Шта је црна рупа? Шта је хоризонт догађаја?

Питање: Шта је црна рупа?

Шта је црна рупа? Када се формирају црне рупе? Да ли научници могу видети црну рупу? Који је "хоризонт догађаја" црне рупе?

Одговор: Црна рупа је теоријска целина предвиђена једначинама општа релативност. Црна рупа настаје када се звијезда довољне масе подвргне гравитацијском колапсу, с већином или цијелом њеном масом компримовани у довољно малом простору простора, узрокујући у том тренутку бесконачну закривљеност простора (а "јединственост"). Оваква масивна закривљеност просторног времена не дозвољава ничем, чак ни светлости, да побегне са „хоризонта догађаја“ или границе.

Црне рупе никада нису директно посматране, мада су предвиђања о њиховом ефекту подударна са опажањима. Постоји прегршт алтернативних теорија, као што су магнетни сферни објекти који се вечно колабирају (МЕЦО), да би се објаснила ова запажања, од којих већина избегава простор сингуларност у средишту црне рупе, али велика већина физичара верује да је објашњење црне рупе највероватније физички приказ онога што је одвија.

У 1700-има, било је неких који су предложили да супермасиван објект може увући светлост у њега. Њутонска оптика је била корпускуларна теорија светлости, третирајући светлост као честице.

Јохн Мицхелл је објавио чланак 1784. године предвиђајући да ће објекат са полумјером 500 пута већим од сунца (али исте густине) имати брзину бијега од брзина светлости на њеној површини и на тај начин бити невидљив. Међутим, интересовање за теорију умрло је 1900-их, пошто је таласна теорија светлости добила значајну улогу.

Кад се у модерној физици ретко помињу, ове теоријске целине називају "тамним звездама" како би их разликовали од правих црних рупа.

Неколико месеци након објављивања Аинстеинове опште релативности 1916. године, физичар Карл Сцхвартзцхилд је створио решење Еинстеинове једнаџбе за сферну масу (звану Сцхвартзцхилд метриц)... са неочекиваним резултатима.

Израз који изражава полумјер имао је узнемирујућу карактеристику. Чинило се да ће за одређени радијус називник термина постати нула, што ће узроковати да се израз математички "разнесе". Овај радијус, познат као Сцхвартзцхилд радијус, р_с, се дефинише као:

р_с = 2 ГМ/ ц²

Г је гравитациона константа, М је маса, и ц је брзина светлости.

Пошто се Сцхвартзцхилдов рад показао пресудним за разумевање црних рупа, необична је случајност да име Сцхвартзцхилд значи "црни штит".

Објект чија је цела маса М лежи унутар р_с сматра се црном рупом. Хоризонт догађаја је име додељено р_с, јер из тог радијуса брзина бекства из гравитације црне рупе је брзина светлости. Црне рупе привући масу путем гравитационих сила, али ниједна од тих маса никада не може побјећи.

Црна рупа се често објашњава у смислу да предмет или маса "падне" у њу.

И Сатови Кс падају у црну рупу

• И посматра како идеализовани сатови на Ксу успоравају, смрзавајући се у времену када Кс погоди р_с
• И посматра светлост Кс црвеног померања, достижући бесконачност у р_с (на тај начин Кс постаје невидљив - ипак некако још увек можемо да видимо њихове сатове. Није теоријска физика гранд?)
• Кс уочава приметну промену у теорији, иако једном пређе р_с немогуће је да икада побегне из гравитације црне рупе. (Чак ни светлост не може да избегне хоризонт догађаја.)

У 1920-им, физичари Субрахманиан Цхандрасекхар закључили су да је свака звезда масивнија од 1,44 соларне масе ( Цхадрасекхар лимит) мора се срушити под општу релативност. Физичар Артхур Еддингтон вјеровао је да ће неко својство спријечити колапс. Обоје су били у праву, на свој начин.

Роберт Оппенхеимер предвиђао је 1939. године да би се супермасивна звезда могла срушити, стварајући тако „замрзнуту звезду“ у природи, а не само у математици. Чини се да колапс успорава, заправо замрзавајући се у времену у тренутку када пређе р_с. Светлост звезде доживела би јаку снагу црвени помак у р_с.

На жалост, многи физичари сматрају да је ово само одлика високо симетричне природе Сцхвартзцхилдова метрика, вјерујући да се у природи такав колапс заправо неће догодити због асиметрије.

То је било тек 1967. године - скоро 50 година након открића р_с - да физичари Стивен Хокинг и Рогер Пенросе показали су да не само да су црне рупе директан резултат опште релативности, већ и да не постоји начин да се заустави такав колапс. Откриће пулсара подржало је ову теорију и недуго затим, физичар Јохн Вхеелер сковао је термин „црна рупа“ за тај феномен у предавању 29. децембра 1967. године.

Каснији радови укључују откриће Хокингово зрачење, у којима црне рупе могу да емитују зрачење.

Црне рупе су поље које привлачи теоретичаре и експериментаре који желе изазов. Данас је готово универзалан договор да постоје црне рупе, мада је њихова тачна природа још увек у питању. Неки верују да се материјал који падне у црне рупе може поново појавити негде другде у универзуму, као у случају а црвоточина.

Један значајан додатак теорији црних рупа је онај о Хокингово зрачење, који је развио британски физичар Стивен Хокинг 1974.