Sta je '' CRNA RUPA '' ?

POJAM CRNE RUPE


Odakle im bas ovakvo ime? Jednostavno, ne
vide se i gutaju sve sto im se nadje na domak ruke. Ovaj apstraktan
pojam postoji kao mogucnost vise 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 snazno gravitaciono
polje kojim cak i svetlost savija ka sebi. Micel je smatrao da postoji
veliki broj ovakvih zvezda, samo sto mi nismo u stanju da ih vidimo,
jer svetlost sa njih ne moze doci do nas, posmatraca.
Francuski
naucnik Laplas je, nezavisno od Micela, 1795. dosao na slicnu zamisao i
izracunao da svetlosni zrak dovoljno masivne zvezde ne bi bio u stanju
da napusti njenu povrsinu. Tada je napisao: "...prema tome, nije
iskljuceno da najsvetlija tela iz toga razloga postanu nevidljiva...".
Tu svoju ideju on je ukljucio samo u prvo i drugo izdanje svoje knjige
"Sistem sveta", da bi je u ostalim izdanjima izostavio, verovatno
smatrajuci je nebitnom.

Sto se tice samog termina, novijeg je
datuma. Dzon Viler je 1969. godine na jednom seminaru u Njujorku
imenovao ovu pojavu i prvi poceo 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 ocito imalo magican efekat, jer su svi ubrzo
prihvatili taj termin, a i izmedju ostalog i u naucnoj fantastici...
Šta je to "crna rupa"?
Crna
rupa je jedan od mogucih zvezdinih "ostataka" - ekstremno zakrivljena
oblast prostor-vremena iz koga se, prema klasicnoj fizici, nista, cak
ni svetlost, ne moze otisnuti zbog izuzetno velike sile teze, odnosno
gravitacije. Mozda je to prazan prostor, mozda je to prava rupa u
svemiru, a mozda je ona mesto koje je otseceno od ostatka svemira, a
mozda ni same crne rupe, u stvari, ne postoje. Dokazano je da postoji
mogucnost njihovog postojanja, ali nema dokaza da one zaista postoje,
jer se golim okom ne mogu videti cak ni kad bi gledali kroz najbolji
svetski teleskop, jer su jednostavno, nazovi, crne. A mozda su one plod
maste dokonih fizicara...

Najjaci 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 objasnjavaju kombinacijom Ajnstajnove opste
teorije relativnosti i kvantne mehanike, gde Ajnstajnova teorija
objasnjava pojave velikih razmera i potpuno je determinisana, a kvantna
mehanika svet u malom koji sve objasnjava u okvirima verovatnoce, a ne
tacno odredjenih vrednosti. Naucnici pokusavaju da dodju i do
objedinjenja ove dve grane fizike, tzv. teorije svega (theory of
everything) i da na taj nacin 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 objasnjen. Ajnstajn nije
prihvatao kvantnu mehaniku. Medjutim, posle njegove smrti razvoj fizike
je otisao daleko u dubinu materije (mikro svet). Stiven Hoking je taj
koji uvodi kvantne efekte u razmatranje gravitacionog polja...

Specijalna teorija relativnosti
Nastala je pocetkom XX veka. U sustini uopstava Njutnovu i Galilejevu, klasicnu, mehaniku. Postulati STR su:
1. Svi fiizicki zakoni izrazavaju 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, cije
objasnjenje pokazuje da je vreme relativno, odnosno razlicito za
razlicite posmatrace. Svaki sistem ima svoje vreme. Zatim, vremenski
interval izmedju dva dogadjaja koji se dese na istom mestu meren
casovnikom koji miruje u tom sistemu uvek kraci od vremenskog intervala
meren casovnicima 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.

Opsta teorija relativnosti
Ovom
teorijom Ajnstajn 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 - teska 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 moze eliminisati, barem lokalno. Takodje, ovaj
princip Ajnstajn je prosirio i na ekvivalenciju energije i teske 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 zracenja i date zvezde.

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

Samo izracunavanje jednacina OTR je vrlo
komplikovan i moze se izvesti samo primenom tzv. tenzorskog racuna.
Znaci, Ajnstajn je zakljucio da prostor nije ravan, vec zakrivljen i da
lokalnu zakrivljenost stvara prisustvo mase u svemiru. Shodno tome,
tela se kroz zakrivljen prostor ne krecu pravolinijski, vec slede
putanju najkraceg rastojanja izmedju polaznog i konacnog polozaja tela
u kretanju. Te putanje se zovu geodezijske linije. To su krive bez
granica. Ako je to tacno onda nema potrebe za silom gravitacije koja se
prenosi trenutno, niti za objasnjenjem da su inercijalna i gravitaciona
masa jednake.

Ajnstajn je ustanovio da materija odredjuje
prostoru kako da se zakrivi, a prostor materiji kako da se krece, sto
je bio nov nacin za opis gravitacije. Nema vise sila. On je Njutnovu
gravitaciju zamenio zakrivljenim prostorom. Zakrivljenost prostora se
moze demonstrirati modelom gumene mreze. Ako uzmemo rastegljivu gumenu
mrezu, postavimo je horizontalno i preko nje pustimo da se kotrlja ping
pong loptica uvidecemo da se guma nece deformisati, odnosno loptica ce
se kretati pravolinijski. Medjutim, ako pustimo da se sa jednog kraja
kotrlja djule, ono ce svojom tezinom upasti u mrezu i iskriviti je.
Naucnici pokusavaju da ujedine OTR sa kvantnom mehanikom u kvantnu
gravitaciju, koja bi trebala da objasni neke jos nerazjasnjene stvari
(kao sto je npr. singularitet)

Pojam prostor-vremena
Svi na vreme gledaju kao na nesto sto protice
bez obzira sta se desava, ali teorija relativnosti kombinuje vreme i
prostor i kaze da bi oni mogli biti isprepletani ili izobliceni od
strane materije i energije. Prostor-vreme bi trebalo da ima 4
dimenzije. Zasto? Tri prostor-vremenske dimenzije nisu dovoljne za bilo
koji slozeni 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 polozaj komarca bas u odredjenom trenutku. S druge
strane, ako bi postojalo vise od 3 prostorne dimenzije, putanje
(orbite) planeta oko Sunca ili elektrona oko jezgra bi bile nestabilne
i naginjale bi spiralno ka unutra. Ostaje mogucnost da postoji vise od
jedne vremenske dimenzije sto bi bilo uzasno tesko zamisliti.

NASTANAK CRNIH RUPA (evolucija zvezda)
Crne
rupe su jedan od mogucih poslednjih stadijuma evolucije zvezde tj.
jedan od nacina kako ona zavrsava svoj zivot. Prostor izmedju zvezda
nije prazan. Medjuzvezdani prostor ispunjavaju oblaci gasa ciji je
glavni sastojak vodonik, i cestice prasine. Taj materijal nije pravilno
rasporedjen u prostoru i skuplja se u pramenove pod dejstvom
gravitacije. Gravitaciona sila je obrnuto proporcionalna kvadratu
rastojanja izmedju dve cestice, a direktno proporcionalna proizvodu
njihovih masa, sto znaci da sto je gusci oblak, veca je gravitaciona
sila izmedju cestica (Njutnov zakon gravitacije). One pod dejstvom
gravitacije nastavljaju da se sabijaju i pocinju 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 pocinju termonuklearne
reakcije u kome se vodonik pretvara u helijum. Masa helijumovog atoma
je nesto manja od mase cetiri vodonikova atoma, sto govori o tome da
masa odlazi u vidu energije. Oslobodjena enegrija tj. energija dobijena
sagorevanjem goriva, moze se izraziti Ajnstajnovom jednacinom E=mc2 i
ona predstavlja sijanje zvezde pri cemu se emituju elektromagnetni
talasi svih talasnih duzina.

Zvezda izlazi na glavni niz HR
dijagrama i pocinje da stari. Sve vreme svoga zivota na HR dijagramu
zvezda je u ravnotezi, odnosno u nekakvom "metastabilnom" stanju.
Situacija je pomalo analogna naduvanom balonu. Postoji ravnoteza
izmedju pritiska koji pokusava da rasiri balon i napetosti gume koja
tezi da smanji balon, odnosno, ka njenoj unutrasnjosti deluje
gravitaciona sila, ali se njoj suprostavlja energija iz termonuklearnih
reakcija tj. Fermijev pritisak. Sto je zvezda veca ona brze stari, tj.
brze sagoreva gorivo, ali bez obzira na sve zivotni vek zvezde je
uzasno dugacak, gde je rec o milijardama godina. Termonuklearne
reakcije traju sve dok se sam vodonik ne istrosi, odnosno dok ne dodje
do formiranje gvozdja koji je najstabilniji element u Univerzumu, jer
tada vise nema sta u sta da se pretvara. Naravno, do formiranja gvozdja
dolazi posle niza transformacija, jer iz vodonika nastaje deuterijum,
pa helijum, pa C, N, O2 sve do Fe. U jednom trenutku Fermijev pritisak
nece vise biti dovoljan za odbijanje gravitacije tako da citava zvezda
pocinje polako da kolapsira.

Zvezde od 1,2 do 1,4 Sunceve mase
zavrsice svoju evoluciju na stadijumu belog patuljka. Sav visak
energije i mase oslobodice u vidu planetarne magline. Zvezde izmedju
1,4 i 2 Sunceve mase zavrsavaju kao neutronske zvezde, a one jos
masivnije zavrsavaju kao crne rupe, odnosno zvezde sa masom iznad
Candrasekarove granice ne mogu da se odrze na stadijumu neutronske
zvezde vec svoje sazimanje nastavljaju. Sto je zvezda manja,
gravitacija je sve veca. Neutronska zvezda ima drugu kosmicku brzinu od
2/3c, odnosno da bi cestica pobegla sa njene povrsine morala bi da se
krece tom brzinom. Ako se materija i dalje kontrahuje, gravitacija
raste i dolazi do nivoa kada se druga kosmicka brzina povecava na
brzinu svetlosti ©. Kada se to dogodi vrednost precnika tela je jednaka
Svarcsildovom radijusu, odnosno formira se crna rupa. Neutronske zvezde
i crne rupe visak materije i energije oslobadjaju u vidu eksplozije
supernove.

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

Vise o "Crnim rupama" mozete naci ovde


Crne rupe