Feynmanki

e-mail

facebook

Czym są czarne dziury?

Dźwięki pianina i raczej nierówne tupnięcia,
Sączą się przez maleńkie drzwiczki.
Na korytarzu grzecznie czekają na zajęcia
Spowite w biel, małe baletniczki.

Dużo z nich chichocze, niektóre plotą brednie,
Tylko jedna w milczeniu usiadła z boku sama.
Śledzi misterne wzory w podłogowym drewnie,
Gdy obok się pojawia niezadowolona mama.

„Dziecko me, czego ty tam wypatrujesz?”
Ciężko wzdycha kobieta zgnębiona.
„Jeszcze swoją szansę na karierę zmarnujesz
Jak będziesz wciąż taka zamyślona.”

I obok córki siada ubrana na czarno dama.
Końcówką parasola kręci esy-floresy przed sobą.
Córka je śledzi z uwagą, jak zahipnotyzowana.
„Znów myślisz o fizyce! Co ja mam zrobić z tobą?!”

Ach mamo, ja w tej drewnianej podłodze znajduje kosmos cały!
Tu z kurzu wirują mgławice, a tam mleczną smugę Galaktyki
Słoje drewna, jak gwiazd zawiłe trajektorie poprzecinały.
A tam, w zakrzywionej przestrzeni, czarne dziury wyjadły korniki.”

„Czarne dziury?! Co za głupot was uczą w tej klasie!”
Ale one istnieją naprawdę! I powstają w kosmosie,
Gdy zapadnie się ciało o ogromnej masie.
Fascynujące jak mało wciąż wiemy o ich losie. 

Gdy przeogromną masę uda się zebrać
W jeden punkt – jej gęstość jest nieskończona.
Z siłą grawitacji wtedy nic nie może wygrać,
Nawet światło! Stąd czarną dziurą została ochrzczona.”

„Więc kosmos jest czarnymi usiany lejami
Co pochłaniają wszystko na swej drodze?”
I nowe się wciąż rodzą gdzieś między galaktykami,
Jak wciąż nowe dziury powstają w tej podłodze.”

Według naszej obecnej wiedzy, czarne dziury istnieją i, niespodzianka, nie tworzą ich korniki. Żeby lepiej zrozumieć czym są i dlaczego tak mało o nich wiemy, zacznijmy od grawitacji. Jest to siła, która powoduje, że dwa ciała, które mają masę przyciągają się nawzajem. Nieważne jak duże, czy małe są te ciała ani jak daleko od siebie się znajdują – zawsze się przyciągają. Dlaczego w takim razie nie czujemy grawitacji na przykład naszego roweru? Otóż, siła grawitacji będzie tym silniejsza im większe są masy dwóch ciał. Rower i my mamy zbyt małe masy, żeby odczuć to oddziaływanie. Odczuwamy natomiast przyciąganie Ziemi, której masa jest całkiem spora (w naszej skali). Drugim czynnikiem wpływającym na siłę grawitacji jest odległość – im dalej od siebie się znajdują, tym słabiej oddziałują ze sobą ciała.

Wróćmy do czarnych dziur. Są to obiekty we wszechświecie, które mają tak gigantyczną masę, że zupełnie nic nie może się z nich wydostać – żadna cząsteczka, obiekt, a nawet promieniowanie elektromagnetyczne (na przykład światło). Dlaczego? Właśnie przez grawitację, której siła przyciągania zależy od masy. Jak wyglądają czarne dziury? Nie wiadomo! Skoro światło (i nic innego) nie może się z nich wydostać, to nie da się ich obserwować bezpośrednio. W obiektywach teleskopów wyglądają po prostu jak fragmenty nieba, gdzie nic nie ma. To sprawia, że badania nad czarnymi dziurami opierają się jedynie na teoriach i obliczeniach, które trudno jest sprawdzić za pomocą doświadczeń. To, o czym poniżej opowiemy, jest właśnie wnioskami z tego typu teoretycznych rozważań, ale według naszej obecnej wiedzy, jest prawdziwe.

Czarne dziury powstają, gdy pewien bardzo masywny obiekt (na przykład wielka gwiazda) zapada się pod własną grawitacją. Co to znaczy? Każda cząsteczka w tej gwieździe przyciąga do siebie inne cząsteczki. Gdy gwiazda w swoim wnętrzu przeprowadza fuzję nuklearną (czyli łączy lekkie pierwiastki w cięższe) wydziela mnóstwo energii, a wzrastające ciśnienie wypycha cząsteczki na zewnątrz. Trochę jak ciągłe przeciąganie liny – grawitacja próbuje wszystko ścisnąć w jeden punkt, a ciśnienie rozrzucić na zewnątrz. Problem pojawia się, gdy gwieździe skończy się paliwo (lekkie pierwiastki). Wtedy ciśnienie maleje, grawitacja zaczyna przeważać. Jądro jest ściskane, staje się gęstsze i cięższe, zaczyna przyciągać resztę gwiazdy coraz silniej i silniej. W zależności od początkowych rozmiarów gwiazdy, w wyniku takiego zapadania mogą powstać różne obiekty. Od białych karłów, przez gwiazdy neutronowe po czarne dziury.

Same czarne dziury nie mają czegoś takiego jak rozmiar. Są to punkty, w których grawitacja i gęstość są tak olbrzymie, że nie wiemy co w takich warunkach się dzieje z materią. Jedynym parametrem, który możemy zmierzyć jest masa czarnej dziury. Od tej masy zależy wielkość tak zwanego horyzontu zdarzeń. Im większa masa, tym dalej od centrum czarnej dziury się on znajduje. Jeśli jakiś obiekt czy światło przekroczy granicę tego horyzontu, musi spaść do wnętrza czarnej dziury. Żeby się wydostać zza horyzontu zdarzeń, potrzebna by była prędkość większa od prędkości światła – a ta jest niemożliwa do osiągnięcia!

Skoro nic nie wydostaje się z czarnych dziur i nie możemy ich obserwować, to skąd wiemy gdzie są i czy w ogóle istnieją? W bardzo dużym uproszczeniu, znajduje się je pośrednio poprzez obserwację ruchu gwiazd w przestrzeni. Na podstawie tego, jak gwiazdy okrążają centrum galaktyk, można obliczyć, jak ciężki obiekt znajduje się w jej centrum i na tej podstawie wywnioskować czy może tam się znajdować czarna dziura. Są także inne, bardziej wyrafinowane i jeszcze bardziej pośrednie sposoby, na przykład poprzez wykrywanie fal grawitacyjnych, ale o tym innym razem.

Podziel się ze znajomymi:

  • Categories:
  • Podziel się ze znajomymi: