|
Global Lithuanian Net: san-taka station: |
|
Apnuoginti singuliarumai
Fizikai ilgai svarstė, ar egzistuoja juodosios skylės. Ar tikrai jos egzistuoja? Šiuolaikinis mokslas pateikė daugybę keistų idėjų, iš kurių viena keisčiausių yra masyvių žvaigždžių likimas. Tokios žvaigždės kaip mūsų Saulė, išeikvoję savo kurą, negali atlaikyti savo pačių masės ir pradeda trauktis,
Tačiau ar taip yra tikrai? Pagal fizikos dėsnius singuliarumai susidaro, tačiau jie neaiškūs dėl horizonto. Ir kas atsitinka su ta be gal tankia materija singuliarume? Priimta manyti, kad mums to nepavyks sužinoti būtent dėl horizonto. Ten gali vykti bet kokie mums nepažinūs procesai, nes jie neturi poveikio išoriniam pasauliui. Taigi, kas vyksta juodojoje skylėje ir lieka juoda dėme. O išorėje galime ir toliau remtis žinomais dėsniais. Tačiau tyrinėjimai vergia atsisakyti tokio požiūrio. Buvo nustatyta daugelis galimų žvaigždžių susitraukimo scenarijų, kurių metu ne visada susidaro horizontas, - tad singuliarumus galima būtų stebėti. Fizikai tokius vadina apnuogintais singuliarumais (atseit, juodosios skylės aprengtos horizontu). Materija ir spinduliavimas gali tiek sukristi, tiek išsiveržti. Tad prie apnuoginto singuliarumo būtų galima prisiartinti (ir po to papasakoti savo nuotykius?). O dar svarbiau, kad jie veikia išorę. Jie galėtų būti stebėtų nepaaiškinamų aukštos energijos reiškinių šaltiniais ir laboratorija erdvėlaikio reiškiniams tirti.
Tačiau Einšteino gravitacijos lygtys yra nepaprastai sudėtingos ir jų sprendimui fizikams tenka daryti prielaidas, leidžiančias jas supaprastinti. 4-me dešimtm. keli mokslininkai, kaip modelį, paėmė idealiai apvalias žvaigždes, sudarytas iš vienodo tankio dujų ir nepaisė dujų slėgio. Jie nustatė, kad tokioms žvaigždėms susitraukiant, gravitacija jų paviršiuje tampa pakankamai stipria, kad sulaikytų šviesą ir materiją, - taigi, sudarytų horizontą. Tačiau tikrosios masyvios žvaigždės yra gerokai sudėtingesni objektai. 1969 m. R. Penrose išsakė teiginį, kad ir jos virsta juodosiomis skylėmis. Tačiau 1973 m. Hans Jurgen Seifertas su Karlsruhe Technologijų inst-to komanda pašalino dujų homogeniškumo apribojimą. Jie nustatė, kad sukrentančios materijos sluoksniai gali persikloti sukurdami trumpalaikius singuliarumus, kurių nedengia horizontai. Tankiui tapus beveik begaliniam, gravitacija tokia netapdavo. 1979 m. Douglas M. Eardley (Kavli Teorinės fizikos int-tas) ir L. Smarr'as1) žingtelėjo dar vieną žingsnelį, paimdami žvaigždžių modelį, kai šios tankiausios centre ir retėja artėjant prie krašto. Apie tokią pačią prielaidą skaičiavimuose 1984 m. paskelbė ir D. Christodoulou2). Abiem atvejais žvaigždės susitraukė iki nulinio dydžio ir susiformavo singuliarumai. Tačiau tie modeliai vis tiek nekreipė dėmesį į slėgį, tad Ričardas Newman'as parodė, kad singuliarumai vis tiek yra gravitaciškai silpni. Tada bandyta suformuluoti teoremą, kad apnuoginti singuliarumai visada silpni. Tai nepavyko. Buvo surasti susitraukimo scenarijai, kuriuose gravitacija yra stipri ir vis tik matomi. 1993 m. I. Dwivedi ir P.S. Joshi3) analizė (atveju, kai nėra dujų slėgio) tuos aspektus padarė aiškesnius. Tada A. Ori5) ir T. Piran'as4) simuliacijose atsižvelgė į dujų slėgio poveikį. Pasirodė, kad žvaigždės gali virsti apnuogintais singuliarumais. Beveik tuo pačiu metu G. Magli ir K. Nakao vadovaujamos komandos įtraukė papildomai slėgį, kurį sukelia susitraukiančios žvaigždės besisukančios dalelės. Jos irgi parodė, kad daugeliu atvejų procesas baigiasi apnuogintais singuliarumais. Visuose šiuose tyrimuose žvaigždės buvo laikomos esančios idealaus rutulio formos. Tai nėra labai griežtas apribojimas, nes realios žvaigždės yra gana artimos jai. Ir būtent tokio tipo žvaigždės sudaro palankiausias sąlygas susidaryti horizontui. Tačiau jei netgi joms jų likimas yra ginčytinas, tai kitoms tuo labiau. A. Krolak'as ir P.S. Joshi paėmė analizei ne idealaus rutulio formos žvaigždes ir taipogi aptiko apnuogintus singuliarumus. Visi šie tyrinėjimai leidžia spėti, kad juodoji skylė nėra vienintelis variantas. Tiesa, kai kuriose simuliacijose apnuoginti singuliarumai susidaro tik laikinai, tačiau kituose variantuose jie pastovūs. Be to ir nuogumas būna skirtingo laipsnio.
Tačiau fizikus erzina ne tik neapibrėžtumas. Jie kelis dešimtmečius kūrė įvairius dėsnius, kurie turėtų būti pritaikomi juodosioms skylėms. Tačiau jie neišsivadavo iš paradoksų. Pvz., laikoma, kad juodoji skylė prarija ir sunaikina informaciją, kas prieštarauja pagrindiniams kvantinės mechanikos principams. Išnykus horizontui, tokios problemos irgi išnyktų (pvz., informacija neišnyktų ir kvantinė mechanika galėtų būti pritaikoma). Įdomu, kad apnuoginti singuliarumai gali tapti laboratorija kvantinės gravitacijos tyrimams. Naujoms teorijoms (kaip superstygų ar kilpinės gravitacijos) kaip oro reikia stebėjimo duomenų. Paprastai jų ieškoma ankstyvosiose Visatos egzistavimo stadijose tačiau Didysis sprogimas buvo vienkartinis įvykis. Tuo tarpu, jei apnuoginti singuliarumai egzistuoja, tokį sprogimą galima stebėti mirštant dažnai masyviai žvaigždei. Buvo panagrinėta ir tai, kaip žvaigždė virsta singuliarumu, atsižvelgiant į kilpinės gravitacijos
(loop quantum gravity) efektus.. Anot šios teorijos, erdvė yra sudaryta yra nepaprastai smulkių
atomų, kurie ypač pasireiškia, kai materijos tankis tampa labai didelis atsiranda atostūmio jėga,
Ar gali juodoji skylė atsiverti? Dar vienas būdas apnuogintam singuliarumui susiformuoti yra juodosios skylės panaikinimas kad ir kaip keistai tai skambėtų. Mat bendrosios reliatyvumo teorijos lygtys rodo, kad horizontas gali egzistuoti tik tada, kai juodoji skylė nesisuka pernelyg greitai arba neturi ypač didelio elektrinio krūvio. Dauguma fizikų mano, kad juodosios skylės priešinasi labai greitam sukimuisi bei pernelyg įsielektrinti. Tačiau ne visi. Juk įsukti juodąją skylę nėra labai sunku. Materija neišvengiamai sukrenta tam tikru kampu, kuris verčia žvaigždę imti suktis sparčiau. Juodosioms skylėms papildomai įsielektrinti sunkiau, nes jos traukia skirtingo krūvio daleles ir atstumiu to paties krūvio daleles. Tačiau įmantrūs materijos sukritimai gali pakeisti šią tendenciją. Netgi pagrindinė juodosios skylės savybė grobti iš aplink visą pasitaikančia materiją gali tapti jos išnykimo priežastimi. Istoriniai aspektai Bendroji reliatyvumo teorija išpranašavo juodųjų skylių galimybę, tačiau A. Einšteinas abejojo, ar jos tikrai egzistuoja. J.R. Oppenheimer'is ir kiti įrodinėjo, kad jos turėtų egzistuoti. S. Hawking'as ir R. Penrose įrodinėjo, kad singuliarumai faktiškai buvo neišvengiami. R. Penrose tvirtino, kad singuliarumai turi būti aprengti horizontais, tačiau kiti su tuo nesutiko. 1) Laris Smaras (Larry Lee Smarr) fizikas, mokslinių skaičiavimų, taikymų superkompiuteriams ir interneto infrastuktūros specialistas Kalifornijos un-te. Daktaro laipsnį gavo 1975 m. Jis pasižymėjo kaip puikus įvairių inovacijų, atradimų ir komercializacijos sintezuotojas įvairiose skirtingose srityse (iki pat interneto naršyklės ir suasmenintos medicinos). Jis pasisakė už mokslo tyrimų sujungimą sparčiais ryšiais ir tai tapo NSFnet. 2012 m. jis užsiėmė kompiuteriškai ištirti savo kūną. 2) Demetrijus Christodulas (Demetrios Christodoulou, g. 1951 m.) graikų matematikas ir fizikas, žinomas darbais matematinės fizikos netiesinių lygčių teorijos (pvz., kartu su S. Klainermanu įrodęs Minkovskio erdvės netiesinį stabilumą bendrojoje reliatyvumo teorijoje be kosmologinio nario; 1993 m. monografija), įrodęs spąstų paviršių stabilumą (taigi, ir juodųjų skylių bei gravitacinių singuliarumų) erdvėlaikio evoliucijos metu (2009 m. knyga). Be to, 2007 m. išleido knygą apie sūgines bangas trimačiuose spaudžiamuose skysčiuose. 2011 m. jam skirta Shaw premija (su R. Hamiltonu; žr. >>>>>). 3) Pankadžas Jošis (Pankaj Joshi, g. 1953 m.) indų fizikas ir kosmologas, didžiausią dėmesį skiriantis gravitaciniam kolapsui ir nuogiems singuliarumams. Paskutiniu metu buvo Čarotaro un-to administratorumiumi (provostu). 4) Cvi Piranas (Tsvi Piran, g. 1956 m.) žydų fizikas teoretikas ir astrofizikas, žinomas gama pliūpsnių (GRB) tyrimais ir, anksčiau, darbais skaitmeninės reliatyvumo teorijos srityje. 1985 m. jis pirmąkart parengė kodą, paskaičiuojantį besisukančios juodosios skylės kolapsą ir susidarymą. 5) Amosas Oris (Amos Ori, g. 1956 m.) žydų fizikas, C. Pirano mokinys. Literatūra:
Papildomai skaitykite:
|
neleidžianti tankiui tapti begaliniu. Simuliacija parodė, kad beveik ketvirtis žvaigždės masės buvo
išmesta ir išsisklaidė. Tolimam stebėtojui tai atrodytų kaip staigus žvaigždės ryškumo padidėjimas.
Sprogimą gali lydėti gama bei kosmoso spindulių ir kt. (pvz., neutrinų) pliūpsnis.
