Если рассматривать основные характеристики чёрных дыр, то их отличительной особенностью является небольшой радиус, очень высокая плотность и масса.
Стоит отметить, что строение и структура чёрных дыр отличается в зависимости от их вида:
- Шварцшильда состоит лишь из сингулярности и горизонта событий.
- Керра содержит сингулярность, горизонт событий, эргосферу и статический предел.
Более подробно про радиус, массу и типы чёрных дыр вы можете узнать тут.
Плотность
Они имеют самую большую плотность во Вселенной.
Для того чтобы её рассчитать нужно массу разделить на объём, который вмещает горизонт событий чёрной дыры.
Чем больше радиус, тем больше масса. А чем массивнее область, тем ниже её плотность.
Средняя плотность чёрной дыры составляет p⁓1014 кг/м³.
Формула определения радиуса и плотности чёрной дыры:
где G — гравитационная постоянная, М — масса и с — скорость света.
А вот узнать сколько весит чёрная дыра можно по формуле М=С²rₛ/2G.
Данная информация может пригодиться вам для учёбы, проектов и т.д.. А так же вам пригодится конвертация документа Word в PDF онлайн без скачиваний и установок. PDF — это защита документов от редактирования или изменения без вашего разрешения, меньший размер документов, а так же открытие документов без сторонних приложений на различных устройствах.
Физика чёрных дыр
По сути, физические характеристики взаимосвязаны со свойствами чёрных дыр. К ним, прежде всего, относится масса, электрический заряд и скорость вращения (угловой момент).
Электрический заряд — это способность объекта быть источником электромагнитных полей и его участие в электромагнитном взаимодействии.
Моментом импульса называется физическая величина, которая характеризует количество вращений. Она зависит от вращающейся массы, как она распределена и с какой скоростью вращается.
Угловой момент — это векторная величина, характеризующаяся точным вращением частицы или объекта, который вытянут вокруг оси, проходящей через точку.
Как известно, сила притяжения и гравитация чёрной дыры не выпускает частицы обратно в пространство. Это связано с действием приливных сил, которые создают гравитационное поле и направляют силы притяжения.
Приливные силы — это силы или влияние в телах, свободно перемещающихся в силовом поле.
Кроме того Стивен Хокинг доказал, что области пространства-времени испускают релятивистские струи.
Релятивистские струи или джет чёрной дыры — это струи плазмы, направленные из её центра.
Приливные силы обратно пропорциональны массе, то есть они снижаются при увеличении размера и уменьшении плотности.
По данным астрофизиков, чем ближе находится сингулярность, тем выше плотность области.
Другие характеристики чёрных дыр
Стивен Хокинг утверждал, что области испаряются за счёт квантовых эффектов. Притом они излучают частицы с планковским спектром, который отвечает температуре Тн.
А разве можно измерить температуру области, куда невозможно попасть?
Учёные вычислили, что температура чёрной дыры обратно пропорциональна её массе и размеру горизонта событий.
где ħ — постоянная Планка, с — скорость света, k — постоянная Больцмана, G — гравитационная постоянная и М — масса.
Между прочим, температура массивных областей ниже реликтового излучения Вселенной, а оно составляет 2,7 К. Такие объекты растут, потому как их излучение меньше, чем количество поступающего вещества.
На этих данных и расчётах построили термодинамику пространственно-временных областей. Кроме того, ввели интересное понятие:
Энтропия — физическое свойство, определяющее эквивалентность, то есть соотношение информации при попадании материи в чёрную дыру.
Соотношение вещества определяется физическими свойствами области. Причём энтропия чёрной дыры пропорциональна площади её горизонта событий:
S = Akc3/4ħG, где А — площадь границы чёрной дыры.
Второй закон термодинамики устанавливает необратимость реальных термодинамических процессов, к которым относятся объём, масса, температура и т.д.
Согласно второму закону термодинамики, если в любую систему ничего не попадает и не выходит из неё, то энтропия не сможет резко уменьшиться.
Впрочем, энтропия может быть либо одинаковой, либо увеличиваться. А вот в более низкое состояние она не может вернуться. К примеру, разбитая кружка — она уже не вернётся в исходную форму и её не получится склеить.
Сколько живут чёрные дыры
На основании доказанных теорий, например излучение Хокинга, учёные могут рассчитать срок жизни отдельной области.
Чем меньше размер, тем выше скорость испарения чёрной дыры. По этой причине первичные и квантовые чёрные дыры существуют непродолжительное время. А вот массивные объекты могут существовать очень долго. В принципе, даже их возраст может соответствовать возрасту Вселенной.
Причём в последние секунды жизни в окружающее пространство выделяется огромнейшая энергия чёрной дыры и происходит мощный взрыв.
Представления учёных об устройстве и процессах, происходящих в области пространства-времени, в основном построены на теории и математических расчётах. Пока невозможно провести исследования изнутри, что позволило бы точно узнать как устроена чёрная дыра.
Собственно говоря, существование этих загадочных участков во Вселенной изначально было лишь гипотетическим. Не исключено, что теории и информация, известные сейчас, также реальны или близки к действительности.
В целом, актуальность изучения чёрных дыр со временем только повышается.
Загрузка...
