|
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,
Apsirengusi ar nuoga?
Kai kurie teoriniai modeliai laiko, kad masyvios žvaigždės gali virsti apnuogintais singuliarumais.
Jų atradimas galėtų pakeisti vieningos fizikos teorijos paieškas. Apnuogintus singuliarumus galima
aptikti keliais būdais: a) aukštų energijų sprogimai paryškėja ir išblėsta; b) gama spindulių šuorai; c)
jie gali lenkti už jų esančių žvaigždžių šviesą skirtingai nei tai daro juodosios skylės; d) jei įtariama
juodoji skylė sukasi greičiau nei tam tikras dydis, tai turėtų būti apnuogintas singuliarumas.
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. H. J. Seifertas su 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. D. M. Eardley ir L. Smarr'as 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. Christodoulou. Abiem atvejais žvaigždės susitraukė iki nulinio dydžio ir susiformavo
singuliarumai. Tačiau tie modeliai vis tiek nekreipė dėmesį į slėgį, tad R. 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. Joshi analizė (atveju, kai nėra dujų slėgio) tuos aspektus padarė aiškesnius. Tada A.
Ori ir T. Piran'as 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 panauikinimas
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 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.
Literatūra
Papildomai skaitykite:
|
Pagal 
Fizikai ilgai nesiryžo pripažinti šios koncepcijos, nes ji sukelia jiems daugybę nepatogumų.
Dažniausiai minimas priekaištas kad procesai darosi visiškai nenuspėjami. Kadangi apnuogintuose
singuliarumuose liaujasi veikusi
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.
