Лепо је почело, што кварите?

Хајде да се држимо теме, ако нешто тврдите дајте референтни извор...

Дај мало о процесима у језгру сунца.

И да, ово ме је занимало, нешто се као присећам...

Како се мери удаљеност између објеката у космосу (нешто у вези паралаксе, а чини ми се и да има неке везе са магнитудама...) ?

Али да ми објасните корак по корак, ако може?

Mene zanima sledće i ako može odgovor. Ako je do skora masa planete Zemlje bila uvek ista. Šta se dešava kada se šalju sateliti van zemljine orbite na primer na Mars. Dal se onda menja zemljina masa i kako to utiče na nju, naravno ako i padne satelit na mars dal se onda menja i masa Marsa. Dal ima nekakvog uticaja na odnos između planeta ako palanete menjaju masu???

Sve utice na sve. Sto je veci, gusci ili masivniji objekat, to je i uticaj veci, i obrnuto.

ŽIVOT ZVEZDA

Naše Sunce, koje svetli od kad znamo za sebe, jedno je od zvezda galaksije Mlečni put. Za nas Sunce oduvek izgleda isto i nepromenjivo, međutim, to ne znači da je uvek tako bilo i da će tako ostati. Kod života Sunca, radi se o nezamislivo dugačkom vremenskom periodu, da je naš život samo zrak svetlosti u Sunčevom sjaju, samo kapljica u moru, samo treptaj oka, prema životu Sunca. Naš život, premda mnogo bogatiji i raznovrsniji, u biti se na razlikuje mnogo od života jedne prosečne zvezde kao što je naše Sunce. Zvezde se takođe rađaju, kreću i okreću, spavaju, hrane se, umiru. Neke čak i rađaju decu (nove zvezde, planete ili neke druge objekte). Sve to zavisi od uslova u kojima je zvezda rođena i o okolnostima u kojima živi, pa je to identično kao i sa svim životnim oblicima na Zemlji.

Mesto gde se rađaju zvezde nalazi se u dubinama golemih oblaka gasa i prašine. Takvi oblaci ispunjavaju veći deo ravni naše galaksije, a jedan od najpoznatijih je Orionova Maglina. Sam međuzvezdani oblak sam za sebe prilično je stabilan jer je pritisak gasa koji želi raširiti oblak uravnotežen vlastitom silom gravitacije koja čestice gasa drži na okupu. Međutim, ta se ravnoteža može lako poremetiti bilo da oblak zađe među gasovite oblake u jednom od spiralnih krakova Galaksije, bilo zahvatanjem materije iz neke obližnje eksplozije supernove. Uglavnom, gasoviti oblak se spljošti i gravitacija počinje delovati, pa se oblak gasa podeli na gomile gasa koje se delovanjem gravitacije smanjuju pa se sve brže vrte, što je u skladu s očuvanjem momenta količine kretanja. Tako se unutar ostataka početnog oblaka gasa počinje stvarati celi skup protozvezda.

Kako se protozvezde stežu, kao posledica, u njihovom središtu raste temperatura. Kada temperatura jezgra poraste na desetak miliona stepeni, počnu nuklearne reakcije fuzije. Četiri vodonikova jezgra stope se i nastaje jezgro helijuma. Da bi se to ostvarilo jezgra moraju raspolagati sa dovoljno energije da se savlada odbijanje koje nastaje zbog pozitivnih naelektrisanja jezgara (istoimena naelektrisanja se odbijaju), a kako je temperatura mera za brzinu čestica gasa, dovoljno visoka temperatura će to osigurati. Fuzijom vodonika u helijum oslobađa se velika količina energije u obliku novih čestica i gama zraka. Zahvaljujući Einsteinovoj jednačini E = mc2 znamo da je masa samo oblik energije, pa se emitovanjem energije koju mi uglavnom vidimo kao svetlost, zvezde gube masu. Tako naše Sunce gubi četiri miliona tona svoje mase svake sekunde. Ipak, ne moramo se bojati da će ostati bez goriva barem još toliko koliko već sija i sada je u najboljim godinama svog dugog životnog veka od preko 10 milijardi godina. Ali, jednog dana jezgro helijuma će se zagrejati dovoljno da započne fuziju u ugljenik. Taj novi proces podići će temperaturu i spoljni slojevi Sunca počeće se drastično širiti. Sunce će narasti u tzv. crvenog diva i prečnik će mu se povećati više od stotinu puta. Progutaće Merkur i Veneru, a možda i Zemlju. Vremenom, i taj proces se završava, ostavljajući jezgro od ugljenika. S nedovoljnom gravitacijom da fuzionira ugljenik, Sunce umire, a spoljni slojevi se raspršuju u obliku planetarne magline, a jezgro postaje jako komprimovani beli patuljak, koji će se vremenom ohladiti i ugasiti.

Ako zvezda ima masu veu od 10 sunčevih masa, vrlo je verovatno da će životni vek završiti spektakularnom eksplozijom za vreme koje može dostići sjaj kao milijarde zvezda zajedno. Takva eksplozija poznata je kao supernova i jedan je od najveličanstvenijih događaja u Svemiru. Jedna takva zvezda prolazi kroz veći broj procesa nego naše Sunce. U početku, nakon formiranja, zvezda počinje fuzionirati vodonik u helijum pa ulazi u glavni niz, gde zvezde postojano sjaje. S obzirom na njenu veliku masu, zvezda brzo troši vodonik i za razliku od našeg Sunca koje će biti u glavnom nizu oko 10 milijardi godina, ovako masivna zvezda izlazi iz niza veæ za nekoliko stotina miliona godina.

Glavni niz zvezda je linija u Hertzsprung - Russellovom dijagramu gde se nalazi većina zvezda. U dijagramu se vidi odnos između spektralne klase i vidljive magnitude zvezda. Spektralna klasa (OBAFGKM) je definisana po površinskoj temperaturi zvezde, a od nje zavsi boja kojom mi vidimo zvezdu. Najhladnije zvezde su ujedno i zvezde s najmanjom masom klase M koje mi vidimo crveno. Zvezde klase G su kao naše Sunce i sjaje žutom bojom dok su plave najmasivnije klase B i O. Još pre nego se znalo za evoluciju zvezda, zvezda su klasirane po nekim specifičnostima i iako su nekada dobijale slova po redu, kasnije su neke klase izbačene, a i redosled se promenio. Uglavnom, zvezde koje su u glavnom nizu, fuzioniraju vodonik, a zato što većinu svog aktivnog života zvezde troše vodonik, većina zvezda su u glavnom nizu.

Nakon nekoliko stotina miliona godina, zvezda pretvori većinu vodonika u središtu u helijum. Reakcije u središtu prestaju, jer je za fuziju helijuma u ugljenik potrebna veća temperatura nego za vodonik. To ne traje dugo, jer gravitacija opet počinje pritiskati i povećavati temperaturu u središtu pa počinje fuzija helijuma, a oko jezgra još traje fuzija vodonika. Novostvoreno jezgro helijuma dalje se fuzionira u ugljenik, ugljenik u kiseonik, kiseonik u silicijum, a silicijum u gvožđe. Svaka sledeća stepenica fuzije traje mnogo kraće od prethodne, tako da kada započne fuzija u gvožđe, ostalo je svega nekoliko dana do eksplozije. U tom trenutku, zvezda je građena kao luk, sastoji se od niza slojeva, gde se u svakom, spolja prema središtu formiraju teži elementi. Sve te fuzione reakcije, do sada su oslobađale energiju i ona je sprečavala materiju od daljeg zgušnjavanja. Međutim gvožđe je takve atomske strukture, da se njegovom fuzijom neće osloboditi energija, već je energiju potrebno uložiti. Sada se u središtu formira jezgro gvožđa tj. razbijenih atoma gvožđa bez elektronskih omotača. Takva materija se naziva degenerisanom. Jedino što sada sprečava jezgro od daljeg urušavanja je elektronski fluid tj. elektroni oduzeti od atomskih jezgara, koji se sada kreću sve bliže samim jezgrima, a time su i međusobno bliže, pa je i jače njihovo odbijanje. Ipak, iako je gravitacija daleko najslabija sila u prirodi (za koju znamo), ona je samo privlačna sila i deluje na velike udaljenosti, tako da daljim povećavanjem jezgra gvožđa nadvladava i elektromagnetnu silu koja je 10 na 39-tu puta jača od nje. Zvezda se počinje naglo urušavati prema središtu i u milisekundi, povratni udar potpuno razara spoljne delove zvezde, odnoseći cele komade u svim smerovima, uz veliko zračenje u kompletnom elektromagnetnom spektru. Time dolazi do novih zgušnjavanja gasa koji omogućavaju rađanje novih zvezda. Čak 99,5% energije odlazi u obliku neutrina, tih misterioznih čestica, za koje se još ne zna da li imaju ili nemaju masu i verovatno su oni ti koji razaraju zvezdu. U središtu, može preostati samo neutronska zvezda ili crna rupa.

Još davne 1930. tada još nepoznati indijski astrofizičar Subrahmanyan Chandrasekhar izračunao je da elektromagnetna sila u belom patuljku neće izdržati spolje slojeve od urušavanja ako mu je masa veća od 1,44 sunčeve mase (danas poznato kao Chandrasekharova granica). Danas su pronađeni mnogi nevidljivi objekti, mase veće od te granice i najčešće su to neutronske zvezde ili crne rupe. Neutronske zvezde predstavljaju sledeći stepen odbrane od daljeg urušavanja. Kod njih je došlo do spajanja elektrona i protona, pa su se naelektrisanja poništila i ostali su samo neutroni sabijeni toliko da su doslovno u dodiru. Sada je na delu sama nuklearna sila, hiljadu puta jača od elektromagnetne i ona se suprotstavlja gravitaciji. Kada su 1967. otkriveni pulsari, bili su velika nepoznanica. Neki su čak smatrali da su to signali neke vanzemaljske civilizacije koja druge obaveštava o svom postojanju, ali kako je otkrivano sve više takvih objekata, videlo se da bi bilo čudno da sve civilizacije pokušavaju komunicirati na isti način, samo signalom u kojem nema nikakvih informacija. Postalo je jasno da su ti objekti neutronske zvezde, koje rotiraju i stotinu puta u sekundi oko svoje ose. U njima je materija neverovatno zgusnuta i neutronska zvezda mase našeg Sunca imala bi svega 14 km u prečniku. Prilikom rotiranja, zvezda emituje elektrone, ali njih zarobljava magnetno polje i oni se mogu otisnuti samo na magnetnim polovima. Zbog tolike gustine, neutronska zvezda ima neobično snažno magnetno polje, a kako se magnetski polovi ne moraju poklapati sa rotacionim (tako je i kod Zemlje), prilikom rotiranja na polovima izleću elektroni. Zbog jakog gravitacionog i magnetnog polja, mnogi se ne uspevaju otisnuti, ali gube energiju u obliku mikrotalasa. Tako svaka neutronska zvezda emituje dva mlaza mikrotalasa sa suprotnih strana svog malog globusa i ako se slučajno Zemlja nalazi na putu jednog od tih mlazova, registrovali bismo kratke impulse mikrotalasa koji se javljaju pri svakoj rotaciji. Pulsar je otkriven i u poznatoj Rakovoj maglini (Craba-nebula - M1) i znamo da je ona ostatak eksplozije supernove koja je sa Zemlje viđena 1054. godine i zabeležena od strane Kineskih astronoma.

Iako neutroni u neutronskoj zvezdi mogu izdržati masu iznad Chandrasekharove granice, ni nuklearna sila nije beskonačna. Masa veća od 3,2 sunčeve mase, dovoljna je da probije najjači otpor koji može pružiti materija od daljeg kolapsiranja i ne postoji više ništa što ga može zaustaviti. Tako nastaju objekti poznati kao crne rupe.

CRNE RUPE

POJAM CRNE RUPE

Odakle im baš ovakvo ime? Jednostavno, ne vide se i gutaju sve što im se nadje na domak ruke. Ovaj apstraktan pojam postoji kao mogućnost više od dvesta godina. Prva osoba koja je o crnim rupama objavila studiju i to zasnovanu na Njutnovim zakonima bio je profesor sa Kembridza, Dzon Micel (John Michell) 1784. godine. On je istakao da zvezda koja je dovoljno masivna ima snažno gravitaciono polje kojim čak i svetlost savija ka sebi. Micel je smatrao da postoji veliki broj ovakvih zvezda, samo što mi nismo u stanju da ih vidimo, jer svetlost sa njih ne može doći do nas, posmatrača.
Francuski naučnik Laplas je, nezavisno od Micela, 1795. došao na sličnu zamisao i izračunao da svetlosni zrak dovoljno masivne zvezde ne bi bio u stanju da napusti njenu površinu. Tada je napisao: "...prema tome, nije isključeno da najsvetlija tela iz toga razloga postanu nevidljiva...". Tu svoju ideju on je uključio samo u prvo i drugo izdanje svoje knjige "Sistem sveta", da bi je u ostalim izdanjima izostavio, verovatno smatrajući je nebitnom.

Što se tiče samog termina, novijeg je datuma. Dzon Viler je 1969. godine na jednom seminaru u Njujorku  imenovao ovu pojavu i prvi počeo da koristi termin "crna rupa" kao zamenu za "gravitaciono kolapsiranje zvezda" kako su je oslovljavali u engleskoj literaturi, dok je u ruskoj ovaj termin zamenio termin "zamrznuta zvezda". To je očito imalo magičan efekat, jer su svi ubrzo prihvatili taj termin, a i izmedju ostalog i u naučnoj fantastici...

Šta je to "crna rupa"?
Crna rupa je jedan od mogućih zvezdinih "ostataka" - ekstremno zakrivljena oblast prostor-vremena iz koga se, prema klasičnoj fizici, ništa, čak ni svetlost, ne može otisnuti zbog izuzetno velike sile teže, odnosno gravitacije. Možda je to prazan prostor, mozda je to prava rupa u svemiru, a mozda je ona mesto koje je otsečeno od ostatka svemira, a možda ni same crne rupe, u stvari, ne postoje. Dokazano je da postoji mogućnost njihovog postojanja, ali nema dokaza da one zaista postoje, jer se golim okom ne mogu videti čak ni kad bi gledali kroz najbolji svetski teleskop, jer su jednostavno, nazovi, crne. A možda su one plod maste dokonih fizičara...

Najjači argument za postojanje crnih rupa je taj da ako verujemo u Veliki Prasak, onda moramo verovati i u crne rupe, jer su oni deo iste teorije. Crne rupe, kao i veliki prasak, jedino imaju smisla ako se objašnjavaju kombinacijom Ajnštajnove opšte teorije relativnosti i kvantne mehanike, gde Ajnštajnova teorija objašnjava pojave velikih razmera i potpuno je determinisana, a kvantna mehanika svet u malom koji sve objašnjava u okvirima verovatnoće, a ne tačno odredjenih vrednosti. Naučnici pokušavaju da dodju i do objedinjenja ove dve grane fizike, tzv. teorije svega (theory of everything) i da na taj način proniknu u mehanizam ovih nedovoljno objasnjenih stvari. Teorijom relativnosti je predvidjeno da kolaps zvezde vodi u jednu tacku, strucno receno, u singularitet. To je apstraktni pojam koji jos uvek nije dovoljno objašnjen. Ajnštajn nije prihvatao kvantnu mehaniku. Medjutim, posle njegove smrti razvoj fizike je otišao daleko u dubinu materije (mikro svet). Stiven Hoking je taj koji uvodi kvantne efekte u razmatranje gravitacionog polja...           
Specijalna teorija relativnosti
Nastala je početkom XX veka. U sustini uopštava Njutnovu i Galilejevu, klasičnu, mehaniku. Postulati STR su:

    1. Svi fiizički zakoni izražavaju se u istom obliku u svim inercijalnim sistemima referencije.

    2. Brzina svetlosti je ista u svim inercijalnim sistemima.

Ova teorija obuhvata problem sinhronizacije i istovremenosti, čije objašnjenje pokazuje da je vreme relativno, odnosno različito za različite posmatraće. Svaki sistem ima svoje vreme. Zatim, vremenski interval izmedju dva dogadjaja koji se dese na istom mestu meren časovnikom koji miruje u tom sistemu uvek kraći od vremenskog intervala meren časovnicima u bilo kojem drugom sistemu. To je tzv. dilatacija vremena. Iz STR je potekao i famozni paradoks blizanaca. Kvantna mehanika u skladu sa STR daje kvantnu teoriju polja.         
Opšta teorija relativnosti
Ovom teorijom Ajnštajn je potkrepio dva velika nedostatka STR. Prvo, u njoj se ne razmatraju neinercijalni sistemi, a drugo ne razmatra se gravitacija.  Postulati OTR su :

    1. Princip ekvivalencije - teška i inertna masa su medjusobno jednake, jer je ubrzanje svih tela u gravitacionom polju jednako. Ovaj princip ukazuje na to da se dejstvo gravitacionog polja može eliminisati, barem lokalno. Takodje, ovaj princip Ajnštajn je proširio i na ekvivalenciju energije i teške mase: E=m*c2

Eksperimantalne potvrde ovog postulata su skretanje svetlosti nekih zvezda u gravitacionom polju Sunca i smanjenje frekvencije svetlosti koju emituju zvezde, usled gravitacione interakcije emitovanog zračenja i date zvezde.

    2. Opšti princip relativnosti - svi referentni sistemi su medjusobno ekvivalentni, a s tim važi i da su svi fizički zakoni  invarijantni  (nepromenljivi) u odnosu na proizvoljne transformacije koordinata (prostor-vreme).

Samo izračunavanje jednačina OTR je vrlo komplikovan i moze se izvesti samo primenom tzv. tenzorskog računa. Znači, Ajnštajn je zaključio da prostor nije ravan, već zakrivljen i da lokalnu zakrivljenost stvara prisustvo mase u svemiru. Shodno tome, tela se kroz zakrivljen prostor ne kreću pravolinijski, već slede putanju najkraćeg rastojanja izmedju polaznog i konačnog položaja tela u kretanju. Te putanje se zovu geodezijske linije. To su krive bez granica. Ako je to tačno onda nema potrebe za silom gravitacije koja se prenosi trenutno, niti za objašnjenjem da su inercijalna i gravitaciona masa jednake.

Ajnštajn je ustanovio da materija odredjuje prostoru kako da se zakrivi, a prostor materiji kako da se kreće, što je bio nov način za opis gravitacije. Nema više sila. On je Njutnovu gravitaciju zamenio zakrivljenim prostorom. Zakrivljenost prostora se može demonstrirati modelom gumene mreže. Ako uzmemo rastegljivu gumenu mrežu, postavimo je horizontalno i preko nje pustimo da se kotrlja ping pong loptica uvidećemo da se guma neće deformisati, odnosno loptica će se kretati pravolinijski. Medjutim, ako pustimo da se sa jednog kraja kotrlja djule, ono će svojom težinom upasti u mrežu i iskriviti je. Naučnici pokušavaju da ujedine OTR sa kvantnom mehanikom u kvantnu gravitaciju, koja bi trebala da objasni neke još nerazjašnjene stvari (kao što je npr. singularitet, o kome će biti reči kasnije)     

Pojam prostor-vremena
Svi na vreme gledaju kao na nešto što protiče bez obzira šta se dešava, ali teorija relativnosti kombinuje vreme i prostor i kaže da bi oni mogli biti isprepletani ili izobličeni od strane materije i energije. Prostor-vreme bi trebalo da ima 4 dimenzije. Zašto? Tri prostor-vremenske dimenzije nisu dovoljne za bilo koji složeni organizam. Na primer, posmatramo komarca koji leti po sobi i da bi ga locirali potrebne su nam tri koordinate plus jedna vremenska da bi odredili položaj komarca baš u odredjenom trenutku. S druge strane, ako bi postojalo više od 3 prostorne dimenzije, putanje (orbite) planeta oko Sunca ili elektrona oko jezgra bi bile nestabilne i naginjale bi spiralno ka unutra. Ostaje mogućnost da postoji više od jedne vremenske dimenzije što bi bilo užasno teško zamisliti.


NASTANAK CRNIH RUPA (evolucija zvezda)
Crne rupe su jedan od mogućih poslednjih stadijuma evolucije zvezde tj. jedan od načina kako ona završava svoj život. Prostor izmedju zvezda nije prazan. Medjuzvezdani prostor ispunjavaju oblaci gasa čiji je glavni sastojak vodonik, i čestice prašine. Taj materijal nije pravilno rasporedjen u prostoru i skuplja se u pramenove pod dejstvom gravitacije. Gravitaciona sila je obrnuto proporcionalna kvadratu rastojanja izmedju dve čestice, a direktno proporcionalna proizvodu njihovih masa, što znači da što je gušći oblak, veća je gravitaciona sila izmedju čestica (Njutnov zakon gravitacije). One pod dejstvom gravitacije nastavljaju da se sabijaju i počinju da rotiraju oko svoje ose. To su protozvezde.

Pod dejstvom gravitacije, protozvezda se smanjuje postaje sve toplija. Kada dosegne dovoljno visoku temperaturu (od nekoliko miliona stepeni), u njenom centru počinju termonuklearne reakcije u kome se vodonik pretvara u helijum. Masa helijumovog atoma je nešto manja od mase četiri vodonikova atoma, što govori o tome da masa odlazi u vidu energije. Oslobodjena enegrija tj. energija dobijena sagorevanjem goriva, može se izraziti Ajnštajnovom jednacinom E=mc2 i ona predstavlja sijanje zvezde pri čemu se emituju elektromagnetni talasi svih talasnih dužina.

Zvezda izlazi na glavni niz HR dijagrama i počinje da stari. Sve vreme svoga života na HR dijagramu zvezda je u ravnoteži, odnosno u nekakvom "metastabilnom" stanju. Situacija je pomalo analogna naduvanom balonu. Postoji ravnoteža izmedju pritiska koji pokušava da raširi balon i napetosti gume koja teži da smanji balon, odnosno, ka njenoj unutrašnjosti deluje gravitaciona sila, ali se njoj suprostavlja energija iz termonuklearnih reakcija tj. Fermijev pritisak. Što je zvezda veća ona brže stari, tj. brže sagoreva gorivo, ali bez obzira na sve životni vek zvezde je užasno dugačak, gde je reč o milijardama godina. Termonuklearne reakcije traju sve dok se sam vodonik ne istroši, odnosno dok ne dodje do formiranje gvoždja koji je najstabilniji element u Univerzumu, jer tada više nema šta u šta da se pretvara. Naravno, do formiranja gvoždja dolazi posle niza transformacija, jer iz vodonika nastaje deuterijum, pa helijum, pa C, N, O2 sve do Fe. U jednom trenutku Fermijev pritisak neće više biti dovoljan za odbijanje gravitacije tako da čitava zvezda počinje polako da kolapsira.

Zvezde od 1,2 do 1,4 Sunčeve mase završiće svoju evoluciju na stadijumu belog patuljka. Sav višak energije i mase oslobodiće u vidu planetarne magline. Zvezde izmedju 1,4 i 2 Sunčeve mase završavaju kao neutronske zvezde, a one još masivnije završavaju kao crne rupe, odnosno zvezde sa masom iznad Čandrasekarove granice ne mogu da se održe na stadijumu neutronske zvezde već svoje sažimanje nastavljaju. Što je zvezda manja, gravitacija je sve veća. Neutronska zvezda ima drugu kosmičku brzinu od 2/3c, odnosno da bi čestica pobegla sa njene površine morala bi da se kreće tom brzinom. Ako se materija i dalje kontrahuje, gravitacija raste i dolazi do nivoa kada se druga kosmička brzina povećava na brzinu svetlosti (c). Kada se to dogodi vrednost prečnika tela je jednaka Švarcsildovom radijusu, odnosno formira se crna rupa. Neutronske zvezde i crne rupe višak materije i energije oslobadjaju u vidu eksplozije supernove.

Procenjuje se da "samo" 2% zvezda kolapsiraju u crne rupe.





Čandrasekarova granica
Godine 1928. mladji diplomac Subramanijan Čandrasekar (S. Chandrasekhar) iz Indije izračunao je koliko bi zvezda morala biti masivna da bi se suprostavila sopstvenoj gravitaciji kad istroši svoje gorivo. Zamisao se zasnivala na tome da kad zvezda postane mala, čestice materije se veoma zbliže da, prema Paulijevom načelu isključenja, moraju imati veoma različite brzine i udaljuju se jedne od drugih pri čemu uspostavljaju ravnotežu izmedju gravitacionog privlačenja i odbijanja. Čandrasekar je shvatio da postoji granica odbijanja što sledi iz načela isključenja, jer teorija relativnosti nalaže da je najveća razlika u brzinama čestica neke zvezde brzina svetlosti. To bi značilo da kada zvezda postane dovoljno gusta, odbijanje uzrokovano načelom isključenja bi bilo slabije od gravitacionog privlačenja. Čandrasekar je izračunao da ta granica iznosi 1,4 Sunčeve mase i ona je danas poznata kao Čandrasekarova granica.

Ako je zvezdina masa manja od Čandrasekarove graniČe, ona može prestati sa sažimanjem i ostati na stadijumu belog patuljka, sa prečnikom sto puta manjim od Sunčevog i gustinom od 109 kg/m3. Do sličnog otkrića došao je i ruski naučnik Lav Davidović Landau. On je istakao da postoji još jedno  mogućno završno stanje zvezde koje je manje od belog patuljka. Ono se odnosi na zvezde sa masom izmedju 1,4 i 2 Sunčeve mase. Ove zvezde su dobile naziv neutronske zvezde, jer kod njih prilikom sažimanja gravitacijom dolazi do slepljivanja protona i elektrona i formiranja stabilnih neutrona koji se pod dejstvom snažne gravitacije drže u skupini i obrazuju neutronsku zvezdu. One u prečniku imaju 10 do 20 kilometara, a gustina im iznosi 1017 kg/m3. Medjutim, do samog otkrića neutronskih zvezda se došlo kasnije. Šta će se desiti sa zvezdom čija je masa iznad Čandrasekarove granice, odnosno sa zvezdama iznad 2-3 Sunčeve mase, rešio je američki naučnik Robert Openhajmer (Robert Oppenheimer) 1939. godine.

U idealnom sfernom modelu zvezde, koja se sažima, može doći do fenomena sabijanja koji bi zvezdu doveo do kritičnog radijusa, gde bi je zadesio katastrofalan gravitacioni kolaps. Dovoljno masivna kolapsirajuća zvezda može da se sažima takvom silinom da čak ni neutroni ne bi mogli da joj se odupru. Drugim rečima, nuklearna sila bi bila nadjačana gravitacionom silom, a kada nuklearna sila popusti, nema ničeg što bi pružilo ravnotežu gravitaciji. U tom slučaju zvezda nastavlja u beskrajno kolapsiranje pri čemu joj se zapremina dovodi do nule, a površinska gravitacija beskrajno raste. Tačnije rečeno, od oblaka prašine se formira crna rupa u čijoj se unutrasnjosti nalazi singularitet, koji mi ne možemo videti jer se oko njega nalazi horizont dogadjaja koji je propustan za informacije samo u jednom smeru, pa iza njega ništa ne možemo videti. Ovi krugovi se postepeno smanjuju i pokazuju kako masivna zvezda kolapsira, odnosno kako smanjenjem svoga prečnika prelazi u stanje crne rupe.





Pulsari - rotirajuće neutronske zvezde
Džoselin Bel (Joselin Bell) je 1967. otkrila pulsare.  Primljeni su jako kratki i pravilni impulsi talasne dužine 3,7m. To je ukazivalo da izvor emitovanja mora biti veoma mali, jer velika tela ne mogu emitovati kratke, oštre impulse, jer bi vreme putovanja zračenja sa različitih delova takvog tela zamutilo signal. Zato je moralo biti u pitanju nešto kompaktno, objekat manji od nekoliko hiljada kilometara, a ipak na udaljenosti zvezde. Prvo se mislilo da su u pitanju vanzemaljci i zato su prva 4 otkrivena pulsara nazvani LGM 1-4 (LGM - little green man, odnosno mali zeleni ljudi).

Pulsari su kompaktni objekti (neutronske zvezde), hiljadu puta gušći od vode. U njoj su protoni i elektroni slepljeni u neutrone. Oni nastaju prilikom ekspozije supernove, gde u njenim donjim slojevima dolazi do implozije u objekat kao što je neutronska zvezda (ili crna rupa). Neutronske zvezde ako rotiraju zovu se pulsari. Jaki su izvori radio talasa, ali njihova osa rotacije se ne poklapa sa osom magnetnog polja tako da zračenje pulsara dolazi u prekidima tj. impulsima i to onda kada je osa magnetnog polja uperena ka nama. Odavde se vidi da zračenje pulsara nije toplotno, već potiče od ubrzanog kretanja naelektrisanih čestica u magnetnom polju. Njihov prečnik je svega nekih desetina kilometara.

Evo nekih odnosa veličina zvezda:

    * Crveni džin : Sunce - 250 : 1
    * Sunce : beli patuljak - 100 : 1
    * Beli patuljak : neutronska zvezda - 700 : 1
    * Neutronska zvezda : crna rupa - 3 : 1






Švarcšildova geometrija

Karl Švarcsild (Karl Schwarchild 1873-1916) je prvi rešio Ajnštajnovu jednačinu polja gravitacije, što je dovelo do boljeg razumevanja crnih rupa i do snažnog uticaja Ajnštajnovih jednačina na kosmologiju. Zanimljivo je to da je te jednačine rešio dok je bio na frontu, a rešenja poštom poslao Ajnštajnu. Medjutim, ubrzo je umro od bolesti koju je zaradio u ratu. Godine 1915. kritični radijus je nazvan Svarcšildov radijus po samom naučniku. To je onaj radijus na kom je čestici potrebno da se kreće brzinom svetlosti da bi ga napustila.

Vesc=c

Ta zakrivljenost prostora oko nekog tela odredjene mase se menja kao funkcija udaljenosti od središta tela tj. duž linije radijusa.

Rc= 2GM/c2 

G- gravitaciona konstanta, M- masa tela, c- brzina svetlosti, što znači da isključivo zavisi od mase tela.

Kada se objekat nadje na Švarcšildovom radujusu ili ispod njega, svetlost koja izvire sa njega troši svoju energiju na savladjivanje gravitacije, pri čemu joj crveni pomak postaje beskonačan. U stvari, svetlost nikada neće napustiti svoje odredište, što znači da su zbivanja zaklonjena od spoljnjeg posmatrača. On je izračunao Ajnštajnove jednačine samo za nerotirajuće, neutralne crne rupe, a takvih je prema proceni vrlo malo, jer najveći broj zvezda rotira. Zato njegove jednačine nemaju nekog većeg značaja, ali su bile prve.



DELOVI CRNE RUPE
Naučnici Karter, Hoking, Izrael i Robinson su zaključili da crna rupa mora biti jednostavna.

Horizont dogadjaja (event horizont)
To je granicna površina oko crne rupe. Izgleda kao sfera potpunog mraka iza koje se ništa ne može videti. To je lokacija gde je gravitacija užasno jaka da ništa ne može pobeći. Formiran je od svetlosti koja nije uspela da pobegne iz crne rupe i ostaje da lebdi na ivici. Liči na talasni front svetlosti. Dokazali su da u trenutku formiranja crne rupe, horizont može imati nepravilan oblik i snažno vibrirati. U deliću sekunde horizont ce ipak dobiti jedinstven, gladak oblik i biće sferan ako nema rotacije, a ako ima bice spljosten na polovima, gde stepen spljostenosti zavisi od brzine. Nakon kolapsa, obrazuje se jednosmeran horizont dogadjaja kroz koji bi cestice, zracenje itd. mogli upasti u zvezdu, ali nista iz nje se ne bi moglo emitovati (nalik semipermeabilnoj membrani). Na kraju bi se obrazovao prostorno-vremenski singularitet, ne na kriticnom radijusu, nego u sredistu zvezde. Ovaj fizicki fenomen bi nastavio da se odvija za posmatraca koji propada zajedno sa povrsinom kolapsirajuce zvezde, jer nikakva svetlost do spoljnog posmatraca ne bi dolazila.

Singularitet
Singualritet je predstavljen tackom. U toj tacki je beskonacan pritisak, gustina i zakrivljenost prostor-vremena. To je centar crne rupe. Do ovog zakljucka dosli su naucnici Rodzer Penrouz i Stiven Hoking, smatrajuci da ovde otkazuju svi zakoni fizike. Sam pojam singulariteta je nije precizno odredjen, odnosno jako je tezak za objasnjavanje, jer se ono pomalo kosi sa zdravim razumom. Matematicar Rodzer Penrouz je radio na matematici urusavanja materije pod jakom gravitacijom, koristeci pojedine teoreme iz topologije (topologija je grana matematike koja proucava i koristi razlicite oblike, njihove osobine i pretvaranje jednog u drugi). Openhajmer je zajedno sa Snajderom dao eksplicitno resenje Ajnstajnovih jednacina objasnjavajuci da se crna rupa formira od oblaka prasine u cijoj se unutrasnjosti nalazi singularitet, ali ga mi ne vidimo, jer se oko njega nalazi horizont dogadjaja koji je propustan samo u jednom smeru. "...Prica se da su Penrouzove zamisli nadahnule slikara Esera da naslika dve slavne zbunjujuce slike 'Vodopad' i 'Uzlazno stepeniste', u kojima se vide sasvim ubedljive strukture koje, medjutim, u stvarnom svetu nikako ne bi trebalo da budu moguce..."

Moze se postaviti analogija sa matematickim singularitetom. On se nalazi u tacki u kojoj se funkcija ne moze definisati. Npr, jednacina y=1/x ima singularitet za vrednost x=0, odnosno u tacki x=0 funkcija nije odredjena. Nema razumnog i racionalnog resenja. Ono ide u plus i minus beskonacnost, pa cak ako bi se funkcija definisala u beskraju, ne zna se kakva bi bila njena stopa promene. Ni vreme se u singularnosti se ne moze definisati. Zakrivljenost prostor-vremena zavisi od mase. Ako bi se kosmos nalazio u jako malim dimenzijama, zakrivljenost prostora bi bila ogromna, dok ako bi se nasao u jednoj tacki, singularitetu, gustina mase bi bila beskrajna, tako da se jednacine vremena i prostora vise ne bi mogle primeniti. Resavanjem Svarcsildovih jednacina dobijeno je da postoje dve singularnosti, jedna u proslosti i jedna u buducnosti. Singularitet Velikog Praska je P tipa (past) - iz njega je proistekla materija i nastao svet, a singularitet u crnim rupama je F tipa (future) - u njega materija vecinski bespovratno odlazi.

KARAKTERISTIKE CRNE RUPE

Masa, ugaoni momenat, naelektrisanje
Nakon formiranja crne rupe, tj. nakon kolapsa zvezde, ona se vrlo brzo smesti u stacionarno stanje, posto pri svakoj kretnji emisija gravitacionih talasa odnosi energiju. Za vreme kolapsa zvezde i nastajanja crne rupe, sva materija se krece jako brzo, tako da se i energija brzo odliva. Od preminule zvezde zadrzava se masa, ugaoni momenat i ukupno naelektrisanje. Moze se reci da masa "poremecuje" gravitaciono polje i time izaziva gravitacione talase, kao sto se elektromagnetni talasi mogu predstaviti periodicnim uzburkavanjima elektricnog polja. Ti "poremecuje" se odnose na geometriju prostor-vremena. Masa koja se nadje na putu gravitacionom talasu bice periodicno zbijena, pa rastegnuta silama plime, kako talas prolazi kroz nju, jer gravitaciono polje nije uniformno. Ovo zbijanje i rastezanje prenosi energiju od izvora gravitacionog talasa do tela koje je apsorbuje. Medjutim, jacina gravitacionih talasa je mala. Oni sami jos nisu detektovani na Zemlji, ali bi mogli mnogo reci o dogadjajima koji su npr. vezani za crne rupe. Postoji jak dokaz za postojanje ovakvih talasa. Npr, u dvojnim sistemima, ciji je jedan clan pulsar, period se smanjuje. Uzrok tome je to da sistem emituje gravitacione talase i tako gubi energiju.

Izrael je dosao do zaključka da ako je neutralna i ne rotira, crna rupa je jednostavan objekat koji se moze opisati samo jednim parametrom - svojom masom. One bi se mogle opisati posebnim oblikom Ajnstajnovih jednacina do kojih je dosao jos Svarcsild. To bi znacilo da nije bitno da li je rupa uvukla kilogram gvozdja i kilogram platine ili kilogram grozdja i jabuka, vec je bitno da je to masa od dva kilograma, jer se vrste materije ne mogu razlikovati. Rotirajuca crna rupa nastaje od rotirajuce zvezde. Uglavnom sve zvezde rotiraju, pa se pretpostavlja da su i vecina crnih rupa rotirajuce i odlikuju se masom i ugaonim momentom. Brzina rotiranja prilikom kolapsa se naglo povecava, sto znaci da crna rupa mnogo brze rotira od bivse zvezde. Moze se uspostaviti analogija sa klizacem na ledu. Dok se vrti sa rasirenim rukama ima manji ugaoni momenat tj. manju brzinu okretanja nego kad se vrti sa rukama uz telo.Takva crna rupa nije sfernog oblika, vec je malo spljostena na polovima (kao sto je i Zemlja spljostena zbog rotacije). Do ovakvih proracuna dosao je Roj Ker, fizicar sa Novog Zelanda. Kod rotirajucih crnih rupa takodje postoji Svarcsildov radijus, ali izvan njega se nalazi i tzv. stacionarna granica, koja obrazjuje polutarno ispupcenje oko crne rupe koje je uslovljeno centripetalnom silom. Objekat koji se nadje na stacionarnoj granici, ali izvan Svarcsildovog radijusa samo je delimicno zarobljen i ima sansi da se izbavi. Ako bi se objekat kretao u smeru rotiranja crne rupe, ona bi ispoljila teznju da ga zavitla poput kamena iz pracke davsi mu pritom vise energije nego sto je imao prilikom ulaska. Time se smanjuje ugaoni momenat crne rupe tj. ona usporava jer je deo ugaonog momenta presao na objekat. Kada bi se ugaoni momenat istrosio ostala bi samo masa. Tada se stacionarna granica poklapa sa Svarcsildovim radijusom.

Naelektrisanje materije u crnoj rupi je obicno nula, jer je zvezda uglavnom elektroneutralna. Odnosno, ako je upadnuta materija elektroneutralna crna rupa nece imati naelektrisanje i obrnuto. Ovakav slucaj je proucavan od strane naucnika Rajsnera i Nordstrema. Hoking je 1971. dosao do zakljucka da svaka rotirajuca crna rupa ima svoju osu simetrije. Iz svega toga sledi teorija "bez dlaka" ("no-hair" teorema), jer velicina i oblik crne rupe zavise samo od mase i brzine rotiranja, a ne od prirode tela. To bi znacilo da su sve informacije o kolapsirajucem telu izgubljene, ali i da crna rupa ipak nije sasvim crna. Medjutim, kvantnom gravitaciom se radi na tome da se detekcijom gravitacionih talasa ipak mozda dodje do nekakve informacije o preminuloj zvezdi i sazna sta se nalazi unutar crne rupe.

VRSTE CRNIH RUPA PREMA VELIČINI

Crne rupe sa masom ispod Candrasekarove granice
Moguce je i da postoje crne rupe sa masama znatno manjim od Sunceve. One ne bi mogle da nastanu usled gravitacionog kolapsa, zato sto im se mase nalaze ispod Candrasekarove granice, vec jedino ako im je materija sabijena do ogromnih gustina veoma velikim spoljnim pritiscima. Na primer, ovakvi uslovi mogu da nastanu u izuzetno velikoj vodonicnoj bombi. Dzon Viler je izracunao da ako bi se iz svih okeana na Zemlji uzela teska voda (jedinjenje teskog vodonikovog izotopa - deuterijuma i kiseonika. (D2O)), mogla bi se napraviti vodonicna bomba koja bi u toj meri sabila materiju u sredistu da bi tu nastala crna rupa. Naravno, to je samo zamisao, jer niko ne bi ostao kao ocevidac.

Prakticna mogucnost na koju je 1971. godine ukazao Stiven Hoking jeste da je spoljna sila te velicine postojala u trenutku Velikog Praska i prilikom formiranja Vasione. Delovi materije su se medjusobno sudarali i mogli su biti podvrgnuti stravicnim temperaturama i pritiscima sa svih strana sto je moglo da uslovi da se masa sabije u nedogled. Vasiona nije bila ravnomerna i jednoobrazna, vec nejednake gustine sto je gotovo sigurno jer se u protivnom ne bi ni galaksije ni drugi objekti obrazovali. Zivotni vek crne rupe mase Sunca bi bio 1066 godina, dok bi praiskonske crne rupe zivele 10 milijardi godina, sto znaci da su nastale otprilike kad i Veliki Prasak. Te "praiskonske" crne rupe se mogu otkriti jedino njihovim uticajem na okolinu i ne zna se koliko ih ima. Pretpostavlja se da su retke. One su jako masivne tj. izgledaju kao da je masa planine sabijena u zapreminu manju od jednog milion milionitog dela centimetra, sto odgovara velicini jezgra atoma.

Prema Ajnstajnovoj teoriji relativnosti svako telo bilo koje mase (osim mase manje od 10-5 g. Za to postoje slozeni teorijski razlozi), odnosno bilo koje gravitacije koje oko nje vlada, bi moglo postati crna rupa ako se njena masa sabije do Svarcsildovog radijusa. Sabijanjem mase rasla bi i gravitacija sve dok druga kosmicka brzina ne nadmasi brzinu svetlosti. Na primer, Zemlja bi postala crna rupa ako bi se smanjila otprilike do velicine bisera; Mont Everest bi morao da se sabije u velicinu atoma.

Galakticke i supergalakticke (supermasivne) crne rupe
Njutnovom teorijom gravitacije je lako izracunati elipticne putanje u sistemu dva tackasta tela. Medjutim, za tela velikih masa i dimenzija mora se koristiti Ajnstajnova teorija i slozen racun. Tela nece opisivati prave elipse, jer precesiraju tj. obrcu se tako da opisuju rozete. Dva tela postaju sve cvrsce vezana i sabijaju se na manju zapreminu. U prirodi postoje mnoga prostrana tela koja ce se spojiti u jedno, ako to ne ometu drugi procesi. Sto je broj clanova u sistemu veci to je proracun komplikovaniji. Obicna galaksija sadrzi oko hiljadu milijardi tela tako da je jako tesko predvideti njihovo ponasanje. To je sistem koga cini gusto centralno jezgro sastavljeno iz zvezda s manje gustim zvezdanim haloom oko sebe, odnosno manjim brojem zvezda razbazanim unaokolo. Vremenom ce se i ta konfiguraija menjati. Tela ce se sudarati, neka ce steci vecu brzinu, vecina ce ostati u galaksiji, dok ce neke postati deo haloa, a neke ce cak sudarima dostici toliku brzinu da ce napustiti galaksiju. Ostatak zvezda ce izgraditi veoma gusto centralno jezgro, koje ce se sabijati u sve manju zapreminu, stapace se u vece zvezde, i srasce u crnu rupu. Prilikom formiranja jedne ovakve supermasivne crne rupe, bliski sudari ce proizvesti neku vrstu vatrometa, tj. centar galaksije ce isijavati svetlost i druge oblike zracenja. Okolina centra galaksije ce liciti na kvazar, jer ce crna rupa gutati okolne zvezde svojom plimskom gravitacijom, a one ce zauzvrat emitovati energiju kao kvazari, spustajuci se u rupu. Ako se pretpostavi da galakticka crna rupa proguta samo 1% zvezda, a da 99% zvezda uspe da pobegne, crna rupa ce imati masu oko milijardu puta vecu od Sunceve i Svarcsildov radijus od oko 3 milijardi km (2-3 svetlosna casa).

Sirenjm svemira verovatno da ce neke galaksije ostati u skupini pod uticajem medjusobne gravitacije. Ako se uzme u obzir jato galaksija koje se sastoji od stotinu galaksija vremenom ce se svaka galaksija svesti na galakticku crnu rupu, a u dugom vremenskom periodu jato ce u celini evoluirati u jednu supergalakticku crnu rupu, ciji ce Svarcsildov radijus biti oko 300 milijardi km (jedna svetlosna nedelja). Za sve ove dogadjaje potrebno je vreme od milijardu milijardi do milijardu milijardi milijardi godina. Uopsteno govoreci, potrebno je oko 1027 godina za nastajanje galaktickih i supergalaktickih crnih rupa



 "ISPARAVANJE" I TERMODINAMIKA CRNIH RUPA
Predvidjanje singulariteta ukazuje na to da opšta teorija relativnosti nije kompletna, zato što su singulariteti tačke oštećene iz prostor-vremena, jer se u njima ne može odrediti jednačina polja niti predvideti šta sledi iz njih. Crne rupe se kao primer singulariteta u budućnosti (tipa F) objašnjavaju tzv. Penrouzovim cosmic censorship-om. Prema klasičnoj teoriji sve što se dešava u singularitetu crne rupe ne utiče na spoljasnji svet, jer je njena unutrašnjost skrivena od spoljašnjih posmatrača. Takodje je čisto klasičnom teorijom uvidjeno da gravitacija ima promenljivu koja se ponaša kao entropija. Ta promenljiva zavisi od Penrouzove cosmic censorship hipoteze. Prvo ćemo uzeti u obzir slab oblik kosmičkog cenzorsipa (weak cosmic censorship). On je ispravan ako su zadovoljena 2 uslova. Ti uslovi označavaju to da singularitet ne može uticati na posmatrače i svet van crne rupe i da se nijedan singularitet ne može videti sa velikih razdaljina. Ako su uslovi zadovoljeni, onda u regionu prostor-vremena mora postojati deo koji predstavlja crnu rupu. Jači oblik kosmičkog senzorsipa (stronger form of cosmic censorship) predstavlja to da je prostor-vreme globalno hiperbolično.

Horizont dogadjaja može imati svoj početak u prošlosti, ali nema svoj kraj u budućnosti. Prateći uslove slabog kosmičkog cenzorsipa dolazi se do zaključka da horizont dogadjaja može ostati isti ili se povećati s vremenom, ali ne smanjiti. Isto tako, kada bi se dve crne rupe spojile Švarcsildov radijus novonastale rupe bi bio veći od zbira radijusa prvobitnih crnih rupa. Takvo ponašanje je veoma slično entropiji drugog zakona termodinamike. Entropija se nikad ne može smanjiti i entropija čitavog sistema je veća od sume entropija delova sistema. (Npr. U jednoj kutiji nalazi kiseonik, a u drugoj azot. Ako se ove dve kutije spoje u jednu gasovi će se medjusobno mešati i entropija dobijenog sistema će biti veća tj. stanje sistema će biti manje stabilno nego kad su gasovi bili odvojeni.)

Termodinamika crne rupe
Tokom 70. godina Bardin (Bardeen), Brendon (Brandon), Karter (Carter) i Hoking (Hawking) su sastavili četiri zakona mehanike crnih rupa.

Nultni zakon (Zeroth law): Površinska gravitacija - K je ista na čitavoj površini crne rupe, nezavisno od vremena, ukoliko je sistem u ravnoteži. Dok je u termodinamici temperatura ta koja je konstantna. Prvi zakon (The First Law of Black Hole Mechanics) analogan je prvom zakonu termodinamike koji govori o promeni unutrašnje energije, odnosno entropije sistema. Površinska gravitacija je mera jačine gravitacionog polja na horizontu dogadjaja.

Prvi zakon glasi:    gde je A - površina crne rupe a W - uticaj (rad) na crnu rupu

Drugi zakon (The Second Law of Black Hole Mechanics): Horizont dogadjaja se ne može smanjiti, kao i entropija u termodinamici.

Treći zakon (The Third Law of Black Hole Mechanics): Nemoguće je smanjiti površinsku gravitaciju na nulu, u bilo kom konačnom broju pokušaja.

Džejkob Bekenštajn (J.D. Bekenstein) je prvi napravio vezu izmedju ova dva analogna koncepta. 1972. izložio je zamisao da područje horizonta dogadjaja predstavlja meru entropije crne rupe, što se vidi iz drugog zakona, a iz nultnog zakona se vidi veza površinske gravitacije i temperature. On je posao od pretpostavke da ako crna rupa ima entropiju proporcionalnu horizontu dogadjaja, onda bi trebalo da ima i temperaturu proporcionalnu površinskoj gravitaciji, što bi dovelo do toplotnog zračenja crne rupe. Ako crna rupa dodje u kontakt sa toplotnim zračenjem koje je niže temperature od crne rupe, crna rupa ce apsorbovati deo zračenja, ali prema klasičnoj teoriji, ništa neće emitovati. To bi narušilo drugi zakon termodinamike, jer bi gubitak entropije toplotnog zračenja bio veći od povećanja entropije crne rupe. Ta neravnoteža je ispravljena zaključkom da crna rupa odaje zračenje koje je takodje termalno. Takvo rešenje se isuviše dobro uklopilo sa teorijom da bi bilo samo obična aproksimacija. Izgleda da crne rupe zaista imaju unutrašnju gravitacionu entropiju. Reč unutrašnja ukazuje na visok nivo nepredvidivosti gravitacije.

1975. Hoking i Bekenstajn su izveli jednačine entropije crnih rupa:



    * k - Bolcmanova konstanta
    * T - površinska temperatura crne rupe

Ova rešenja u kombinaciji sa Svarcsildovim jednačinama pokazuju da su entropija i površina crne rupe proporcionalni kvadratu mase crne rupe, i da je temperatura obrnuto proporcionalna masi :




Medjutim, postojao je jedan kobni problem. Teorijski je dokazano da crna rupa ima entropiju, a time i temperaturu. Onda to neminovno znači da crna rupa mora odavati i nekakvo zračenje, prema Stefan-Bolcmanovom zakonu, što je bilo nemoguće za crnu rupu, jer teorijski iz nje ništa, ni svetlost, ne može izaći. Izračunavanjem navedenih jednačina dobijene su neke vrednosti. Masivne crne rupe imaju jako nisku temperaturu, tako da jako malo zrače. S druge strane male crne rupe su mnogo toplije, zrače više i kraćeg su veka. Hoking je uz pomoć kvantne teorije, opšte teorije relativnosti i termodinamike razradio ovu koncepciju. Usredsredio se na granicu izmedju crne rupe i medjuzvezdanog prostora i tu 1974. našao dokaz, jer je ovde reč o površini crne rupe.

Kvantna mehanika crne rupe - Hokingovo zračenje (Hawking's radiation)
U teoriji kvantnog polja vakuum nije prazan. Sadrži uskomešanu masu virtuelnih čestica koje se konstantno stvaraju i anihiliraju. Hoking je razmatrao situaciju kad bi se virtuelni par stvorio u blizini horizonta dogadjaja. Postoje tri rešenja. Prvo, obe čestice bi upale u crnu rupu. Drugo, čestice bi se anihilirale u praznom prostoru pre nego što ih uvuče crna rupa. I treće, jedna čestica toga para bi bila uvučena, dok bi se druga oslobodila u prazan prostor. To bi izgledalo kao da ju je emitovala crna rupa i naziva se Hokingovim zračenjem (Hawking`s radiation). Ovakva pretpostavka je u direktnoj kontradikciji onome što tvrdi klasična teorija mehanike i ona se objašnjava kvantnom mehanikom.

Svaka virtuelna čestica ima svoju antičesticu suprotnog naelektrisanja, ali iste mase. Antimaterija je slika u ogledalu materije. To je predskazao Pol Dirak, dok je to kasnije potvrdio Karl Anderson "ulovivši" trag jednog pozitrona tj. čestice koja je bila ista kao elektron, ali nenegativnog naelektrisanja. Njihovim spajanjem nastaje energija tj. nastaju čestice visokih energija, fotoni ili mezoni. One se nazivaju virtuelnim, jer se za razliku od običnih čestica ne mogu direktno detektovati. One trepere okolo tik ispod praga opa\ljive stvarnosti.

Princip neodredjenosti predvidja da se energija bez prekida može pojavljivati i isčezavati u okviru skale odredjene Plankovom konstantom koji izmedju ostalog kaže da je ako sistem postoji veoma kratko vreme, njegova energija je obavezno neodredjena i zavisi od vremena trajanja tog sistema. Što je kraće vreme postojanja sistema, to je veća i neodredjenost energije. Izgleda da su virtuelne čestice zbog svog ekstremno kratkog postojanja u stanju da pozajme energiju za svoje postojanje iz banke zasnovane na Hajzenbergovom principu neodredjenosti. Taj fenomen je poznat kao "vakuum fluktuacija" (označava stalno ili uvek prisutno stvaranje i anihilaciju parova virtuelnih čestica u praznom prostoru). Takodje, prema Ajnštajnovoj jednačini E=mc2 ova energija se može pretvoriti u čestice i antičestice koje naizmenično preskaču iz postojanja u nepostojanje. Ove vakuum fluktacije imaju merljiv efekat na fizičke procese, kao što na primer njihovo postojanje potvrdjuje mali pomak (Lambov pomak) u spektru svetlosti, koji potiče od pobudjenih atoma vodonika.

Spektar odaslanih čestica je upravo onakav kakav bi emitovalo neko telo u stanju usijanja, a i crne rupe odasilju čestice upravo onom stopom koja je neophodna da bi se sprečilo narušenje drugog zakona termodinamike. To je još jedan dokaz ekvivalentnosti termodinamike i fizike crnih rupa. Neki udaljeni posmatrač može da meri odbegle čestice, ali ih ne može povezati sa onima koje su upale, jer ih ne vidi (ne vide se gde idu, zna se samo njihova masa i naelektrisanje) i zato su, grubo govoreći, šanse za ostvarivanje Hajzembergovog principa neodredjenosti, prepolovljene. Ta odbegla čestica odvodi malu količinu mase crne rupe, tako da se crna rupa malčice smanji. Ona čestica koja je upala se ponaša kao negativna masa i time smanjuje ukupnu masu crne rupe. Debljina barijere oko crne rupe proporcionalna njenoj veličini i što se više smanjuje čestice teže izlaze tj. gravitacija je jača.

Crna rupa što je manja, ona je toplija i više zrači, što je suprotvo kod svih ostalih tela, koja kad zrače temperatura im se smanjuje. To je već pokazano jednačinama. Kraća je razdaljina koju čestica sa negativnom energijom treba da predje pre nego što postane stvarna čestica (jer je gravitacija crne rupe toliko jaka da čak i stvarne pozitivne čestice može preobratiti u česticu negativne energije koja je kratkovecna (zato su stvarne čestice uvek pozitivne energije pod normalnim okolnostima)), te je tako veci obim emitovanja, kao i prividna temperatura crne rupe. Napustena cestica ili anticestica koja je izbegla upadanje u rupu može pobeći u okolni prostor gde se manifestuje kao zračenje iz crne rupe. Ovo zračenje ima energiju koju je moralo odnekud uzeti. Drugim rečima, virtuelna čestica sada postaje prava čestica tako da njena energija ne može više poticati od energije "pozajmljene" na osnovu principa neodredjenosti. Verovatno ce se pokazati da ta energija u stvari potiče od mase crne rupe. Kad jedna od virtuelnih čestica upadne u crnu rupu, ona ima negativnu energiju sa stanovišta posmatrača koji se nalazi na velikom rastojanju. Kad se ta negativna energija pridoda crnoj rupi, ona gubi deo svoje mase, a energija koja odgovara ovom smanjenju mase, pojavljuje se u vidu čestice na velikom rastojanju, tj. u vidu zračenja iz crne rupe.

Kao protivteža pozitivnoj energiji emitovanog zračenja javlja se priliv čestica negativne energije. Prema Ajnštajnovoj jednacini E=mc2 energija je srazmerna masi. Priliv negativne energije dovodi do smanjenja mase crne rupe, a kako ona gubi masu tako se smanjuje područje horizonta dogadjaja, ali entropija se ne narušava, jer je priliv čestica u ravnoteži sa količinom emitovanih čestica.

Stvarna temperatura crne rupe ne zavisi od površinske gravitacije crne rupe
Crna rupa Sunčeve mase ima temperaturu od oko deset milionitog dela stepena iznad apsolutne nule. Toplotno zračenje crne rupe na ovom nivou bi bilo totalno potopljeno pozadinom i zračenjem samog svemira jer temperatura manja od temperature mikrotalasnog zračenja. Pozadinsko zračenje iznosi 2,7 stepeni iznad apsolutne nule što predstavlja zračenje Svemira koje prema temperaturi pripada mikrotalasnom spektru. Dokaz je Velikog Praska. Takva crna rupa više apsorbuje nego što emituje. S druge strane, crna rupa veličine protona ili neutrona imala bi temperaturu od oko 120 biliona K, što odgovara energiji od 10 miliona eV. Na ovakvoj temperaturi crna rupa bi bila u mogućnosti da stvara elektron-pozitron (pozitron je čestica identična elektronu, samo što je pozitivno naelektrisana) parove i čestice nultne mase (neutrine). Praiskonske crne rupe bi oslobadjale energiju od 6 000 MW i više, što odgovara kapacitetu 6 velikih nuklearnih elektrana, odnosno one zrače gama ili rendgenskim zracima od oko 100 miliona eV, jer su one jako masivne i s tim emituju veliku količinu energije.

Princip neodredjenosti, takodje, implicira da se čestica mase m ponaša kao talas talasne dužine h/mc (h - Plankova const.). S obzirom da čestice koje formiraju crnu rupu moraju biti manje od nje, broj mogućih konfiguracija se smanjuje. Nemoguće je da čestica pobegne ako se kreće brzinom manjom od svetlosti (c). Medjutim, Fejnmanovo sumiranje svih mogućih istorija dozvoljava da se čestica kreće brže od svetlosti, s obzirom da čestice mogu imati bilo koju putanju. Mala je verovatnoća da će se ona kretati dugo brže od svetlosti, ali može ići brže od c na kratko, ali dovoljno dugo da se izvuče iz privlačne sile crne rupe. Kvantna mehanika ima drugačiji pogled na realnost. Objekti nemaju samo jednu istoriju, već sve moguće istorije. Na primer, u slučaju Sredingerove mačke postoje dve istorije. U jednoj je mačka ubijena, a u drugoj je živa. U kvantnoj mehanici postoje obe mogućnosti, jer ako sistem ima jednu istoriju, princip neodredjenosti vodi do raznih paradoksa kao što je to da čestica bude na dva mesta u isto vreme. Drugi načini za gledanje na Hokingovo zračenje je da se za onog člana koga uvuče crna rupa kaže da putuje unazad kroz vreme i kada dodje do trenutka kada je taj čestica-antičestica par nastao, te 2 čestice su dovoljno daleko tj. razdvojene gravitacionim poljem da ona sad putuje ka budućnosti.


 EKSPLOZIJA CRNE RUPE
Isparavanjem crna rupa se smanjuje. Time ona postaje sve toplija i na izmaku svoje mase i energije, temperatura se brzo povećava tako da crna rupa svoj kraj belezi praskom tj. eksplozijom. Hoking je izračunao da bi premordijalne crne rupe mase oko 1011 kg, koje su mogle biti stvorene Velikim Praskom, trebale izraciti svoju energiju i time eksplodirati negde u našoj sadašnjosti. Medjutim, tako nešto još nije detektovano. Jačina eksplozije zavisi od toga koliko različitih vrsta elementarnih čestica tamo ima. S obzirom da se danas veruje da postoji 6 različitih kvarkova, Hoking kaze da bi ta eksplozija bila jednaka eksploziji miliona H-bombi (vodonicnih bombi - bomba koja oslobadja energiju sjedinjavanjem vodonikovih jezgara, na visokim temperaturama, pretvarajući se u helijum)). S druge strane, tu je i R. Hagedorn-ova teorija iz CERN-a koja kaže da postoji neograničen broj elementarnih čestica. Kako se crna rupa smanjuje i postaje sve toplija, emitovaće sve veći i veći broj različitih vrsta čestica i izazvala bi eksploziju 100 000 puta veću od prethodno navedene. Naravno, kada bi se rešio problem o kvarkovima gotovo bi se rešio i problem posmatranja eksplozije crne rupe. Jos uvek niko nije otkrio samu eksploziju crne rupe.

Za velike crne rupe se pretpostavlja da ostavljaju pustoš po svemiru. Medjutim, njihov zivotni tok je jako dugačak tako da je malo verovatno da ce neka od njih uskoro eksplodirati, ako se uzme u obzir da su najranije nastale kad i Veliki Prasak. Zato treba istrazivati male tj. praiskonske crne rupe, jer one svoju energiju brzo troše. Da bi uopšte došli u priliku da vidimo eksploziju crne rupe potrebno je pronači način za registraciju ovih eksplozija na razdaljini od oko jedne svetlosne godine. Osim toga, detektori gama zračenja bi morali biti veliki, a njihovo pravljenje je skupo. U ovom slučaju ne bi bilo neophodno utvrditi da svi kvanti, koji su odaslani tokom eksplozije, dolaze iz istog pravca, već bi bilo dovoljno uočiti da svi stižu u veoma kratkom razmaku, jer je to prilična pouzdanost da potiču iz iste eksplozije.

U jeftinijem slučaju, Zemljina atmosfera je dobar detektor gama zračenja praiskonskih rupa. Kada se jedan visokoenergetski kvant gama zračenja sudari sa atomima naše atmosfere, on stvara parove elektrona i pozitrona, koji bi se kretali brže od svetlosti. Tako se izaziva elektronski pljusak. Krajnji ishod je jedan oblik svetlosti poznat kao Cerenkovljevo zračenje, koje bi bivalo odbijano od površine Zemlje u vidu bljeskova vidljive svetlosti (mada bi delom bili usporeni otporom vazduha). Eksplozivne emisije gama zračenja bi se mogle otkriti po bljeskovima svetlosti na noćnom nebu. Bljeskovi bi se uočavali istovremeno sa dva ili vise prilično odvojenih tačaka. Naučnici Nil Porter i Trevor Viks su istrazivali ove pojave i zabeležili par bljeskova, ali nijedan od njih se nije mogao u potpunosti pripisati praiskonskim crnim rupama.

OTKRIVANJE CRNIH RUPA
Crne rupe za sada postoje samo teorijski. One su najstabilniji objekti u svemiru. Ako postoje samo u središtima galaksija onda postoji samo jedna crna rupa u Mlečnom putu. Ako postoje i u središtima zbijenih jata onda ih u našoj galaksiji ima oko dve stotine. Ako se, medjutim, javljaju kao potencijalni pratioci u dvojnim sistemima onda ih, naravno, ima mnogo, mnogo više. A šta ako one postoje razbačane po svemiru, mi tek onda ne možemo znati njihov broj. Crnu rupu je teško zapaziti jer ne odaje svetlost, u stvari gotovo ništa. Ni do danas nijedna crna rupa nije zasigurno detektovana, jer se direktno teleskopom ne može videti. One se gotovo sigurno otkrivaju indirektnim putem, tj. njihovim gravitacionim uticajem na okolne objekte. Novorodjena crna rupa može da "luta" svemirom, usamljena i nevidljiva, ali mnoge rupe nisu same već su članovi dvojnog sistema čiji je jedan član vidljiv i tada se može detektovati njena lokacija. Ti dvojni sistemi otkrivaju se čudnim ponašanjem vidljivih tela. Pri analizi spektra zvezde zapaža se regularni pomak u spektralnim linijama ka plavoj (tada se zvezda približava Zemlji) i ka crvenoj (tada se zvezda odaljava od Zemlje) (Doplerov efekat). Izračunavanjem kolika ih gravitacija ometa može se zaključiti kakav im je nevidljivi pratilac (npr. crna rupa ili neko drugo telo).

Akrecioni disk
Znači, crna rupa svojom gravitacijom utiče na okolne objekte, zarobljava gas i drugu materiju sa svog vidljivog pratioca. Time oko sebe formira dodatni disk tj. akrecioni disk (akrecija = sakupljanje). Otkrivanjem takvog efekta, otkriva se skriveni pratilac. Ta materija se sliva kao kroz levak ka crnoj rupi i dok ne dosegne horizont dogadjaja odaje neko zračenje. Gravitaciono polje u blizini horizonta je jako veliko i materijal koji upada u crnu rupu ima veliku brzinu (blizu brzini svetlost) i ubrzanje, čestice koje se slivaju medjusobno se sudaraju i to žestokim sudarima kao u nuklearnom akceleratoru, pa zato akrecioni disk odaje elektromagnetno zračenje visokih energija, najverovatnije X (rendgensko) zračenje.

Oko sistema dvojnih zvezda se moze opisati osmica koja odredjuje domen gravitacionog dejstva svake zvezde. Materija koja se nadje unutar petlje pripada zvezdi koja se nalazi u centru te petlje. Ako se iz nekog razloga materija nadje van petlje, ondaje ona izgubljena za datu zvezdu. Posebno je interesantna tacka preseka ove dve petlje koju nazivamo unutrasnja Lagranzova tacka, a koja omogucava prenos mase s jedne na drugu zvezdu. Pretpostavimo da jedna od zvezda iz nekog razloga pocne da izbacuje materiju izvan svoje petlje. Deo te materije ce proci i kroz unutrasnju Lagranzovu tacku, a to znaci da ce biti privucen ka drugoj zvezdi. Ako je ova druga zvezda mala, pridosla materija s prve zvezde uci ce u orbitu oko druge zvezde, formirajuci disk ili prsten slicno Saturnu. Zbog razlicite brzine rotacije unutrasnjeg i spoljasnjeg sloja diska dolazi do velikog zagrevanja gasa usled trenja, kao i do ubrzanog pada velikih kolicina ove materije na povrsinu zvezde... Nas svakako interesuje sta se dogadja ako je jedna od dvojnih zvezda upravo crna rupa...Dodatnom analizom ponasanja akrecionog diska u cijem se centru verovatno nalazi crna rupa ustanovljeno je da ce, pored stalnog X zracenja, ovaj sistem svakog stotog dela sekunde izraciti u vidu bljeska dodatno intenzivno X zracenje. Magnetne sile usled spiralnog spustanja materije cupaju mlazove atoma. Dakle, moguce je imati direktne dokaze za postojanje crne rupe. Nazalost, teleskopi koji se nalaze na satelitu Uruhu nisu u stanju da detektuju tako brze promene u X zracenju.

Svetlosni zrak koji je dosta udaljen kretace se skoro pravolinijski jer je prostor-vreme skoro idealno ravan. Kako se bude priblizavao crnoj rupi zrak ce zakrivljivati svoju putanju. Na odredjenom rastojanju od crne rupe zrak bi bio zahvacen u cirkularnu orbitu koja se zove fotonski krug. Razumljivo je da svaka zvezda salje bar nekoliko zraka na tacno odredjenom rastojanju od rupe, koji zato kruze ovim cirkularnim orbitama. Ove orbite u fotonskoj sferi nisu stabilne. I najmanja perturbacija izbacice ovaj zrak ili natrag u vasionu ili dole u rupu.

Kvazari - "vasionski svetionici"
Kvazari, tacnije kvazi stelarni objekati (quasi stellar objects) ili kvazi stelarni radio izvori (quasi stellar radio sources), cije se zracenje moze detektovati sa Zemlje radio-teleskopima, otkriveni su '60-tih godina, tacnije 1963. od strane Metjuza (T.Matthews) i Sendidza (A.Sandage). Nalaze se gotovo na samom horizontu dostupne vasione. Lice na zvezde promenljivog sjaja, ali zrace i sto puta vise nego neke citave galaksije tako da bi im vise odgovarao naziv "objekti sa aktivnim jezgrima". Izracivanje energije tj. X zracenja kvazara zavisi od njegove mase. Naucnici smatraju da masu kvazara mora da nosi neko centralno telo, a da se energija dobija neprekidnim upadanjem nove materije u to centralno telo. Naucnik Ricard Lavlejs (Richard Lovelace) smatra da se u sredistu kvazara nalazi crna rupa koja bi bila najstabilnije centralno telo i najefikasniji pokretac svih procesa u kvazarima.

Pretpostavlja se da crne rupe zrace kroz kvazare, odnosno da je zracenje kvazara u stvari zracenje akrecionog diska crne rupe. Kvazari ispustaju uske snopove materije kroz parne jake radio izvore sirine od 3-5o , sto pokazuje da postoji uski kanal kroz koji se materija izbacuje. Radijacija se emituje u pravcu ose diska koji okruzuje crnu rupu "kanalom" koji stvaraju jake elektromagnetne sile. To elektromagnetno polje ubrzava cestice i izbacuje ih. Merenja su dokazala da se kvazari udaljavaju od Zemlje ogromnom brzinom i zato mora biti da su jako daleko, a posledica njihovog kretanja je sirenje svemira (zato su vodonicne linije u emisionom spektru u velikom procentu pomerene ka crvenoj tj. vecoj talasnoj duzini). Treba napomenuti da su posmatranjem otkriveni dvojni kvazari sa gotovo identicnim spektrima. Takvi kvazari ne bi mogli da postoje, a ta opticka varka je u stvari efekat gravitacionog sociva, gde je samo jedan lik realan, a drugi je formiran gravitacionim socivom.



Moguca otkrica crnih rupa




Decembra 1970. je lansiran satelit Uhuru sa dva teleskopa za detektovanje samo X-zraka. U toku naredne dve godine detektovano je preko 300 izvora X-zraka. Jedan od tih izvora je iz sazvezdja Labud (koje se sada naziva Labud X-1 (Cygnus X-1)). Licio je na dvojnu zvezdu sa jednim nevidljivim clanom. Vidljivi clan toga sistema je plava zvezda devete magnitude[ii] (poznata kao HDE 226868), udaljena 8200 sg i oko 23 puta je veca od Sunca. Svakih 5,6 dana ona je pravila pun krug oko svog nevidljivog partnera, cija je masa bila 10 puta veca od Sunceve, sto je bilo previse za neutronsku zvezdu, pa su zakljucili da je to verovatno crna rupa. Osim toga, zvezda obicno ne emituje X zracenje. (To je energija 10 000 puta veca od one koju emituje Sunce). Kad se posmatra sazvezdje Labud, taj vidljivi clan tj. zvezda je izduzena i izvitoperena, jer njen pratilac ispoljava ogromnu gravitaciju i daje joj oblik jajeta. Ako se zaista potvrdi da se tu nalazi crna rupa bice to jedno od najvaznijih otkrica savremene nauke.

Naučnici, Stiven Hoking i Kip Torn, su se opkladili u postojanje crne rupe u oblasti Labuda. Hoking je rekao da na tom mestu ne postoji crna rupa (iako je bio ubedjen da postoji), jer bi time dobio utesnu nagradu za citav svoj zivotni trud, a to je cetvorogodisnja pretplata na casopis "Privatni detektiv", dok ako bi crna rupa tu zaista postojala, on bi Tornu platio godisnju pretplatu na casopis "Penthaus", jer mu tada ne bi bilo problem da isplati opkladu s obzirom da bi otkrivanjem crne rupe postigao gotovo zivotni cilj. Godine 1975. su bili 80% sigurni u postojanje crne rupe u podrucju Labuda, dok su 1987. bili 95% sigurni, da bi sledece godine Hoking poceo sa isplacivanjem svoje opklade. Osim toga, vrlo je moguce da su crne rupe jos LMCX-3, AO620-00, kao i LMCX-1 i SS433.

Pretpostavlja se da se i u Magelanovim oblacima nalaze crne rupe, mada su naucnici sigurni da ih ima mnogo vise u svemiru. Raspolaze se i sa izvesnim podacima da se crna rupa nalazi u centru nase galaksije (kao sto je i moguce za druge galaksije), sa masom koja iznosi oko stotine hiljada Suncevih, tvrdi Torn. Riz pretpostavlja da crne rupe iz centra galaksije nastaju otprilike u isto vreme kad i galaksija i to od gasa koji se sleze u centru. Gas predje tacku posle koje nema povratka, gde ne moze formirati zvezdu, ali se kontrahuje u jedan oblak koji postaje vrsta superzvezde (superstar) koja potom kolapsira u supermasivnu crnu rupu.

Da bi se otkrili X-zraci potrebni su sateliti i detektori daleko iznad Zemljine atmosfere, jer ih ona ne propusta, ili ogromni teleskopi na vrhovima visokih planina. Najbolja svetska opservatorija se nalazi na vrhu Mauna Kea (14 000 stopa), vrhu ugasenog vulkana na Havajima. Andrea Gez (Andrea Ghez) sa Mauna Kee pokusava da vidi samo srce galaksije. Ono je zvezdoliko, ugaonog precnika od 5 stepeni u kome se nalazi tackasti izvor. Pretpostavlja se da je to supermasivna crna rupa ciji akrecioni disk zraci. Ono je udaljeno nekih 28 000 sg. Njen vidik zamucuju cestice kosmicke prasine koje ispunjavaju medjuzvezdani prostor, ali ona se kroz njih probija infracrvenim kamerama sa dzinovskog Keck-a, najveceg teleskopa na svetu. To otkriva cudesnu sliku. Gez kaze da je to jedinstveno mesto u galaksiji. Koncentracija zvezda je uzasno velika, turbulencija je visoka, sile magnetnog polja su jake. Ona je najvise zainteresovana za efekat koji crna rupa ostavlja na zvezdama, jer samu rupu, naravno, ne moze videti. 1995. su tacno uspostavljene pozicije zvezda i posmatra se njihovo pomeranje. Utvrdjeno je brzo kretanje zvezda i to 14.000 km/s. U svakodnevnim uslovima, to je brzina od 3.000 milja po casu, sto bi znacilo da je u blizini jak izvor gravitacije koji upravlja brzinom, odnosno kretanjem ovih zvezda. Ta jacina je jedino analogna crnoj rupi. Prema brzini kretanja zvezda Gez proracunava da je masa te crne rupe 2,6 miliona puta veca od Sunceve. U sazvezdju Device oko 50 miliona sg od Zemlje nalazi se dzin od galaksije, nazvana M87. Otkrio ju je francuski astronom Sarl Mesje 1781.,samo par godina pre nego sto je Micel pomislio na crne rupe. Zvezde u sredistu galaksije su gusto zbijene, toliko da skupa lice na jednu ogromnu zvezdu gledano kroz mali teleskop. 1977. astronomi su detaljnije pregledali ove zvezde i po kompaktnosti zakljucili da ih drzi gravitacija koja, zakljuceno prema jacini, verovatno dolazi od crne rupe. M87 je cudna i po tome sto se iz njenog centra pruza mlaz materije na hiljade sg u prostor. Na obicnom teleskopu to se vidi slabo i bledo, dok radio teleskop otkriva brilijantan tok energije koji izracuje galaksija.

al se ovaj raspisa

BUDUCA ISTRAŽIVANJA CRNIH RUPA
Penrouzova ideja je da se buduce civilizacije smeste na sigurnoj udaljenosti od crne rupe i da je eksploatisu tako što ce u nju bacati otpad i koristiti njeno zracenje kao izvor energije. Odnosno, koristeci energiju koju rotirajuca crna rupa izbacuje sa stacionarne granice. Naravno, to je zamisao koju ce ispuniti neki naši cukun cukun cukun unuci...

Crne rupe ce u daljoj buducnosti istraživati svemirski brod Cygnus. Ako rupa rotira, ona oko sebe stvara vir i lansirana sonda koja bi se približavala rupi bi bila povucena tim džinovskim virom. Svetlost koju bi sonda slala bila bi sve crvenija, jer bi, kako Torn kaze, gravitacija zarobljavala fotone i usporavala zracenje. Rastezala bi radijaciju, cineci njihovu talasnu dužinu vecom, a duži talasi cine svetlost crvenijom. Spustanjem niz vir sonda bi bila raskomadana pre nego što posalje neke informacije sa mesta istrazivanja. Kip Torn objasnjava ovu pojavu ovako: "Ovde ja sedim. Moja glava dodje dalje od centra Zemlje nego moje grudi, tako da ima razlike u vuci. Moju glavu vuce nešto manja gravitacija od one koja vuce moje grudi. Medjutim, pri prilasku crnoj rupi ta razlika u vuci postaje sve veca i veca". To je uzrok raspadanja objekata. Plan je da sonda koja ce se približavati crnoj rupi ima mogucnost rastezanja tj. izduživanja do neke granice, da bi što duže izdržala spuštanje niz vir i time skupila i poslala više podataka. Posle odredjene granice gravitacija bi nastavila da je izdužuje i time bi je uništila. To rastezanje se nastavlja sve dok se objekti ne pretvore u spagetu tj. beskonacno dugu liniju. Ta pojava se zove spagetizacija (spagettification). Martin Riz kaže da se ona javlja pre dostizanja horizonta dogadjaja.

S obzirom da Ajnštajnova teorija relativnosti kaže da je vreme relativno i individualno, uvode se dva vremena da bi se izbegli nesporazumi oko merenja vremena. Jedno vreme meri udaljeni posmatrac (koordinativno vreme), a drugo meri posmatrac koji slobodno pada (sopstveno vreme). Jaka gravitacija i velike brzine uslovljavaju dilataciju vremena i pokazuje se da se zapravo na horizontu dogadjaja vreme potpuno ?zaustavlja?. Znaci, ako bi bili u mogucnosti da posmatramo kolaps zvezde u crnu rupu, sam kolaps necemo videti. Vreme protice sve sporije i kad se materija dosegne Svarcsildov radijus vreme staje. U neku ruku izgleda kao da je unutrašnjost crne rupe u nekom drugom delu univerzuma. Ako se baci tempirana bomba ka crnoj rupi, videce se kako ona pada ka svome cilju. Medjutim, na nekom rastojanju od crne rupe ona ce poceti da usporava da bi se potpuno zaustavila na horizontu dogadjaja. Bez obzira koliko cekali, nece se videti eksplozija. Sa stanovišta posmatraca koji zajedno sa bombom upada u crnu rupu, vreme bi teklo sasvim regularno, i on bi po samom ulasku u crnu rupu video eksploziju bombe, baš kako je natempirana.

Slicno bi se dešavalo i sa buducim svemirskim brodom Cygnus-om. Kako bi se sonda približavala crnoj rupi, ona bi se za satove na Cygnusu, koji se nalazi na sigurnoj udaljenosti, usporavala. Ako su predvidjanja da ona upadne u rupu tacno u 12h, tih 12h nikada nece otkucati. Za svaku sekundu koja otkucava trebalo bi sve više i više vremena. Tih 12h je tacka koja lezi beskonacno u buducnosti, odnosno, vreme se na horizontu dogadjaja zaustavlja. Medjutim, kad bi postojala posada u sondi koja upada, za njih bi vreme teklo sasvim normalno.

U realnom vremenu astronaut, koji se nalazi u sondi, i sve cestice njegovog organizma dozivljavaju koban kraj u singularitetu. Zato je potrebno uvesti imaginarno vreme. Tri prostorne dimenzije i imaginarno vreme formiraju zatvoreni sistem prostor-vremena, bez granica i ivica (nešto nalik Zemlji, koja takodje nema ni granica, ni ivica). Ono što se dešava može se izracunati u imaginarnom vremenu, jer zakon fizike ne važe u singularnosti. Ovo bi znacilo da astronaut ima dve istorije: realnu i imaginarnu.

Bele rupe
Prema imaginarnom vremenu astronaut odlazi u bebu univerzum tj. deo kosmosa oformljen unutar maticnog univerzuma tj. njegove cestice bi se emitovale u nekom drugom delu svemira od strane neke bele rupe. Zakoni fizike su takvi, da ako postoje mesta iz kojih ništa ne može izaci, onda moraju postojati i mesta u koja ništa ne može uci, vec samo izaci i to u stanju kakvom je i ušla u crnu rupu, odnosno zracila bi onu energiju koju joj je crna rupa zaplenila. Takva mesta su nazvana bele rupe. Koncepcija o belim rupama je prvi put izlozena 1964. godine i mnogo se u nju ne veruje. Bele rupe mogu biti kvazari, jer se pretpostavlja da kroz njih crne rupe emituju energiju. Medjutim, postojanje belih rupa je malo verovatno jer one ne poštuju drugi zakon termodinamike...

Crvotocina
Kruskal i Sekeres su 1960., nezavisno jedan od drugog, došli do iznenadjujuceg zakljucka. Jednacine su otkrile da postoje dva, vec spomenuta, singulariteta, jedan u prošlosti i jedan u buducnosti. Ali, to nije sve. Crna rupa deli prostor na dva dela. Ovo je ono sto je potrebno za putovanje kroz prostor i to neverovatno velikom brzinom. Na prvi pogled ovakav nacin putovanja izgleda moguc, medjutim kasnija istraživanja ukazuju da su sve ove mogucnosti nestabilne, gde bi i najmanja pometnja, kao što je prisustvo svemirskog broda uništila crvotocinu (wormhole), prolaz koji spaja naš i neki drugi svet. Svemirski brod bi bio uništen jakim silama. To bi bilo kao spuštanje niz Nijagarine vodopade u buretu. Zatim, broj cestica u drugom delu univerzuma bi bio jednak broju cestica koje su upale u crnu rupu plus broj cestica koje je crna rupa ižracila. One ce biti iste vrste , ali ne mora da znaci da su baš od istog upalog objekta. Ovo znaci da cestice koje upadnu u crnu rupu izlaze iz nje sa skoro istom masom. Osim toga, putovanje bilo u imaginarnom vremenu i ne bi znali gde putujemo. Ocigledno je da ce se teško ostvariti putovanje uz pomoc crnih rupa, tako da ipak ovakav nacin transporta izgleda beznadezan.
Napominjem da je ova teorija osporavana od velikog broja naucnika, al' recimo da je i Ajnštajn u pocetku bio osporavan, kao neko ko gotovo ruši temelje fizike i postavlja nove revolucionarne ideje. U stvari, bio je osporavan pošto je pricao o stvarima koje su na granici razumljivosti samog covekovog razuma.

ZAKLJUCAK
U krajnjoj liniji, a i logicki gledano, s obzirom na tok zbivanja u Vasioni, moguce je da ce njen poslednji stadijum biti u obliku supermasivne crne rupe, ako se uzme u obzir da je ona krajnje poslednji stadijum kolapsa materije, a uz to i najstabilniji. Ako se pretpostavi da ce sve galaksije u Vasioni kolapsirati u crnu rupu, ona bi imala precnik od 10 milijardi svetlosnih godina sa gustinom nekog gustog gasa. Uzimajuci u obzir masu Vasione, crna rupa koja bi nastala od sve te materije imala bi precnik od 25 miliona svetlosnih godina, a to je upravo precnik svemira u kome mi živimo. Znaci, moguce je da citava Vasiona predstavlja jednu crnu rupu. To je hipoteza koju je postavio Kip Torn (Kip Thorne). Ako je to tacno onda je svemir oduvek bio ovakav i zauvek ce ovakav ostati.

Da li je moguce da se u centru nase galaksije nalazi crna rupa? Da, moguce je. Kolika je verovatnoca da nas ona uskoro "prozdere"? Mala. U stvari, gotovo nikakva uzimajuci u obzir dimenzije galaksije i sporo uvlacenje materije kroz levak rupe. Pre ce sudbinu Zemlje zapecatiti neka druga sila, kao što su pozni stadujumi Sunceve evolucije, odnosno npr. za nekih 800 - 900 miliona godina ce se površinska temperatura Sunca povisiti taman toliko da na Zemlji ispare okeani.
Kolika je verovatnoca da Sunce kolapsira u crnu rupu? Takodje, mala. Odnosno, nikakva, zato sto je Sunceva masa ispod Candrasekarove granice. Ono bi moralo biti barem upola vece nego što je sad da bi imalo predispozije zvezde koja ce kolapsirati u crnu rupu. Sunce ce svoju evoluciju završiti na stadijumu belog patuljka, a to ce se dogoditi nakog što mnoge i mnoge generacije prožive.

U Srednjem veku kartografi su obeležavali Afriku recima: "Ovde su zmajevi." Kako su istrazivaci otkrivali ovaj kontinent, misterije su nestajale. Slicno tome, otkrivanje svemira je oduvalo mnoge predrasude i strahove. Medjutim, naucnici koji tragaju za crnim rupama su zateceni u potpuno suprotnom stanju. Što ih više istražuju, one izgledaju monstruoznije. Pitanje je da li one zaista postoje, da li imaju moc da nadjacaju bilo koju silu i da li one duboko unutra kriju najvece tajne Svemira. Proucavanja crnih rupa postavljaju mnoga pitanja koja zalaze iza samog covekovog razuma i mogucnosti saznanja. Koliko je nepoznato to šta je prouzrokovalo Veliki Prasak, toliko su i crne rupe nerazumljive i nedokucene.

Na Ajnštajnovu recenicu: "Nikada necu poverovati da se Bog igra kockicama" ("God does not play dice"), koju je on izjavio pošto se suocio sa odbojnošcu prema kvantnoj mehanici, Hoking se kasnije nadovezao da ne samo da se igra sa njima, vec ih baci tamo gde ih ne moze videti...

"...Hoce li se konacno za jednu posmatranu oblast ustanoviti da je crna rupa? Ili ce se pokazati da su crne rupe bile, ipak, samo fantazija, razvijena iz teorijskih jednacina koje nude bogate mogucnosti za mastanje, ili im je sudbina da ostanu samo teorijske?..." iz knjige "Vasiona Stivena Hokinga"- Dejvid Filkin.


Izvor   Link

   Treba se videti kompleksnost istrazivanja i komplikovanost zkljucaka u nauci. Dokle se sve ide, a ne pojam Boga svoditi samo na " ja verujem ", " onom ili ovom se onako ili ovako prikazalo "......
Ako se nauka bavi stvarima koje se granice sa mastom, zar se misli da se Tvorac moze tek tako objasniti, da je to tako prosto, ajd' zamislimo ovako ili onako.
Ako su stvari u nauci ovako kompleksne, pa, valjda, Tvorac nije manje kompleksan.

Ееееееј, успори !

Дај ако те не мрзи још малчице детаљније о реакцијама у језгру, може и мало формула...

Хвала и на оволиком труду. Стварно је лепо видети да неко оволико воли астро физику.

Свака част! (нећу много да те-вас хвалим, да се не уобразите, а ја ћу још да запиткујем...)

Питање када се звезда сажме до сингуларитета, шта значи термин да је ту бесконачан притисак, густина и закривљеност простор-време? Па види шта овде пише...

Singularitet
Singualritet je predstavljen tackom. U toj tacki je beskonacan pritisak, gustina i zakrivljenost prostor-vremena. To je centar crne rupe. Do ovog zakljucka dosli su naucnici Rodzer Penrouz i Stiven Hoking, smatrajuci da ovde otkazuju svi zakoni fizike. Sam pojam singulariteta je nije precizno odredjen, odnosno jako je tezak za objasnjavanje, jer se ono pomalo kosi sa zdravim razumom. Matematicar Rodzer Penrouz je radio na matematici urusavanja materije pod jakom gravitacijom, koristeci pojedine teoreme iz topologije (topologija je grana matematike koja proucava i koristi razlicite oblike, njihove osobine i pretvaranje jednog u drugi). Openhajmer je zajedno sa Snajderom dao eksplicitno resenje Ajnstajnovih jednacina objasnjavajuci da se crna rupa formira od oblaka prasine u cijoj se unutrasnjosti nalazi singularitet, ali ga mi ne vidimo, jer se oko njega nalazi horizont dogadjaja koji je propustan samo u jednom smeru. "...Prica se da su Penrouzove zamisli nadahnule slikara Esera da naslika dve slavne zbunjujuce slike 'Vodopad' i 'Uzlazno stepeniste', u kojima se vide sasvim ubedljive strukture koje, medjutim, u stvarnom svetu nikako ne bi trebalo da budu moguce..."

Ако је сам појам тежак за објашњавање, коси се са разумом, шта онда значи то бесконачно... Колико се ја сећам из школе, бесконачност је теоријски појам, а није још доказан у пракси. Да ли се мисли да је екстремно висок притисак, густина и закривљеност простор-времена или баш бесконачно?