Астрофизик поможет вам представить себе черную дыру — Harvard Gazette

Интересный представляет собой серию случайных вопросов, на которые отвечают эксперты. Для этой записи мы попросили астрофизика Ави Лебдиректор-основатель Гарвардского Инициатива черной дырычтобы помочь нам представить самую страшную пустоту во Вселенной.

Черная дыра — это область в космосе, где гравитация настолько сильна, что даже свет не может покинуть ее. Это экстремальная структура пространства и времени. Один из способов образования черных дыр — это когда звезда потребляет свое ядерное топливо и коллапсирует, потому что нет источника энергии, который мог бы удержать ее от гравитации. Когда это происходит, когда материя пересекает горизонт черной дыры, она не может излучать никакого света. На единственных двух изображениях черной дыры вокруг черной дыры есть кольцо света, потому что во время ее формирования материя движется очень быстро, со скоростью, близкой к скорости света, и происходит огромное выделение энергии. и радиация. Мы называем их черными дырами, потому что, как только материя падает в черную дыру и в ней больше нет излучения, она становится совершенно темной и невидимой для нас.

Черная дыра действительно дыра? Мы не знаем ответа. Мы знаем, что недалеко от центра черной дыры есть точка, называемая сингулярностью, где плотность материи становится бесконечной, а гравитация очень сильной. Общая теория относительности Эйнштейна не может предсказать, что там происходит. В принципе, вы можете представить себе астронавта, летящего в черную дыру. Когда он приблизится к сингулярности, его тело разорвёт гравитация. Однажды я проводил презентацию о черных дырах для четвероклассников в школе моей дочери. Мальчик спросил меня, что произойдет с его телом, если он попадет в черную дыру. Когда я начал объяснять, учительница остановила меня, сказав, что детям будут сниться кошмары.

Одно из самых распространенных заблуждений о черных дырах заключается в том, что они являются порталом в какую-то другую вселенную. Мы не знаем, существует ли другая вселенная. У нас нет никаких доказательств этого. Все, что мы видим, — это наша собственная вселенная, и хотя мы знаем, что вселенная расширяется, мы не знаем, есть ли другое место, куда мы можем отправиться. Если бы мне пришлось угадывать, я бы сказал, что если вы упадете в черную дыру, вы окажетесь внутри черной дыры. Поскольку у нас нет квантовой теории гравитации, мы не можем рассчитать, что именно там происходит.

Изучение черных дыр важно по двум причинам. Один из них связан с окружающей средой, и это то, о чем заботятся астрофизики: черные дыры оказывают огромное влияние на окружающую среду, потому что они очень эффективно производят энергию из материи, а энергия, которую они выделяют, может значительно повлиять на эволюцию галактик. Второй аспект является более фундаментальным. Мы не знаем, что происходит в центре черной дыры, потому что теория Эйнштейна неполна. Любая теория, которую мы разработаем, чтобы объединить квантовую механику, описывающую поведение материи в малых масштабах, и гравитацию, раскроет тайны Вселенной. Если мы поймем, что происходит вблизи центра черной дыры, мы также сможем выяснить, что происходило до Большого взрыва.
– Как сказал Лиз Минео, штатный писатель Гарварда