Alam semesta tanpa batas penuh dengan rahasia, teka-teki dan paradoks. Terlepas dari kenyataan bahwa sains modern telah membuat lompatan besar ke depan dalam penjelajahan ruang, banyak hal di dunia yang luas ini tetap tidak dapat dipahami oleh persepsi manusia tentang dunia. Kita tahu banyak tentang bintang, nebula, gugusan, dan planet. Namun, di luasnya alam semesta ada benda-benda seperti itu, keberadaannya hanya bisa kita tebak. Sebagai contoh, kita tahu sedikit tentang lubang hitam. Informasi dasar dan pengetahuan tentang sifat lubang hitam dibangun di atas asumsi dan dugaan. Ahli astrofisika, ilmuwan nuklir telah berjuang dengan masalah ini selama lebih dari selusin tahun. Apa itu black hole di luar angkasa? Apa sifat benda-benda seperti itu?
Berbicara tentang lubang hitam dalam bahasa sederhana
Untuk membayangkan seperti apa lubang hitam itu, cukup untuk melihat ekor kereta masuk ke terowongan. Lampu sinyal pada mobil terakhir saat kereta masuk lebih dalam ke terowongan akan berkurang ukurannya sampai benar-benar menghilang dari pandangan. Dengan kata lain, ini adalah benda-benda di mana, karena daya tarik yang mengerikan, bahkan cahaya menghilang. Partikel-partikel elementer, elektron, proton dan foton tidak mampu mengatasi penghalang tak kasat mata, mereka jatuh ke dalam jurang hitam yang tidak ada, oleh karena itu lubang di ruang seperti itu disebut hitam. Tidak ada area cahaya sedikit pun di dalamnya, hitam pekat dan tak terbatas. Apa yang ada di sisi lain dari lubang hitam tidak diketahui.
Penyedot debu ruang angkasa ini memiliki gravitasi yang sangat besar dan mampu menyerap seluruh galaksi dengan semua gugus dan superkluster bintang, dengan nebula dan dengan materi gelap untuk di-boot. Bagaimana ini mungkin? Tinggal menebak saja. Hukum-hukum fisika yang kita kenal dalam hal ini muncul secara terpisah dan tidak memberikan penjelasan untuk proses yang terjadi. Inti dari paradoks adalah bahwa di bagian Semesta ini interaksi gravitasi tubuh ditentukan oleh massa mereka. Proses penyerapan oleh satu objek dari yang lain tidak dipengaruhi oleh komposisi kualitatif dan kuantitatif mereka. Partikel, setelah mencapai jumlah kritis di area tertentu, memasuki level interaksi lain, di mana gaya gravitasi menjadi gaya tarik. Tubuh, objek, substansi atau materi di bawah pengaruh gravitasi mulai menyusut, mencapai kepadatan yang sangat besar.
Sekitar proses tersebut terjadi selama pembentukan bintang neutron, di mana materi bintang di bawah pengaruh gravitasi internal dikompresi dalam volume. Elektron bebas bergabung dengan proton untuk membentuk partikel netral elektrik - neutron. Kepadatan zat ini sangat besar. Partikel materi seukuran sepotong gula halus memiliki berat miliaran ton. Di sini tepat untuk mengingat teori relativitas umum, di mana ruang dan waktu adalah kuantitas yang terus menerus. Akibatnya, proses kompresi tidak dapat dihentikan di tengah jalan dan karenanya tidak memiliki batas.
Secara potensial, lubang hitam tampak seperti lubang di mana mungkin ada transisi dari satu segmen ruang ke yang lain. Pada saat yang sama, sifat-sifat ruang dan waktu itu sendiri berubah, berputar menjadi corong ruang-waktu. Mencapai bagian bawah corong ini, masalah apa pun jatuh ke kuanta. Apa yang ada di sisi lain dari lubang hitam, lubang raksasa ini? Mungkin ada ruang lain di mana hukum lain berlaku dan waktu mengalir ke arah yang berlawanan.
Dalam konteks teori relativitas, teori lubang hitam adalah sebagai berikut. Titik ruang, di mana gaya gravitasi telah meremas segala hal dengan ukuran mikroskopis, memiliki daya tarik yang luar biasa, yang besarnya meningkat hingga tak terbatas. Lipatan waktu muncul, dan ruang ditekuk, ditutup pada satu titik. Benda yang diserap oleh lubang hitam tidak mampu menahan gaya penyedot debu raksasa ini. Bahkan kecepatan cahaya, yang dimiliki quanta, tidak memungkinkan partikel elementer untuk mengatasi kekuatan tarik-menarik. Setiap benda yang sampai pada titik seperti itu tidak lagi menjadi objek material, menyatu dengan gelembung ruang-waktu.
Lubang Hitam dalam Sains
Jika Anda bertanya, bagaimana lubang hitam terbentuk? Jawaban pasti tidak akan. Ada banyak paradoks dan kontradiksi di alam semesta yang tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang sains. Teori relativitas Einstein hanya memungkinkan secara teoritis menjelaskan sifat benda-benda tersebut, tetapi dalam hal ini mekanika kuantum dan fisika tidak bersuara.
Mencoba menjelaskan proses yang terjadi oleh hukum fisika, gambar akan terlihat seperti ini. Objek terbentuk sebagai hasil dari kontraksi gravitasi kolosal dari sebuah benda kosmik masif atau supermasif. Proses ini memiliki nama ilmiah - keruntuhan gravitasi. Istilah "lubang hitam" pertama kali terdengar di komunitas ilmiah pada tahun 1968, ketika astronom dan fisikawan Amerika John Wheeler mencoba menjelaskan keadaan kehancuran bintang. Menurut teorinya, sebagai pengganti bintang masif yang mengalami keruntuhan gravitasi, kegagalan spasial dan temporal muncul, di mana tindakan kompresi yang terus tumbuh. Semua bintang itu dibuat masuk ke dalam dirinya sendiri.
Penjelasan ini memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa sifat lubang hitam sama sekali tidak terhubung dengan proses yang terjadi di Semesta. Segala sesuatu yang terjadi di dalam objek ini tidak mencerminkan dengan cara apa pun di ruang sekitarnya dengan satu "TETAPI". Gaya gravitasi lubang hitam sangat kuat sehingga membengkokkan ruang, memaksa galaksi berputar di sekitar lubang hitam. Dengan demikian, menjadi jelas alasan mengapa galaksi berbentuk spiral. Berapa lama galaksi Bima Sakti yang besar menghilang ke jurang lubang hitam supermasif tidak diketahui. Fakta yang aneh adalah bahwa lubang hitam dapat terjadi di titik mana pun di luar angkasa, di mana kondisi ideal diciptakan untuk ini. Lipatan waktu dan ruang seperti itu menghilangkan kecepatan luar biasa yang dengannya bintang-bintang berputar dan bergerak di ruang galaksi. Waktu dalam black hole mengalir di dimensi lain. Di dalam area ini, tidak ada hukum gravitasi yang dapat ditafsirkan dari sudut pandang fisika. Keadaan ini disebut singularitas lubang hitam.
Lubang hitam tidak menunjukkan tanda-tanda identifikasi eksternal, keberadaannya dapat dinilai dari perilaku benda-benda luar angkasa lain yang dipengaruhi oleh medan gravitasi. Seluruh gambar perjuangan untuk hidup dan mati terjadi di perbatasan lubang hitam, yang ditutupi oleh selaput. Permukaan imajiner corong ini disebut "horizon peristiwa." Segala sesuatu yang kita lihat pada batasan ini nyata dan material.
Skenario Lubang Hitam
Mengembangkan teori John Wheeler, kita dapat menyimpulkan bahwa rahasia lubang hitam lebih mungkin tidak dalam proses pembentukannya. Pembentukan lubang hitam hasil dari jatuhnya bintang neutron. Selain itu, massa benda semacam itu harus melebihi massa Matahari tiga kali atau lebih. Bintang neutron menyusut sampai cahayanya sendiri tidak lagi mampu melepaskan diri dari pelukan gravitasi yang ketat. Ada batas batas ukuran dimana bintang dapat menyusut, melahirkan lubang hitam. Jari-jari ini disebut jari-jari gravitasi. Bintang masif pada tahap akhir perkembangannya harus memiliki jari-jari gravitasi beberapa kilometer.
Hari ini, para ilmuwan telah memperoleh bukti tidak langsung dari keberadaan lubang hitam di selusin bintang biner X-ray. Bintang sinar-X, pulsar atau burster tidak memiliki permukaan yang solid. Apalagi massa mereka lebih besar dari massa ketiga Matahari. Keadaan luar angkasa saat ini di konstelasi Cygnus - bintang sinar-X Cygnus X-1, memungkinkan untuk melacak pembentukan benda-benda aneh ini.
Berdasarkan penelitian dan asumsi teoritis, hari ini dalam sains ada empat skenario pembentukan bintang hitam:
- keruntuhan gravitasi bintang masif pada tahap akhir evolusinya;
- runtuhnya wilayah pusat galaksi;
- pembentukan lubang hitam dalam proses Big Bang;
- pembentukan lubang hitam kuantum.
Skenario pertama adalah yang paling realistis, tetapi jumlah bintang hitam yang kita kenal sekarang melebihi jumlah bintang neutron yang diketahui. Dan usia Alam Semesta tidak begitu besar sehingga begitu banyak bintang masif dapat melewati proses evolusi penuh.
Skenario kedua memiliki hak untuk hidup, dan ada contoh nyata - lubang hitam supermasif Sagittarius A *, yang terletak di pusat galaksi kita. Massa benda ini adalah 3,7 massa matahari. Mekanisme skenario ini mirip dengan skenario keruntuhan gravitasi dengan satu-satunya perbedaan bahwa gas antarbintang, bukan bintang, dapat runtuh. Di bawah pengaruh gaya gravitasi, gas dikompresi menjadi massa dan kerapatan kritis. Pada saat kritis, materi hancur menjadi kuanta, membentuk lubang hitam. Namun, teori ini diragukan, karena baru-baru ini para astronom di Universitas Columbia telah mengidentifikasi satelit lubang hitam A *. Mereka ternyata banyak lubang hitam kecil, yang mungkin dibentuk dengan cara lain.
Skenario ketiga lebih teoretis dan dikaitkan dengan keberadaan teori Big Bang. Pada saat pembentukan alam semesta, bagian dari materi dan medan gravitasi mengalami fluktuasi. Dengan kata lain, proses berjalan dengan cara lain, tidak terhubung dengan proses mekanika kuantum dan fisika nuklir yang diketahui.
Skenario terakhir difokuskan pada fisika ledakan nuklir. Dalam gumpalan materi dalam proses reaksi nuklir di bawah pengaruh gaya gravitasi, sebuah ledakan terjadi, di tempat di mana lubang hitam terbentuk. Materi meledak ke dalam, menyerap semua partikel.
Keberadaan dan evolusi lubang hitam
Memiliki ide perkiraan tentang sifat benda ruang angkasa yang aneh, sesuatu yang lain menarik. Apa dimensi sebenarnya dari lubang hitam, seberapa cepat mereka tumbuh? Ukuran lubang hitam ditentukan oleh jari-jari gravitasi mereka. Untuk lubang hitam, jari-jari lubang hitam ditentukan oleh massanya dan disebut jari-jari Schwarzschild. Misalnya, jika suatu benda memiliki massa yang sama dengan massa planet kita, maka jari-jari Schwarzschild dalam kasus ini adalah 9 mm. Tubuh utama kami memiliki radius 3 km. Kepadatan rata-rata dari lubang hitam yang terbentuk di tempat bintang dengan massa 10⁸ dari massa Matahari akan mendekati kerapatan air. Jari-jari pendidikan tersebut akan menjadi 300 juta kilometer.
Sangat mungkin bahwa lubang hitam raksasa tersebut berada di pusat galaksi. Sampai saat ini, 50 galaksi diketahui, di tengahnya terdapat sumur sementara dan spasial yang besar. Massa raksasa semacam itu adalah miliaran massa Matahari. Orang hanya dapat membayangkan apa daya tarik kolosal dan mengerikan yang memiliki lubang seperti itu.
Adapun lubang kecil, ini adalah benda-benda mini yang jari-jarinya mencapai nilai tidak signifikan, hanya 10 ¹ ² cm. Massa remah tersebut adalah 10 gr. Formasi seperti itu muncul pada saat Big Bang, namun seiring waktu mereka bertambah besar dan hari ini memamerkan diri mereka di luar angkasa sebagai monster. Kondisi di mana pembentukan lubang hitam kecil terjadi, para ilmuwan saat ini berusaha untuk menciptakan kembali dalam kondisi terestrial. Untuk keperluan ini, percobaan dilakukan pada collider elektron, yang melaluinya partikel elementer dipercepat hingga kecepatan cahaya. Eksperimen pertama memungkinkan untuk mendapatkan dalam plasma suatu materi quark-gluon plasma, yang ada pada awal pembentukan Alam Semesta. Eksperimen semacam itu menunjukkan bahwa lubang hitam di Bumi adalah masalah waktu. Hal lain adalah apakah pencapaian ilmu pengetahuan manusia seperti itu akan berubah menjadi malapetaka bagi kita dan planet kita. Dengan membuat lubang hitam artifisial, kita dapat membuka kotak Pandora.
Pengamatan terbaru dari galaksi lain telah memungkinkan para ilmuwan untuk menemukan lubang hitam, yang ukurannya melebihi semua harapan dan asumsi yang dapat dibayangkan. Evolusi yang terjadi pada benda-benda semacam itu memungkinkan kita untuk lebih memahami bagaimana massa lubang hitam tumbuh, berapa batas sebenarnya. Para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa semua lubang hitam yang diketahui telah tumbuh ke ukuran sebenarnya dalam 13-14 miliar tahun. Perbedaan ukuran disebabkan oleh kepadatan ruang di sekitarnya. Jika lubang hitam memiliki cukup makanan dalam jangkauan gravitasi, ia tumbuh seperti ragi, mencapai massa ratusan dan ribuan massa matahari. Karenanya dimensi raksasa benda-benda tersebut terletak di pusat galaksi. Sekelompok besar bintang, massa besar gas antarbintang adalah makanan berlimpah untuk pertumbuhan. Ketika galaksi bergabung, lubang hitam dapat bergabung bersama, membentuk objek supermasif baru.
Dilihat oleh analisis proses evolusi, adalah kebiasaan untuk membedakan dua kelas lubang hitam:
- benda dengan massa 10 kali massa matahari;
- benda masif, massanya ratusan ribu, milyaran massa matahari.
Ada lubang hitam dengan massa menengah rata-rata 100-10 ribu kali massa Matahari, tetapi sifat mereka masih belum diketahui. Ada sekitar satu objek per galaksi. Studi bintang sinar-X memungkinkan untuk menemukan dua lubang hitam berukuran sedang sekaligus pada jarak 12 juta tahun cahaya di galaksi M82. Massa satu benda bervariasi dalam kisaran 200-800 massa matahari. Objek lain jauh lebih besar dan memiliki massa 10-40 ribu massa matahari. Nasib benda-benda semacam itu menarik. Mereka terletak di dekat gugusan bintang, secara bertahap menarik diri mereka ke lubang hitam supermasif yang terletak di bagian tengah galaksi.
Planet dan lubang hitam kita
Meskipun mencari petunjuk tentang sifat lubang hitam, dunia ilmiah prihatin tentang tempat dan peran lubang hitam dalam nasib galaksi Bima Sakti dan, khususnya, dalam nasib planet Bumi. Lipatan waktu dan ruang yang ada di pusat Bimasakti secara bertahap menyerap semua benda yang ada di sekitarnya. Jutaan bintang dan triliunan ton gas antarbintang telah diserap ke dalam lubang hitam. Pada waktunya, garis itu akan mencapai lengan Cygnus dan Sagitarius, di mana tata surya berada, setelah menempuh jarak 27 ribu tahun cahaya.
Lubang hitam supermasif terdekat lainnya terletak di bagian tengah galaksi Andromeda. Jaraknya sekitar 2,5 juta tahun cahaya dari kita. Mungkin, sampai objek kita Sagitarius A * menelan galaksinya sendiri, kita harus mengharapkan penggabungan dua galaksi tetangga. Dengan demikian, penggabungan dua lubang hitam supermasif menjadi satu keseluruhan, mengerikan dan mengerikan dalam ukuran, akan terjadi.
Suatu hal yang sama sekali berbeda - lubang hitam kecil. Untuk menyerap planet Bumi ini terdapat lubang hitam dengan radius beberapa sentimeter. Masalahnya adalah, pada dasarnya, lubang hitam adalah objek yang sama sekali tidak berwajah. Tidak ada radiasi atau radiasi yang keluar dari rahimnya, oleh karena itu agak sulit untuk memperhatikan objek misterius tersebut. Hanya dalam jarak dekat kita dapat mendeteksi kelengkungan cahaya latar belakang, yang menunjukkan bahwa ada lubang di ruang di wilayah Semesta ini.
Sampai saat ini, para ilmuwan telah menemukan bahwa lubang hitam terdekat dengan Bumi adalah objek V616 Monocerotis. Monster itu terletak 3000 tahun cahaya dari sistem kami. Dalam ukuran, ini adalah formasi besar, massanya adalah 9-13 massa matahari. Objek dekat lain yang mengancam dunia kita adalah lubang hitam Gygnus X-1. Dengan monster ini kita dipisahkan oleh jarak 6.000 tahun cahaya. Lubang hitam yang terdeteksi di lingkungan kita adalah bagian dari sistem biner, mis. ada di dekat bintang yang memberi makan objek yang tak pernah puas.
Kesimpulan
Keberadaan di ruang benda misterius dan misterius seperti lubang hitam, tentu saja, memaksa kita untuk menjadi penjaga. Namun, semua yang terjadi dengan lubang hitam jarang terjadi, jika kita memperhitungkan usia Alam Semesta dan jarak yang sangat jauh. Selama 4,5 miliar tahun, Tata Surya berada dalam keadaan diam, ada menurut hukum yang kita kenal. Selama waktu ini, tidak ada yang seperti itu yang muncul, juga tidak ada ruang yang terdistorsi atau lipatan waktu di dekat tata surya. Mungkin tidak ada kondisi yang cocok untuk ini. Bagian dari Bima Sakti, tempat sistem bintang Matahari berada, adalah bagian ruang yang tenang dan stabil.
Para ilmuwan berasumsi bahwa penampakan lubang hitam itu bukan kebetulan. Objek-objek semacam itu melakukan di Alam Semesta peran ordo yang menghancurkan surplus benda-benda kosmik. Adapun nasib monster itu sendiri, evolusi mereka belum sepenuhnya dipahami. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
