Ergens in de late jaren zestig verscheen een van de beroemdste natuurkundigen van de vorige eeuw, John Wheeler (1911-2008), in een populair wetenschappelijk radioprogramma van de BBC. Hij sprak lange tijd en kleurrijk over verschillende kosmische wonderen, en aan het einde kwam hij op de pijnlijke vraag voor hem over allerlei 'onjuiste waarnemingen en mythische objecten'.
Hier stortte een Amerikaanse wetenschapper zich gretig op de hypothese van het bestaan van "bevroren" (donkere, bevroren) sterren, die hem vooral niet beviel. Hij uitte zijn minachting voor deze "fysieke en wiskundige fantasieën" en noemde ze "zwarte gaten". Dus met de lichte hand van Wheeler verscheen de figuurlijke term 'zwart gat' in de media en vervolgens in wetenschappelijke werken.
De bodemloze zinkgaten van ruimte-tijd
Tegenwoordig noemen we een zwart gat het resultaat van het meest verbazingwekkende natuurverschijnsel - de val “in zichzelf” van enorme hemellichamen. In het Latijn betekent collapsus "gevallen" en daarom noemen astronomen zwarte gaten vaak "collapsars". Ze hebben zo'n supersterke "concentrator" van het zwaartekrachtveld dat niets, inclusief licht, uit hen kan ontsnappen.
Historisch gezien werden zwarte gaten voorafgegaan door donkere sterren die door de Britse astronoom John Michell (1724-1793) werden ontdekt "op het puntje van een veer". Op basis van Newtons theorie van universele zwaartekracht beschreef Michell dergelijke sterren, waarvan de zwaartekracht zelfs de lichtstralen vasthield. Het zou natuurlijk onmogelijk zijn om zo'n volledig zwarte ster op te merken. Michell schetste zijn berekeningen op een van de bijeenkomsten van de Royal Society of London in 1784 en kwam onmiddellijk onder vuur te liggen. De astronomie van die tijd kende dergelijke verschijnselen immers niet!
Dus het idee van donkere sterren, of, zoals ze tegenwoordig worden genoemd, "Newtoniaanse" zwarte gaten, werd lange tijd begraven in wetenschappelijke archieven. Het werd alleen herinnerd in het tijdperk van Albert Einstein (1879-1955) en zijn theorie van universele zwaartekracht. Einsteins theorie koppelde zwaartekracht aan de kromming van de ruimte en trok onmiddellijk de aandacht van veel natuurkundigen.
Promotie video:
Zijn collega aan de Berlijnse Academie van Wetenschappen Karl Schwarzschild (1873-1916) kon aantonen dat soms zeer geconcentreerde gigantische massa's een soort bodemloze trechter van ruimte-tijd kunnen vormen.
Er hadden verbazingwekkende dingen moeten gebeuren in de buurt van de ineenstorting van Schwarzschild: iemands hart zou steeds minder beginnen te kloppen, zijn klok zou hopeloos achterblijven en het licht om hem heen zou rood worden. Het verloop van de tijd zelf zou vertragen, tot stollen nabij de voorwaardelijke grens van het zwarte gat, als een rivier in de vorst. Nou, wat zullen we zien in de diepten van de ineenstorting?
Helaas gebeuren daar zo vreemde dingen dat het simpelweg onmogelijk is om ze in de volksmond te beschrijven. Hoewel veel natuurkundigen discussiëren over de interne structuur van zwarte gaten, hebben ze theoretisch al toepassingen gevonden.
Metro tussen sterrenstelsels
Meer dan 30 jaar geleden besloot de beroemde astronoom en sciencefictionschrijver Carl Sagan om een roman te schrijven over interstellaire reizen en tegelijkertijd geen lege fantasie te bedrijven, maar een 'echte' extra-dimensionale tunnel te creëren op de pagina's van zijn boek. Om de details te bespreken, wendde hij zich tot de vooraanstaande theoretisch natuurkundige Kip Thorne, die enthousiast aan de slag ging.
Thorne en zijn medewerkers hebben wiskundig overtuigend bewezen dat het ruimte-tijdkanaal niet alleen kunstmatig kan worden gecreëerd, maar ook in een "werkende" staat kan worden gehouden. Het "wormgat" dat op deze manier in ruimte-tijd werd gecreëerd, zou niet alleen de verre hoeken van onze Melkweg met elkaar verbinden, maar ook de metagalactische uitgestrektheid.
De samenwerking tussen Sagan en Thorne leidde tot de sciencefiction-bestseller Contact, die al snel de basis werd voor de zeer vermakelijke film met dezelfde naam. Er is echt een soort "metro" tussen sterrenstelsels, waarlangs de hoofdpersoon reist. Ondertussen bekritiseerde Wheeler niet alleen zwarte gaten, maar ook allerlei subruimte-overgangen ertussen. Met veel sarcasme noemde hij ze "wormgaten", "wormgaten" en "wormtunnels". Het is gewoon verbazingwekkend, maar deze uitdrukkingen kwamen eerst in het lexicon van journalisten terecht en migreerden vervolgens naar wetenschappelijke werken.
In sciencefictionliteratuur wordt vaak gesproken over de meest exotische manieren om ruimte en tijd te overstijgen. Zelfs een soort tactiek van toekomstige "star wars" werd geboren, wanneer de gevechtsvloot van aardbewoners "duikt" in de subruimte van een zwart gat en plotseling tevoorschijn komt bij de bases van vijandige buitenaardse wezens, waarbij ze onmiddellijk miljarden parsecs aanstormen.
Echter, te oordelen naar astronomische waarnemingen, zullen zwarte gaten gigantische inspanningen vergen om ze te "temmen", omdat het de gevaarlijkste ruimtevoorwerpen zijn die het "reliëf" van het heelal vormen.
Ruimtekannibalen
Astronomen registreren vaak monsterlijke uitbarstingen van energie die uit de verre ruimte komen. Dit kunnen echo's zijn van de dramatische processen van de dood van planeten en sterren in de sinkholes van zwarte gaten. Ruimtemonsters scheuren het gasvormige lichaam van een onbedoeld naderende ster uit elkaar en 'slikken' kleinere hemellichamen volledig in - planeten, kometen en asteroïden.
Een zwart gat trekt de kant van een dicht vliegende ster veel sterker aan dan de andere kant. Deze krachtige getijdekracht rekt de ster uit en zorgt ervoor dat gas van de ster in het zwarte gat valt. Astronomen hebben geconcludeerd dat zwarte gaten niet enorm worden geboren, maar dat ze geleidelijk groeien door het gas en de sterren van sterrenstelsels.
Onder de zwarte gaten bevinden zich ook grote onrustige bewegingen die zich snel voortbewegen in de stellaire eilanden van sterrenstelsels. Samen met hun zittende broeders verslinden deze 'ruimtekannibalen' niet alleen planetaire systemen zoals onze eigen zonne-energie, maar slikken ze ook stof- en gaswolken in die zich tussen sterrenhopen uitstrekken.
Astronomen hebben al lang gemerkt dat zwarte gaten in kleinere sterrenstelsels minder massief zijn, met massa's van iets meer dan een paar miljoen zonsmassa's. Zwarte gaten in de centra van gigantische sterrenstelsels omvatten miljarden zonsmassa's - het feit is dat de uiteindelijke massa van een zwart gat wordt gevormd tijdens de vorming van een sterrenstelsel. In sommige gevallen worden zwarte gaten niet alleen groter door gas uit een individueel sterrenstelsel te absorberen, maar ook door sterrenstelsels samen te voegen, waardoor hun zwarte gaten versmelten.
In het centrum van de Melkweg bevindt zich de kern van onze Melkweg, waarin het mysterieuze object Boogschutter A * verborgen is. Astronomen geloven dat dit de belangrijkste kanshebber is voor de rol van een zwart gat met een massa van ongeveer vier miljoen zonsmassa's.
Af en toe verslindt deze lokale "kannibaal" van ons deze of gene ster. En dan registreren speciale röntgentelescopen de 'doodskreet' van het licht in de vorm van een röntgenimpuls. Het is met zijn hulp dat onze interne organen worden bestudeerd in de röntgenkamer.
Zwarte gaten kunnen echter vrij vredig zijn en dubbele sterrensystemen vormen met gewone sterren. Deze idylle eindigt echter ook tragisch, en na honderden miljoenen en misschien wel miljarden jaren zal de afstand tussen het zwarte gat en de ster tot een kritieke grens worden teruggebracht. De beweging van de ster wordt onstabiel en na een paar omwentelingen rond het zwarte monster verdwijnt het in zijn baarmoeder.
Mysterie van de Tunguska-meteoriet
In principe kan er ook een kunstmatig zwart gat ontstaan. Om dit te doen, is het noodzakelijk om elke massa samen te drukken tot de grootte van de zwaartekrachtstraal (de straal van de bol waarop de zwaartekracht gecreëerd door de massa in deze bol neigt naar oneindig), en dan zal het zelf catastrofaal beginnen te krimpen - ineenstorten.
Toegegeven, dit is erg moeilijk om te doen, want hoe kleiner de massa, hoe kleiner de zwaartekrachtradius. De zwaartekrachtstraal van de aarde is bijvoorbeeld ongeveer een centimeter, en om de maan in een zwart gat te veranderen, zou deze moeten worden samengedrukt tot de grootte van een groot molecuul.
Niettemin proberen ze met behulp van modellen van microscopisch kleine gaatjes, of, zoals ze vaker worden genoemd, microcollapsars, soms allerlei mysterieuze verschijnselen te verklaren. Er is dus een hypothese dat de beroemde Tunguska-meteoriet niets meer was dan een miniatuurzwart gat dat door de uitgestrektheid van het universum dwaalde.
Je zou dergelijke uitvindingen natuurlijk eenvoudig kunnen negeren, maar hier komen merkwaardige details naar voren: de volledige afwezigheid van meteorietresten, de ongebruikelijke aard van de explosie en tegenstrijdige waarnemingen van de vliegroute.
Er zijn ideeën dat zo'n microcollaps een volledig aardse oorsprong had. Feit is dat het tijdens de val van de Tunguska-meteoriet was dat de grote Amerikaanse uitvinder Nikola Tesla (1856-1943) een bepaalde golfresonator testte op de verbazingwekkende Wondercliffe-toren, die, met behulp van "staande golven van de elektrische wereldether", energie over de hele planeet moest overbrengen.
Stedelijke legendes vertellen hoe een kolossale plasmoid over Podkamennaya Tunguska flitste en onmiddellijk instortte in een zwart minigat. Dit proces veroorzaakte een orkaan van energie, geregistreerd als een Tunguska-wonder.
Er is ook een versie van deze hypothese, waarin de Tunguska-meteoriet zelf precies een miniatuurzwart gat was dat met grote snelheid onze planeet binnendrong.
Hoe plausibel zijn de conclusies van theoretisch fysici? Zijn er echt wormtunnels in de ruimte-tijd, of is dit slechts een soort "fysieke en wiskundige fantasie"? En de belangrijkste vraag: is het mogelijk om echte experimenten voor te stellen om kunstmatige subruimte-wormgaten te creëren die naar de ruimte van andere dimensies leiden?
Is de LHC een doomsday-machine of een microcollapsar-generator?
Berekeningen laten zien dat microscopisch kleine zwarte gaten kunnen ontstaan bij experimenten met deeltjesversnellers, zoals de bekende Large Hadron Collider (LHC) gelanceerd op CERN.
Het werkingsprincipe van de LHC is theoretisch vrij eenvoudig: stel je een buis voor waarin twee gigantische kanonnen naar elkaar toe schieten met speciale projectielen - de elementaire deeltjes waaruit atomen bestaan. Wanneer deze microscopisch kleine projectielen elkaar ontmoeten, verspreiden ze zich als vuurwerk van allerlei fragmenten, waaronder mogelijk microscopisch kleine zwarte gaten.
Als de LHC-fysici deze micro-objecten ontdekken, zal de wetenschappelijke sensatie de recente ontdekking van het "goddeeltje" - het Higgs-deeltje ver overtreffen.
Sommige wetenschappers geloven dat micro-instortingen zeer gevaarlijke objecten zijn die kunnen leiden tot een planetaire ramp. De lancering van de LHC ging gepaard met protesten, en een groep natuurkundigen klaagde zelfs CERN aan als een organisatie die de mensheid in gevaar brengt.
Uiteindelijk zakten de hartstochten wat weg, aangezien natuurkundigen duidelijk hebben aangetoond dat elk moment lawines van kosmische deeltjes op het aardoppervlak vallen, veel meer energie dan de producten van botsingen in de LHC. Desalniettemin vormen stromen van kosmische ultrahoge energie geen gevaar en genereren ze geen microscopisch kleine zwarte gaten.
Aan de andere kant laten computermodellen zien dat als de aarde zou worden bezocht door een minigat, deze onmiddellijk naar het centrum van onze planeet zou vallen en eromheen zou beginnen te draaien, magma absorberen. Maar hoe onheilspellend dit proces ook mag lijken, het zal enkele miljarden jaren duren voordat het zich op de een of andere manier aan de oppervlakte manifesteert. Het is dus heel goed mogelijk dat we al heel lang met een zwart gat onder onze voeten leven …
De toekomst van het universum en het leven in een zwart gat
Het is niet bekend of de mensheid over miljarden jaren zal bestaan, maar in de optimale versie zullen astronomen van de verre toekomst een totaal andere metagalaxie kunnen waarnemen - het zichtbare heelal. De meeste sterren zullen doorbranden en de zonachtige hemellichten zullen in superdense dwergen veranderen. Tegelijkertijd zullen zwaardere sterren zwarte gaten worden die nog kleiner zijn en zo'n sterk zwaartekrachtveld hebben dat zelfs licht het niet kan overwinnen.
Deze overblijfselen zullen echter rond het galactische centrum blijven draaien met een periode van ongeveer 100 miljoen jaar. Botsingen tussen de overblijfselen zullen sommige uit de melkweg werpen. De rest zal zich in banen dichter bij het centrum nestelen en uiteindelijk samenkomen en een gigantisch zwart gat vormen in het centrum van de Melkweg, dat op een dag alle materie zal opslokken.
Wat zal het zijn - het einde van het leven en de rede in ons universum?
Laten we niet haasten, want sommige moderne theorieën voorspellen dat zelfs in de verschrikkelijke diepten van zwarte gaten, hele planeten kunnen bestaan die voor onbepaalde tijd rond een centraal punt draaien. Volgens voorlopige berekeningen kunnen dergelijke planeten zelfs helder worden verlicht dankzij fotonen die van buitenaf in de val van het gat worden gevangen en samen met andere lichamen in dezelfde stabiele baan roteren.
Alleen de laatste vraag moet nog worden opgelost: kan er leven bestaan op de planeten van een zwart gat? Volgens sommige theoretici is dit mogelijk. Bovendien kan onze toekomstige hoogontwikkelde beschaving op de vlucht voor kosmische rampen een echt toevluchtsoord vinden in de diepten van een superzwaar zwart gat dat de kern van de Melkweg beslaat.
Natuurlijk zullen de kolonisten van zwarte gaten een aantal grootse taken moeten oplossen, zoals het tegengaan van kolossale getijdekrachten en bescherming tegen de sterkste stralingsfluxen. Echter, vanuit het oogpunt van de evolutie van de rede, zal een beschaving die erin is geslaagd door te dringen in het zwarte gat, werkelijk fantastische technologieën hebben die de meest fantastische problemen kunnen oplossen.
Misschien zal de menselijke beschaving binnen een paar millennia volledig vrij zijn om portalen naar andere werelden te openen. In dit geval kunnen er verschillende opties ontstaan: wormgaten tussen verre delen van ons Melkwegstelsel, subruimtetunnels tussen melkwegstelsels aan de rand van het heelal, bruggen tussen het verleden en de toekomst, wormgaten naar andere werelden.
Dan is de mensheid van de toekomst niet bang voor kosmische catastrofes en zal ze vrijelijk door verschillende universums kunnen reizen en een gunstige habitat kiezen. Bovendien, nadat ze hebben ontdekt hoe universums worden geboren en waarom ze verschillende eigenschappen hebben, kan superbeschaving op zoek gaan naar kant-en-klare door de keel van zwarte gaten en nieuwe werelden creëren, meer aangepast voor het leven en niet onderhevig aan allerlei soorten rampen.
Dus, wat verbergen zwarte gaten in zichzelf? Een pad naar andere werelden, grenzeloze energie van de toekomst, de laatste adem van het heelal of beschaving van andere werelden?
Het is mogelijk dat de huidige generatie studenten en schoolkinderen de antwoorden op een aantal van deze vragen kent. We kunnen alleen wachten op dat opwindende moment waarop astronomen eindelijk direct kunnen beginnen met het bestuderen van "kandidaten voor gravitationele instortingen".
Oleg FAYG
