Екологія пізнання. Наука і відкриття: Всесвіт нескінченний, і в ньому немає числа зірок. У центрі лісу, який менший за Всесвіт, і дерев не так багато як зірок, не можна побачити просвіти - поле зору закривають стовбури та листя. Чому ж тоді нічне небо не сповнене зірками? У цьому і полягає парадокс Ольберса, або фотометричний парадокс. Сьогодні ми знайдемо розгадку.
Всесвіт нескінченний, і в ньому немає числа зірок. У центрі лісу, який менший за Всесвіт, і дерев не так багато як зірок, не можна побачити просвіти - поле зору закривають стовбури та листя.
Чому ж тоді нічне небо не сповнене зірками? У цьому і полягає парадокс Ольберса, або фотометричний парадокс. Сьогодні ми знайдемо розгадку.
Стільки зірок на невеликому квадратику неба бачить потужний телескоп. Сіль у тому, що їх має бути ще більше.
наука vs. Логіка
Загадка того, чому на нічному небі так мало зірок, мучила астрономів навіть у науково-зрілому ХІХ столітті. У телескопи, щоправда, вчені бачили куди більше світил - але менше, ніж горить у безмежному Всесвіті. Під склепіннями вчених лобів, логіка стверджувала, що нічне небо має виглядати приблизно так, як на анімації поряд.
Рішення феномена виявилося набагато простіше, ніж формулювання.
Зірки-невидимки
Почнемо з того, що зоречети минулого тисячоліття не так уже й помилялися. Фото нижче зробив орбітальний телескоп імені Хаббла (неймовірно крутий апарат). Зображено тут клаптик розміром 1/13,000,000 усієї небесної сфери.
Небо за Парадоксом Ольберса
Всі ці кольорові зірочки – галактики, які невидимі для ока. Для того, щоб зробити цей знімок, телескопу довелося вирушити в космос, використовувати надчутливі матриці та витримувати кадр більше 11 діб! Такі технології з'явилися лише наприкінці минулого століття.
Hubble Ultra Deep Field
Якби людина бачила все те саме, що орбітальний телескоп, нічне небо було б так само яскравим, як центр рукава нашого Чумацького Шляху! Проте все одно є чорні просвіти, які парадокс Ольберса заперечує. Розгадка цих порожнин криється в тій же причині, через яку галактики приховані від неозброєного ока.
Всесвіт розширюється надто швидко
Ми вже розібрали разом, як і чому світ довкола нас роздмухується. Коротко, світло від далеких галактик долає більшу відстань до нас, аніж воно було в той момент, коли він залишив будинок. Це створює ефект червоного зміщення – частота та енергія променів далеких зірок зменшується.
Що з цього випливає? Є такі далекі зірки, промені від яких згаснуть ще до того, як долетять до Землі. Тому в чорних прірвах космосу таки є світло – просто ми його ніколи не побачимо.
Червоне усунення
До речі, відстань є основним джерелом фотометричного феномена Про це нижче.
Щоб досягти Землі, світла потребує часу. 149,6 млн кілометрів від Сонця до нас він проходить за 8,3 хвилини, а 81360544648396 кілометрів від зірки Сіріус - за 8,6 року. Чим більша відстань – тим довше світла йти, тут все ясно.
Вік нашого Всесвіту становить близько 13,8 мільярда років. Але ж розміри космосу нескінченні! Найпотужніші телескопи змогли засікти світло з відстані-часу в 12-13 мільярдів років. А отже, прорва галактик залишається невидимою – вони настільки далеко, що випромінювання фізично не встигло долетіти навіть у вигляді невловимих нейтрино!
Горизонт подій має безпосереднє відношення до того, чому чорні дірки – чорні.
Оскільки Всесвіт розширюється, то світові доводиться долати ще більшу відстань. І колись на задвірках світу розширення зрівняється зі швидкістю світла – це встановить так званий обрій подій. Він буде підсуватися до нас все тісніше, поки перестануть бути видно навіть найближчі зірки.
Це відбудеться тільки якщо розширення не припиниться, і через багато мільярдів років. Нещодавно ми писали про масштабні космічні катастрофи - навіть їх застати легше, ніж дочекатися обрії подій біля порога будинку.
Насамкінець
ПІДПИСУЙТЕСЯ на НАШ youtube канал Еконет.ру, що дозволяє дивитися онлайн, відео про оздоровлення, омолодження людини. Любов до оточуючих і себе, як почуття високих вібрацій - важливий чинник
Виходить, що загадка Ольберса і не парадокс зовсім просто закони фізики не дозволяють відразу всім зіркам зліпити нам очі. Проте вчених цим не зупинити і вони продовжують відкривати нові зірки.опубліковано
Ставте ЛАЙКИ, ділитеся з ДРУЗЯМИ!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Підпишіться -
Наш Всесвіт складається з кількох трильйонів галактик. Сонячна система знаходиться всередині досить великої галактики, загальна кількість яких у Всесвіті обмежена кількома десятками мільярдів одиниць.
У нашій галактиці міститься 200-400 мільярдів зірок. 75% з них тьмяні червоні карлики, і лише кілька відсотків зірок у галактиці схожі на жовті карлики, спектральний тип зірок, до якого належить і наше. Для земного спостерігача наше Сонце знаходиться в 270 тисяч разів ближче за найближчу зірку (). У той же час світність зменшується прямо пропорційно зменшенню відстані, тому видима яскравість Сонця на земному небі на 25 зіркових величин або в 10 мільярдів разів більша за видиму світність найближчої зірки (). У зв'язку з цим через сліпуче світло Сонця на денному небі не видно зірки. Схожа проблема трапляється при спробах сфотографувати екзопланети у близьких зірок. Крім Сонця вдень можна побачити Міжнародну космічну станцію (МКС) та спалахи супутників першого сузір'я Ірідіум. Це пояснюється тим, що Місяць, деякі та ШСЗ (штучні супутники Землі) на земному небі виглядають набагато яскравішими за найяскравіші зірки. Наприклад, видимий блиск Сонця дорівнює -27 зіркових величин, у Місяця у повній фазі -13, у спалахів супутників першого сузір'я Іридіум -9, у МКС -6, у Венери -5, у Юпітера і Марса -3, у Меркурія -2 , у Сіріуса (найяскравішої зірки) -1.6.
Шкала зоряних величин видимого блиску різних астрономічних об'єктів є логарифмічною: різниця у видимому блиску астрономічних об'єктів на одну зіркову величину відповідає різниці в 2512 разів, а різниця в 5 зіркових величин відповідає різниці в 100 разів.
Чому не видно зірок у місті?
Окрім проблем спостереження зірок на денному небі існує проблема спостереження зірок на нічному небі у населених пунктах (поблизу великих міст та промислових підприємств). Світлове забруднення у разі викликано штучним випромінюванням. Прикладом такого випромінювання можна назвати вуличне освітлення, рекламні плакати, що підсвічуються, газові смолоскипи промислових підприємств, прожектори розважальних заходів.
У лютому 2001 року аматор астрономії із США Джон Е.Бортль створив світлову шкалу для оцінки світлового забруднення неба та опублікував її в журналі Sky&Telescope. Ця шкала складається з дев'яти поділів:
1. Абсолютно темне небо
При такому нічному небі на ньому не тільки виразно видно, але окремі хмари Чумацького Шляху відкидають ясні тіні. Також в деталях видно і зодіакальне світло з протисяйвістю (віддзеркалення сонячного світла від порошинок, що знаходяться по інший бік від лінії Сонце-Земля). На небі неозброєним оком видно зірки до 8 зіркової величини, фонова яскравість піднебіння становить 22 зіркові величини на квадратну кутову секунду.
2. Натуральне темне небо
При такому нічному небі на ньому чудово видно Чумацький Шлях у деталях і зодіакальне світло разом із протисвіченням. Неозброєне око показує зірки з видимою яскравістю до 7.5 зоряних величин, фонова яскравість піднебіння близька до 21.5 зоряної величини на квадратну кутову секунду.
3. Сільське небо
За такого неба зодіакальне світло і Чумацький шлях продовжує бути добре видимим з мінімумом деталей. Неозброєне око показує зірки до 7 зіркової величини, фонова яскравість піднебіння близька до 21 зіркової величини на квадратну кутову секунду.
4. Небо перехідної місцевості між селами та передмістями
При такому небі Чумацький Шлях та зодіакальне світло продовжує бути видимим з мінімумом деталей, але лише частково – високо над рівнем горизонту. Неозброєне око показує зірки до 6.5 зіркової величини, фонова яскравість піднебіння близька до 21 зіркової величини на квадратну кутову секунду.
5. Небо околиць міст
При такому небі, зодіакальне світло та Чумацький Шлях видно дуже рідко, в ідеальних погодних та сезонних умовах. Неозброєне око показує зірки до 6 зіркової величини, фонова яскравість піднебіння близька до 20.5 зіркової величини на квадратну кутову секунду.
6. Небо передмістя міст
При такому небі, зодіакальне світло не спостерігається за жодних умов, а Чумацький шлях важко проглядається тільки в зеніті. Неозброєне око показує зірки до 5.5 зоряної величини, фонова яскравість піднебіння близька до 19 зіркової величини на квадратну кутову секунду.
7. Небо перехідної місцевості між передмістями та містами
На такому небі, за жодних умов не спостерігається ні зодіакальне світло, ні Чумацький шлях. Неозброєне око показує зірки лише до 5 зіркової величини, фонова яскравість піднебіння близька до 18 зіркової величини на квадратну кутову секунду.
8. Міське небо
На такому небі неозброєним оком можна побачити лише кілька найяскравіших розсіяних зоряних скупчень. Неозброєне око показує зірки лише до 4.5 зіркової величини, фонова яскравість піднебіння менше 18 зіркових величин на квадратну кутову секунду.
9. Небо центральної частини міст
На подібному небі із зоряних скупчень можна побачити лише. Неозброєне око у кращому випадку показує зірки до 4 зіркової величини.
Світлове забруднення від житлових, індустріальних, транспортних та інших об'єктів економіки сучасної людської цивілізації призводить до необхідності створення найбільших астрономічних обсерваторій у високогірних районах, які є максимально віддаленими від об'єктів економіки людської цивілізації. У цих місцях дотримуються спеціальних правил щодо обмеження вуличного освітлення, мінімального руху транспорту вночі, будівництва житлових будинків та транспортної інфраструктури. Схожі правила діють у спеціальних охоронних зонах найстаріших обсерваторій, які розташовані поблизу великих міст. Наприклад, в 1945 році в радіусі 3 км навколо Пулковської обсерваторії поблизу Санкт-Петербурга було організовано захисну паркову зону, в якій було заборонено велике житлове або промислове виробництво. В останні роки почастішали спроби організації будівництва житлових будівель у цій захисній зоні у зв'язку з високою вартістю землі поблизу одного з найбільших мегаполісів Росії. Схожа ситуація спостерігається навколо астрономічних обсерваторій у Криму, які знаходяться у регіоні вкрай привабливому для туризму.
На зображенні від NASA добре видно, що найбільше освітлені райони Західної Європи, східної частини континентальної частини США, Японії, прибережної частини Китаю, Близького Сходу, Індонезії, Індії, південного узбережжя Бразилії. З іншого боку мінімальна кількість штучного світла характерна для полярних областей (особливо Антарктиди та Гренландії), районів Світового океану, басейнів тропічних річок Амазонка та Конго, високогірного плато Тибету, пустельних районів північної Африки, центральної частини Австралії, північних районів Сибіру і Далекого Востоку.
У червні 2016 року в журналі Science було опубліковано докладне дослідження з теми світлового забруднення різних регіонів нашої планети (The New World Atlas of Artificial Night Sky Brightness). Дослідження показало, що понад 80% жителів планети та понад 99% жителів США та Європи живуть в умовах сильного світлового забруднення. Більше третини жителів планети позбавлені можливості спостерігати Чумацький Шлях, серед них 60% європейців та майже 80% північноамериканців. Екстремальне світлове забруднення характерне для 23% земної поверхні між 75 градусами північної широти та 60 градусами південної широти, а також для 88% поверхні Європи та майже половини поверхні США. Крім того, у дослідження зазначається, що енергозберігаючі технології з переведення вуличного освітлення з ламп розжарювання на світлодіодні лампи призведе до зростання світлового забруднення приблизно в 2.5 рази. Це пов'язано з тим, що максимум світлового випромінювання світлодіодних ламп з ефективною температурою в 4 тисячі Кельвінів припадає на сині промені, де сітківка людського ока має максимальну світлочутливість.
Згідно з дослідженням, максимальне світлове забруднення спостерігається в дельті Нілу в районі Каїра. Це пов'язано з надзвичайно високою щільністю населення єгипетського мегаполісу: 20 мільйонів жителів Каїру живуть на площі половини тисячі квадратних кілометрів. Це означає середню щільність населення 40 тисяч жителів на квадратний кілометр, що у 10 разів більше середньої щільності населення Москві. У деяких районах Каїру середня густота населення перевищує 100 тисяч осіб на квадратний кілометр. Інші області з максимальним засвіченням знаходяться в областях міських агломерацій Бонн-Дортмунд (поблизу кордону між Німеччиною, Бельгією та Нідерландами), на Паданській рівнині у північній Італії, між містами США Бостон та Вашингтон, навколо англійських міст Лондон, Ліверпуль та Лідс, а також районі азіатських мегаполісів Пекін та Гонконг. Для мешканців Парижа необхідно проїхати щонайменше 900 км до Корсики, центральної Шотландії або провінції Куенка в Іспанії, щоб побачити темне небо (рівень світлового забруднення менше 8% від природного освітлення). А щоб жителеві Швейцарії побачити надзвичайно темне небо (рівень світлового забруднення менше 1% від природного освітлення), то йому доведеться подолати вже понад 1360 км. до північно-західної частини Шотландії, Алжиру чи України.
Максимальний ступінь відсутності темного неба характерний для 100% території Сінгапуру, 98% території Кувейту, 93% Об'єднаних Арабських Еміратів (ОАЕ), 83% Саудівської Аравії, 66% Південної Кореї, 61% Ізраїлю, 58% Аргентини, 53% Трінідад і Тобаго. Можливість спостерігати Чумацький Шлях відсутня у всіх жителів невеликих держав Сінгапур, Сан-Марино, Кувейт, Катар та Мальта, а також у 99%, 98% та 97% жителів ОАЕ, Ізраїлю та Єгипту відповідно. Країнами з найбільшою часткою території, де немає можливості спостерігати Чумацький Шлях, є Сінгапур та Сан-Марино (по 100%), Мальта (89%), Західний берег (61%), Катар (55%), Бельгія та Кувейт (по 51 %), Трінідад та Тобаго, Нідерланди (по 43%) та Ізраїль (42%).
З іншого боку мінімальним світловим забрудненням відрізняються Гренландія (лише 0.12% її території має засвічене небо), Центральноафриканська Республіка (ЦАР) (0.29%), тихоокеанська територія Ніуе (0.45%), Сомалі (1.2%) і Мавританія (1.1).
Незважаючи на зростання світової економіки, що продовжується, разом зі збільшенням енергоспоживання спостерігається і зростання астрономічної освіченості населення. Яскравим прикладом цього стала щорічна міжнародна акція “Година Землі” щодо виключення світла більшістю населення в останню суботу березня. Спочатку ця акція була задумана Всесвітнім фондом дикої природи (WWF), як спроба популяризації енергозбереження та зниження викидів парникових газів (боротьба з глобальним потеплінням). Однак водночас набув популярності й астрономічний аспект акції – прагнення зробити небо мегаполісів більш пристосованим для аматорських спостережень хоча б на нетривалий час. Вперше акція була здійснена в Австралії у 2007 році, а вже наступного року вона набула поширення у всьому світі. З кожним роком в акції приймає дедалі більше учасників. Якщо у 2007 році в акції взяло участь 400 міст 35 країн світу, то у 2017 році брали участь уже понад 7 тисяч міст 187 країн світу.
Водночас можна відзначити мінуси акції, які полягають у підвищеному ризику аварій в енергосистемах світу через різке одночасное вимкнення та включення величезної кількості електроприладів. Крім того, статистика говорить про сильну кореляцію відсутності вуличного освітлення зі зростанням травматизму, вуличної злочинності та іншими надзвичайними подіями.
Чому не видно зірок на знімках із МКС?
На знімку добре видно вогні Москви, зелене свічення полярного сяйва на горизонті і відсутність зірок на небі. Величезна різниця між яскравістю Сонця і навіть найяскравішими зірками призводить до неможливості спостереження зірок як на денному небі з Землі, а й із космосу. Це добре показує, наскільки велика роль “світлового забруднення” від Сонця проти впливом земної атмосфери на астрономічні спостереження. Проте факт відсутності зірок на знімках піднебіння під час пілотованих польотів до Місяця став одним із ключових “доказів” конспірологічної теорії про відсутність польотів астронавтів NASA на Місяць.
Чому не видно зірок на знімках Місяця?
Якщо різниця між видимою світністю Сонця та найяскравішою зірки – Сіріус на земному небі становить близько 25 зіркових величин або 10 мільярдів разів, то різниця між видимою світністю повного Місяця та яскравістю Сіріуса зменшується до 11 зіркових величин або приблизно в 10 тисяч разів.
У зв'язку з цим наявність повного Місяця не призводить до зникнення зірок на всьому нічному небі, а лише ускладнює їхню видимість поблизу місячного диска. Тим не менш, одним із перших способів вимірювання діаметра зірок стало вимірювання тривалості покриття місячним диском яскравих зірок зодіакальних сузір'їв. Звичайно такі спостереження прагнуть проводити при мінімальній фазі Місяця. Схожа проблема виявлення тьмяних джерел поблизу яскравого джерела світла існує при спробах сфотографувати планети у близьких зірок (яскравість аналога Юпітера у близьких зірок за рахунок відбитого світла становить приблизно 24 зіркових величин, а у аналога Землі лише близько 30 зіркових величин). У зв'язку з цим поки що астрономам вдається сфотографувати лише молоді масивні планети при спостереженнях в інфрачервоному діапазоні: молоді планети сильно розігріті після процесу планетоутворення. Тому, щоб навчитися виявляти екзопланети у близьких зірок, для космічних телескопів розробляються дві технології: коронографія та нуль-інтерферометрія. За першою з технологій яскраве джерело закривається затемненим диском (штучне затемнення), за другою технологією світло яскравого джерела "обнулюється" за допомогою спеціальних методик інтерференції хвиль. Яскравим прикладом першої технології стала те, що з 1995 року з першої точки лібрації займається моніторингом сонячної активності. На знімках 17-градусної коронографічної камери цієї космічної обсерваторії видно зірки до 6 зіркової величини (різниця в 30 зіркових величин або трильйон разів).
Чорна діра є породженням тяжіння. Тому передісторію відкриття чорних дірок можна почати з часів І. Ньютона, який відкрив закон всесвітнього тяжіння - закон, який керує силою, дії якої піддається абсолютно все. Ні в часи І. Ньютона, ні сьогодні, через століття, не виявлено іншу настільки універсальну силу. Усі інші види фізичної взаємодії пов'язані з конкретними властивостями матерії. Наприклад, електричне поле діє лише на заряджені тіла, а тіла нейтральні зовсім до нього байдужі. І лише тяжіння абсолютно царює у природі. Поле тяжіння діє все: на легкі частки і важкі (при однакових початкових умовах абсолютно однаково), навіть світ. Те, що світло притягується масивними тілами, припускав ще І. Ньютон. З цього факту, з розуміння того, що світло також підпорядковане силам тяжіння, і починається передісторія чорних дірок, історія передбачень їх разючих властивостей.
Одним із перших це зробив знаменитий французький математик та астроном П. Лаплас.
Ім'я П. Лапласа добре відоме історія науки. Насамперед він є автором величезної п'ятитомної праці «Трактат про небесну механіку». У цій роботі, що публікувалася з 1798 по 1825 рік, їм було представлено класичну теорію руху тіл Сонячної системи, засновану лише на законі всесвітнього тяжіння Ньютона. До цієї роботи деякі спостерігаються особливості руху планет, Місяця, інших тіл Сонячної системи були повністю пояснені. Здавалося навіть, що вони суперечать закону Ньютона. П. Лаплас тонким математичним аналізом показав, що це особливості пояснюються взаємним тяжінням небесних тіл, впливом тяжіння планет друг на друга. Тільки одна сила панує на небі, проголошував він, - це сила тяжіння. "Астрономія, що розглядається з найбільш загальної точки зору, є велика проблема механіки", - писав П. Лаплас у передмові до свого "Трактату". До речі, сам термін «небесна механіка», що так міцно увійшов у науку, був уперше вжитий ним.
П. Лаплас був одним із перших, хто зрозумів необхідність історичного підходу до пояснення властивостей систем небесних тіл. Він за І. Кантом запропонував гіпотезу походження Сонячної системи з спочатку розрідженої матерії.
Головна ідея гіпотези Лапласа про конденсацію Сонця та планет з газової туманності і досі є основою сучасних теорій походження Сонячної системи.
Про все це багато писалося в літературі та в підручниках так само, як і про горді слова П. Лапласа, який у відповідь на запитання Наполеона: чому в його «Небесній механіці» не згадується бог? - сказав: «Я не потребую цієї гіпотези».
А ось про що до останнього часу мало відомо, - це про передбачення їм можливості існування невидимих зірок.
Пророцтво було зроблено в його книзі «Виклад систем світу», що вийшла 1795 року. У цій книзі, яку ми сьогодні назвали б популярною, знаменитий математик жодного разу не вдався до формул і креслень. Глибоке переконання П. Лапласа в тому, що тяжіння діє на світ так само, як і на інші тіла, дозволило йому написати такі знаменні слова: «Зірка, що світиться, із щільністю, рівною щільності Землі і діаметром у 250 разів більше діаметра Сонця, не дає жодному світловому променю досягти нас через своє тяжіння; тому можливо, що найяскравіші небесні тіла у Всесвіті виявляються з цієї причини невидимими».
У книзі не було доказів цього твердження. Воно було опубліковано ним через кілька років.
Як міркував П. Лаплас? Він розрахував, користуючись теорією тяжіння Ньютона, величину, яку ми тепер називаємо другою космічною швидкістю, на поверхні зірки. Це та швидкість, яку треба надати будь-якому тілу, щоб воно, поборивши тяжіння, назавжди відлетіло від зірки чи планети до космічного простору. Якщо початкова швидкість тіла менше другої космічної, то сили тяжіння загальмують і зупинять рух тіла і змусять його знову падати до центру, що тяжіє. У наш час космічних польотів кожен знає, що друга космічна швидкість лежить на поверхні Землі дорівнює 11 кілометрів на секунду. Друга космічна швидкість на поверхні небесного тіла тим більша, чим більша маса і чим менший радіус цього тіла. Це зрозуміло: адже зі зростанням маси тяжіння збільшується, а зі зростанням відстані від центру воно слабшає.
На поверхні Місяця друга космічна швидкість дорівнює 2,4 кілометра в секунду, на поверхні Юпітера 61, на Сонці - 620, а на поверхні так званих нейтронних зірок, які за масою приблизно такі ж, як Сонце, але мають радіус всього десять кілометрів, ця швидкість досягає половини швидкості світла - 150 тисяч кілометрів на секунду.
Уявімо собі, міркував П. Лаплас, що ми візьмемо небесне тіло, на поверхні якого друга космічна швидкість вже перевищує швидкість світла. Тоді світло від такої зірки не зможе полетіти в космос через дію тяжіння, не зможе досягти далекого спостерігача і ми не побачимо зірку, незважаючи на те, що вона випромінює світло!
Якщо збільшувати масу небесного тіла, додаючи до нього речовину з тією ж середньою щільністю, то друга космічна швидкість збільшується в стільки ж разів, у скільки зростає радіус або діаметр.
Тепер зрозумілий висновок, зроблений П. Лапласом: щоб тяжіння затримало світло, треба взяти зірку з речовиною тієї ж щільності, що і Земля, а діаметром у 250 разів більше сонячного, тобто у 27 тисяч разів більше за земне. Дійсно, друга космічна швидкість на поверхні такої зірки буде теж у 27 тисяч разів більшою, ніж на поверхні Землі, і приблизно зрівняється зі швидкістю світла: зірка перестане бути видимою.
Це було блискучим передбаченням однієї з властивостей чорної дірки – не випускати світла, бути невидимою. Заради справедливості треба відзначити, що П. Лаплас був не єдиним ученим і формально навіть не найпершим, хто зробив таке передбачення. Порівняно недавно з'ясувалося, що у 1783 року з аналогічним твердженням виступав англійський священик і геолог, одне із засновників наукової сейсмології, Дж. Мічелл. Його аргументація була схожа на аргументацію П. Лапласа.
Зараз між французами та англійцями йде іноді напівжартівлива, а іноді серйозна полеміка: кого слід вважати першовідкривачем можливості існування невидимих зірок – француза П. Лапласа чи англійця Дж. Мічелла? У 1973 році відомі англійські фізики-теоретики С. Хоукінг та Г. Елліс у книзі, присвяченій сучасним спеціальним математичним питанням структури простору та часу, наводили роботу француза П. Лапласа з доказом можливості існування чорних зірок; тоді роботи Дж. Мічелла ще було відомо. Восени 1984 року відомий англійський астрофізик М. Рісс, виступаючи на конференції в Тулузі, сказав, що це не дуже зручно говорити на території Франції, але він повинен підкреслити, що першим передбачив невидимі зірки англієць Дж. Мічелл, і продемонстрував знімок першої сторінки відповідної його роботи. Це історичне зауваження зустріли і оплесками та посмішками присутніх.
Як тут не згадати дискусії між французами та англійцями про те, хто передбачив становище планети Нептун щодо обурень у русі Урану: француз У. Левер'є чи англієць Дж. Адамс? Як відомо, обидва вчені незалежно правильно вказали становище нової планети. Тоді більше пощастило французу У. Левер'є. Така доля багатьох відкриттів. Часто їх роблять майже одночасно та незалежно різні люди. Зазвичай пріоритет визнається за тим, хто глибше проникнув у суть проблеми, але іноді це просто капризи удачі.
Але передбачення П. Лапласа і Дж. Мічелла ще було справжнім передбаченням чорної дірки. Чому?
Справа в тому, що за часів П. Лапласа ще не було відомо, що швидше за світло в природі ніщо не може рухатися. Обігнати світло в порожнечі не можна! Це було встановлено А. Ейнштейном у спеціальній теорії відносності вже у нашому столітті. Тому для П. Лапласа розглянута ним зірка була лише чорною (яка не світиться), і він не міг знати, що така зірка втрачає здатність взагалі як-небудь «спілкуватися» із зовнішнім світом, що-небудь «повідомляти» далеким світам про події, що відбуваються на ній. . Іншими словами, він ще не знав, що це не лише «чорна», а й «дірка», в яку можна впасти, але неможливо вибратися. Тепер ми знаємо, що якщо з якоїсь області простору не може вийти світло, то, отже, і взагалі ніщо не може вийти, і такий об'єкт ми називаємо чорною діркою.
Інша причина, через яку міркування П. Лапласа не можна вважати суворими, полягає в тому, що він розглядав гравітаційні поля величезної сили, в яких падаючі тіла розганяються до швидкості світла, а сам світ, що виходить, може бути затриманий, і застосовував при цьому закон тяжіння Ньютон.
А. Ейнштейн показав, що для таких полів теорія тяжіння Ньютона не застосовна, і створив нову теорію, справедливу для надсильних, а також для полів, що швидко змінюються (для яких ньютонівська теорія також не застосовна!), і назвав її загальною теорією відносності. Саме висновками цієї теорії треба користуватися для доказу можливості існування чорних дірок та вивчення їх властивостей.
Загальна теорія відносності – це дивовижна теорія. Вона настільки глибока і струнка, що викликає почуття естетичної насолоди у кожного, хто знайомиться з нею. Радянські фізики Л. Ландау та Е. Ліфшиц у своєму підручнику «Теорія поля» назвали її «найкрасивішою з усіх існуючих фізичних теорій». Німецький фізик Макс Борн сказав про відкриття теорії відносності: «Я захоплююся ним як витвором мистецтва». А радянський фізик В. Гінзбург писав, що вона викликає «…почуття… споріднене до того, яке відчувають, дивлячись на найвидатніші шедеври живопису, скульптури чи архітектури».
Численні спроби популярного викладу теорії Ейнштейна, звісно, можуть дати загальне враження про неї. Але, чесно кажучи, воно так само мало схоже на захоплення від пізнання самої теорії, як знайомство з репродукцією «Сікстинської мадонни» відрізняється від переживання, що виникає при розгляді першотвору, створеного генієм Рафаеля.
Проте, коли немає можливості милування оригіналом, можна (і потрібно!) знайомитися з доступними репродукціями, краще хорошими (а бувають всякі).
Для розуміння неймовірних властивостей чорних дірок нам необхідно коротко сказати про деякі наслідки загальної теорії відносності Ейнштейна.
| <<< Назад
|
Вперед >>> |
Вважається, що перші зірки харчувалися темною матерією. Не виключено, що ці невидимі гіганти, що зародилися майже 13 мільярдів років тому, існують у Всесвіті й досі. Можливо, вони просто не випромінюють видимого світла, що ускладнює їхнє виявлення.
Спочатку дослідник Паоло Гондоло, професор астрофізики частинок в університеті Юти (США), який займається цією проблемою, хотів назвати новий, теоретично існуючий тип невидимих зірок - "коричневі гіганти", подібно до коричневих карликів, що мають приблизний розмір Юпітера, але, відповідно, набагато більше масивним. Однак його колеги наполягли на тому, щоб позначити їх як "темні зірки", на честь однойменної пісні, яка вперше була виконана у 1967 році всіма улюбленими рок-гуртами "Grateful Dead".
За припущеннями вчених, "темні зірки" мають бути в 200-400 тисяч разів більше в діаметрі, ніж наше Сонце, і в 500-1000 разів більше надмасивних чорних дірок.
"Темні зірки", що зародилися майже 13 мільярдів років тому, можуть існувати і до цього дня, хоча і не випромінюючи видимого світла. Справа в тому, що астрономам складно виявити ці таємничі гіганти, тому що для того, щоб стати видимими, вони повинні виділяти гамма-промені, нейтрони та антиречовину. Мало того, вони мають бути оповиті хмарами холодного молекулярного водневого газу, якого зараз недостатньо, щоб живити енергійні частки таких об'єктів.
Якщо вченим вдасться виявити їх, це допоможе знайти й ідентифікувати темну матерію. Тоді можна буде з'ясувати, чому чорні дірки формуються так швидко.
Вчені вважають, що невидима і поки що невідома темна матерія становить приблизно 95 відсотків усього вмісту Всесвіту. Вони переконані, що вона існує, тому є безліч доказів. Наприклад, галактики обертаються набагато швидше, ніж це мало бути, якщо врахувати тільки ті об'єкти, які виявлені на сьогоднішній день у межах нашої видимості.
На думку вчених, частинками темної матерії можуть бути так звані WIMP або слабко взаємодіючі масивні частинки. Однією з вивчених різновидів WIMP дослідники вважають нейтрино, що у гравітаційному взаємодії. Подібні частинки можуть знищити одна одну, виробляючи при цьому високу температуру.
Частинки темної матерії також виробляють кварки (гіпотетичні фундаментальні елементи, з яких, за сучасними уявленнями, складаються всі елементарні частинки, що беруть участь у сильній взаємодії), а також копії антиречовини - антикварки, які при зіткненні випускають гамма-промені, нейтрино та антиречовини, такі як позитрони та антипротони.
Дослідники вирахували, що в новонародженому Всесвіті, приблизно 80-100 мільйонів років після того, як стався Великий вибух, прото-зіркові хмари водню і гелію, що знищувалися, охолоджувалися і стискалися, при цьому залишаючись гарячими і масивними.
В результаті цих процесів могли сформуватися темні зірки, які живляться темною матерією замість ядерної енергії (як у звичайних зірках). Вони складалися значною мірою зі звичайної матерії, головним чином водню та гелію, але були значно масивнішими і більшими за обсягом, ніж Сонце та більшість інших сучасних зірок.
"Це абсолютно новий тип зірки, яка має нове джерело енергії", - упевнена дослідник Кетрін Фріз, фізик-теоретик з Мічиганського Університету.
Невидимка стояла на самому краю скелі і дивилася як каламутно-бура, брудна вода з плаваючими в ній прутиками, зів'ялим листям і корінням плескається, звиваючись, навколо її лап. І як не вдивлялася в неї кішка, вона не могла розрізнити навіть каміння на дні річки, що вже говорити про відблиски на спинках риб, які раніше завжди видавали присутність видобутку. Вона нахилилася, щоб торкнутися поверхні води язиком. Гірка та брудна.
Зовсім не так, як раніше, так? - з тугою відзначила П'яниста Зірка, що стоїть поруч. Невидимка підвела голову, щоб подивитись на свою ватажку. Раніше сяюча золотом шерсть померкла в сірих світанкових сутінках, а темні плями, що дали їй ім'я, так потьмяніли в останній місяць, що розрізнити їх було вже неможливо. - Коли вода повернулася, я вирішила, що тепер усе буде зовсім, як раніше. - Плямиста Зірка зітхнула і, опустивши лапу у воду, трохи поводила їй з боку на бік. Потім випростала, спостерігаючи, як з пазурів на камінь капає бруд.
Риба незабаром повернеться, - метнула Невидимка. - Адже струмки знову сповнені. З чого б рибам їх уникати?
Але Плямиста Зірка дивилася на ряблячу воду і ніби не чула слів глашатаї.
Так багато риби загинуло в посуху, – знову зітхнула вона. - Що, коли озеро так і залишиться порожнім? Що ми їстимемо?
Невидимка присунулася до неї, торкнулася плечем, і з жахом відчула гострі ребра, що випирали з-під шкіри.
Все буде добре, – пробурмотіла вона. - Житло бобрів зруйноване, а після дощу скінчилась і посуха. То був важкий сезон, але ми вже пережили його.
Чорний Кіготь, Зубатка та Першоцвітик – ні, – вишкірилася у відповідь ватажка. - Троє померлих старійшин за одне зелене листя! Я змушена спостерігати, як помирають мої одноплемінники. А все тому, що в озері більше не залишилося нічого, крім бруду! А Луска? Він був сміливим, як і решта котів, що вирушили вгору річкою - то чому ж він не заслужив можливості повернутися? Може, тільки тому, що пішов надто далеко, туди, де Зіркове плем'я нічого не бачить?
Невидимка безпорадно погладила її по спині хвостом.
Луска загинула рятуючи озеро, племена і всіх нас. Ми завжди шануватимемо його пам'ять.
Плямиста Зірка роздратовано розвернулася і почала підніматися нагору берегом.
Він дуже дорого заплатив, - рикнула кішка, не обертаючись. - А якщо риба не повернеться до озера, його жертва буде марною.
Провідниця оступилася, і Невидимка рвонулася вперед, ладна її підтримати. Але та тільки роздратовано зашипіла і продовжила дертися вгору, спотикаючись і хитаючись.
Невидимка прилаштувалася ззаду, за кілька хвостів, не бажаючи метушитися навколо гордою золотистою кішкою. Вона знала, що тепер Плямиста Зірка постійно відчуває біль, заглушити який не в силах навіть усі трави Мотилинки, незважаючи на те, що хвороба ця зовсім не була незвичайною - лише спрага, різка втрата ваги, постійний голод і зростаюча слабкість, що притуплює слух. та зір. Невидимка відчула полегшення, тільки коли її ватажка протиснулася крізь папороті, що оточували табір Річкового племені, і зникла всередині.
І раптом звідти, з глибини, почувся здавлений крик.
Плямиста Зірка? - внутрішньо холодіючи, кішка кинулася нагору. Провідниця лежала на землі, широко розплющивши очі від болю і відчайдушно намагаючись вдихнути.
Не рухайся, – наказала Невидимка. – Я наведу допомогу.
Вона проламалася крізь папороті і вивалилася на галявину в центрі табору.
Мотилинка, швидше! Плямиста Зірка впала!
Почувся важкий стукіт лап по землі, потім майнула пісочна вовна Мотилінки, і, нарешті, вона сама з'явилася на порозі намету. Потім зупинилася і закрутила головою, не знаючи, куди йти.
Сюди! - крикнула їй Невидимка.
Пліч-о-пліч, кішки протиснулися між зеленими стеблами до своєї ватажки. Плямиста Зірка втомлено прикрила очі, повітря клекотіло в її горлі з кожним зітханням. Мотилинка схилилася над нею, обнюхуючи шерсть. Невидимка теж підійшла ближче, але відсахнулася, відчувши несвіжий запах, що йшов від хворої кішки. Поблизу вона побачила бруд на шерсті Плямистої Зірки, ніби та не вилизувалася цілий місяць.
Приведи Мятника та Камишинника, – тихо попросила її цілителька, обернувшись через плече. - Вони ще не пішли в патруль і допоможуть віднести Плямисту Зірку до її намету.
Відчуваючи полегшення, що тепер має привід піти, і провину за бажання це зробити, Невидимка мовчки кивнула, позадкувала і кинулася назад на галявину. Вона повернулася вже з М'ятником та Камишинником. Мотилинка допомогла ватажка підвестися, та тяжко сперлася на воїнів. Глашата пішла попереду, розсовуючи папороті і злегка притримуючи їх листя перед чи то провідними, чи тягли хвору кішку одноплемінниками.
Плямиста Зірка що, померла? - почувся дзвінкий голосок когось із кошенят Сутінки.
Звичайно, ні, любий, - пошепки відповіла королева. – Просто вона дуже втомилася.
Невидимка залишилася стояти на порозі намету ватажки, спостерігаючи, як Камишинник підгортає мох під голову кішці, що лежить. Це вже більше, ніж виснаження. У печерці ніби похмуріло, по кутках зібралися тіні, немов Зіркові предки вже були готові з'явитися і привітати провідницю Річкового племені, що йде. М'ятник протиснувся повз глашатаї, пахнучи ароматом папороті.
Дай мені знати, якщо я можу зробити для неї ще щось, - тихо промовив він, і Невидимка кивнула. Камишинник теж вийшов, опустивши голову і тягнучи за собою хвіст, що залишає в пилюці довгий слід.
Мотилинка трохи зсунула лапу Плямистої Зірки в зручнішу позу і випросталася.
Мені треба взяти трави зі свого намету, – оголосила вона. - Залишайся тут, так, щоб вона розуміла, що ти поруч, - цілителька озирнулася на кішку, що нерухомо лежить, потім підійшла ближче і шепнула в саме вухо, - Будь сильною, друже мій.
Після її відходу в наметі запанувала мертва тиша. Дихання Плямистої Зірки стало поверховим, її хрипи ледь колихали мох поруч із мордочкою. Невидимка опустилася поруч із нею і погладила хвостом кістлявий бік ватажки.
Спи спокійно, - м'яко промуркотіла вона. - Тепер усе буде гаразд. Мотилинка скоро принесе трави, і тобі стане краще.
На її подив Плямиста Зірка заворушилася.
Вже пізно, - проскреготала вона, не розплющуючи очей. - Зіркові предки близько, я відчуваю їх поряд із собою. Настав час і мені йти.
Не говори так! - зашипіла на неї Невидимка. - Твоє дев'яте життя тільки почалося! Мотилинка вилікує тебе, ось побачиш!
Мотилинка – гарна цілителька, але й вона не завжди може допомогти. Дай мені спокійно втекти. Я не битимуся в цій останній битві, і не хочу, щоб ти намагалася, - Плямиста Зірка спробувала посміхнутися, але видала лише хрип.
Але я не хочу губити тебе! - обурилася Невидимка.
Правда? - прохрипіла ватажка, розплющивши одне око. Бурштиновий погляд, що відчуває, окинув її з голови до п'ят. - Після всього, що я зробила з твоїм братом? З усіма напівкровками?
На якусь мить Невидимка знову відчула себе затиснутою в тій страшній чорній норі, що наскрізь смердла кроликом, біля старого табору Річкового племені. Тоді Плямиста Зірка та Зіркоцап об'єдналися, щоб створити Тигрине Плем'я, і, намагаючись очистити кров воїнів, взяли в полон усіх напівкровок. Невидимка і Камінь, який був тоді глашатаєм Річкового племені, щойно дізналися, що їхньою матір'ю була Синя Зірка. В очах ватажків цього було достатньо для вироку, і Плямиста Зірка дозволила Чорноп'яту холоднокровно вбити Камінь. Його сестру врятував Вогнезір, він же привів її в Грозове плем'я, де вона й залишалася, поки в битві з Кривавим племенем разом із дев'ятьма життями Зіркоцапа не скінчилася його влада.