Irgendwann in den späten 1960er Jahren erschien John Wheeler (1911-2008), einer der bekanntesten Physiker des letzten Jahrhunderts, in einem populärwissenschaftlichen Rundfunk der BBC. Er sprach lange und farbenfroh über verschiedene kosmische Wunder und wandte sich am Ende der für ihn schmerzhaften Frage nach allen Arten von "falschen Beobachtungen und mythischen Objekten" zu.
Hier stürzte sich ein amerikanischer Wissenschaftler eifrig auf die Hypothese der Existenz von "gefrorenen" (dunklen, gefrorenen) Sternen, was ihm besonders nicht gefiel. Er drückte seine Verachtung für diese "physischen und mathematischen Fantasien" aus und nannte sie "Schwarze Löcher". Mit der leichten Hand von Wheeler tauchte der bildliche Begriff "Schwarzes Loch" in den Medien und dann in wissenschaftlichen Arbeiten auf.
Die bodenlosen Dolinen der Raumzeit
Heute nennen wir ein Schwarzes Loch das Ergebnis des erstaunlichsten Naturphänomens - den Fall „in sich selbst“massereicher Himmelskörper. Im Lateinischen bedeutet Collapsus "gefallen", weshalb Astronomen Schwarze Löcher oft als "Collapsars" bezeichnen. Sie haben einen so superstarken "Konzentrator" des Gravitationsfeldes, dass ihnen nichts, einschließlich Licht, entweichen kann.
Historisch gesehen gingen schwarzen Löchern dunkle Sterne voraus, die der britische Astronom John Michell (1724-1793) „an der Spitze einer Feder“entdeckte. Basierend auf Newtons Theorie der universellen Gravitation beschrieb Michell solche Sterne, deren Schwerkraft sogar die Lichtstrahlen hielt. Natürlich wäre es unmöglich, einen so vollständig schwarzen Stern zu bemerken. Michell skizzierte seine Berechnungen bei einem der Treffen der Royal Society of London im Jahr 1784 und geriet sofort unter Beschuss. Schließlich kannte die damalige Astronomie solche Phänomene nicht!
So wurde die Idee von dunklen Sternen oder, wie sie heute genannt werden, "Newtonschen" Schwarzen Löchern, lange Zeit in wissenschaftlichen Archiven vergraben. Es wurde nur in der Zeit von Albert Einstein (1879-1955) und seiner Theorie der universellen Gravitation erinnert. Einsteins Theorie verband die Schwerkraft mit der Krümmung des Raumes und erregte sofort die Aufmerksamkeit vieler Physiker.
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Sein Kollege an der Berliner Akademie der Wissenschaften Karl Schwarzschild (1873-1916) konnte zeigen, dass manchmal sehr konzentrierte gigantische Massen eine Art bodenlosen Trichter der Raumzeit bilden können.
In der Nähe des Schwarzschild-Kollapsars müssten erstaunliche Dinge passieren: Das Herz eines Menschen würde immer weniger schlagen, seine Uhr würde hoffnungslos zurückbleiben und das Licht würde rot werden. Der Fluss der Zeit selbst würde sich verlangsamen, bis er sich nahe der bedingten Grenze des Schwarzen Lochs verfestigt, wie ein Fluss im Frost. Nun, was werden wir in den Tiefen des Kollapses sehen?
Leider passieren dort so seltsame Dinge, dass es einfach unmöglich ist, sie im Volksmund zu beschreiben. Obwohl viele Physiker über die innere Struktur von Schwarzen Löchern streiten, haben sie theoretisch bereits Anwendungen gefunden.
Metro zwischen Galaxien
Vor mehr als 30 Jahren beschloss der berühmte Astronom und Science-Fiction-Autor Carl Sagan, einen Roman über interstellare Reisen zu schreiben und sich gleichzeitig nicht der leeren Fantasie hinzugeben, sondern auf den Seiten seines Buches einen "echten" extradimensionalen Tunnel zu schaffen. Um die Details zu besprechen, wandte er sich an den bekannten theoretischen Physiker Kip Thorne, der sich begeistert an die Arbeit machte.
Thorne und seine Mitarbeiter haben mathematisch überzeugend bewiesen, dass der Raum-Zeit-Kanal nicht nur künstlich geschaffen, sondern auch in einem "funktionierenden" Zustand gehalten werden kann. Das auf diese Weise in der Raumzeit geschaffene „Wurmloch“würde nicht nur die entfernten Ecken unserer Galaxie verbinden, sondern auch die metagalaktischen Weiten.
Die Zusammenarbeit von Sagan und Thorne führte zum Science-Fiction-Bestseller Contact, der bald zur Grundlage für den höchst unterhaltsamen gleichnamigen Film wurde. Es gibt wirklich eine Art "U-Bahn" zwischen Galaxien, entlang der die Hauptfigur reist. In der Zwischenzeit kritisierte Wheeler nicht nur Schwarze Löcher, sondern alle Arten von Subraumübergängen zwischen ihnen. Mit großem Sarkasmus nannte er sie "Wurmlöcher", "Wurmlöcher" und "Wurmtunnel". Es ist einfach erstaunlich, aber diese Ausdrücke wurden zuerst in das Lexikon der Journalisten aufgenommen und dann in wissenschaftliche Werke migriert.
In der Science-Fiction-Literatur wird oft über die exotischsten Möglichkeiten gesprochen, Raum und Zeit zu überschreiten. Sogar eine Art Taktik zukünftiger "Star Wars" wurde geboren, als die Kampfflotte der Erdbewohner in den Unterraum eines Schwarzen Lochs "eintaucht" und plötzlich direkt an den Basen feindlicher Aliens auftaucht und sofort Milliarden von Parsecs rast.
Nach astronomischen Beobachtungen zu urteilen, erfordern Schwarze Löcher jedoch titanische Anstrengungen, um sie zu „zähmen“, da sie die gefährlichsten Weltraumobjekte sind, die das „Relief“des Universums bilden.
Weltraum-Kannibalen
Astronomen zeichnen oft monströse Energiestöße aus dem fernen Weltraum auf. Dies können Echos der dramatischen Prozesse des Todes von Planeten und Sternen in den Dolinen von Schwarzen Löchern sein. Weltraummonster zerreißen den gasförmigen Körper eines sich versehentlich nähernden Sterns und "schlucken" kleinere Himmelskörper - Planeten, Kometen und Asteroiden - vollständig.
Ein Schwarzes Loch zieht die Seite eines dicht fliegenden Sterns viel stärker an als die gegenüberliegende Seite. Diese starke Gezeitenkraft streckt den Stern und lässt Gas vom Stern in das Schwarze Loch fallen. Astronomen sind zu dem Schluss gekommen, dass Schwarze Löcher nicht riesig geboren werden, sondern aufgrund des Gases und der Sterne von Galaxien allmählich wachsen.
Unter den Schwarzen Löchern gibt es auch große Zappel, die sich schnell innerhalb der Sterninseln der Galaxien bewegen. Zusammen mit ihren sesshaften Gegenstücken verschlingen diese "Weltraum-Kannibalen" nicht nur ständig Planetensysteme wie unser Sonnensystem, sondern schlucken auch Staub und Gaswolken, die sich zwischen Sternhaufen erstrecken.
Astronomen haben lange bemerkt, dass in kleineren Galaxien Schwarze Löcher mit Massen von etwas mehr als einigen Millionen Sonnenmassen weniger massereich sind. Schwarze Löcher in den Zentren riesiger Galaxien umfassen Milliarden von Sonnenmassen - Tatsache ist, dass die endgültige Masse eines Schwarzen Lochs während der Bildung einer Galaxie gebildet wird. In einigen Fällen vergrößern sich Schwarze Löcher nicht nur durch Absorption von Gas aus einer einzelnen Galaxie, sondern auch durch Zusammenführen von Galaxien, was dazu führt, dass ihre Schwarzen Löcher verschmelzen.
Im Zentrum der Milchstraße befindet sich der Kern unserer Galaxie, in dem das mysteriöse Objekt Schütze A * versteckt ist. Astronomen glauben, dass dies der Hauptkandidat für die Rolle eines Schwarzen Lochs mit einer Masse von etwa vier Millionen Sonnenmassen ist.
In regelmäßigen Abständen verschlingt dieser lokale "Kannibale" diesen oder jenen Stern. Und dann registrieren spezielle Röntgenteleskope den "Todesschrei" der Leuchte in Form eines Röntgenpulses. Mit seiner Hilfe werden unsere inneren Organe im Röntgenraum untersucht.
Schwarze Löcher können jedoch recht friedlich sein und Doppelsternsysteme mit gewöhnlichen Sternen bilden. Diese Idylle endet jedoch auch tragisch, und nach Hunderten von Millionen und vielleicht Milliarden von Jahren wird sich der Abstand zwischen dem Schwarzen Loch und dem Stern auf eine kritische Grenze reduzieren. Die Bewegung des Sterns wird instabil und nach einigen Umdrehungen um das schwarze Monster verschwindet es in seinem Mutterleib.
Geheimnis des Tunguska-Meteoriten
Grundsätzlich kann auch ein künstliches Schwarzes Loch erzeugt werden. Dazu ist es notwendig, jede Masse auf die Größe des Gravitationsradius zu komprimieren (der Radius der Kugel, auf dem die durch die Masse in dieser Kugel erzeugte Gravitationskraft gegen unendlich tendiert). Und dann beginnt sie selbst, sich katastrophal zusammenzuziehen - zusammenzubrechen.
Dies ist zwar sehr schwierig, denn je geringer die Masse, desto kleiner der Gravitationsradius. Zum Beispiel beträgt der Gravitationsradius der Erde ungefähr einen Zentimeter, und um den Mond in ein Schwarzes Loch zu verwandeln, müsste er auf die Größe eines großen Moleküls komprimiert werden.
Trotzdem versuchen sie manchmal mit Hilfe von Modellen mikroskopischer Löcher oder, wie sie häufiger genannt werden, Mikrokollapsare, alle möglichen mysteriösen Phänomene zu erklären. Es gibt also eine Hypothese, dass der berühmte Tunguska-Meteorit nichts anderes als ein kleines schwarzes Loch war, das durch die Weite des Universums wanderte.
Man könnte solche Erfindungen natürlich einfach ablehnen, aber hier ergeben sich merkwürdige Details: das völlige Fehlen von Meteoritenresten, die ungewöhnliche Natur der Explosion und widersprüchliche Beobachtungen der Flugbahn.
Es gibt Ideen, dass ein solcher Mikrokollap-Sar einen völlig terrestrischen Ursprung hatte. Tatsache ist, dass der große amerikanische Erfinder Nikola Tesla (1856-1943) während des Sturzes des Tunguska-Meteoriten einen bestimmten Wellenresonator auf dem erstaunlichen Wondercliffe-Turm testete, der mit Hilfe von "stehenden Wellen des elektrischen Äthers der Welt" Energie über den gesamten Planeten übertragen sollte.
Urbane Legenden erzählen, wie ein kolossales Plasmoid über die Podkamennaya Tunguska blitzte und sofort in ein schwarzes Mini-Loch fiel. Dieser Prozess verursachte einen Hurrikan der Energie, der als Tunguska-Wunder aufgezeichnet wurde.
Es gibt auch eine Version dieser Hypothese, in der der Tunguska-Meteorit selbst genau ein kleines Schwarzes Loch war, das unseren Planeten mit großer Geschwindigkeit durchdrang.
Wie plausibel sind die Schlussfolgerungen der theoretischen Physiker? Gibt es wirklich Wurmtunnel in der Raumzeit oder ist dies nur eine Art "physikalische und mathematische Fantasie"? Und die wichtigste Frage: Ist es möglich, echte Experimente vorzuschlagen, um künstliche Wurmlöcher im Unterraum zu erzeugen, die in den Raum anderer Dimensionen führen?
Ist der LHC eine Weltuntergangsmaschine oder ein Mikrokollapsar-Generator?
Berechnungen zeigen, dass mikroskopisch kleine Schwarze Löcher in Experimenten mit Teilchenbeschleunigern wie dem am CERN eingeführten bekannten Large Hadron Collider (LHC) auftreten können.
Das Prinzip des LHC ist theoretisch recht einfach: Stellen Sie sich eine Röhre vor, in der zwei riesige Kanonen mit speziellen Projektilen aufeinander schießen - die Elementarteilchen, aus denen Atome bestehen. Wenn sich diese mikroskopisch kleinen Projektile treffen, streuen sie wie Feuerwerkskörper aller Art von Fragmenten, unter denen sich möglicherweise mikroskopisch kleine Schwarze Löcher befinden.
Wenn die LHC-Physiker diese Mikroobjekte entdecken, wird die wissenschaftliche Sensation die jüngste Entdeckung des "Gottteilchens" - des Higgs-Bosons - bei weitem übertreffen.
Einige Wissenschaftler glauben, dass Mikrokollapsare sehr gefährliche Objekte sind, die zu einer Planetenkatastrophe führen können. Der Start des LHC wurde von Protesten begleitet, und eine Gruppe von Physikern verklagte das CERN sogar als eine Organisation, die die Menschheit für tödliche Gefahren gefährdet.
Am Ende ließen die Leidenschaften etwas nach, da die Physiker deutlich gezeigt haben, dass in jedem Moment Lawinen kosmischer Teilchen auf die Erdoberfläche fallen und die Produkte der Kollisionen im LHC energetisch weit übersteigen. Trotzdem stellen Ströme von kosmischen Strahlen mit ultrahoher Energie keine Gefahr dar und erzeugen keine mikroskopisch kleinen Schwarzen Löcher.
Auf der anderen Seite zeigen Computermodelle, dass die Erde, wenn sie von einem Mini-Loch besucht würde, sofort in die Mitte unseres Planeten fallen und sich um sie drehen würde und Magma absorbieren würde. Aber egal wie bedrohlich dieser Prozess auch sein mag, es wird mehrere Milliarden Jahre dauern, bis er sich irgendwie an der Oberfläche manifestiert. Es ist also gut möglich, dass wir schon lange mit einem schwarzen Loch unter unseren Füßen leben …
Die Zukunft des Universums und das Leben in einem Schwarzen Loch
Es ist nicht bekannt, ob die Menschheit in Milliarden von Jahren existieren wird, aber in der optimalen Version können Astronomen der fernen Zukunft eine völlig andere Metagalaxie beobachten - das sichtbare Universum. Die meisten Sterne werden ausbrennen und die sonnenähnlichen Leuchten werden zu überdichten Zwergen. Gleichzeitig werden massereichere Sterne zu schwarzen Löchern, die noch kleiner sind und ein so starkes Gravitationsfeld haben, dass selbst Licht es nicht überwinden kann.
Diese Überreste werden sich jedoch mit einem Zeitraum von etwa 100 Millionen Jahren weiterhin um das galaktische Zentrum drehen. Kollisionen zwischen den Überresten werden einige von ihnen aus der Galaxie werfen. Der Rest wird sich in Umlaufbahnen näher am Zentrum niederlassen und schließlich zusammenkommen und ein riesiges Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie bilden, das eines Tages alle Materie verschlucken wird.
Was wird es sein - das Ende des Lebens und der Vernunft in unserem Universum?
Lassen Sie uns nicht eilen, denn einige moderne Theorien sagen voraus, dass selbst in den schrecklichen Tiefen der Schwarzen Löcher ganze Planeten existieren können, die sich unbegrenzt um einen zentralen Punkt drehen. Nach vorläufigen Berechnungen können solche Planeten aufgrund von Photonen, die von außen in die Falle des Lochs eingeschlossen sind und sich zusammen mit anderen Körpern in derselben stabilen Umlaufbahn drehen, sogar hell beleuchtet werden.
Nur die letzte Frage bleibt zu lösen: Kann Leben auf den Planeten eines Schwarzen Lochs existieren? Nach Ansicht einiger Theoretiker ist dies möglich. Darüber hinaus kann unsere zukünftige hochentwickelte Zivilisation auf der Flucht vor kosmischen Kataklysmen eine echte Zuflucht in den Tiefen des supermassiven Schwarzen Lochs finden, das den Kern der Milchstraße einnimmt.
Natürlich müssen die Kolonisatoren von Schwarzen Löchern eine Reihe großartiger Aufgaben lösen, z. B. die Bekämpfung kolossaler Gezeitenkräfte und den Schutz vor dem stärksten Strahlungsfluss. Unter dem Gesichtspunkt der Entwicklung der Vernunft wird eine Zivilisation, die es geschafft hat, in das Schwarze Loch einzudringen, über wirklich fabelhafte Technologien verfügen, die die fantastischsten Probleme lösen können.
Vielleicht wird die menschliche Zivilisation innerhalb weniger Jahrtausende völlig frei sein, Portale für andere Welten zu öffnen. In diesem Fall können verschiedene Optionen auftreten: Wurmlöcher zwischen entfernten Teilen unserer Galaxie, Subraumtunnel zwischen Galaxien am äußersten Rand des Universums, Brücken zwischen Vergangenheit und Zukunft, Wurmlöcher zu anderen Welten.
Dann hat die Menschheit der Zukunft keine Angst vor kosmischen Katastrophen und kann sich frei durch verschiedene Universen bewegen und einen günstigen Lebensraum wählen. Nachdem die Superzivilisation herausgefunden hat, wie Universen geboren werden und warum sie unterschiedliche Eigenschaften haben, kann sie durch die Kehlen von Schwarzen Löchern nach fertigen suchen und neue Welten schaffen, die besser für das Leben geeignet sind und nicht allen Arten von Kataklysmen ausgesetzt sind.
Also, was verstecken schwarze Löcher in sich selbst? Ein Weg zu anderen Welten, grenzenlose Energie der Zukunft, der letzte Atemzug des Universums oder die Zivilisation anderer Welten?
Es ist möglich, dass die aktuelle Generation von Schülern und Schülern die Antworten auf einige dieser Fragen kennt. Wir können nur auf diesen aufregenden Moment warten, in dem Astronomen endlich in der Lage sein werden, "Kandidaten für Gravitationskollapsare" direkt zu untersuchen.
Oleg FAYG