หลุมดำอาจเป็นความลึกลับที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่รู้จัก!
จนถึงตอนนี้ เรารู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับพวกมัน เพราะเทคโนโลยีของเรายังไม่อนุญาตให้เราศึกษาคุณลักษณะของพวกมันในเชิงลึก ส่วนใหญ่เป็นเพราะพวกเขาอยู่ไกลจากระบบสุริยะของเรามาก
อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้การเรียน หลุมดำในจักรวาลคือการที่สิ่งเหล่านี้ไม่ปล่อยคลื่นแสงเหมือนที่ดาวทำ ในทางกลับกัน สนามโน้มถ่วงอันทรงพลังของพวกมันสามารถดูดซับแสงในบริเวณใกล้เคียงได้ แต่นี่คือสิ่งที่เราจะอธิบายในภายหลัง
อย่างไรก็ตาม จากปี 1970 และต้องขอบคุณทฤษฎีที่เสนอโดย สตีเฟน ฮอว์กินส์ เกี่ยวกับหลุมดำ เราสามารถเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับหลุมดำ รวมถึงข้อมูลที่แสดงให้เห็นได้เกี่ยวกับรูปร่าง องค์ประกอบ กระบวนการก่อตัว และแม้แต่ความสัมพันธ์ของพวกมันในการเปลี่ยนแปลงความต่อเนื่องชั่วขณะ
ดาวหางก็น่าสนใจพอๆ กับหลุมดำ! อย่าพลาดบทความเต็มของเราเกี่ยวกับ ส่วนของดาวหาง
แต่เรารู้อะไรเกี่ยวกับหลุมดำจริงๆ?
หากคุณเคยดูหนังของคริสโตเฟอร์ โนแลน: ดวงดาว (2010) และคุณถูกทิ้งไว้โดยไม่เข้าใจอะไรเลยก็เพราะคุณยังไม่รู้จักพอ หลุมดำ
ฉันบอกคุณว่า ภาพยนตร์เรื่องนี้มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งระบุว่าจักรวาลของเราไม่มีสามมิติ แต่มี 3 มิติ โดยเวลาเป็นมิติที่สี่ในระนาบแห่งความเป็นจริง
ดังนั้นกฎของกลศาสตร์สากลจึงส่งผลต่อเวลาเช่นเดียวกับที่มีความสำคัญ ซึ่งรวมถึงแสงด้วย
ด้วยวิธีนี้ เวลาจะไม่เป็นค่าคงที่สากล แต่เป็นมิติที่สามารถบิดเบี้ยว ยืด หรือหดตัวได้เหมือนยางยืด ตามกฎของฟิสิกส์ เช่น หลุมฝังศพ
สนใจเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหลุมดำในอวกาศหรือไม่?
จากนั้นอย่าหยุดอ่านบทความนี้จนจบ เพราะเราอธิบายทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับหัวข้อที่น่าสนใจนี้ เพื่อที่ครั้งต่อไปที่คุณเห็น Interstellar คุณจะไม่รู้สึกหลงทางในอวกาศอย่างแท้จริง
หลุมดำคืออะไร?
หลุมดำไม่ใช่หลุมจริงๆ รู้ไหม?
ตามทฤษฎีบทของ ฮอว์กินส์และเอลลิส ตั้งแต่ปี 1970 เชื่อว่าหลุมดำมีรูปร่างเป็นทรงกลมเนื่องจากการดึงดูดมวลของพวกมันเข้าหาจุดศูนย์กลาง อันเนื่องมาจากการกระทำของแรงโน้มถ่วงของพวกมันเอง สิ่งเดียวกับที่เกิดขึ้นกับดวงดาว แต่สูงกว่าระดับล้านเท่า
หลุมดำเป็นจุดในอวกาศ ซึ่งประกอบด้วยกระจุกมวลหนาแน่นมาก ซึ่งสร้างแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลังมากจนสามารถสร้างความโค้งในความต่อเนื่องของกาล-อวกาศได้
สนามโน้มถ่วงของหลุมดำนั้นแข็งแกร่งมากว่าไม่มีอนุภาคของสสารใดสามารถหลบหนีการเสียรูปได้หากเข้าใกล้เกินไป อันที่จริง แรงดึงดูดนั้นทรงพลังมากจนสามารถดูดซับอนุภาคโฟตอนที่สร้างรังสีของแสงแดดได้
ถูกต้อง พวกมันถูกเรียกว่าหลุมดำเพราะพวกมันสามารถกลืนแสงที่อยู่รอบตัวพวกมันได้อย่างแท้จริง
หลุมดำมีความหนาแน่นแค่ไหน?
ลักษณะทางกายภาพที่ทำให้ หลุมดำมวลมหาศาล คุณสมบัติความโน้มถ่วงและความร้อนของพวกเขาคือความหนาแน่นสูงสุดของสสารที่มีอยู่ในพื้นที่ที่ค่อนข้างเล็ก
สำหรับปริมาณของสสารที่ทำให้ดาวของเรากลายเป็นหลุมดำ มันจะต้องพับเข้าหาตัวเองอย่างสุดโต่ง บีบอัดอนุภาคทั้งหมดของมันจากขนาด 1.300 ล้านกิโลเมตร สู่พื้นที่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 2 กิโลเมตร
ดังนั้นดวงอาทิตย์จะต้องลดขนาดของดวงอาทิตย์ลงเกือบ 900.000 เท่า แต่ก็ไม่ทำให้สูญเสียอะไรไป
ความโค้งของกาล-อวกาศ
คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าหลุมดำสามารถชะลอเวลาได้อย่างไร?
คุณจำได้ไหม การ์กันทัว en ระหว่างดวงดาว?
ในหนังเรื่อง ยานอวกาศ ความอดทน ถูกบังคับให้ต้องหยุดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับมุมมองของชีวิตใน ดาวเคราะห์มิลเลอร์, ซึ่งบังเอิญโคจรเข้าใกล้ a . มาก หลุมดำมวลมหาศาล เรียกว่า การ์กันทัว
ด้วยเหตุนี้ ลูกเรือจึงต้องเผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกทางดาราศาสตร์ เนื่องจากมันอยู่ใกล้ Gargantua เวลาบนโลกจึงผ่านไปช้ากว่าบนโลกมาก ดังนั้นภารกิจการค้นหาซึ่งสำหรับพวกเขาจะใช้เวลาสองสามชั่วโมง บนโลกจึงหมายถึงหลายอย่าง ปีที่.
แต่สิ่งนี้เป็นไปได้อย่างไร?
หากดูเหมือนว่าเป็นแนวคิดที่แปลกสำหรับคุณ นั่นเป็นเพราะเราเคยคิดว่าเวลาเป็นค่าคงที่คงที่ของจักรวาล โดยพื้นฐานแล้วเพราะเราไม่มีเครื่องมือใดๆ ที่จะทำให้มันเสียรูปได้ เช่นเดียวกับที่เราทำกับระนาบอื่นของความเป็นจริง
อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งเสนอโดย Albert Einstein ในปี 1915 เสนอว่าเวลาเป็นมิติของความเป็นจริงที่ขยายเหนือระนาบ X และ Y (มิติของความกว้างและความยาว)
ดังนั้น หากวัตถุที่มีมวลออกแรงกระทำบนระนาบแห่งความเป็นจริง มันจะสร้างตัวแปรของมิติ Z (ความลึก) ที่สามารถเปลี่ยนรูปสองส่วนแรกได้ ดังนั้นจึงสามารถทำได้เมื่อเวลาผ่านไป
ลองดูวิธีนี้:
ลองนึกภาพว่าคุณกางผ้าออกเพื่อสร้างพื้นที่ราบ (ขนาด X และ Y); และบนผ้าที่คุณวางลูกบอล การกระทำของน้ำหนักของลูกบอลบนผ้าจะสร้างเว้าด้านล่างของระนาบ
เอฟเฟกต์นี้คือสิ่งที่เรียกว่า ความโค้งของกาล-อวกาศ
เนื่องด้วยกฎฟิสิกส์ ยิ่งวัตถุที่วางอยู่บนระนาบหนักมากเท่าไร การกระทำของวัตถุก็จะยิ่งเด่นชัดขึ้นเท่านั้น และดังนั้น ความโค้งก็จะยิ่งลึกมากขึ้นเท่านั้น
นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับ หลุมดำและเวลาโค้ง
เมื่อบีบอัดถึงขีดจำกัด หลุมดำจะกลายเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ และหนักมาก ดังนั้น การกระทำที่พวกมันกระทำบนระนาบ X และ Y นั้นรุนแรงมาก
ความโค้งที่เกิดจากหลุมดำนั้นแรงมากจนไม่ยอมให้สสารที่เข้าไปหนีออกมา ทำให้เกิดภาวะเอกฐานกาลกาลอวกาศที่เรารู้จัก ขอบฟ้าเหตุการณ์
ความโค้งที่หลุมดำสร้างขึ้นนั้น "ลึก" และแรงดึงดูดของพวกมันนั้นทรงพลังมากจนดูดทุกสิ่งที่เข้าใกล้พวกมันเข้าไป ดังนั้น การอยู่ในกระแสน้ำวนที่แปรปรวนของอวกาศที่เกิดจาก การ์กันทัว, ดาวเคราะห์ เจ้าของโรงโม่ เขากำลังประสบกับการบิดเบี้ยวในช่วงเวลาต่อเนื่องของเขา ทำให้ช้าลงโดยต้องเข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของ Gargantua
อันที่จริง ตัวเลขที่แน่นอนก็คือว่าทุก ๆ ชั่วโมงที่ใช้ไปใน เจ้าของโรงโม่ เท่ากับ 7 ปีโลก
ที่น่าสงสัยคือ คลื่นสูง 1 กม. ที่ปกคลุมพื้นผิวทั้งหมดของ มิลเลอร์ พวกเขายังจะได้รับการอธิบายว่าเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำโดยหลุมดำบนดาวเคราะห์ดวงนี้
หลุมดำก่อตัวอย่างไร?
หลุมดำอาจกล่าวได้ว่าเป็นสารตกค้างที่ดวงดาวทิ้งไว้หลังจากที่พวกมันตาย
จนกระทั่งเมื่อสองสามทศวรรษก่อน เชื่อกันว่าหลุมดำก่อตัวขึ้นในช่วงแรกๆ ของจักรวาล และปรากฏการณ์นี้จะไม่เกิดขึ้นซ้ำอีก
อย่างไรก็ตาม การศึกษา ประวัติศาสตร์เวลา: จากบิกแบงสู่หลุมดำ ที่สร้างขึ้นโดยความร่วมมือระหว่าง Hawkings, Oppenheimer และ Roger Penrose พบว่าหลุมดำถูกสร้างขึ้นในกระบวนการที่เรียกว่า การล่มสลายของแรงโน้มถ่วง
เพื่อให้เข้าใจการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงที่ทำให้เกิดหลุมดำ เราต้องย้อนกลับไปที่กระบวนการของการตายของดาวฤกษ์
เมื่อถึงหนึ่ง ดาวสีเหลือง (เช่นเดียวกับดวงอาทิตย์ของเรา) ทำลายปริมาณสำรองไฮโดรเจนของมัน มันเริ่มเผาอนุภาคฮีเลียมบนพื้นผิวของมัน ในกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันที่เข้มข้นกว่ามาก ในขณะที่กระบวนการนี้ดำเนินต่อไป ดาวฤกษ์ซึ่งกำลังเข้าใกล้ช่วงสุดท้ายของชีวิต สามารถเพิ่มขนาดของมันได้ถึง 300 เท่า และเปลี่ยนสีของมัน กลายเป็น ดาวยักษ์แดง.
โดยการบริโภคเชื้อเพลิงทั้งหมดบนพื้นผิวของมัน กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันจะหยุดลง และหากไม่มีกระบวนการใดๆ ที่จะต้านแรงโน้มถ่วงของมันเอง อนุภาคทั้งหมดของมันจะเริ่มถูกดึงเข้าหาแกนของมันเอง ลดขนาดอีกครั้งและสร้างสิ่งที่ เรารู้ว่าเป็น ดาวแคระขาวดาวมรณะ
อย่างไรก็ตาม มวลของดาวฤกษ์จำนวนมากสามารถทำให้กระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างสุดโต่ง บีบอัดดาวแคระขาวให้เกินขีดจำกัดของมัน และสร้างวัตถุที่มีมวลเข้มข้นยิ่งขึ้นในพื้นที่ขนาดเล็กอย่างเหลือเชื่อ
ก็เหมือนกับการพยายามก้มแดดให้พอที่จะใส่ไว้ในท้ายรถของคุณ
ขั้นตอนสุดท้ายนี้ทำให้สนามโน้มถ่วงที่มีกำลังแรงมากจนเริ่มกลืนแสงของตัวเองซึ่งจบลงที่ เปลี่ยนดาวให้เป็นหลุมดำ
ประเภทของหลุมดำ
มีความแตกต่างกัน ประเภทของหลุมดำ และสิ่งเหล่านี้ถูกจำแนกตามขนาดและปริมาณของมวลที่มีอยู่
หลุมดำมวลมหาศาล
หลุมดำมวลยวดยิ่งเป็นหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุด สิ่งเหล่านี้สามารถบรรจุมวลดวงอาทิตย์ของเราได้หลายล้านเท่าในพื้นที่ที่ใหญ่กว่าเพียง 2 หรือ 3 เท่าซึ่งทำให้พวกมันมีพลังมาก
เป็นเรื่องปกติที่จะพบหลุมดำมวลมหาศาลที่ครองใจกลางดาราจักรขนาดใหญ่หลายแห่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งดาราจักรวงรี ตัวอย่างที่ชัดเจนสามารถพบได้ที่บ้านเนื่องจากทางช้างเผือกโคจรรอบ ราศีธนูหลุมดำมวลมหาศาลขนาดมหึมาจริงๆ วัดได้ประมาณ 120 AU
หลุมดำมวลปานกลาง
พวกมันอยู่ถัดจากมาตราส่วนตามมวลของพวกมัน พวกมันมีความหนาแน่นน้อยกว่าหลุมดำมวลมหาศาล แต่ก็ยังน่าประทับใจจริงๆ
หลุมดำที่มีมวลเทียบเท่าระหว่าง 100 ถึง 1.000.000 มวลดวงอาทิตย์อยู่ในหมวดหมู่นี้
หลุมดำมวลดาว
เป็นเรื่องปกติธรรมดาและจากดาวเคราะห์โลก เราสามารถสังเกตหลุมดำหลายหลุมที่จัดอยู่ในหมวดหมู่นี้ได้
หลุมดำมวลดาวฤกษ์ประกอบด้วยมวลดวงอาทิตย์ 30 ถึง 70 เท่าภายในหลุมดำ รูปแบบเหล่านี้เกิดจากการยุบตัวของดาวมวลมาก ที่รู้จักในวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ว่า ซุปเปอร์โนวา
หลุมดำขนาดเล็ก
หลุมดำขนาดเล็กเป็นหมวดหมู่ของการจำแนกประเภทนี้ อย่างไรก็ตาม ยังคงเป็นสมมติฐาน
la Segun ทฤษฎีฮอว์กินส์ เกี่ยวกับหลุมดำ หลุมดำขนาดเล็กเหล่านี้จะมีสสารจำนวนมหาศาลในพื้นที่ขนาดเล็กมาก ดังนั้นสสารที่อยู่ในนั้นจึงถูกควบคุมโดยกฎของฟิสิกส์ควอนตัม
หนึ่งในภารกิจของ Hadron collider ขนาดใหญ่ที่ CERN คือการสร้างองค์ประกอบเพื่อสร้างหลุมดำขนาดเล็กเทียม ซึ่งสามารถทดสอบทฤษฎีต่างๆ เกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัมได้ หรือในท้ายที่สุด ก็สามารถแยกอนุภาคออกจาก สสารมืด