Lubang hitam nampaknya merupakan sesuatu yang jauh, yang kadangkala mereka membuat filem atau menulis dalam buku. Kita jarang memikirkan apa yang akan berlaku sekiranya lubang hitam miniatur dengan diameter satu milimeter muncul di permukaan planet kita. Mengenai ini - dalam bahan kami.
Terdapat kesalahpahaman yang popular berkaitan dengan lubang hitam: ia adalah sejenis pembersih vakum ruang yang memakan semua benda di persekitarannya. Sudah tentu, mereka "memberi makan", tetapi perutnya kecil. Masalahnya tidak muncul ketika mereka "makan", tetapi ketika mereka "muntah" setelah makan malam terlalu banyak. Itu sungguh menakutkan.
Ini sebenarnya sedikit lebih rumit. Berdasarkan kenyataan bahawa jejari lubang hitam sebanding dengan jisimnya, beberapa pengiraan dapat dibuat. Pertama, mari kita bahas beberapa asas.
Apa itu lubang hitam
Lubang hitam adalah kawasan ruang di mana graviti sangat kuat sehingga cahaya bahkan tidak dapat meninggalkannya. Kekuatan graviti di sana menyebabkan struktur ruang-waktu sangat bengkok dan terkunci pada dirinya sendiri. Semua ini berlaku kerana penekanan jirim - paling sering, ini adalah sisa-sisa bintang besar - dalam wilayah yang sangat kecil.
Struktur lubang hitam: singulariti, cakrawala peristiwa dan jejari Schwarzschild (wilayah dari singulariti hingga cakrawala peristiwa).
Sebenarnya, kita tidak dapat melihat lubang hitam kerana cahaya tidak dapat keluar dari dalamnya. Ternyata untuk meninggalkan lubang hitam, objek apa pun mesti mengembangkan kecepatan yang lebih tinggi daripada kelajuan cahaya, yang pada gilirannya bergerak pada kelajuan 299 792 458 meter sesaat. Sebagai perbandingan, kelajuan melarikan diri untuk mengatasi graviti Bumi hanya 11.2 kilometer sesaat. Namun, jika kita melancarkan roket dari planet yang beratnya sama dengan Bumi, tetapi setengah diameternya, maka kecepatan pelariannya adalah 15.8 kilometer sesaat. Walaupun objek itu mempunyai jisim yang sama, halaju pelarian akan lebih tinggi kerana ukurannya yang lebih kecil, dan oleh itu, kepadatannya lebih tinggi.
Video promosi:
Bagaimana jika kita mengecilkan objek lebih jauh? Sekiranya kita memampatkan jisim Bumi menjadi sfera dengan radius sembilan milimeter, halaju pelarian mencapai kelajuan cahaya. Sekiranya jisim ini diperah ke dalam sfera yang lebih kecil, maka kelajuan pelarian akan melebihi kelajuan cahaya. Tetapi kerana kelajuan cahaya adalah had kelajuan kosmik, tidak ada yang dapat meninggalkan sfera ini.
Radius di mana jisim mempunyai kecepatan pelarian sama dengan kelajuan cahaya disebut radius Schwarzschild. Mana-mana objek yang lebih kecil daripada radius Schwarzschild adalah lubang hitam. Dengan kata lain, sebarang objek dengan kelajuan melarikan diri lebih tinggi daripada kelajuan cahaya adalah lubang hitam. Untuk membuat objek seperti itu dari Matahari, ia harus dikompresi ke radius sekitar tiga kilometer.
Lubang hitam mempunyai dua bahagian utama: singulariti dan cakerawala peristiwa. Ukuran cakrawala peristiwa lubang hitam dianggap ukurannya kerana dapat dihitung dan diukur.
Cakrawala juga dianggap sebagai "titik tidak kembali" di sekitar lubang hitam. Ini bukan permukaan fizikal, tetapi sfera yang mengelilingi satu keunikan yang menandakan batas, kelajuan melarikan diri sama dengan kelajuan cahaya. Jejari kawasan ini adalah jejari Schwarzschild.
Sebaik sahaja perkara berada di luar cakrawala peristiwa, ia mula jatuh ke tengah-tengah lubang hitam. Dengan graviti yang kuat, jirim dimampatkan menjadi satu titik - jumlah ketumpatan gila yang sangat kecil. Titik ini adalah keunikan. Ia boleh diabaikan dan, menurut model teori moden, mempunyai ketumpatan yang tidak terhingga. Adalah sangat mungkin bahawa undang-undang fizik yang kita ketahui dilanggar secara tunggal. Para saintis secara aktif menyelidiki masalah ini untuk memahami apa yang berlaku dalam singulariti, dan juga untuk mengembangkan teori lengkap yang menjelaskan apa yang berlaku di pusat lubang hitam.
Mari buat beberapa pengiraan
Mari lihat apa yang dapat kita pelajari mengenai lubang hitam satu milimeter. Mengikut perhitungan, lubang hitam seperti itu dengan jejari Schwarzschild akan mempunyai jisim 7 x 10 ^ 23 kilogram - lebih daripada lima jisim Bulan (mengikut formula R = 2MG / c ^ 2, di mana R adalah jejari Schwarzschild, M adalah jisim objek, G adalah graviti pemalar, dan c adalah kelajuan cahaya).
Nisbah Bumi ke Matahari adalah tiga bahagian hingga satu juta. Oleh itu, jika Bumi menjadi lubang hitam, radiusnya hanya sembilan milimeter. Oleh itu, lubang hitam satu milimeter akan mempunyai jisim 11% jisim Bumi. Kita pasti akan menghadapi masalah dengan jisim tambahan 11% di planet ini.
Cukup sekadar jumlah graviti Bumi akan meningkat. Graviti tambahan ini akan cukup untuk mengubah orbit Bulan, sehingga dapat terbang keluar dari orbitnya sekarang dan mula bergerak di orbit elips.
Paraboloid Flamm mewakili jarak masa di luar cakrawala pertumbuhan peristiwa lubang hitam Schwarzschild.
Di manakah lubang hitam khayalan ini - di permukaan, di tengah Bumi, atau berputar di sekelilingnya? Mari kita anggap bahawa ia berada di permukaan planet ini. Luas pengaruh gravitasi akan sekitar sepertiga dari radius Bumi - sekitar 2124 kilometer.
Semua benda yang berada di dekat lubang hitam mikroskopik ini akan segera merasakan graviti yang kuat darinya, dan lubang itu, pada gilirannya, akan menyerap semua yang dalam perjalanan ke pusat Bumi, yang akan dicapai sekitar 42 minit dari saat ia muncul. Ia akan melalui inti Bumi dan sampai ke seberang permukaan Bumi pada waktu yang hampir sama.
Sekiranya lubang hitam muncul di permukaan dengan kelajuan relatif kurang dari 12 km / jam, ia akan berputar di sekitar Planet Biru bersama dengan kawasan gravitinya. Secara sederhana, ia adalah penghancuran kerak bumi dan sebahagian besar mantelnya. Dan jika ia lebih sederhana, itu bermaksud kematian semua nyawa di permukaan Bumi.
Kadar pertambahan dan had Eddington
Sebilangan besar jisim Bumi di sekitar lubang hitam akan menjadi makanan dan bertambah olehnya. Sebelum jatuh ke lubang hitam, semua bahan ini perlu kehilangan momentum sudut - itulah sebabnya ia akan mula berputar di sekelilingnya, membentuk cakera penambahan.
Bahan ini menghasilkan banyak haba, yang akhirnya akan terpancar. Sinaran mempunyai tekanan yang akan melambatkan pertambahan selanjutnya. Kedua-dua kesan ini menyeimbangkan satu sama lain - ini disebut had Eddington.
Menambah lubang hitam pada pandangan artis
Had Eddington juga meletakkan had keras pada tahap penambahan lubang hitam. Cakera penambahan kecil kemungkinan besar mempunyai suhu sekitar enam ribu Kelvin - hampir sama dengan teras Bumi atau permukaan Matahari.
Beberapa proses geseran akan berlaku antara cakera akresi dan jisim Bumi, akibatnya lubang hitam mikroskopik akan menetap di inti planet.
Kematian dalam lubang hitam
Secara amnya, lubang hitam seperti itu akan memakan waktu lima bilion tahun untuk menelan Bumi. Ini akan meningkatkan jisim Bumi dengan ketara. Dan, tentu saja, ia akan segera menimbulkan kekacauan di planet ini, yang hanya dalam beberapa jam akan berubah menjadi ruang angkasa yang tidak berpenghuni kerak, lava, gas panas dan semua yang lain yang tidak berpenghuni.
Kehidupan menjadi mustahil, dan jisim lubang hitam yang tinggi dapat menghancurkan tali pinggang asteroid. Ini, pada gilirannya, dapat menyebabkan pelanggaran kerap dalam sistem suria selama satu juta tahun ke depan. Bulan akan terus berputar di sekitar Bumi Baru (lubang hitam), tetapi di orbit elips yang sangat memanjang.
Lubang hitam tidak akan langsung bergerak ke pusat Bumi, melainkan, ia akan berputar di sekelilingnya untuk sementara waktu, tetapi pada akhirnya ia akan sampai ke sana. Untuk memahami bagaimana lubang hitam mikroskopik ini akan tumbuh secara besar-besaran memerlukan pengiraan dan simulasi yang kompleks.
Semua ini dapat diringkaskan dalam kata-kata astrofisikawan terkenal dan mempopularkan sains Neil DeGrasse Tyson:
Vladimir Guillen