nio millimeter når utrymningshastigheten ljusets hastighet. Om denna massa pressas in i en ännu mindre sfär, kommer flyktningshastigheten att överskrida ljusets hastighet. Men eftersom ljusets hastighet är den kosmiska hastighetsgränsen kan ingenting lämna denna sfär.
Radien vid vilken massan har en utrymningshastighet som är lika med ljusets hastighet kallas Schwarzschild-radien. Varje objekt som är mindre än Schwarzschild-radien är ett svart hål. Med andra ord är varje objekt med en utrymningshastighet högre än ljusets hastighet ett svart hål. För att göra ett sådant föremål från solen måste det komprimeras till en radie på cirka tre kilometer.
Ett svart hål har två huvuddelar: singulariteten och händelseshorisonten. Storleken på händelseshorisonten för ett svart hål anses vara storleken eftersom det kan beräknas och mätas.
Horisonten betraktas också som "point of no return" i närheten av det svarta hålet. Detta är inte en fysisk yta, utan en sfär som omger en singularitet som markerar en gräns, varvid flyktets hastighet är lika med ljusets hastighet. Radien för detta område är mycket Schwarzschild-radien.
Så snart materien är bortom händels horisonten, börjar den falla mot mitten av det svarta hålet. Med en så stark tyngdkraft komprimeras materien till en punkt - en otroligt liten volym av galen täthet. Denna punkt är en singularitet. Den är försumbar och har enligt moderna teoretiska modeller en oändlig täthet. Det är mycket möjligt att fysiklagarna vi känner bryts mot singulariteten. Forskare undersöker aktivt denna fråga för att förstå vad som händer i singulariteterna, liksom för att utveckla en fullständig teori som beskriver vad som händer i mitten av ett svart hål.
Låt oss göra några beräkningar
Låt oss se vad vi kan lära oss om ett millimeter svart hål. Enligt beräkningar kommer ett sådant svart hål med en Schwarzschild-radie att ha en massa av 7 x 10 ^ 23 kg - mer än fem massor av månen (enligt formeln R = 2MG / c ^ 2, där R är Schwarzschild-radien, M är objektets massa, G är gravitationsnivån konstant, och c är ljusets hastighet).
Förhållandet mellan jorden och solen är tre delar till en miljon. Om jorden skulle bli ett svart hål skulle dess radie bara vara nio millimeter. Därför skulle ett svart hål på en millimeter ha en massa på 11% av jordens massa. Vi skulle definitivt ha problem med den 11% extra massan på planeten.
Det räcker till och med att jordens totala tyngdkraft märkbart skulle öka. Denna extra tyngdkraft skulle räcka för att ändra månens bana, så att den helt enkelt kunde flyga ut ur sin nuvarande bana och börja röra sig i en elliptisk bana.
Flamm-paraboloid som representerar rymdtid bortom tillväxthorisonten för Schwarzschild svarthålshändelser.
Var är det här imaginära svarta hålet - på ytan, i mitten av jorden, eller kretsar runt det? Låt oss anta att det är på planeten. Området med dess gravitationspåverkan skulle vara ungefär en tredjedel av jordens radie - cirka 2124 kilometer.
Allt material i omedelbar närhet av detta mikroskopiska svarta hål skulle omedelbart kännas stark tyngdkraft från det, och hålet i sin tur skulle absorbera allt på vägen till jordens centrum, som det skulle nå inom cirka 42 minuter från det ögonblick det dök upp. Det skulle resa genom jordens kärna och nå andra sidan jordens yta ungefär samma tid.
Om ett svart hål dök upp på ytan med en relativ hastighet på mindre än 12 km / h, skulle det kretsa kring Blue Planet tillsammans med dess gravitationsområde. Enkelt uttryckt är det förstörelsen av jordskorpan och det mesta av dess mantel. Och om det är ännu enklare, betyder det döden av allt liv på jordens yta.
Åtkomstgrad och Eddington-gräns
De flesta av jordens massor runt det svarta hålet kommer att bli livsmedel och tillskrivas det. Innan det bara faller in i ett svart hål, måste allt detta material dock tappa sin vinkelmoment - varför det kommer att börja rotera runt det och bilda en ackretionsskiva.
Detta material producerar mycket värme, som så småningom kommer att strålas ut. Strålningen har ett tryck som kommer att bromsa ytterligare ackretition. Båda dessa effekter balanserar varandra - det kallas Eddington-gränsen.
Sluta svart hål i konstnärens syn
Eddington-gränsen sätter också en hård gräns för graden av tillträde till ett svart hål. En liten ackretionsskiva skulle troligen ha en temperatur på cirka sex tusen Kelvin - ungefär samma som jordens kärna eller solens yta.
Vissa friktionsprocesser skulle inträffa mellan ackretionsskivan och jordens massa, varför ett mikroskopiskt svart hål skulle sätta sig i planetens kärna.
Död i ett svart hål
I allmänhet skulle det ta fem miljarder år för ett sådant svart hål att svälja jorden. Det skulle öka jordens massa avsevärt. Och naturligtvis skulle det omedelbart skapa en fullständig störning på planeten, som på bara några timmar skulle förvandlas till en obebodd kosmisk lapp av kollapsande skorpa, lava, heta gaser och allt annat.
Livet skulle bli omöjligt, och den stora massan i det svarta hålet kunde förstöra asteroidbältet. Detta i sin tur kan leda till frekventa kollisioner i solsystemet under de kommande miljoner åren. Månen skulle fortsätta att kretsa kring den nya jorden (svarta hålet), men i en mycket långsträckt elliptisk bana.
Det svarta hålet rörde sig inte omedelbart till jordens centrum utan snarare skulle det kretsa runt det ett tag, men i slutändan skulle det komma till det. För att förstå hur detta mikroskopiska svarta hål skulle växa i massa krävs komplexa beräkningar och simuleringar.
Allt detta kan sammanfattas med orden från den världsberömda astrofysiker och vetenskapsmän Neil DeGrasse Tyson:
Vladimir Guillen