Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Астрономия и астрономическое образование. Материалы III Всероссийской научно-практической конференции (7 ноября 2014 года)
.pdf
Галилей опроверг ссылку на то, что если Земля вращается, то
благодаря центробежной силе она должна сбрасывать со своей
поверхности все предметы. Он показал, что, ввиду сравнительно
небольшой скорости вращения Земли, центробежная сила даже на
экваторе (где она является наибольшей) так мала, что она уничтожается
силой тяжести.
Что же касается годового обращения Земли вокруг Солнца, то
Галилей привел ряд соображений, показывающих, что оно необходимо
подсказывается всей совокупностью астрономических фактов [1].
«Но если пути планет имеют центром Солнце, − говорил Галилей,
− то настолько же основательнее приписать покой Солнцу, а не Земле,
насколько правильнее приписать неподвижность центру вращающихся
сфер, чем всякому иному месту…» [3].
Вместе с тем в книге, Галилей сделал серьѐзную ошибку, полагая,
что явление приливов доказывает вращение Земли вокруг оси.
Выход книги вызвал острую реакцию церкви. В 1635 году под
страхом пыток престарелый ученый был вынужден официально отречься
от своих взглядов и «раскаяться» в том, что он распространял учение
Коперника.
Осудив Галилея, инквизиция сделала все, чтобы отравить
последние годы его жизни. Он жил под домашним арестом, а постигшая
его слепота не давала ему возможности продолжать заниматься наукой.
В 1642 г. Галилей умер.
В истории науки он остался великим учѐным, а суд над Галилеем,
даже по выражению приверженцев католической религии, «был самой
роковой ошибкой, которую когда-либо допускали церковные власти
относительно науки» [4].
41
В ноябре 1979 года Римский Папа Иоанн Павел II официально
признал, что инквизиция в 1633 году совершила ошибку, силой вынудив
учѐного отречься от теории Коперника [2].
Астрономические открытия Галилея стали наглядным
доказательством истинности гелиоцентрической теории Коперника,
подтвердили идею Бруно о физической однородности Земли и неба.
Открытие же звездного состава Млечного Пути явилось косвенным
доказательством бесчисленности миров во Вселенной.
Список литературы
1. Дмитриев И.С. Упрямый Галилей // Природа. – 2009. – № 10. – С.
64-80.
2. Популярная история астрономии и космонавтики / автор-сост.
К.А. Ляхова. – М.: Вече, 2002. – С. 138-140.
3. Розгачева И., Широков С. Галилео Галилей. В кн. «Астрономия».
Т. 8. – М.: Аванта +, 1997. – С. 103-110.
4. Самин Д.К. Сто великих научных открытий / Д. К. Самин. – М.:
Вече, 2008. – С. 265-267.
5. Движение планет. Строение Солнечной системы. Часть VI: Галилео
Галилей [Электронный ресурс]. URL: http://unnatur al. ru/galile o-galilei
6. Сурдин В.Г., Васильева Н.Л. Телескоп Галилея [Электронный
ресурс]. URL: http://www.astronet.ru/db/msg/1237382
42
УДК 524.8
ЗАГАДКИ КОСМОСА
Л.В. Колобова, М.А. Копылов, В.В. Врублевский
МОУ гимназия №45,г. Комсомольск-на-Амуре
Черные дыры – актуальная в наше время тема для обсуждений. Черные
дыры – объекты совершенно фантастические по своим свойствам. Из всех
измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы,
наверное, самое фантастическое – это образ черный дыры, отделенной от
остального пространства определенной границей, которую ничто не может
пересечь; дыры, обладающей настолько сильным гравитационным полем, что
даже свет задерживается его мертвой хваткой; дыры, искривляющей
пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, черная
дыра кажется более уместной в фантастических романах или в мифах
древности, чем в реальной Вселенной. И тем не менее законы современной
физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали. Возможно,
только наша Галактика содержит миллионы их – так сказал о черных дырах
американский физик К. Торн.
К этому следует добавить, что внутри черной дыры удивительным
образом меняются свойства пространства и времени, закручивающихся в
своеобразную воронку, а в глубине находится граница, за которой время и
пространство распадаются на кванты. Внутри черной дыры, за краем этой
своеобразной гравитационной бездны, откуда нет выхода, текут удивительные
физические процессы, проявляются новые законы природы.
Черные дыры являются самыми грандиозными источниками энергии во
Вселенной. Мы, вероятно, наблюдаем их в далеких квазарах, во
взрывающихся ядрах галактик. Они возникают также после смерти больших
43
звезд. Возможно, черные дыры в будущем станут источниками энергии для
человечества.
Черная дыра – космический объект, который образуется при
неограниченном гравитационном сжатии (гравитационном коллапсе)
массивных космических тел. Существование этих объектов предсказывает
общая теория относительности. Сам термин "черная дыра" введен в науку
американским физиком Джоном Уилером в 1968 г. для обозначения
сколлапсировавшей звезды [1].
Черная дыра – область в пространстве, возникшая в результате полного
гравитационного коллапса вещества, в которой гравитационное притяжение
так велико, что ни вещество, ни свет, ни другие носители информации не
могут ее покинуть. Поэтому внутренняя часть черной дыры причинно не
связана с остальной Вселенной; происходящие внутри черной дыры
физические процессы не могут влиять на процессы вне ее. Черная дыра
окружена поверхностью со свойством однонаправленной мембраны: вещество
и излучение свободно падает сквозь нее в черную дыру, но оттуда ничто не
может выйти. Эту поверхность называют «горизонтом событий». Поскольку
до сих пор имеются лишь косвенные указания на существование черных дыр
на расстояниях в тысячи световых лет от Земли, наше дальнейшее изложение
основывается главным образом на теоретических результатах.
Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются
огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик. Данные
показывают, что гигантские черные дыры не предшествовали рождению
галактик, а эволюционировали вместе с ними, поглощая определенный
процент массы звезд и газа центральной области галактики. Это означает, что
в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы составляют не
многим более нескольких миллионов солнечных масс. Черные дыры в центрах
гигантских галактик, включают в себя миллиарды солнечных масс. Все дело в
том, что окончательная масса черной дыры формируется в процессе
44
формирования галактики. В некоторых случаях черные дыры увеличиваются
не только за счет поглощения газа отдельной галактики, но и путем слияния
галактик, в результате чего их черные дыры объединяются.
Они образуются в результате коллапса гигантских нейтронных звезд
массой более 3 масс Солнца. При сжатии их гравитационное поле уплотняется
все сильнее и сильнее. Наконец звезда сжимается до такой степени, что свет
уже не может преодолеть ее притяжения. Радиус, до которого должна сжаться
звезда, чтобы превратиться в черную дыру, называется гравитационным
радиусом. Для массивных звезд он составляет несколько десятков километров.
Поскольку черные дыры не светят, то единственный путь судить о них – это
наблюдать воздействие их гравитационного поля на другие тела. Имеются
косвенные доказательства существования черных дыр более чем в 10 тесных
двойных рентгеновских звездах. В пользу этого говорят, во-первых,
отсутствие известных проявлений твердой поверхности, характерных для
рентгеновского пульсара или рентгеновского барстера, и, во-вторых, большая
масса невидимого компонента двойной системы (больше 3 масс Солнца).
Один из наиболее вероятных кандидатов в черные дыры – это ярчайший
источник рентгеновских лучей в созвездии Лебедя - Лебедь Х-1 [2].
По современным представлениям, есть четыре сценария образования
чѐрной дыры:
1. Гравитационный коллапс, вокруг которой вращается меньшая чѐрная
дыра.
2. Коллапс центральной части галактики или протогалактического газа.
3. Возникновение в ядерных реакциях высоких энергий
4. Формирование чѐрных дыр в момент Большого Взрыва
Чѐрные дыры звѐздных масс образуются как конечный этап жизни
некоторых звезд. После полного выгорания термоядерного топлива и
прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что
приведѐт к уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под
45
действием гравитации. Сжатие может остановиться на определѐнном этапе, а
может перейти в стремительный гравитационный коллапс. В зависимости от
массы звезды и вращательного момента возможно превращение ее в черную
дыру. Разросшиеся очень массивные чѐрные дыры, по современным
представлениям, образуют ядра большинства галактик. В их число входит и
массивная чѐрная дыра в ядре нашей Галактики [3].
Первичные чѐрные дыры в настоящее время носят статус гипотезы.
Если в начальные моменты жизни Вселенной существовали достаточной
величины отклонения от однородности гравитационного поля и плотности
материи, то из них путѐм коллапса могли образовываться чѐрные дыры. При
этом их масса не ограничена снизу, как при звѐздном коллапсе – их масса,
вероятно, могла бы быть достаточно малой. Обнаружение первичных чѐрных
дыр представляет особенный интерес в связи с возможностями изучения
явления испарения чѐрных дыр.
Квантовые чѐрные дыры. Предполагается, что в результате ядерных
реакций могут возникать устойчивые микроскопические чѐрные дыры, так
называемые квантовые чѐрные дыры. Для математического описания таких
объектов необходима квантовая теория гравитации, которая еще не
создана. Однако из общих соображений весьма вероятно, что спектр масс
чѐрных дыр дискретен и существует минимальная чѐрная дыра –
планковская чѐрная дыра. Еѐ масса порядка 10-5 г, радиус – 10
-35
м.
Комптоновская длина волны планковской чѐрной дыры по порядку
величины равна еѐ гравитационному радиусу.
Даже если квантовые дыры существуют, время их существования
крайне мало, что делает их непосредственное обнаружение очень
проблематичным. В последнее время предложены эксперименты с целью
обнаружения свидетельств появления чѐрных дыр в ядерных реакциях.
Однако для непосредственного синтеза чѐрной дыры в ускорителе
необходима недостижимая на сегодня энергия 1026 эВ. По-видимому, в
46
реакциях сверхвысоких энергий могут возникать виртуальные
промежуточные чѐрные дыры. Однако по теории струн энергии требуется
гораздо меньше и синтез можно осуществить.
Астрофизики полагают, что чѐрные дыры являются коридорами
времени. Вокруг чѐрной дыры образуется гравитационное поле, в котором
объекты достигают скорости света. Внутри чѐрных дыр, время и пространство
перестают функционировать и меняются местами, в результате чего
путешествие в пространстве становится перемещением во времени.
Для астронавта, который падает в черную дыру и попадает в
сингулярность, время заканчивается. По собственным часам падающий
астронавт достигает сингулярности за конечное время. Однако по отношению
к внешнему миру его часы идут все медленнее и медленнее, и соответственно
астронавту кажется, что события во внешнем мире протекают все быстрее и
быстрее. В итоге за время падения он успевает увидеть в ускоренном режиме
все будущее Вселенной, даже если оно бесконечно [4].
Альберт Эйнштейн объяснил возможность существования
пространственно-временных «порталов» в недрах черных дыр. Физики
называют эти порталы червоточинами, поскольку они создают более короткий
альтернативный путь между двумя точками. Эти порталы также называют
иногда порталами или «вратами» в другие измерения. Когда-нибудь они могут
стать средством путешествий между различными измерениями.
Астрофизики давно установили, что прыжок в черную дыру неминуемо
ведет к смерти. Однако над причинами долгое время велись дискуссии. Ранее
предполагалось, что разница в действующих силах тяжести разрывает тело на
куски. Разорванные на атомы останки опадают под горизонтом событий, тем
местом, за пределы которого не выходит свет. На этом жизнедеятельность
организма заканчивается.
Однако Джозеф Польчински полагает иначе. Его новые расчеты
говорят, что прежде чем на тело начнут действовать гравитационные силы, он
47
сгорит в квантовом огне – в потоке частиц, которые порождены квантовыми
эффектами рядом с тем же горизонтом событий.
Об излучении, которое возникает вблизи черной дыры,
астрофизикам было известно давно, со времен предсказаний Стивена
Хокинга. Однако до сих пор не было доказательств в пользу того, что
подобное излучение может навредить самоубийце, прыгнувшему в черную
дыру. Исследования Польчинского произвели настоящий переворот в
ученой среде. Заявление о том, что вокруг черной дыры может возникнуть
самая настоящая квантовая буря – это революционное заявление.
Напомним, что квантовая теория гравитации долго время занимала
умы великих ученых, которым приходилось объяснять гравитационные поля
традиционной теорией относительности, а микромир – квантовой механикой.
Главной задачей современной науки стало объединение этих теорий в одну.
Таким образом, исследования Польчинского стали предметом, изучение
которого способно привести к решению вековой задачи.
Открытие в центре Галактики чѐрной дыры кого-то, может быть, и
испугало. Но на самом деле пугаться нечего. Чѐрная дыра опасна лишь для
звѐзд, находящихся вблизи неѐ. А Солнце и Солнечная система
расположены далеко от центра Галактики, можно сказать, на еѐ окраине.
Луч света преодолевает это расстояние за несколько тысяч лет.
Может быть, в центре Галактики вовсе не чѐрная дыра, а, например,
большущее скопление звѐзд? Ещѐ недавно астрономы примерно так и
думали, но сейчас поняли, что ошибались. Вычисления убедили их, что
если бы в центре Галактики скопилось огромное количество звѐзд, то они
не смогли бы существовать в жуткой тесноте и постепенно разлетелись бы
в разные стороны. То, что этого до сих пор не произошло, подтверждает,
что в центре Галактики находится громадная чѐрная дыра, которая весит
столько же, сколько два-три миллиарда тяжѐлых звѐзд. Такие чѐрные дыры
48
называются сверхмассивными. На данный момент они обнаружены в
нескольких сотнях галактик.
Может показаться, что изучать ядро нашей Галактики легче, чем
центральные области других галактик, ведь находятся они намного
дальше. Но всѐ не так просто, потому что центральные области Галактики
скрыты от нас пылевой завесой, которая почти не пропускает световые
лучи. Но другим лучам – пыль не помеха [5].
Они помогают астрономам заглянуть внутрь Галактики и увидеть,
что там творится. С помощью специальных наземных и космических
телескопов ученые изучают движение звѐзд, которым «посчастливилось»
жить не очень далеко от чѐрной дыры. Некоторые из них пролетают более
тысячи километров в секунду! Похоже, это сверхмассивная чѐрная дыра
заставляет их мчаться с такой большой скоростью.
Для сравнения: наша Земля тоже очень быстро летит по своей
орбите, но еѐ скорость «всего» 30 км/с.
Чѐрная дыра в центре Галактики так велика, что, наверное, не
поместилась бы во всей Солнечной системе. К счастью, характер у неѐ
довольно спокойный. Она дремлет, лениво пожирая всѐ, что на неѐ упадет.
Это в основном «неосторожные» звѐзды и газ, которого очень много в
межзвѐздном пространстве. Хорошо, что наша чѐрная дыра не буйствует,
как еѐ сестры в активных галактиках. Можно сказать, что мы живѐм в
нормальной Галактике и сверхмассивная чѐрная дыра в еѐ центре тоже
нормальная. И это просто замечательно!
Астрофизики выдвинули новую теорию, согласно которой черные
дыры могут взрываться и превращаться в белые дыры. Гипотеза появилась
как ответ на теорию о «бессмертии» черных дыр, которая была
предложена в октябре прошлого года [6].
Согласно новой теории, «белая дыра» в дальнейшем может
взрываться, извергая из себя ту материю и энергию, которую поглотила,
49
будучи черной. Исследователи предполагают, что переход от этапа
черной дыры к этапу белой происходит сразу же после начального
формирования черной дыры.
Также предполагается, что наблюдатели увидели бы только, что
черная дыра существует миллиарды лет, хотя она уже на самом деле
давно эволюционировала. Это происходит потому, что гравитация
растягивает время.
Если верить такой гипотезе, маленькие черные дыры, которые
образовались в самом начале развития Вселенной, взрываются сейчас как
гигантские петарды. Они могут являться источниками космического
высокоэнергетического излучения. Кроме того, было высказано
предположение, что сегодня ученые принимают за вспышки сверхновых
смерть черных дыр, сформировавшихся после Большого взрыва.
Список литературы
1. Онлайн учебник по астрономии astronomy.ru
2. Астрономия и космос. Энциклопедия. Майлс Л., Смит А. (2002)
3. Астрономия. 11 класс. И.В. Галузо, В.А. Голубев, А.А. Шимбалев.
4. Модели Вселенной. Теории, гипотезы, загадки [Электронный
ресурс]. URL: http://nasha-vselennaia.ru
5. Википедия [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org
6. Все о космосе и НЛО [Электронный ресурс]. URL: http://kosmos-
x.net.ru
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]