Verso la fine degli anni '60, uno dei fisici più famosi del secolo scorso, John Wheeler (1911-2008), apparve in un popolare programma radiofonico scientifico della BBC. Ha parlato a lungo e in modo colorato di varie meraviglie cosmiche, e alla fine si è rivolto alla dolorosa domanda per lui su tutti i tipi di "osservazioni errate e oggetti mitici".
Qui, uno scienziato americano si avventò con entusiasmo sull'ipotesi dell'esistenza di stelle "congelate" (scure, congelate), che soprattutto non era di suo gradimento. Esprimendo il suo disprezzo per queste "fantasie fisiche e matematiche", le chiamava "buchi neri". Così, con la mano leggera di Wheeler, il termine figurativo "buco nero" è apparso sui media, e poi nei lavori scientifici.
Le voragini senza fondo dello spazio-tempo
Oggi chiamiamo buco nero il risultato del più sorprendente fenomeno naturale: la caduta “dentro se stessi” di enormi corpi celesti. In latino, collapsus significa "caduto", motivo per cui gli astronomi chiamano spesso i buchi neri "collapsar". Hanno un "concentratore" del campo gravitazionale così potente che nulla, compresa la luce, può sfuggirgli.
Storicamente, i buchi neri erano preceduti da stelle scure scoperte "sulla punta di una piuma" dall'astronomo britannico John Michell (1724-1793). Basandosi sulla teoria della gravitazione universale di Newton, Michell descrisse tali stelle, la cui forza di gravità manteneva anche i raggi di luce. Naturalmente, sarebbe impossibile notare una stella così completamente nera. Michell delineò i suoi calcoli in una delle riunioni della Royal Society di Londra nel 1784 e finì immediatamente sotto il fuoco. Dopotutto, l'astronomia di quel tempo non conosceva tali fenomeni!
Quindi l'idea delle stelle oscure, o, come vengono chiamate oggi, buchi neri "newtoniani", è stata sepolta per molto tempo negli archivi scientifici. È stato ricordato solo nell'era di Albert Einstein (1879-1955) e della sua teoria della gravitazione universale. La teoria di Einstein collegava la gravità alla curvatura dello spazio e attirò immediatamente l'attenzione di molti fisici.
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Il suo collega all'Accademia delle scienze di Berlino Karl Schwarzschild (1873-1916) è stato in grado di dimostrare che a volte masse gigantesche molto concentrate possono formare una sorta di imbuto senza fondo dello spazio-tempo.
Cose incredibili sarebbero dovute accadere vicino alla collapsar Schwarzschild: il cuore di una persona avrebbe iniziato a battere sempre meno, il suo orologio sarebbe rimasto irrimediabilmente indietro e la luce intorno a lui sarebbe diventata rossa. Il flusso stesso del tempo rallenterebbe, fino a solidificarsi vicino al confine condizionale del buco nero, come un fiume al gelo. Ebbene, cosa vedremo nelle profondità del collasso della collapsar?
Ahimè, lì stanno accadendo cose così strane che è semplicemente impossibile descriverle in modo popolare. Tuttavia, sebbene molti fisici discutano sulla struttura interna dei buchi neri, teoricamente hanno già trovato applicazioni.
Metro tra galassie
Più di 30 anni fa, il famoso astronomo e scrittore di fantascienza Carl Sagan decise di scrivere un romanzo sui viaggi interstellari e, allo stesso tempo, non dedicarsi alla fantasia vuota, ma creare un tunnel extradimensionale “reale” sulle pagine del suo libro. Per discutere i dettagli, si rivolse al famoso fisico teorico Kip Thorne, che si mise al lavoro con entusiasmo.
Thorne ei suoi collaboratori hanno dimostrato matematicamente in modo convincente che il canale spazio-temporale non solo può essere creato artificialmente, ma anche mantenuto in uno stato "funzionante". Il "wormhole" creato in questo modo nello spazio-tempo collegherebbe non solo gli angoli lontani della nostra Galassia, ma anche le distese metagalattiche.
La collaborazione di Sagan e Thorne ha portato al bestseller di fantascienza Contact, che presto è diventato la base per l'omonimo film altamente divertente. Esiste davvero una sorta di "metropolitana" tra le galassie, lungo la quale viaggia il protagonista. Nel frattempo, Wheeler ha criticato non solo i buchi neri, ma tutti i tipi di transizioni subspaziali tra di loro. Con grande sarcasmo, li chiamò "wormhole", "wormhole" e "worm tunnel". È semplicemente sorprendente, ma queste espressioni sono entrate prima nel lessico dei giornalisti e poi sono migrate verso i lavori scientifici.
La letteratura di fantascienza parla spesso dei modi più esotici per trascendere lo spazio e il tempo. Anche una sorta di tattica delle future "guerre stellari" è nata, quando la flotta da combattimento di terrestri "si tuffa" nel sottospazio di un buco nero ed emerge improvvisamente proprio alle basi di alieni ostili, precipitando istantaneamente miliardi di parsec.
Tuttavia, a giudicare dalle osservazioni astronomiche, i buchi neri richiederanno sforzi titanici per "domarli", perché sono gli oggetti spaziali più pericolosi che formano il "rilievo" dell'Universo.
Cannibali spaziali
Gli astronomi spesso registrano mostruose esplosioni di energia provenienti dallo spazio lontano. Questi possono essere echi dei drammatici processi di morte di pianeti e stelle nelle doline dei buchi neri. I mostri spaziali fanno a pezzi il corpo gassoso di una stella che si avvicina inavvertitamente e "inghiottono" completamente corpi celesti più piccoli - pianeti, comete e asteroidi.
Un buco nero attrae il lato di una stella volante ravvicinata di fronte ad esso molto più fortemente del lato opposto. Questa potente forza di marea allunga la stella e fa cadere il gas dalla stella nel buco nero. Gli astronomi hanno concluso che i buchi neri non nascono enormi, ma che crescono gradualmente a causa del gas e delle stelle delle galassie.
Tra i buchi neri ci sono anche grandi movimenti che si muovono rapidamente all'interno delle isole stellari delle galassie. Insieme alle loro controparti sedentarie, questi "cannibali spaziali" non solo divorano costantemente i sistemi planetari come il nostro solare, ma inghiottono anche la polvere e le nuvole di gas che si estendono tra gli ammassi stellari.
Gli astronomi hanno notato da tempo che nelle galassie più piccole i buchi neri sono meno massicci, con masse di poco più di qualche milione di masse solari. I buchi neri al centro delle galassie giganti includono miliardi di masse solari: il fatto è che la massa finale di un buco nero si forma durante la formazione di una galassia. In alcuni casi, i buchi neri si ingrandiscono non solo assorbendo gas da una singola galassia, ma anche unendo galassie, con il risultato che i loro buchi neri si fondono.
Al centro della Via Lattea si trova il nucleo della nostra Galassia, in cui è nascosto il misterioso oggetto Sagittario A *. Gli astronomi ritengono che questo sia il principale contendente per il ruolo di un buco nero con una massa di circa quattro milioni di masse solari.
Periodicamente, questo nostro "cannibale" locale divora questa o quella stella. E poi speciali telescopi a raggi X registrano l '"urlo di morte" del luminare sotto forma di un impulso a raggi X. È con il suo aiuto che i nostri organi interni vengono studiati nella stanza dei raggi X.
Tuttavia, i buchi neri possono essere abbastanza pacifici, formando sistemi a doppia stella con stelle ordinarie. Tuttavia, anche questo idillio finisce tragicamente e dopo centinaia di milioni, e forse miliardi di anni, la distanza tra il buco nero e la stella sarà ridotta a un limite critico. Il movimento della stella diventerà instabile e dopo alcune rivoluzioni attorno al mostro nero, scomparirà nel suo grembo.
Mistero del meteorite di Tunguska
In linea di principio, è possibile creare anche un buco nero artificiale. Per fare ciò, è necessario comprimere qualsiasi massa alla dimensione del raggio gravitazionale (il raggio della sfera su cui la forza gravitazionale creata dalla massa all'interno di questa sfera tende all'infinito), e quindi essa stessa inizierà a contrarsi catastroficamente - collassare.
È vero, questo è molto difficile da fare, perché minore è la massa, minore è il raggio gravitazionale. Ad esempio, il raggio gravitazionale della Terra è di circa un centimetro e per trasformare la Luna in un buco nero, dovrebbe essere compressa alle dimensioni di una grande molecola.
Tuttavia, con l'aiuto di modelli di fori microscopici o, come vengono più spesso chiamati, microcollapsar, a volte cercano di spiegare tutti i tipi di fenomeni misteriosi. Quindi, c'è un'ipotesi che il famoso meteorite di Tunguska non fosse altro che un buco nero in miniatura che vagava attraverso la vastità dell'Universo.
Si potrebbe, naturalmente, semplicemente respingere tali invenzioni, ma qui emergono dettagli curiosi: la completa assenza di resti di meteoriti, la natura insolita dell'esplosione e osservazioni contraddittorie della traiettoria di volo.
Ci sono idee che un tale microcollap-sar avesse un'origine completamente terrestre. Il fatto è che fu durante la caduta del meteorite di Tunguska che il grande inventore americano Nikola Tesla (1856-1943) testò un certo risonatore d'onda sulla sorprendente torre Wondercliffe, che, con l'aiuto delle "onde stazionarie dell'etere elettrico mondiale", avrebbe dovuto trasmettere energia a tutto il pianeta.
Le leggende metropolitane raccontano come un colossale plasmoide balenò su Podkamennaya Tunguska, collassando all'istante in un mini-foro nero. Questo processo ha causato un uragano di energia, registrato come un miracolo di Tunguska.
Esiste anche una versione di questa ipotesi, in cui il meteorite di Tunguska stesso era proprio un buco nero in miniatura che è penetrato nel nostro pianeta con grande velocità.
Quanto sono plausibili le conclusioni dei fisici teorici? Ci sono davvero tunnel di vermi nello spazio-tempo o è solo una specie di "fantasia fisica e matematica"? E la domanda più importante: è possibile proporre esperimenti reali per creare wormhole subspaziali artificiali che conducano allo spazio di altre dimensioni?
L'LHC è una macchina del giorno del giudizio o un generatore di microcollapsar?
I calcoli mostrano che i buchi neri microscopici possono benissimo sorgere negli esperimenti sugli acceleratori di particelle, come il noto Large Hadron Collider (LHC) lanciato al CERN.
Il principio di funzionamento dell'LHC è teoricamente abbastanza semplice: immagina un tubo in cui due cannoni giganti si sparano l'uno verso l'altro con proiettili speciali: le particelle elementari che compongono gli atomi. Quando questi proiettili microscopici si incontrano, si disperdono come fuochi d'artificio di ogni sorta di frammenti, tra i quali possono esserci microscopici buchi neri.
Se i fisici di LHC scopriranno questi microoggetti, la sensazione scientifica supererà di gran lunga la recente scoperta della "particella divina" - il bosone di Higgs.
Alcuni scienziati ritengono che i micro-collapsar siano oggetti molto pericolosi che possono portare a disastri planetari. Il lancio dell'LHC è stato accompagnato da proteste e un gruppo di fisici ha persino citato in giudizio il CERN come organizzazione che mette in pericolo l'umanità in un pericolo mortale.
Alla fine, le passioni si sono un po 'placate, poiché i fisici hanno mostrato chiaramente che ogni momento valanghe di particelle cosmiche cadono sulla superficie terrestre, superando di molto l'energia dei prodotti di collisione nell'LHC. Tuttavia, i flussi di raggi cosmici ad altissima energia non rappresentano un pericolo e non generano buchi neri microscopici.
D'altra parte, i modelli al computer mostrano che se la Terra fosse visitata da un mini-buco, allora cadrebbe immediatamente al centro del nostro pianeta e inizierebbe a ruotare attorno ad esso, assorbendo il magma. Ma non importa quanto possa sembrare minaccioso questo processo, ci vorranno diversi miliardi di anni prima che in qualche modo si manifesti in superficie. Quindi, è del tutto possibile che viviamo con un buco nero sotto i nostri piedi da molto tempo …
Il futuro dell'universo e la vita in un buco nero
Non è noto se l'umanità esisterà tra miliardi di anni, ma nella versione ottimale, gli astronomi del lontano futuro saranno in grado di osservare una metagalassia completamente diversa: l'Universo visibile. La maggior parte delle stelle si spegnerà e i luminari simili al sole si trasformeranno in nani superdensi. Allo stesso tempo, stelle più massicce diventeranno buchi neri che sono ancora più piccoli e hanno un campo gravitazionale così forte che nemmeno la luce può superarlo.
Tuttavia, questi resti continueranno a ruotare attorno al centro galattico con un periodo di circa 100 milioni di anni. Le collisioni tra i resti getteranno alcuni di loro fuori dalla galassia. Il resto si stabilirà in orbite più vicine al centro e alla fine si unirà per formare un gigantesco buco nero al centro della Galassia, che un giorno inghiottirà tutta la materia.
Quale sarà: la fine della vita e la ragione nel nostro universo?
Non affrettiamoci, perché alcune teorie moderne prevedono che anche nelle terribili profondità dei buchi neri possono esistere interi pianeti, che ruotano indefinitamente attorno a un punto centrale. Secondo calcoli preliminari, tali pianeti possono persino essere illuminati intensamente a causa dei fotoni intrappolati dall'esterno nella trappola del foro e che ruotano insieme ad altri corpi nella stessa orbita stabile.
Rimane solo l'ultima domanda da risolvere: può esistere la vita sui pianeti di un buco nero? Secondo alcuni teorici, questo è possibile. Inoltre, fuggendo dai cataclismi cosmici, la nostra futura civiltà altamente sviluppata può trovare un vero rifugio nelle profondità del buco nero supermassiccio che occupa il nucleo della Via Lattea.
Naturalmente, i colonizzatori dei buchi neri dovranno risolvere una serie di compiti grandiosi, come contrastare le colossali forze di marea e proteggersi dal più forte flusso di radiazioni. Tuttavia, dal punto di vista dell'evoluzione della ragione, una civiltà che è riuscita a penetrare nel buco nero avrà tecnologie davvero favolose in grado di risolvere i problemi più fantastici.
Forse, entro pochi millenni, la civiltà umana sarà completamente libera di aprire portali ad altri mondi. In questo caso, possono sorgere una varietà di opzioni: wormhole tra parti distanti della nostra Galassia, tunnel subspaziali tra galassie ai confini dell'Universo, ponti tra il passato e il futuro, wormhole verso altri mondi.
Allora l'umanità del futuro non avrà paura delle catastrofi cosmiche e potrà viaggiare liberamente attraverso universi diversi, scegliendo un habitat favorevole. Inoltre, avendo capito come nascono gli universi e perché hanno proprietà diverse, la supercivilizzazione può iniziare a cercarne di già pronti attraverso la gola dei buchi neri e creare nuovi mondi, più adatti alla vita e non suscettibili a tutti i tipi di cataclismi.
Allora, cosa nascondono i buchi neri in se stessi? Un percorso verso altri mondi, energia sconfinata del futuro, ultimo respiro dell'Universo o civiltà di altri mondi?
È possibile che l'attuale generazione di studenti e scolari conoscerà le risposte ad alcune di queste domande. Possiamo solo aspettare quel momento emozionante in cui gli astronomi saranno finalmente in grado di iniziare a studiare direttamente "i candidati per i collapsar gravitazionali".
Oleg FAYG
