Was passiert in Schwarzen Löchern? Wohin führen kosmische Schwarze Löcher? Schwarze Löcher verdampfen mit der Zeit

E1.RU setzt das Projekt fort, in dem wir gemeinsam mit UrFU-Wissenschaftlern verschiedene wissenschaftliche und pseudowissenschaftliche Mythen entlarven. In der vorherigen Veröffentlichung werden wir dieses Mal über den Weltraum sprechen – genauer gesagt über jene Stereotypen, die Blockbuster und die Enthüllungen von Zukunftsforschern in unseren Köpfen pflanzen. Wir haben einen Mitarbeiter der Abteilung für Astronomie und Geodäsie des Instituts gebeten, sie zu entlarven Naturwissenschaften UrFU Pavel Skripnichenko.

– Was mich an Science-Fiction-Filmen am meisten irritiert, ist der Ton. Flugzeugmotor wenn es fliegt Raumschiff, - Pavel gibt zu. – Lange Zeit konnte ich mich damit nicht abfinden, denn Klang als solcher kann nicht existieren, er breitet sich nicht aus. Wenn man im Weltraum anfängt zu reden, hört man sich nicht, weil die Dichte des Mediums geringer ist und sich der Schall schlechter ausbreitet. Im Allgemeinen breitet es sich über den Boden und die Luft aus. Im Weltraum gibt es keine Geräusche, Sterne explodieren, aber sie knallen nicht.

Der Asteroidengürtel, durch den in den Filmen Raumschiffe manövrieren, ist eine reale Sache; zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter gibt es etwa 700.000 Objekte mit einer Größe von 10 Metern bis zu eineinhalbtausend Kilometern. Die Filme zeigen, dass sie nahe beieinander liegen, tatsächlich sind die Abstände zwischen den Asteroiden jedoch recht groß. Eine Asteroidenkollision ist eher selten, kommt aber vor, ist also prinzipiell möglich. Wenn Sie die Kontrolle über Ihr Schiff verlieren, können Sie irgendwo abstürzen, aber Sie können nicht zwischen ihnen manövrieren.

Mythos eins: Eines Tages wird es möglich sein, auf dem Mars wie auf der Erde zu leben Klasse="_">

- Das ist kein Mythos. Die Errichtung einer dauerhaften Kolonie auf dem Mond oder Mars ist auf diesem Niveau moderne Technologien. Der gleiche Film „Der Marsianer“ ist zu 80 Prozent technologisch fortgeschritten, es gibt keine Fehler in der Basis als solche, es gibt ein paar Kleinigkeiten, die man ignorieren kann, aber im Großen und Ganzen ist er glaubwürdig.

Der Held lebt auf dem Mars, geht aber nicht ohne ihn an die Oberfläche Schutzanzug, den Rest der Zeit befindet er sich in einer Luftschleuse – eine spezielle Konstruktion, in der ein Druck ähnlich dem atmosphärischen Druck auf der Erde aufrechterhalten wird, das ist ziemlich real. Das Einzige, was ein Mensch spüren wird, ist die Schwerkraft – er wird sich weniger vom Planeten angezogen fühlen. Er wird in der Lage sein, mehr Gewicht zu heben, er selbst wird weniger wiegen und es wird ihm leichter fallen, körperliche Arbeit zu verrichten, wenn er sich daran gewöhnt. Wenn Sie beispielsweise auf ein Objekt zufliegen, das größer ist als Sie, und es schieben, fliegen Sie von ihm weg – Sie erhalten die doppelte Geschwindigkeit.

Laut dem Wissenschaftler müssen wir uns im Weltraum andere Regeln für den Sport einfallen lassen – das Spielen wie gewohnt wird aufgrund der Schwerkraft nicht funktionieren.

Das glaubte man lange Zeit, doch nun läuft in der Außenpolitik etwas falsch, und viele Staatskonzerne schieben diese Pläne weiter in die Länge. Wir hatten ein ähnliches Projekt in China mit der Europäischen Weltraumorganisation. Es gibt private Einrichtungen, die dies tun möchten.

Die ersten 3-4 Expeditionen werden unbemannt sein, um die entsprechende Ausrüstung bereitzustellen. Es wird eine geeignete Struktur geben, die Lebensbedingungen schafft – Luftzusammensetzung, Temperatur. Das Einzige, was Sie ertragen müssen, ist die Schwerkraft. Wir müssen die Regeln für den Sport ändern und nach anderen Regeln spielen. Das ist eine große Aufgabe für Humanisten. Jeder sagt, dass es in der Astronomie keinen Platz für Geisteswissenschaften gibt. Dies ist beispielsweise nicht der Fall, die Rechtsprechung sollte sich weiterentwickeln.

„Auf dem Mars kann man wie in Oimjakon an der Oberfläche einfach nicht atmen“, nennt der Astronom ein Beispiel.

Sie können nur zu bestimmten Zeiten zum Mars fliegen, wenn Mars und Erde einander am nächsten sind. Ich werde jetzt nicht über Beträge sprechen, aber ich habe gehört, dass die Kosten für die Durchführung der Olympischen Spiele in Sotschi mit der Organisation einer Kolonie für 80 Personen auf dem Mars vergleichbar sind. Der wissenschaftliche Wert der Expedition liegt auf der Hand, die Frage ist die wirtschaftliche Rentabilität – was werden die Menschen dort tun? Sobald die wirtschaftliche Machbarkeit erscheint, wie zum Beispiel im Zeitalter der geographischen Entdeckungen viele Güter gefunden wurden, wurde es profitabel, alles wird möglich sein.

– Wird es notwendig sein, vom Mars zurückzukehren, bevor sich die Erde wieder entfernt? Klasse="_">

– Moderne Programme sind nicht darauf ausgelegt, Menschen von dort zurückzuholen. Stellen Sie sich vor, dass 7 Menschen zu einem 4,5 Milliarden Jahre alten Planeten fliegen, der noch nicht erforscht und nicht entdeckt wurde, und Sie leben dort. Das Verlassen des Gateways ist mit Sonderfunktionen möglich Fahrzeuge, in speziellen Raumanzügen. Für die Marsoberfläche braucht man einen anderen Raumanzug als für Freifläche, das Design könnte leichter sein, es gibt dort noch eine Art Atmosphäre, es gibt keine so starke Sonnenstrahlung, das Sicherheitsniveau ist dort höher. Es gibt dort viel Wasser, Sauerstoff ist an der Oberfläche gelöst, es gibt viele Metalle, niemand hat dort Erzabbau betrieben, das heißt, alle diese Ressourcen sind intakt.

– Im selben Film baute der Held Gemüse an – ist es wirklich möglich, dort einen Gemüsegarten anzulegen? Klasse="_">

– Offensichtlich ist der Boden auf dem Mars nicht identisch mit dem der Erde, er ist anders, aber wenn man eine bestimmte Verarbeitung durchführt, ist es durchaus möglich, etwas zu tun, das ist tatsächlich Realität.

– Und was die Temperatur betrifft, wird ein Mensch dort überleben? Klasse="_">

– Der Mars ist eine kalte Metallwüste, aber tatsächlich können im Sommer am Äquator recht angenehme Temperaturen herrschen, etwa +20 °C, +25 °C. Aber auch hier gilt: Ohne einen speziellen Anzug, der für Wärmeschutz sorgt, werden Sie sich nicht an der Oberfläche wiederfinden. In den Polarregionen können die Temperaturen bis zu -180 °C erreichen, aber es gibt eine wunderschöne Stadt, Oymyakon, wo die Temperatur auf -90 °C sinkt. Wir können sagen, dass man auf dem Mars, wie auch in Oimjakon, an der Oberfläche einfach nicht atmen kann. Die Temperatur wird nichts wirklich lösen.

Der Held aus „Der Marsianer“ hat auf dem Roten Planeten einen Gemüsegarten angelegt. Das sei im Großen und Ganzen real, sagt der Wissenschaftler.

– In Filmen wird oft gezeigt, dass Menschen, die ein Raumschiff verlassen, explodieren. Klasse="_">

– Tatsächlich gibt es einen solchen Effekt, aber nicht wie im Film „Total Recall“ mit Arnold Schwarzenegger, wo den Charakteren auf dem Mars die Augen hervortraten. Aufgrund der Tatsache, dass es keine gibt Luftdruck, und die Menschen sind daran gewöhnt, werden Kosmonauten gezwungen, Raumanzüge und Spezialanzüge zu tragen, um diesen Druck aufrechtzuerhalten. Aufgrund der Tatsache, dass im Weltraum kein atmosphärischer Druck herrscht, beginnen Probleme mit der Blutversorgung, dem Herzen, den Alveolen und der Atmung.

Vereinfacht gesagt gibt es inneren Druck und äußeren Druck. Wenn es kein externes gibt, ist es schlecht. Eine Person kann nicht lange in diesem Zustand bleiben. Es explodiert natürlich nicht, aber das wird mit Sicherheit zum Tod führen.

– Wird das sofort passieren? Wie wird sich die Person fühlen? Klasse="_">

– Dies geschieht nicht sofort, aber schnell genug – innerhalb weniger Minuten. Sie können sehr lange im Weltraum einfrieren. Die Sache ist: Wenn die Außentemperatur -30 °C beträgt, sind wir drinnen Luftumgebung, und diese Luft die entsprechende Temperatur hat, entzieht die Luft unserem Körper Wärme. Im Weltraum, wo es keine Atmosphäre gibt, geht die Temperatur nur durch Wärmestrahlung verloren, nicht durch den Austausch mit der Umgebung, und dieser Prozess ist viel langsamer. Es ist unmöglich, im Weltraum zu frieren; man kann an anderen Dingen sterben, zum Beispiel daran, dass der Druck anders ist.

– Kann Blut im Weltraum kochen? Klasse="_">

- Ja. Aber wir haben eine so typische Vorstellung vom Kochen, dass Wasser beim Kochen Blasen wirft. Wenn wir Berge hinaufsteigen, kocht das Wasser aufgrund des Drucks tatsächlich bei einer niedrigeren Temperatur. Wenn wir den Druck vollständig abbauen, beginnt es, sich in Gas zu verwandeln; Ähnliches kann mit Blut im Weltraum passieren. Innerhalb weniger Minuten ist die Person verschwunden, aber auch das ist kein so spektakulärer Anblick wie im Film.

Mythos zwei: Schwarze Löcher sind ein Loch in eine andere Welt Klasse="_">

– Eine der populärsten Hypothesen ist, dass ein Schwarzes Loch irgendwo ein Eingang ist, um an einem anderen Punkt in Raum und Zeit zu landen, aber aus der Sicht der modernen Wissenschaft ist es noch zu früh, darüber zu sprechen. Das ist keine bloße Fantasie, es könnte sich durchaus als Realität herausstellen, aber während sie streiten, während sie nachdenken, während sie noch nachdenken, sollten wir die Intrige aufrechterhalten. Höchstwahrscheinlich wird alles fast so sein, wie wir es uns vorgestellt haben, allerdings mit einigen Details, die uns nicht einmal bewusst sind.

Mythos drei: Außerirdische versuchen, Kontakt zu uns aufzunehmen Klasse="_">

– Ich bin absolut sicher, dass es im Universum viel außerirdisches Leben gibt. Der nächstgelegene Ort, an dem wir eine echte Lebensform entdecken werden, wird einer der Satelliten des Jupiter sein – Europa. Ein Planet, der mit einer dicken Eisschicht bedeckt ist, unter der sich ein warmer Ozean befindet. Es gibt alle Voraussetzungen für die Entstehung von Leben, aber es gibt dort keine Sonne. Aber auch in unseren Ozeanen gibt es am Meeresgrund keine Sonne, dafür aber Leben. Leben entsteht überall dort, wo Bedingungen herrschen. Es ist klar, dass sich das Leben so oder so entwickeln wird; es ist kein Einzelfall“, sagt der Wissenschaftler.

Wir müssen uns von der Vorstellung verabschieden, dass alles auf der Erde das Beste ist und dass wir die Einzigen sind. Früher dachten wir, dass sich das Sonnensystem um die Erde dreht, aber dann stellte sich heraus, dass dem nicht so ist. Damals dachten sie, dass es nur auf der Erde Wasser in flüssiger Form gibt, jetzt wird dieses Wasser in flüssiger Form überall entdeckt. Dann dachten wir, nur wir hätten organische Verbindungen. Wir müssen uns von der Vorstellung verabschieden, dass wir das Wichtigste sind und das Leben nicht einzigartig ist. Und dementsprechend besteht der nächste Schritt darin, dass der Geist nicht einzigartig ist.

Ich bin mir sicher, dass es viele intelligente Lebensformen gibt, aber fliegende Untertassen, Entführungen ... das wird nie passieren und ist noch nie zuvor passiert. Weil es keinen Sinn hat.

Wenn Sie sich auf einem solchen Entwicklungsstand befinden, dass Sie sich problemlos im Universum bewegen können, müssen Sie keinen Kontakt suchen. Ein sehr einfaches Beispiel. Jetzt arbeiten Amerikaner aktiv mit Schimpansen und haben eine Sprache für sie erfunden. Und Europäer experimentieren mit Delfinen – sie studieren Sprache, wiederholen Geräusche, Verhalten, versuchen zu interagieren, aber sie reagieren nicht, selbst wenn man sie knackt. Warum antworten sie nicht? Denn es gibt nichts, worüber man reden könnte, wir haben einfach nichts, worüber wir reden könnten.

Es gibt nichts zu befürchten, wir werden Außerirdische als Naturphänomen wahrnehmen, für sie werden wir auch Teil der Natur sein. Wir sind dazu verdammt, unter Menschen zu leben.

Mythos vier: Wenn ein riesiger Meteorit auf die Erde fällt, wird die Erde untergehen Klasse="_">

- Aber das ist ganz schön echte Bedrohung Planetenmaßstab. Der Tscheljabinsk-Meteorit wird auf jeden Fall wieder passieren. Meteoriten wie der von Tscheljabinsk fallen etwa alle 20 bis 30 Jahre. Als er fiel, schien es, als würden sie alle 100 Jahre fallen, aber es stellte sich heraus, dass sie häufiger fielen. Große sind viel seltener, aber es kommt vor.

Als das Sonnensystem entstand, gab es etwa 80 Planeten, von denen 8 übrig blieben, was bedeutet, dass der Rest während des Kollisionsprozesses Teil anderer Planeten wurde. In Hinsicht auf Sonnensystem, wenn ein Gegenstand auf einen anderen fällt – das ist ein normaler natürlicher Vorgang, aus unserer Sicht ist es für uns eine Katastrophe, wenn etwas Großes fällt. Alle Bedrohungen werden in verschiedene Arten unterteilt: bis zu 100 Meter – regional, global, wenn ein Objekt mehr als 1 Kilometer groß ist – es gibt große Verluste, Klimawandel, Zerstörung. 10 Kilometer sind das Ende der Zivilisation. A Tscheljabinsk-Meteorit– das ist alles, Feuerwerk, Memes, Witze, aber nichts so Schreckliches. Wenn es größer wäre, wäre es viel schlimmer.

Ich sage, dass das Ende der Welt nicht passieren wird, wir wissen, was zu tun ist: Beobachten, wir wissen, wie wir handeln müssen, alles wird gut. Dies wird jedoch nicht passieren, da ein riesiger Meteorit eintrifft und alle tötet. Du kannst dich beruhigen, die Welt wird nicht untergehen. Überall auf der Erde fallen Meteoriten, es gab Aufgaben, die Konzentrationsorte herauszufinden. Russland ist der größte Staat der Welt, daher ist die Wahrscheinlichkeit eines Untergangs größer. Die Veranstaltung in Tscheljabinsk hat gezeigt, dass eine Koordinierung zwischen dem Ministerium für Notsituationen, Roskosmos, Wissenschaftlern, dem Observatorium usw. erforderlich ist. Wäre es größer gewesen, hätten schwerwiegende Evakuierungsmaßnahmen ergriffen werden müssen und so weiter. Aber solche Sicherheitsprogramme gibt es schon sehr lange.

Als Teil einer kosmischen Nistpuppe könnte sich unser Universum in einem Schwarzen Loch befinden, das selbst Teil des größeren Universums ist. Alle in unserem Universum entdeckten Schwarzen Löcher – von mikroskopisch bis supermassiv – könnten Tore zu alternativen Realitäten sein.

Eine der neuesten „halluzinogenen“ Theorien besagt, dass ein Schwarzes Loch ein Tunnel zwischen Universen ist – so etwas wie ein Wurmloch. Das Schwarze Loch kollabiert nicht wie erwartet an einer Stelle, sondern wird am anderen Ende des Schwarzen Lochs zu einem „Weißen Loch“.

In einem in der Zeitschrift Physics Letters B veröffentlichten Artikel stellte der Physiker Nikodem Poplavsky von der Indiana University eine neue vor mathematisches Modell Spiralbewegung von Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt. Seine Gleichungen zeigen, dass solche Wurmlöcher brauchbare Alternativen zu den Raumzeit-Singularitäten sind, die Albert Einstein im Zentrum von Schwarzen Löchern vermutete.

Nach den Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie entstehen Singularitäten, wenn Materie in einer Region zu dicht wird, wie im superdichten Herzen eines Schwarzen Lochs.

Einsteins Theorie legt nahe, dass Singularitäten keinen Raum einnehmen, unendlich dicht und unendlich heiß sind – was im Prinzip durch zahlreiche indirekte Beweise gestützt wird, für viele Wissenschaftler jedoch weiterhin schwer zu verstehen ist.

Wenn Poplavsky Recht hat, besteht möglicherweise kein Grund, ihn zu verstehen.

Nach den neuen Gleichungen wird die Materie, die das Schwarze Loch absorbiert und offenbar zerstört, zerstört Baumaterial für Galaxien, Sterne und Planeten in einer anderen Realität.

Können Wurmlöcher das Geheimnis des Urknalls lösen?

Poplavsky sagt, dass das Verständnis von Schwarzen Löchern als Wurmlöcher bestimmte Geheimnisse der modernen Kosmologie erklären könnte. Die Urknalltheorie besagt beispielsweise, dass das Universum mit einer Singularität begann. Doch mit der Erklärung, wie eine solche Singularität überhaupt entstehen konnte, geben sich Wissenschaftler nicht zufrieden. Wenn also unser Universum aus einem Weißen Loch und nicht aus einer Singularität entstanden wäre, „löst dies das Problem der Singularitäten Schwarzer Löcher und der Urknall-Singularität“.

Wurmlöcher könnten auch Gammastrahlenausbrüche erklären, die zweitstärkste Explosionen im Universum nach dem Urknall. Gammastrahlenausbrüche treten an der Peripherie des bekannten Universums auf. Sie werden mit Supernovae oder dem Tod von Sternen in fernen Galaxien in Verbindung gebracht, ihre genauen Quellen sind jedoch ein Rätsel. Poplavsky vermutet, dass es sich bei den Ausbrüchen möglicherweise um Auswürfe von Materie aus alternativen Universen handelt. Materie dringt durch supermassereiche Schwarze Löcher – Wurmlöcher – im Herzen von Galaxien in unser Universum ein, obwohl nicht klar ist, wie dies möglich ist.

„Die Idee ist verrückt, aber wer weiß?“, sagt der Wissenschaftler.

Es gibt mindestens eine Möglichkeit, Poplavskys Theorie zu testen. Einige der Schwarzen Löcher in unserem Universum drehen sich, und wenn unser Universum im selben rotierenden Schwarzen Loch geboren wurde, sollte es die Rotation seines übergeordneten Objekts erben. Wenn also zukünftige Experimente zeigen, dass sich unser Universum in die erwartete Richtung dreht, könnte dies ein indirekter Beweis für die Wurmlochtheorie sein.

Können Wurmlöcher „exotische Materie“ produzieren?

Laut Physikern könnte die Wurmlochtheorie auch erklären, warum einige Merkmale unseres Universums von den Vorhersagen der Theorie abweichen. Basierend auf dem Standardmodell der Physik sollte die Krümmung des Universums nach dem Urknall mit der Zeit zunehmen, sodass wir nach 13,7 Milliarden Jahren, also heute, auf der Oberfläche eines geschlossenen kugelförmigen Universums sitzen sollten.

Beobachtungen zeigen jedoch, dass das Universum in alle Richtungen flach ist. Darüber hinaus zeigen Lichtdaten aus dem jungen Universum, dass die Temperatur nach dem Urknall überall ungefähr gleich war. Das bedeutet, dass die am weitesten entfernten Objekte, die wir am anderen Ende des Universums sehen, nahe genug beieinander waren, dass sie sich im Gleichgewicht befanden, wie Gasmoleküle in einer versiegelten Kammer.

Auch hier stimmen die Beobachtungen nicht mit den Vorhersagen überein, da die gegenüberliegenden Objekte im bekannten Universum so weit voneinander entfernt sind, dass die Zeit, die man für die Reise zwischen ihnen mit Lichtgeschwindigkeit benötigen würde, das Alter des Universums übersteigt.

Um die Diskrepanzen zu erklären, entwickelten Astronomen die Inflationstheorie.

Die Inflation deutet darauf hin, dass das Universum kurz nach seiner Entstehung einen schnellen Wachstumsschub erlebte, bei dem sich der Weltraum selbst schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnte. Das Universum dehnte sich im Bruchteil einer Sekunde von der Größe eines Atoms auf astronomische Ausmaße aus.

Das Universum erscheint daher flach, weil wir uns auf einer aus unserer Sicht extrem großen Kugel befinden; Daher scheint die Erde für jemanden, der auf einem Feld steht, flach zu sein.

Die Inflation erklärt auch, wie weit voneinander entfernte Objekte einst nah genug sein konnten, um zu interagieren. Aber selbst wenn wir davon ausgehen, dass die Inflation real ist, haben Astronomen Schwierigkeiten, ihre Ursache zu erklären. Und hier kommt eine neue Theorie der Wurmlöcher zur Rettung.

Laut Poplavsky besagen einige Inflationstheorien, dass das Ereignis durch „Exotische Materie“ verursacht wurde, eine theoretische Substanz, die sich von normaler Materie teilweise dadurch unterscheidet, dass sie von der Schwerkraft abgestoßen statt angezogen wird. Basierend auf diesen Gleichungen kam Poplavsky zu dem Schluss, dass solch exotische Materie entstanden sein könnte, als einige der ersten massereichen Sterne in Wurmlöcher kollabierten.

„Möglicherweise gab es eine Wechselwirkung zwischen der exotischen Materie, die die Wurmlöcher bildete, und der exotischen Materie, die die Inflation verursachte“, sagt er.

Wurmlochgleichungen – „Gute Lösung“.

Das neue Modell ist nicht das erste, das darauf hindeutet, dass in Schwarzen Löchern andere Universen existieren. Damien Isson, ein theoretischer Physiker an der University of Arizona, hatte dies zuvor vorgeschlagen.

„Was ist neu? Die Tatsache, dass die Lösung von Wurmlöchern im Oto ein Übergang von der Außenseite des Schwarzen Lochs in das Innere des neuen Universums ist“, sagt Isson, der nicht an Poplavskys Forschung beteiligt war. - „Wir haben einfach angenommen, dass es eine solche Lösung geben könnte, aber Poplavsky hat sie gefunden.“

Isson scheint die Idee jedoch sehr kontrovers zu sein.

„Ist das möglich? Ja, ich weiß es nicht einmal.

Zukünftige Arbeiten zur Quantengravitation – der Untersuchung der Schwerkraft auf subatomarer Ebene – werden die Gleichungen verfeinern und möglicherweise Poplavskys Theorie bestätigen oder widerlegen.

An der Wurmlochtheorie gibt es nichts Überraschendes.

Insgesamt sei die Wurmlochtheorie interessant, aber nicht bahnbrechend und wirke kein Licht auf die Entstehung des Universums, sagte Andreas Albrecht, Physiker an der University of California, Davis, der ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war.

Durch die Behauptung, dass unser Universum aus einem Stück Materie des Mutteruniversums entstanden sei, verschiebt die Theorie einfach das Ereignis der Entstehung aller Dinge in eine alternative Realität. Mit anderen Worten: Es erklärt nicht, wie das Mutteruniversum entstanden ist oder warum unseres die Eigenschaften hat, die es hat – außerdem müssen die Eigenschaften vererbt werden, was bedeutet, dass das Mutteruniversum dasselbe sein wird.

„Es gibt mehrere aktuelle Probleme, die wir zu lösen versuchen, und es ist nicht klar, wohin das führen wird“, sagt er und verweist auf Poplavskys Forschung.

Allerdings findet Albrecht die Idee, dass Wurmlöcher Universen verbinden, nicht „seltsamer“ als die Idee von Singularitäten in Schwarzen Löchern, und er wird eine neue Theorie nicht verwerfen, nur weil sie ein wenig verrückt aussieht.

„Alles, was Menschen in diesem Bereich tun, ist ziemlich seltsam“, sagt er. - „Sie haben kein Recht zu sagen, dass die weniger seltsame Idee gewinnen wird, weil sie unter keinen Umständen passieren wird.“ Quelle: hi-News.

Vor nicht allzu langer Zeit (nach wissenschaftlichen Maßstäben) war ein Objekt namens Schwarzes Loch rein hypothetisch und wurde nur durch oberflächliche theoretische Berechnungen beschrieben. Aber der Fortschritt der Technologie steht nicht still und jetzt zweifelt niemand mehr an der Existenz von Schwarzen Löchern. Über Schwarze Löcher ist viel geschrieben worden, doch ihre Beschreibungen sind für den durchschnittlichen Beobachter oft äußerst schwer zu verstehen. In diesem Artikel werden wir versuchen, dieses sehr interessante Objekt zu verstehen.
Ein Schwarzes Loch entsteht normalerweise durch den Tod eines Neutronensterns. Neutronensterne Normalerweise ist es sehr massiv, hell und extrem heiß. Im Vergleich zu unserer Sonne ähnelt es einer Taschenlampe und einem riesigen Scheinwerfer mit einer Menge Megawatt, die beim Filmen verwendet werden. Neutronensterne sind äußerst ineffizient; sie verbrauchen in relativ kurzer Zeit riesige Reserven an Kernbrennstoff, im Wesentlichen wie ein kleines Auto oder eine Art Gelik, wenn man sie wiederum mit unserem Stern vergleicht. Durch die Verbrennung von Kernbrennstoff entstehen im Kern neue Elemente, schwerere, siehe Periodensystem, Wasserstoff wird zu Helium, Helium zu Lithium usw. Kernfusionsspaltprodukte ähneln Abgasrauch, können jedoch wiederverwendet werden. Und schon nimmt der Stern Fahrt auf, bis es zum Eisen kommt. Die Ansammlung von Eisen im Kern ist wie Krebs... Es beginnt, sie von innen heraus zu töten. Aufgrund des Eisens wächst die Masse des Kerns schnell und schließlich wird die Gravitationskraft größer als die Kräfte nuklearer Wechselwirkungen und der Kern fällt buchstäblich, was zu einer Explosion führt. Im Moment einer solchen Explosion wird eine enorme Energiemenge freigesetzt, und es erscheinen zwei gerichtete Gammastrahlungsstrahlen, als ob eine Laserpistole von beiden Enden in das Universum und alles, was sich im Weg dieser Strahlen befindet, schießt Eine Distanz von etwa 10 Lichtjahren wird von dieser Strahlung durchdrungen. Natürlich überlebt von solchen Strahlen nichts Lebendiges, und alles, was sich in der Nähe befindet, verbrennt vollständig. Diese Strahlung gilt als die stärkste im gesamten Universum, außer dass die Energie des Urknalls energiereicher ist. Aber nicht alles ist so schlimm, alles, was sich im Kern befand, wird in den Weltraum emittiert und anschließend zur Entstehung von Planeten, Sternen usw. verwendet. Der Druck der Explosionskraft komprimiert den Stern auf eine winzige Größe; angesichts seiner früheren Größe wird die Dichte unglaublich enorm. Ein aus dieser Substanz hergestellter Hamburgerkrümel würde mehr wiegen als unser Planet. Das Ergebnis ist ein Schwarzes Loch, das eine unglaubliche Schwerkraft hat und schwarz genannt wird, weil ihm nicht einmal Licht entkommen kann.
Die Gesetze der Physik funktionieren in der Nähe eines Schwarzen Lochs nicht mehr so, wie wir es gewohnt sind. Die Raumzeit ist gekrümmt und alle Ereignisse verlaufen völlig unterschiedlich. Wie ein Staubsauger absorbiert ein Schwarzes Loch alles, was sich um es herum befindet: Planeten, Asteroiden, Licht usw. Früher glaubte man, dass ein Schwarzes Loch nichts aussendet, aber wie Stephen Hawking bewiesen hat, stößt ein Schwarzes Loch Antimaterie aus. Das heißt, es frisst Materie und setzt Antimaterie frei. Übrigens, wenn man Materie und Antimaterie kombiniert, erhält man eine Bombe, die die Energie E=mc2 freisetzt, das ist alles mächtige Waffe auf dem Planeten. Ich glaube, der Collider wurde damals gebaut, um das zu erreichen, denn wenn in dieser Maschine Protonen kollidieren, entstehen auch schwarze Miniaturlöcher, die schnell verdampfen, was gut für uns ist, sonst könnte es wie in Filmen über das Ende der Welt sein.
Früher dachte man, dass, wenn man einen Menschen in ein Schwarzes Loch wirft, sein Rohr in Subatome zerreißt, aber wie sich herausstellte, gibt es nach einigen Gleichungen bestimmte Flugbahnen durch ein Schwarzes Loch, um sich normal zu fühlen. obwohl nicht klar ist, was dahinter passieren wird, ein weiterer Frieden oder nichts. Der interessante Bereich um das Schwarze Loch wird Ereignishorizont genannt. Wenn Sie dorthin fliegen, ohne die magische Gleichung zu kennen, wird es sicherlich nicht sehr gut sein. Der Beobachter wird sehen, wie die Raumsonde in den Ereignishorizont hineinfliegt und sich dann ganz langsam davonbewegt, bis sie in der Mitte erstarrt. Für den Astronauten selbst wird es ganz anders laufen, der gekrümmte Raum wird ihn wie Plastilin formen verschiedene Formen bis es schließlich alles in Subatome zerlegt. Aber für einen Außenstehenden wird der Astronaut für immer lächelnd und aus dem Fenster winken bleiben, ein eingefrorenes Bild.

Schwarze Löcher - Erklärung für Kinder: Beschreibung mit Fotos, wie man sie im Kosmos des Universums findet, wie sie erscheinen, der Tod von Sternen, supermassive schwarze Löcher von Galaxien.

Den Kleinen sollten die Eltern oder die Schule erklären, dass es ein schwerer Fehler ist, ein Schwarzes Loch als leeren Raum wahrzunehmen. Im Gegenteil, darin ist unglaublich viel Materie konzentriert, die auf engstem Raum eingeschlossen ist. Um die Erklärung für Kinder anschaulicher zu gestalten, stellen Sie sich vor, Sie hätten einen Stern genommen, der zehnmal massereicher als die Sonne ist, und versucht, ihn auf eine Fläche von der Größe von New York City zu quetschen. Durch diesen Druck wird das Gravitationsfeld so stark, dass niemand, nicht einmal ein Lichtstrahl, entkommen kann. Mit der Entwicklung der Technologie ist die NASA in der Lage, immer mehr über diese mysteriösen Objekte zu erfahren.

Ein guter Ausgangspunkt für Kinder ist, dass der Begriff „Schwarzes Loch“ erst 1967 existierte (geprägt von John Wheeler). Zuvor wurde jedoch mehrere Jahrhunderte lang von der Existenz seltsamer Objekte gesprochen, die aufgrund ihrer Dichte und Massivität kein Licht abgeben. Sie wurden sogar von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Sie bewies, dass beim Tod eines massereichen Sterns ein kleiner dichter Kern zurückbleibt. Wenn ein Stern die dreifache Masse der Sonne hat, überwindet die Schwerkraft andere Kräfte und es entsteht ein Schwarzes Loch.

Prozess der Entstehung schwarzer Sterne

Natürlich ist es wichtig, den Kindern zu erklären, dass Forscher diese Merkmale nicht direkt beobachten können (Teleskope erfassen nur Licht, Röntgenstrahlen und andere Formen elektromagnetischer Strahlung), sodass sie nicht auf ein Foto eines Schwarzen Lochs warten müssen . Aufgrund des Einflusses, den sie auf umgebende Objekte haben, ist es jedoch möglich, ihren Standort zu berechnen und sogar ihre Größe zu bestimmen. Wenn es beispielsweise eine Wolke interstellarer Materie durchquert, beginnt es dabei, Materie nach innen zu ziehen – Akkretion. Das Gleiche passiert, wenn ein Stern in der Nähe vorbeizieht. Es stimmt, ein Stern kann explodieren.

Im Moment der Anziehung erhitzt und beschleunigt sich die Substanz und gibt dabei Röntgenstrahlen in den Weltraum ab. Jüngste Entdeckungen haben mehrere starke Gammastrahlenausbrüche entdeckt, die belegen, dass das Loch benachbarte Sterne verschlingt. In diesem Moment stimulieren sie das Wachstum einiger und stoppen andere.

Der Tod eines Sterns ist der Beginn eines Schwarzen Lochs

Die meisten Schwarzen Löcher entstehen aus dem übriggebliebenen Material sterbender großer Sterne (Supernova-Explosionen). Kleinere Sterne werden zu dichten Neutronensternen, denen die Masse fehlt, um Licht einzufangen. Wenn die Masse eines Sterns dreimal so groß ist wie die der Sonne, ist er ein Kandidat für ein Schwarzes Loch. Es ist wichtig, Kindern eine seltsame Sache zu erklären. Wenn ein Stern kollabiert, nähert sich seine Oberfläche einer imaginären Oberfläche (Ereignishorizont). Die Zeit auf dem Stern selbst wird langsamer als die des Beobachters. Wenn die Oberfläche den Ereignishorizont erreicht, friert die Zeit ein und der Stern kann nicht mehr kollabieren – ein gefrorenes, kollabierendes Objekt.

Schwarze Löcher in den Zentren verschmelzender Galaxien

Nach einer Sternkollision können größere Schwarze Löcher entstehen. Nach seinem Start im Dezember 2004 konnte das NASA-Teleskop starke, flüchtige Lichtblitze – Gammastrahlen – nachweisen. Chandra und Hubble sammelten dann Daten zu dem Ereignis und erkannten, dass diese Ausbrüche das Ergebnis einer Kollision zwischen einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern sein könnten, die ein neues Schwarzes Loch erzeugt.

Obwohl Kinder und Eltern es bereits im Bildungsprozess herausgefunden haben, bleibt ein Punkt ein Rätsel. Die Löcher scheinen in zwei unterschiedlichen Größenordnungen zu existieren. Es gibt viele Schwarze Löcher – die Überreste massereicher Sterne. Typischerweise sind sie 10–24 Mal massereicher als die Sonne. Wissenschaftler sehen sie ständig, wenn ein außerirdischer Stern kritisch nahe kommt. Aber die meisten Schwarzen Löcher existieren isoliert und können einfach nicht gesehen werden. Gemessen an der Anzahl der Sterne, die groß genug sind, um Kandidaten für ein Schwarzes Loch zu sein, muss es in der Milchstraße jedoch zig Millionen Milliarden solcher Schwarzer Löcher geben.

Es gibt auch supermassive Schwarze Löcher, die eine Million oder sogar eine Milliarde Mal größer sind als unsere Sonne. Es wird angenommen, dass solche Monster in den Zentren fast aller großen Galaxien (einschließlich unserer) leben.

Für die Kleinen wird es interessant sein zu erfahren, dass Wissenschaftler lange Zeit glaubten, dass es keine durchschnittliche Größe für Schwarze Löcher gibt. Aber Daten von Chandra, XMM-Newton und Hubble zeigen, dass sie da sind.

Es ist möglich, dass supermassereiche Schwarze Löcher durch eine Kettenreaktion entstehen, die durch die Kollision von Sternen in kompakten Sternhaufen verursacht wird. Dadurch sammeln sich viele massereiche Sterne an, die kollabieren und Schwarze Löcher erzeugen. Diese Cluster besetzen dann das galaktische Zentrum, wo die Schwarzen Löcher verschmelzen und zu einem supermassiven Mitglied werden.

Möglicherweise haben Sie inzwischen erkannt, dass Sie ein Schwarzes Loch online nicht in hoher Qualität betrachten können, da diese Objekte kein Licht aussenden. Aber Kinder werden daran interessiert sein, Fotos und Diagramme zu studieren, die auf dem Kontakt von Schwarzen Löchern und gewöhnlicher Materie basieren.

Eine lakonische Erklärung des Phänomens sieht so aus. Ein Schwarzes Loch ist ein Raum-Zeit-Bereich, dessen Anziehungskraft so stark ist, dass kein Objekt, auch keine Lichtquanten, ihn verlassen kann.

Das Schwarze Loch war einst ein massereicher Stern. Tschüss thermonukleare Reaktionen Sie halten einen hohen Druck in seinen Tiefen aufrecht, alles bleibt normal. Aber mit der Zeit wird die Energieversorgung erschöpft und göttlicher Körper beginnt sich unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft zu komprimieren. Die letzte Phase dieses Prozesses ist der Kollaps des Sternkerns und die Bildung eines Schwarzen Lochs.

1. Ein Schwarzes Loch stößt einen Jet mit hoher Geschwindigkeit aus
2. Die Materiescheibe entwickelt sich zu schwarzes Loch
3. Schwarzes Loch
4. Detailliertes Diagramm der Region des Schwarzen Lochs
5. Größe der neu gefundenen Beobachtungen

Die am weitesten verbreitete Theorie besagt, dass es in jeder Galaxie ähnliche Phänomene gibt, auch im Zentrum unserer Milchstraße. Die enorme Gravitationskraft des Lochs ist in der Lage, mehrere Galaxien um sich herum festzuhalten und sie daran zu hindern, sich voneinander zu entfernen. Der „Abdeckungsbereich“ kann unterschiedlich sein, alles hängt von der Masse des Sterns ab, der sich in ein Schwarzes Loch verwandelt hat, und kann Tausende von Lichtjahren betragen.

Druck in einem Schwarzen Loch. Antworten

Bob Bee

Wir kennen keinen Druck. Tatsächlich wissen wir nicht wirklich, was sich in einem Schwarzen Loch (BH) befindet.

Klassische Lösungen für BHs haben einen Horizont (oder zwei für eine rotierende BH-Kerr-Lösung), bei dem die innere Region in einem kausalen Zusammenhang mit der äußeren Region steht. Im inneren Bereich ist die Raumzeit leer, es gibt dort nichts außer einer Singularität, in der die Krümmung der Raumzeit unendlich wird.

Darüber hinaus sieht eine Person (oder ein Teilchen), die auf den Horizont zugeht (und dies im Koordinatensystem einer von ihnen oder im Koordinatensystem des Teilchens über einen endlichen Zeitraum hinweg), nichts Seltsames, was in Richtung des Horizonts geschieht ( mögliche Ausnahme später in dieser Antwort ), und endet unweigerlich in einer Singularität, und zwar ziemlich schnell. Der Gravitationseffekt, den der Beobachter innerhalb des Horizonts erfährt, nimmt zu, bis er in klassischen Lösungen unendlich wird.

Die Ausnahmen oder Vorbehalte zu dieser Geschichte bestehen darin, dass sie die Quantengravitation nicht berücksichtigt. Wir haben noch keine akzeptierte Theorie der Quantengravitation (wir haben einige hypothetische Theorien wie die Stringtheorie und die Quantenschleifengravitation), während wir uns der Singularität nähern. Die Allgemeine Relativitätstheorie wird ungültig und wir wissen noch nicht, dass sie die Oberhand gewinnt. Tatsächlich gibt es Behauptungen, dass am Horizont etwas namens Firewall entsteht und alles dort zerstört wird. Es gibt Probleme bei der Speicherung physischer Informationen in BHs, und einige Hypothesen gehen davon aus, dass Informationen am Horizont einfrieren und dort gespeichert werden. Dieses gesamte Thema wird derzeit aktiv erforscht.

Möglicherweise können Gezeitenkräfte als eine Art Druck angesehen werden. Wenn Sie am Ende zuerst ein Schwarzes Loch zu Ihren Füßen haben, wird die andere Schwerkraft an verschiedenen Enden Ihres Körpers dazu führen, dass Sie wie Spaghetti gedehnt und gezogen werden. Google „Spaghettifizierung“.

Bei der Spaggettifizierung handelt es sich um Gezeitenkräfte, es handelt sich um ein Schwerkraftfeld mit einem Gradienten. Druck ist nicht so, er drückt oder zieht nur, und er hängt mit dem Feld oder der Materie zusammen.

Der Druck wird normalerweise durch die Kraft pro Fläche bestimmt. Da es keine physikalische Dimension „im Inneren“ des BH und damit keine Oberfläche gibt, gibt es keine Möglichkeit, den Druck zu bestimmen. Tatsächlich verstehen wir nichts über das Innere eines Schwarzen Lochs.

Video Was ist ein Schwarzes Loch?

Ein Schwarzes Loch ist ein sich selbst erhaltendes Gravitationsfeld, das in einer stark gekrümmten Region der Raumzeit konzentriert ist (Bild von www.science.nasa.gov).

Ein Schwarzes Loch ist weder Materie noch Strahlung. Im übertragenen Sinne können wir sagen, dass es sich um ein sich selbst erhaltendes Gravitationsfeld handelt, das in einem stark gekrümmten Bereich der Raumzeit konzentriert ist. Seine äußere Grenze wird durch eine geschlossene Fläche, den Ereignishorizont, definiert. Wenn sich der Stern vor dem Kollaps nicht drehte, entpuppt sich diese Oberfläche als regelmäßige Kugel, deren Radius mit dem Schwarzschild-Radius übereinstimmt.

Die physikalische Bedeutung des Horizonts ist sehr klar. Ein aus seiner äußeren Umgebung gesendetes Lichtsignal kann eine unendlich große Distanz zurücklegen. Aber Signale aus der inneren Region werden nicht nur den Horizont nicht überschreiten, sondern unweigerlich in die Singularität „fallen“. Der Horizont ist die räumliche Grenze zwischen Ereignissen, die terrestrischen (und anderen) Astronomen bekannt werden können, und Ereignissen, über die unter keinen Umständen Informationen an die Öffentlichkeit gelangen.

Wie „laut Schwarzschild“ zu erwarten war, ist die Anziehungskraft eines Lochs weit vom Horizont entfernt umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung, sodass es sich für einen entfernten Beobachter als gewöhnlicher schwerer Körper manifestiert. Das Loch erbt neben der Masse auch das Trägheitsmoment des kollabierten Sterns und seine elektrische Ladung. Und alle anderen Eigenschaften des Vorgängersterns (Struktur, Zusammensetzung, Spektraltyp usw.) geraten in Vergessenheit.

Lassen Sie uns eine Sonde mit einem Radiosender zum Loch schicken, der je nach Bordzeit einmal pro Sekunde ein Signal sendet. Für einen entfernten Beobachter vergrößern sich die Zeitintervalle zwischen den Signalen, wenn sich die Sonde dem Horizont nähert – im Prinzip unbegrenzt. Sobald das Schiff den unsichtbaren Horizont überquert, wird es für die „Over-the-Hole“-Welt völlig still. Dieses Verschwinden wird jedoch nicht spurlos bleiben, da die Sonde ihre Masse, Ladung und ihr Drehmoment an das Loch abgibt.

Im gefeierten Science-Fiction-Film Interstellar dreht sich die Handlung um ein kolossales „Schwarzes Loch“. Die Existenz dieser kosmischen Objekte bleibt wirklich eines der faszinierendsten Geheimnisse des Universums. Und vielleicht erhält die Menschheit, nachdem sie herausgefunden hat, wie sie funktionieren, Zugang zu Welten, von denen sie noch nicht einmal weiß.

Tod eines Sterns

Die Entdeckung „Schwarzer Löcher“ steht in direktem Zusammenhang mit der neuen Vision der physikalischen Struktur des Universums, die Albert Einstein 1915 vorschlug und die zeigte, dass massive Körper Zeit und Raum krümmen. Anschließend erhielt seine Theorie zahlreiche experimentelle Bestätigungen. Es ist nicht einfach zu erklären, wie eine solche Krümmung aussieht. Deshalb greifen Physiker auf eine Analogie zurück und stellen sich den Raum als eine Art Gummioberfläche vor, auf die Metallkugeln drücken. Darüber hinaus ist die Delle darunter umso größer, je massiver die Kugel ist. Im realen vierdimensionalen Raum ist die „Delle“ der fünften Dimension zugewandt, deren Vorhandensein wir nur indirekt feststellen können – durch die Verzerrung des Strahls oder die Verzögerung des Funksignals, das in der Nähe der Sonne oder der Sterne passiert.

Es ist klar, dass die von der Sonne erzeugte „Delle“ relativ klein ist (ihr Radius ist nur 50 Kilometer größer als der Radius unseres Sterns), aber fast unmittelbar nachdem Einstein seine Postulate formuliert hatte revolutionäre Theorie Der deutsche Astrophysiker Karl Schwarzschild hat mathematisch bewiesen, dass es irgendwo im Universum Objekte mit einer Masse geben kann, die den Raum so stark krümmt, dass nicht einmal Licht aus ihm entweichen kann. Im Laufe der Zeit wurden solche Objekte mit der leichten Hand des Amerikaners John Wheeler „Schwarze Löcher“ genannt.

„Schwarze Löcher“ blieben lange Zeit in den Augen der Wissenschaftler schöne Hypothese. Im Jahr 1939 gründete der junge Physiker Robert Oppenheimer den späteren „Vater“ der Amerikaner Atombombe, zeigte, dass sich ein Stern unter bestimmten Bedingungen in ein echtes „Schwarzes Loch“ verwandeln kann. Tatsächlich entdeckten Astronomen bald, dass sich Sterne gegen Ende ihres „Lebens“ anders verhalten. Zum Beispiel wird die Sonne, die allmählich ausbrennt, beginnen, sich auszudehnen und sich dann in einen Weißen Zwerg von der Größe der Erde zu verwandeln, der sich über Milliarden von Jahren abkühlt und zu einem dunklen, dichten Materieklumpen wird. Sterne, deren Masse viel größer als die der Sonne ist, verbrennen ihren Treibstoff viel schneller und implodieren (kollabieren) und bilden einen Neutronenstern oder ein „Schwarzes Loch“. Neutronensterne bestehen fast ausschließlich aus Atomkernen und „Schwarze Löcher“ bestehen aus gekrümmtem Raum und gekrümmter Zeit. Obwohl ein „Schwarzes Loch“ keine Materie enthält, hat es eine Oberfläche – man spricht von einem „Ereignishorizont“, durch den nichts entweichen kann.

Mit der Zeit lernten sie, „Schwarze Löcher“ anhand ihres Einflusses auf den umgebenden Raum zu erkennen. Etwa tausend solcher Objekte wurden gefunden, aber Astronomen sagen, dass es Hunderte Millionen davon gibt. Es stellte sich heraus, dass es auch in den Zentren von Galaxien riesige „Schwarze Löcher“ gibt, die möglicherweise durch den Zusammenbruch massiver Gaswolken entstanden sind.

Hawkings Entdeckung

Viele Physiker haben versucht zu verstehen, wie „Schwarze Löcher“ funktionieren. Den größten Erfolg auf diesem Gebiet erzielte der Engländer Stephen Hawking. 1975 gelang es ihm nicht nur, die Existenz von „Schwarzen Löchern“ mit Mode in Verbindung zu bringen Quantenmechanik, zeigte aber auch, wie sie mit der Außenwelt interagieren sollte.

Vor Hawking glaubte man, dass ein „Schwarzes Loch“ nur Materie aufnimmt, ohne etwas zurückzugeben. Hawking untersuchte das Verhalten von Quantenfeldern in der Nähe eines „Schwarzen Lochs“ und schlug vor, dass dieses zwangsläufig Teilchen in den Weltraum abstrahlt und dadurch Masse verliert. Dieser Effekt wird heute „Hawking-Strahlung“ (oder „Hawking-Verdunstung“) genannt. Hawking berechnete, dass eine solche Strahlung ein thermisches Spektrum hätte – dementsprechend könnte sie bei einer bestimmten Temperatur nachgewiesen werden. Allerdings ist diese Temperatur so niedrig, dass Astronomen sie bei beobachteten „Schwarzen Löchern“ nicht nachweisen können, sodass Hawkings Hypothese durch Beobachtungen nicht bestätigt wird.

Die von Stephen Hawking aufgestellte Theorie der „Schwarzen Löcher“ wird von einer Reihe von Wissenschaftlern bestritten. Tatsache ist, dass in der klassischen Sichtweise ein „Schwarzes Loch“ nur wachsen und immer mehr Materiemassen absorbieren kann. Daraus folgt, dass Informationen als eine der Eigenschaften der Materie im Inneren eines „Schwarzen Lochs“ nicht zerstört, sondern für immer gespeichert oder von unserem Universum in ein anderes übertragen werden. Hawking argumentiert, dass das „Loch“ immer in seinem ursprünglichen Zustand verbleibt, Informationen zerstört und überschüssige Masse in Form von Strahlung abgibt. Somit geraten die beiden Modelle in Konflikt, und die Konstruktion eines Quantengravitationsmodells hängt davon ab, wer Recht hat, was direkt zur Schaffung der berüchtigten „Theorie von allem“ führt, die eines Tages unser Verständnis des Universums revolutionieren wird.

Im Jahr 2004 behauptete Stephen Hawking, die Diskrepanz zwischen den Modellen gelöst zu haben. Seine neue Entdeckung basiert auf der Tatsache, dass bei realen Prozessen der Entstehung und Verdunstung von „Schwarzen Löchern“ Informationen nicht zerstört werden. Dies liegt daran, dass die „Löcher“, die im Rahmen zahlreicher Theorien beschrieben werden, in der Natur einfach nicht existieren. Was Astronomen in den Zentren von Galaxien beobachten, sind „scheinbare Schwarze Löcher“, also Objekte, die in vielerlei Hinsicht den von Physikern erfundenen Modellen ähneln, aber keinen echten „Ereignishorizont“ haben. Grob gesagt wird nach der alten Theorie (auch „Wall of Fire“-Konzept genannt) ein Astronaut, der in ein „Schwarzes Loch“ fällt, sofort am „Ereignishorizont“ verdampfen, und nach der neuen Theorie wird er eindringen im Inneren, erhält aber einige besondere physikalische Eigenschaften.

Allerdings sorgte die neue Entdeckung auch bei Kollegen für scharfe Kritik. Es stellt sich heraus, dass Hawking eine Reihe von Annahmen als selbstverständlich annahm, die an sich noch gerechtfertigt werden müssen. Daher ist es verfrüht zu sagen, dass das Thema vollständig abgeschlossen ist.

Tür zu einer anderen Welt

Christopher Nolans gefeierter Science-Fiction-Film „Interstellar“ zeigt anschaulich, wie man in ein Schwarzes Loch eindringt und es untersucht. interne Eigenschaften wird die moderne Physik beeinflussen. Tatsächlich sprechen wir über Technologien zur Schwerkraftkontrolle und überluminalen Flug. Außerdem, zeigt der Film sogar Menschen der Zukunft – Wesen, die einen Raum mit mehr Dimensionen als unseren beherrschen.

All diese Ideen wurden vom berühmten Physiker Kip Thorne in den Film eingebracht (er ist übrigens einer von denen, denen es gelungen ist, die theoretische Möglichkeit des Baus einer „Zeitmaschine“ zu untermauern). 1991 schloss er mit Stephen Hawking eine Wette über die Existenz „nackter Singularitäten“ ab, also von Objekten, die alle Eigenschaften des Zentrums eines „Schwarzen Lochs“ haben, aber keinen „Ereignishorizont“ haben. Darüber hinaus argumentierte Thorne, dass solche Objekte in der Realität existieren könnten, Hawking betrachtete sie jedoch als Fantasie. Und nur fünf Jahre später wurde der Streit zu Gunsten von Thorne beigelegt: Der Texaner Matthew Choptyuk bewies mithilfe mathematischer Modelle, dass es beim Zusammenbruch einer Gravitationswelle möglich ist, einen Zustand zu erreichen, in dem so etwas wie kochender Raum und Zeit entsteht. Es erzeugt neue Gravitationswellen, bis schließlich eine unendlich kleine „nackte Singularität“ entsteht.

Kip Thorne stellt klar, dass es in der Natur keine „nackten Singularitäten“ gibt: Die Gesetze der Physik verbieten ihr spontanes Auftreten. Allerdings könnte eine mächtige Zivilisation, die „Schwarze Löcher“ untersucht und es geschafft hat, eine Technologie zur Erzeugung von Gravitationswellen zu entwickeln, durchaus eine künstliche „nackte Singularität“ erschaffen. Und dann wird eine solche Zivilisation nicht nur die Möglichkeit haben, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit durch unser Universum zu reisen, sondern auch in andere Universen vorzudringen. Vielleicht, so berichtet Thorne weiter, operiere eine solche Zivilisation bereits in unserem Raum, beobachte uns und sei bereit einzugreifen, wenn mit uns etwas schief gehe. Seine Idee klingt wie eine Fantasie, aber wer kann das sicher wissen?

Anton Perwuschin

In einem in der Fachzeitschrift Physics Letters B veröffentlichten Artikel stellte der Physiker Nikodem Poplavsky von der Indiana University ein neues mathematisches Modell für die spiralförmige Bewegung von Materie vor, die in ein Schwarzes Loch fällt. Seine Gleichungen zeigen, dass solche Wurmlöcher brauchbare Alternativen zu den Raumzeit-Singularitäten sind, die Albert Einstein im Zentrum von Schwarzen Löchern vermutete.

Nach den Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie entstehen Singularitäten, wenn Materie in einer Region zu dicht wird, wie im superdichten Herzen eines Schwarzen Lochs.

Wenn Poplavsky recht hat, muss er es vielleicht nicht verstehen.

Den neuen Gleichungen zufolge wird die Materie, die das Schwarze Loch absorbiert und scheinbar zerstört, zum Baustoff für Galaxien, Sterne und Planeten in einer anderen Realität.

Können Wurmlöcher das Geheimnis des Urknalls lösen?

Poplavsky sagt, dass das Verständnis von Schwarzen Löchern als Wurmlöcher bestimmte Geheimnisse der modernen Kosmologie erklären könnte. Die Urknalltheorie besagt beispielsweise, dass das Universum mit einer Singularität begann. Doch mit der Erklärung, wie eine solche Singularität überhaupt entstehen konnte, geben sich Wissenschaftler nicht zufrieden. Wenn unser Universum aus einem Weißen Loch und nicht aus einer Singularität entstanden sei, „löst das das Problem der Singularitäten Schwarzer Löcher und der Urknall-Singularität.“

„Die Idee ist verrückt, aber wer weiß?“, sagt der Wissenschaftler.
Es gibt mindestens eine Möglichkeit, Poplavskys Theorie zu testen. Einige der Schwarzen Löcher in unserem Universum drehen sich, und wenn unser Universum im selben rotierenden Schwarzen Loch geboren wurde, sollte es die Rotation seines übergeordneten Objekts erben. Sollten zukünftige Experimente zeigen, dass sich unser Universum in die erwartete Richtung dreht, könnte dies ein indirekter Beweis für die Wurmlochtheorie sein.

Können Wurmlöcher „exotische Materie“ produzieren?

Laut Physikern könnte die Wurmlochtheorie auch erklären, warum einige Merkmale unseres Universums von den Vorhersagen der Theorie abweichen. Basierend auf dem Standardmodell der Physik sollte die Krümmung des Universums nach dem Urknall mit der Zeit zunehmen, so dass wir nach 13,7 Milliarden Jahren, also heute, auf der Oberfläche eines geschlossenen kugelförmigen Universums sitzen sollten.

Um die Diskrepanzen zu erklären, entwickelten Astronomen die Inflationstheorie.

Das Universum erscheint daher flach, weil wir uns auf einer aus unserer Sicht extrem großen Kugel befinden; So wie die Erde für jemanden, der auf einem Feld steht, flach erscheint.

Laut Poplavsky besagen einige Inflationstheorien, dass das Ereignis durch „exotische Materie“ verursacht wurde, eine theoretische Substanz, die sich teilweise von normaler Materie unterscheidet, weil sie von der Schwerkraft eher abgestoßen als angezogen wird. Basierend auf diesen Gleichungen kam Poplavsky zu dem Schluss, dass solch exotische Materie entstanden sein könnte, als einige der ersten massereichen Sterne in Wurmlöcher kollabierten.

„Möglicherweise gab es eine Wechselwirkung zwischen der exotischen Materie, die die Wurmlöcher bildete, und der exotischen Materie, die die Inflation verursachte“, sagt er.
Wurmlochgleichungen – „eine gute Lösung“

"Was gibt's Neues? „Dass die Lösung für Wurmlöcher in der Allgemeinen Relativitätstheorie ein Übergang von der Außenseite des Schwarzen Lochs in das Innere des neuen Universums ist“, sagt Isson, der nicht an Poplavskys Forschung beteiligt war. „Wir haben einfach angenommen, dass es eine solche Lösung geben könnte, aber Poplavsky hat sie gefunden.“
Isson scheint die Idee jedoch sehr kontrovers zu sein.

"Ist das möglich? Ja. Ist ein solches Szenario wahrscheinlich? Ich weiß nicht. Aber es ist auf jeden Fall interessant.“
Zukünftige Arbeiten zur Quantengravitation – der Untersuchung der Schwerkraft auf subatomarer Ebene – werden die Gleichungen verfeinern und möglicherweise Poplavskys Theorie bestätigen oder widerlegen.

An der Wurmlochtheorie gibt es nichts Überraschendes

Insgesamt sei die Wurmlochtheorie interessant, aber nicht bahnbrechend und wirfe kein Licht auf die Entstehung des Universums, sagte Andreas Albrecht, Physiker an der University of California, Davis, der ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war.

"Es gibt ein paar Aktuelle Probleme die wir zu lösen versuchen, und es ist nicht klar, wohin das alles führen wird“, sagt er und verweist auf Poplavskys Forschung.
Allerdings findet Albrecht die Idee, dass Wurmlöcher Universen verbinden, nicht seltsamer als die Idee von Singularitäten in Schwarzen Löchern, und er wird keine neue Theorie verwerfen, nur weil sie ein wenig verrückt aussieht.

„Alles, was die Leute in dieser Branche tun, ist ziemlich seltsam“, sagt er. - „Sie haben kein Recht zu sagen, dass die weniger seltsame Idee gewinnen wird, denn das wird unter keinen Umständen passieren.“

Nach den Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie entstehen Singularitäten, wenn Materie in einer Region zu dicht wird, wie im superdichten Herzen eines Schwarzen Lochs.

Wenn Poplavsky recht hat, muss er es vielleicht nicht verstehen.

Den neuen Gleichungen zufolge wird die Materie, die das Schwarze Loch absorbiert und scheinbar zerstört, zum Baustoff für Galaxien, Sterne und Planeten in einer anderen Realität.

Können Wurmlöcher das Geheimnis des Urknalls lösen?

Poplavsky sagt, dass das Verständnis von Schwarzen Löchern als Wurmlöcher bestimmte Geheimnisse der modernen Kosmologie erklären könnte. Die Urknalltheorie besagt beispielsweise, dass das Universum mit einer Singularität begann. Doch mit der Erklärung, wie eine solche Singularität überhaupt entstehen konnte, geben sich Wissenschaftler nicht zufrieden. Wenn unser Universum aus einem Weißen Loch und nicht aus einer Singularität entstanden sei, „löst das das Problem der Singularitäten Schwarzer Löcher und der Urknall-Singularität.“

Können Wurmlöcher „exotische Materie“ produzieren?

Laut Physikern könnte die Wurmlochtheorie auch erklären, warum einige Merkmale unseres Universums von den Vorhersagen der Theorie abweichen. Basierend auf dem Standardmodell der Physik sollte die Krümmung des Universums nach dem Urknall mit der Zeit zunehmen, so dass wir nach 13,7 Milliarden Jahren, also heute, auf der Oberfläche eines geschlossenen kugelförmigen Universums sitzen sollten.

Um die Diskrepanzen zu erklären, entwickelten Astronomen die Inflationstheorie.

Das Universum erscheint daher flach, weil wir uns auf einer aus unserer Sicht extrem großen Kugel befinden; So wie die Erde für jemanden, der auf einem Feld steht, flach erscheint.

An der Wurmlochtheorie gibt es nichts Überraschendes

„Es gibt mehrere dringende Probleme, die wir zu lösen versuchen, und es ist nicht klar, wohin das alles führen wird“, sagt er und verweist auf Poplavskys Forschung.
Allerdings findet Albrecht die Idee, dass Wurmlöcher Universen verbinden, nicht seltsamer als die Idee von Singularitäten in Schwarzen Löchern, und er wird keine neue Theorie verwerfen, nur weil sie ein wenig verrückt aussieht.

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