Gaura neagraÎn ultima parte a seriei dedicate teoriei relativităţii pe înţelesul tuturor vorbim despre implicaţiile relativităţii generalizate. Vedem ce este o gaură neagră, care sunt principalii ei parametri şi care sunt predicţiile relativităţii generalizate care nu au fost deocamdată confirmate experimental (video inclus).



ACCESAŢI AICI SECŢIUNEA SCIENTIA DEDICATĂ TEORIEI RELATIVITĂŢII



 

CUPRINS

 

Implicaţiile relativităţii generalizate
Ce sunt găurile negre ?
Singularitatea şi orizontul evenimentelor
Tipuri de găuri negre
Cum detectăm o gaură neagră
Probleme încă nerezolvate
Concluzie
...mergi direct la videoclip


IMPLICAŢIILE RELATIVITĂŢII GENERALIZATE


În anii de după confirmarea pe cale experimentală a teoriei relativităţii generalizate a lui Einstein (în timpul eclipsei din 1919)  alţi oameni de ştiinţă au început să deducă o serie de implicaţii şi urmări ale relativităţii generalizate.

 

GĂURILE NEGRE

Se cunoaşte faptul că masa distorsionează spaţiul. Ştim şi că traiectoria luminii este afectată de gravitaţie. Mai ştim că teoria relativităţii generalizate a lui Einstein prezice existenţa unuia dintre cele mai stranii obiecte imaginate vreodată de fizicieni – găurile negre.

Dacă ar putea fi produsă o deformare suficient de mare în structura spaţiu-timpului prin plasarea unei mase imense într-un volum suficient de mic, atunci continuumul spaţiu-timp ar fi atât de puternic curbat în acea zonă încât nimic, nici măcar lumina, nu ar putea să-i scape. Şi din moment ce nimic nu poate călători mai rapid decât lumina, orice ar pătrunde în acea regiune a spaţiu-timpului ar fi prins în interiorul acesteia până când diverse efecte cuantice i-ar permite să scape.

Găurile negre pot fi de diverse dimensiuni şi pot avea diferite mase. Este necesar doar ca suficientă materie (masă) să fie concentrată într-atât de mult încât să se atingă punctul în care aceasta să sufere un colaps sub influenţa propriei gravitaţii.

 



Găurile negre stelare se formează atunci când stele de cel puţin 20 de ori mai masive decât Soarele îşi epuizează combustibilul nuclear şi nu mai pot întreţine reacţiile care au loc în interiorul lor. Acestea se răcesc rapid, suferă un colaps din cauza propriei gravitaţii, iar unda de şoc astfel generată duce la explozia învelişului exterior al stelei în cadrul unui fenomen cosmic de proporţii colosale care poartă numele de "supernovă".

Numai că nucleul dens de mici dimensiuni al stelei poate rămâne compact datorită aceleiaşi forţe a gravitaţiei. Şi pe măsură ce colapsul continuă sub influenţa greutăţii proprii, particulele atomice din acest nucleu dens se zdrobesc unele de altele până când tot ceea ce mai rămâne este o gaură neagră.

 

SINGULARITATEA ŞI ORIZONTUL EVENIMENTELOR

În centrul său există ceea ce poartă numele de "singularitate", masa unei întregi stele concentrată într-un punct al spaţiului. În jurul său este un înveliş invizibil cunoscut drept "orizontul evenimentelor". Este un punct limită la nivel cosmic. Odată depăşită această graniţă, nimic, nici măcar lumina, nu mai poate scăpa gravitaţiei găurii negre decât prin intermediul unor efecte şi procese cuantice.

 

TIPURI DE GĂURI NEGRE

Găurile negre super-masive pot îngloba de câteva miliarde de ori mai multă materie decât conţine Soarele. Aceşti monştri cosmici există în centrul fiecărei galaxii de mari dimensiuni.

Găurile negre microscopice au mase minuscule şi în acest caz efectele mecanicii cuantice devin foarte importante. Există teorii care afirmă că acest tip de găuri negre ar fi apărut la momentul Big Bang-ului şi ar fi dispărut repede sub influenţa efectelor cuantice. Se crede că în momentul dispariţiei lor acestea ar emite brusc rafale de particule de energii înalte, numai că asemenea evenimente nu au fost detectate, cel puţin până în 2008.

 

CUM DETECTĂM O GAURĂ NEAGRĂ ?

Ecuaţiile care preziceau existenţa găurilor negre erau considerate corecte, dar întrebarea care s-a născut era dacă acestea chiar există în realitate. Există vreun proces în natură în urma căruia materia să fie comprimată la densităţile extreme necesare creării unei găuri negre? Iar răspunsul a fost că DA, ar putea exista, iar locul naşterii unui asemenea proces ar putea fi, cum am menţionat şi mai devreme, nucleul unor sori giganţi şi muribunzi...

Nu este posibilă studierea şi observarea directă a fenomenelor de dincolo de orizontul evenimentelor unei găuri negre. De altfel, despre un obiect care traversează această graniţă imaginară se poate spune că a părăsit pentru totdeauna Universul nostru. Şi atunci, din moment ce nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa acţiunii unei găuri negre, cum reuşesc astronomii să detecteze asemenea fenomene cosmice.



Localizarea unei găuri negre izolate în spaţiul cosmic este posibilă datorită observării traiectoriilor curbe pe care lumina provenită de la stelele dinapoia sa le urmează. O şi mai bună şansă de a detecta o gaură neagră ar exista dacă aceasta nu ar fi izolată într-o regiune a spaţiului cosmic, ci ar fi însoţită de o stea pereche care se roteşte în jurul său. Acest tip de gaură neagră ar absorbi materie din steaua vecină, care ar orbita în jurul său, la o distanţă sigură, în exteriorul orizontului de evenimente. Materia provenită din stea s-ar încălzi pe măsură ce ar fi atrasă înspre gaura neagră, fiind astfel emise cantităţi imense de radiaţie de mare energie. Radiaţiile foarte intense care provin din zone mici ale spaţiului sau de la stele care gravitează în jurul unor parteneri invizibili - iată care sunt indiciile cu ajutorul cărora putem localiza o gaură neagră.

 

PROBLEME ÎNCĂ NEREZOLVATE

Se pare că oricum ar arăta o eventuală teorie unificatoare din fizică, Relativitatea va juca întotdeauna un rol central în înţelegerea realităţii, a mediului înconjurător şi a Universului din care facem parte. Poate părea surprinzător, dar astăzi - la mai bine de 100 de ani după publicarea de către Einstein a primelor sale lucrări pe tema Relativităţii - există încă aspecte ale teoriilor sale care nu au fost verificate pe cale experimentală.

Unul se referă la ideea că producerea în spaţiu a unui eveniment violent de proporţii cosmice - precum coliziunea a două găuri negre ori explozia unei supernove - ar avea ca efect apariţia unor unde care ar trebui să se propage prin structura spaţiu-timpului. O asemenea "undă gravitaţională" ar produce efecte minuscule la nivelul Pământului, dar oamenii de ştiinţă speră ca într-o bună zi să pună la punct experimente suficient de sofisticate, cu aparatură foarte sensibilă, astfel încât să poată detecta micile distorsiuni ale spaţiului cauzate de aceste aşa-numite "unde gravitaţionale".

O altă predicţie a relativităţii generalizate care nu fusese testată până în secolul XXI are legătură cu efectele obiectelor rotative asupra continuumului spaţio-temporal. Dacă un obiect masiv curbează spaţiul din vecinătatea sa, unul care se învârteşte va face mai mult: va răsuci structura spaţiu-timpului. Acest lucru a fost confirmat recent de observaţiile experimentale.

 

Fenomenul despre care se face vorbire mai sus poartă numele de "frame-dragging" şi se referă la efectul pe care corpurile aflate în mişcare de rotaţie îl au asupra spaţiu-timpului. Componenta de rotaţie a acestui efect (există şi una liniară) a fost derivată pe baza ecuaţiilor relativităţii generalizate de către fizicienii austrieci Josef Lense şi Hans Thirring, în anul 1918, din care cauză poartă şi numele de efect Lense-Thirring.  Cei doi austrieci au prezis că rotaţia unui obiect alterează continuumul spaţio-temporal, deviind astfel un corp aflat în vecinătatea sa de pe poziţia prezisă de fizica newtoniană. Valoarea acestei deviaţii este minusculă - în jur de 1 la câteva trilioane faţă de poziţia prezisă de fizica clasică, astfel că detectarea experimentală a acestui efect necesită fie examinarea unui corp ceresc foarte masiv, fie construirea unor aparate de măsură extrem de sensibile. Domeniul care se ocupă cu studierea efectelor generate de masele în mişcare asupra spaţiu-timpului poartă numele de gravitomagnetism.

 

Deşi autorii materialului video afirmă că acest efect a fost confirmat experimental, niciunul dintre testele efectuate nu se bucură de o acceptare pe scară largă, majoritatea născând controverse. Puteţi citi detalii despre experimentele deja efectuate în acest domeniu, despre controversele existente, dar şi despre ce se pregăteşte în viitor în acest domeniu, la această adresă (limba engleză).

 


CONCLUZIE

Într-adevăr, moştenirea lui Albert Einstein este una solidă, profundă şi răsunătoare, iar realizările sale îl plasează, alături de Galileo Galilei şi Sir Isaac Newton, în galeria restrânsă a oamenilor de ştiinţă care au schimbat profund şi radical modul în care înţelegem şi ne raportăm la Univers. Dar ideile ştiinţifice revoluţionare au nevoie de timp pentru a pătrunde în conştiinţa publicului larg. Poate peste încă 100 de ani, oamenii vor considera relativitatea spaţiului şi timpului la fel de normală cum ni se pare nouă astăzi rotaţia zilnică a Pământului în jurul propriei axe. Poate că până atunci, călătoria între stele va deveni la fel de obişnuită cum este în prezent zborul cu avionul. Albert Einstein a fost cu certitudine un om al tuturor timpurilor.

 


Notă: articolul de mai sus reprezintă, cu excepţia paragrafului cuprins între ghilimele, adaptarea textului folosit în film.
Traducerea şi adaptarea: Scientia.ro.
Credit: www.cassiopeiaproject.com