CC BY
0
УДК 53 01
Трутнев Анатолий Федорович
Кандидат сельскохозяйственных наук, пенсионер,
Россия
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ МАССЫ У ЧЕРНЫХ ДЫР (ГИПОТЕЗА)
Аннотация
В статье рассматриваются проблемы образования масс микроскопических и сверхмассивных черных дыр. Обосновывается это отсутствием внятного объяснения способов их формирования. Исследования проводились с использованием смоделированной системы. Это дало возможность раскрыть механизм образования их масс и обосновать центральное местоположение в галактиках сверхмассивных черных дыр
Ключевые слова:
черная дыра: проблема; система; материя; пространство; силовая нить; масса; механизм; образование; спектр.
Annotation
The article deals with the problems of mass formation of microscopic and supermassive black holes. This is justified by the lack of a clear explanation of the ways of their formation. The research was carried out using a simulated system of interaction between matter and space. This made it possible to reveal the mechanism of their mass formation and to substantiate the central location of supermassive black holes in galaxies
Keywords:
black hole: problem; system; matter; space; force thread; mass; mechanism; formations; spectrum.
Актуальность. Несмотря на столь длительный период изучения с привлечением ведущих физиков теоретиков, черные дыры до сих пор содержат много неясностей и вопросов. И одним из главных из них является механизм образования этих загадочных объектов природы[3.с.75 -89]. Получение логически обоснованных ответов, по этому вопросу является актуальным для современной физики
Цель. Дать логически обоснованные объяснения механизма образования различной массы черных дыр.
Научная новизна. На основании базисных принципов смоделированной системы представлены механизмы формирования черных дыр в результате взаимодействия материи с пространством
Введение
Возможность существования экзотического состояния материи в виде черных дыр следует из общей теории относительности. Многие ученые [2.с.24 -35] ставили под сомнение реальность их существования, но в 2019 году была опубликована фотография, на которой изображена тень черной дыры в галактике М87. Изображение, полученное в результате наблюдений, является доказательством реальности их существования.
Черные дыры отделяются от остального пространства определенной поверхностью, которая называется горизонтом событий (Рис.1). Через эту поверхность вещество и излучение свободно падают в черную дыру, а назад они выйти не могут, потому что, даже свет не может преодолеть притяжения её сильного гравитационного поля, Область невозврата ограниченная горизонтом
событий носит название сингулярности. Это внутренняя часть черной дыры, где сосредоточена её масса.
Рисунок 1 - Изображение черной дыры взято из Википедии. С - горизонт событий, 1 - сингулярность
Гравитация черной дыры считается такой сильной [5.с.76 -95], что все материальные объекты, оказавшиеся в зоне её влияния, разрываются и поглощаются ею. Частицы материи, достигающие горизонта событий, падают в неё. В результате вокруг черной дыры формируется аккреционный диск. Падающие в неё частицы движутся с около световой скоростью. В диске они теряют угловой момент и вследствие трения между соседними слоями, выделяется энергия, Одна её часть идет на увеличение скорости движения газа, а другая излучается в виде тепла.
В настоящее время у ученых нет никаких сомнений в существовании с различной массой черных дыр (таблица1). Приведенные в таблице данные взяты из Википедии.
Таблица!
Наименование черных дыр Название Местоположение черных дыр Масса черных дыр
Микроскопическая неизвестно неизвестно 2Д76-108 кг
От коллапса звезды неизвестно неизвестно Свыше 3- х солнечных масс
Сверхмассивные Sgr А* («Стрелец А*»), МЗ1 Млечный путь Андромеда 5 106 1,4 108 солнечных масс
Так, в ходе астрономических наблюдений достоверно установлено, что в центрах многих галактик расположены черные дары массами в миллионы и миллиарды солнечных масс. Расчетами, проведенными индийским физиком Чандрасекаром [7.с.489 -506] доказано, что если начальная масса звезды составляет более 3- х масс солнца, то она в конце жизни коллапсирует в черную дыру. Также, теоретически считается допустимым возможность существование микроскопических черных дыр, ограниченных планковской массой [1.с.16- 18]. В тоже время следует отметить, что механизм их формирования содержит много неясностей и вопросов. Особенно это касается образования микроскопических и сверхмассивных черных дыр[6.с. 136]. И для их решения выдвигаются различные гипотезы и предположения.
В данной статье представлено объяснение механизма образования спектра черных дыр на основе смоделированной системы взаимодействия материи с пространством, базирующейся на следующих принципах.
Методика моделирования
Физический мир (К) состоит из материи и пространства
К = Ш + Р где Ш - материя, Р - пространство
В смоделированной системе материя и пространство были разделены на неделимые частицы и обозначены следующим образом: g -сгусток материи энергии- гравитон, р - сгусток энергии пространства - простон.
Пространство в ней представлено совокупностями простонов, собранных в «силовые нити», которые, в свою очередь, образуют своеобразную «сеть», равномерно напряженную во всех направлениях за счет сил отталкивания одноименных зарядов.
Материя в ней представлена совокупностями гравитонов, размещенных определенным образом в силовых нитях. Способы этих размещений определяют многообразие физического мира.
Энергия в системе является формой взаимосвязи материи с пространством. В ней она представлена в виде энергии материи и энергии пространства Они взаимно переходят друг в друга и служат основой для формирования различных видов энергии и способов их перехода одного вида в другой.
Результаты моделирования
В настоящее время в научном мире доминирует теория рождения Вселенной в результате Большого Взрыва [4.с.38- 55]. Считается, что после него началось поэтапное рождение, становление и функционирование Вселенной.
Первой после Большого Взрыва считается Планковская эпоха с температурой 1032 K и плотностью около 105 г/см3. Через 10-35 секунды после наступления Планковской эпохи наступила эра инфляционной эпохи. В этот период Вселенная увеличилась в 1050 раз. Затем наступила кварковая эпоха. Температура в этот период развития Вселенной составляла более 1012К. В это время Вселенная была заполнена кварк-глюонной плазмой. За ней наступила эпоха адронов и лептонов. Температура Вселенной опустилась ниже1012К и кварк-глюонная плазма охладилась до величин, при которых кварки группировались и образовывали адроны. В этот же период начали образовываться лептоны. Дальнейшее снижение плотности излучения привело к образованию атомов водорода и гелия. Эпоха эта называется фотонной. К её концу температура Вселенной опустилась до35000 К и она стала прозрачной для прохождения фотонов.
Рабочая гипотеза моделирования основана на базисных принципах теории Большого Взрыва. Согласно этой теории у материи и у пространства одна природа формирования. Обе образовались из единой субстанции энергии, В инфляционный период в процессе формирования Вселенной они разъединились, но постоянно и непрерывно взаимодействуют между собой. Материя не может существовать без пространства, а пространство без материи. Поэтому все физические процессы, явления и закономерности окружающего мира являются результатом взаимодействия этих констант. Рассмотрим поэтапное рождение, становление и функционирование Вселенной, исходя из этих принципов.
Начальный отсчет. В начале Взрыва (10-43—1035 сек.) излучения энергий были обособлены и не взаимодействовали между собой, температура энергии материи составляла 1032К, а энергии пространства 0 К. (Рис.2.а). В этот период и образовались сгустки энергии материи (гравитоны) и сгустки энергии пространства (простоны). В течение 1035 --10-30 секунды отдельные простоны группировались (объединялись) в «силовые нити», а другие остались «свободными». Часть гравитонов тоже объединялись (сливались) в сверхмассивные сгустки (частицы), но большая часть оставалась в «свободном» состоянии.
Эра инфляции. Когда возраст Вселенной достиг,10-35 секунд произошло, перемешивание энергий (Рис.2.Ь), приведшее к её экспоненциальному взрыву, в результате которого её первоначальный размер увеличился 1050 раз. Значительная часть инфляционной энергии израсходовалась на растяжение силовых нитей пространства и образование из них своеобразной «сети», равномерно напряженной во всех направлениях, то есть на формирование пространства современной Вселенной (Рис.2х). В этот период начали образовываться первые представители обычного вещества частицы разных зарядов.
Кварковая эпоха. Она началась в 10-30 секунд от момента рождения Вселенной. В ней начали формироваться кварки. Кварки образовались следующим путем. Сгустки энергии материи (гравитоны), вследствие разновидности зарядов со сгустками энергии пространства простонами стягивали силовые нити, состоящие из простонов. В результате выделялась, энергия, затраченная на растяжение силовых нитей. Затем энергия преобразовывалась в силу, которая действовала на гравитоны, в направлении их сближения. Двигаясь по силовым нитям пространства, гравитоны объединялись (слипались) в определенные пространственные совокупности (кварки) и приобретали массу. В это время уже существовали фотоны, но из-за высокой плотности излучения они не
могли распространяться в силовых нитях пространства.
Эпоха возникновения адронов и лептонов. По мере расширения Вселенной и увеличения её радиуса, плотность излучения энергии и температура в ней уменьшались, а вместе с ними снижалась и степень сжатия силовых нитей. В эту эпоху, кварки, двигаясь в силовых нитях пространства, приобретали массу, объединялись и превращались в протоны и нейтроны. Свободные простоны объединялись и образовывали электроны.
Фотонная эпоха. Дальнейшее снижение плотности излучения и степени сжатия силовых нитей пространства привело к тому, что расстояние между силовыми нитями пространства достигло значений соответствующих внутриатомному пространству атомов гелия и водорода и начали образовываться атомы этих элементов. К концу фотонной эпохи Вселенная стала прозрачной для прохождения фотонов (Рис.2. d).
Рисунок 2 - Схема формирования Вселенной в результате Большого Взрыва. А - состояние энергий материи и пространства перед началом взрыва, Ь - перемешивание энергий с - образование силовых нитей пространства из простонов в инфляционный период ^эра
формирования звезд и галактик р - простон
С помощью предложенной гипотезы попробуем объяснить механизмы образования спектра черных дыр следующим образом. С позиции модели, черные дыры представляют собой силовые нити, сжатые до минимальных пределов, а между ними размещены неделимые частицы материи гравитоны (Рис.3). Исходя из этого, можно заключить следующее. Принцип формирования у черных дыр одинаковый, а вот механизмы приобретения ими массы будут разные. Рассмотрим их на выше приведенных видах черных дыр.
5 5
в в
Рисунок 3 - Схема формирования структуры черной дыры G - горизонт событий, Z - сингулярность, S - силовая нить, p - простон, g - гравитон
1. Микроскопические черные дыры (Рис.4 a). Предположительно они могли появиться на ранних стадиях развития Вселенной в местах с благоприятными условиями формирования черных дыр, а именно, где доминировали большая плотность материи и высокая степень сжатия силовых нитей. Теоретически не исключено образование их и на последующих стадиях. Например, при взрывах сверхновых звезд выделяется колоссальное количество энергии, которая затем преобразуется в мощную ударную волну. При прохождении её сквозь космическое облако в отдельных его местах могут создаться условия для образования микроскопических черных дыр.
2. Черные дыры, возникшие в результате коллапса массивных звезд (Рис.4.Ь). Образуются они следующим образом. Звезда - это газовый шар, который уплотняется на протяжении всей своей жизни. Происходит это за счет уменьшения расстояний между силовыми нитями, то есть увеличение их степени сжатия, пронизывающими его внутреннюю полость (Рис.5.a). Рост степени сжатия продолжается до начала термоядерной реакции. Затем тепловая энергия, выделяющаяся при этой реакции, начинает их расширять, действуя в противоположном направлении. В результате устанавливается равновесие, и уплотнение звезды прекращается (Рис.5.Ь). После выгорания ядерного топлива выделение тепловой энергии прекращается, и уплотнение внутреннего пространства звезды вновь возобновляется. (Рис.5. с). Уменьшения расстояний между силовыми нитями происходит вначале в межмолекулярном пространстве, затем во внутри атомном пространстве. и в последней стадии во внутри ядерном пространстве атомов химических элементов, содержащихся в центре звезды. В этой стадии расстояния между силовыми нитями достигают минимальных размеров (г0), допустимых для сближения одноименных зарядов. В результате происходит разрушение протонов и нейтронов, содержащих в ядрах атомов, до последних неделимых частичек материи гравитонов и они распределяются внутри силовых нитей.
5 5 3 5 5 3
С
Рисунок 4 - Схема изображения различных видов черных дыр. а - микроскопических, Ь - образованные в результате коллапса массивных звезд, с - сверхмассивные. S - силовая нить p - простон, g - гравитон
Ь
Рисунок 5 - Схема изменения объема звезды, в различные периоды её жизни. а - начальный, Ь- термоядерной реакции, с - коллапса, п- расстояние между силовыми нитями в начальный период, Г2 - при термоядерной реакции, го - при коллапса е, р1- сила сжимает силовые нити, р2 - сила их расширяет, О - центр звезды, S - силовая нить р - простон.
3. Сверхмассивные черные дыры. В результате астрономических наблюдений достоверно установлено наличие в центрах многих галактик сверхмассивных черных дыр с массой миллиардов солнечных масс. Поэтому встает вопрос, каким образом эти загадочные объекты смогли накопить такие колоссальные массы. Если предположить, что они могли образоваться из массивных звезд после их коллапса, то это маловероятно. Потому что звезда должна сформироваться из космического облака, прожить жизнь на главной последовательности. Пережить коллапс и превратиться в черную дыру. Затем притянуть к себе миллионы других удаленных от неё звезд, разрушить их и поглотить. На всё на это требуется время, но возраст Вселенной составляет 13,5 миллиарда лет, у них нет времени, на приобретение такой массы. С позиции смоделированной системы ход эволюции сверхмассивных черных дыр мог происходить следующим образом
Сверх массивные черные дыры образовывались на ранних стадиях формирования Вселенной. В это время в ней могли появляться области, где доминировали флуктуации плотности вещества в совокупности с высокой степенью сжатия силовых нитей. Такие области вполне могли иметь протяженность в миллиарды километров. В таких местах можно предположить, что расстояние между соседними силовыми нитями, могли уменьшиться, до расстояний, соизмеримых с размером гравитонов. В этих условиях гравитоны будут плотно размещены между простонами, составляющими силовые нити, а черная дыра не будет, увеличивается в объеме четырехмерного пространства, а будет расти внутри себя (Рис.4. с). В фотонную эпоху, в эру рождения звезд, черные дыры с такой протяженностью могли стать зародышами будущих галактик. Обладая колоссальной массой, они были способны сжать силовые нити вокруг себя до такой степени, что окружающие их звезды стали их спутниками. Из массы этих звезд и вещества ещё не вошедшего в стадию звездообразования, эти монстры на протяжении последующих периодов жизни, наращивали свою массу до величин, вычисленных астрофизиками в настоящее время Заключение
Предложенная смоделированная система взаимодействия материи с пространством позволяет дать логически обоснованные ответы на ряд проблемных вопросов по непрерывному спектру масс черных дыр. А именно, по возникновению и эволюции микроскопических и сверх массивных черных дыр. Система построена на гипотетической основе существовании силовых нитей пространства, которые в настоящее время ещё не открыты, но имеются косвенные доказательства их влияния на многочисленные физические процессы, явления и закономерности, происходящие в реальности Список использованной литературы:
1. Долбилин А.А Черные дыры // Молодой ученый. — 2017. — № 2 (136). — с. 16-18. — URL: https://mtwch.ru/archive/136/38043/ (дата обращения: 10.04.2024).
2. Николаев Г. Черные дыры. Для чего они мирозданию // Наука и жизнь -1998, № 10 с.24 - 35
3. Новиков И. Д. Черные дыры во Вселенной // Успехи физических наук, 2001, т. 171, № 3 с.75-89
4. Ройзен И. Вселенная между мгновением и вечностью. Наука и жизнь -1998, № 11 с.38 - 55
5. Транковский С.И Черные дыры во Вселенной //. Наука и жизнь -- 2000, № 8 с.76 -95
6. Хокинг Стивен «Краткая история времени. От Большого Взрыва до черных дыр» «Издательство АСТ», 2017 с.138
7. Чандрасекхар. С. О звездах, их эволюции и устойчивости // Успехи физических наук 1985. — Т. 145, вып. 3. — с.489—506
©Трутнев А.Ф., 2024
