Исследовательская работа на тему " Гравитационный коллапс и черные дыры"

МИНИСТЕРСТВО ПРОСВЕЩЕНИЯ ПМР

МУ «ДУБОССАРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ»

МОУ «ДУБОССАРСКАЯ РУССКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №5»

ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС И ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ

Секция : Астрономия

Автор: Сывак Александр Вячеславович

ученик 10 класса

адрес: г.Дубоссары, ул. Котовского, 51

Руководитель: Скороходова

Светлана Николаевна,

учитель физики и астрономии

1 кв. категории

г. Дубоссары

2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Введение………………………………………………………………………..2

2. История теоретического обоснования существования черных дыр……….5

3. Гравитационный коллапс……………………………………………………..7

4. Образование черной дыры……………………………………………………10

5. Решение уравнений Эйнштейна для черной дыры:………………………...12

-решение Шварцшильда

-решение Райснера - Нордстрема

-решение Керра

-решение Керра – Ньюмена

6. Термодинамика и излучение Хокинга……………………………………….14

7. Виды черных дыр……………………………………………………………..16

- черная дыра звездной массы

-сверхмассивная черная дыра

-первичная черная дыра

-квантовые черные дыры

8. Поиск черных дыр во Вселенной…………………………………………….18

9. Заключение…………………………………………………………………….21

10. Список литературы…………………………………………………………..23

1. ВВЕДЕНИЕ.

ХХ век принес с собой множество удивительных открытий в самых разнообразных областях человеческих знаний , причем большинство из них с трудом укладываются в наши обыденные представления об окружающем мире. К числу таких явлений оказавшихся в центре внимания современной науки относятся и черные дыры. У черных дыр интересная история, так как они приподнесли теоретикам немало сюрпризов, приведших к лучшему пониманию природы пространства- времени.

Дело в том ,что черные дыры возможно наиболее фантастические из всех концепций созданных человеческим разумом. Черные дыры не тела и не излучения. Они представляют собой сгустки гравитации. «Из всех измышлений человеческого ума, от единорога до химер, до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое это образ черной дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь, дыры, обладающей настолько сильным гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой, дыры искривляющей время. Подобно единорогам и химерам, черная дыра кажется более уместной в фантастических романах или мифах древности, чем в реальной Вселенной и тем не менее, законы современной физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали. Возможно только наша Галактика содержит миллионы их» - так сказал о черных дырах американский физик К. Торн .

Внутри черной дыры удивительным образом меняются свойства пространства и времени, а в глубине находится граница, за которой время и пространство распадаются на кванты… .Внутри черной дыры ,за краем этой своеобразной гравитационной бездны откуда нет выхода, текут удивительные физические процессы, проявляются новые законы физики.

Черные дыры являются самыми грандиозными источниками энергии во Вселенной . Возможно черные дыры в будущем станут источниками энергии для человечества.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Тема черной дыры является одной из актуальнейших тем современной астрономии, астрофизики и космологии ,так как изучение этих объектов помогают лучше понять устройство нашей Вселенной с момента Большого взрыва по настоящий день ,а также позволяет понять ,что будет с нашей Вселенной в будущем, позволит существенно расширить наше знание о фундаментальных свойствах пространства и времени, свойствах структуры физического вакуума, проявляющиеся в окрестностях черной дыры, где возникают квантовые процессы, еще более мощные квантовые процессы происходящие внутри самой черной дыры, то есть открывают путь в новое, очень широкое поле познания физического мира.

Поэтому я не мог не увлечься таким уникальным объектом как черная дыра, понять и изучить собранный о черных дырах материал.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Цель моей исследовательской работы заключается в раскрытии сущности образования, существования и эволюции черной дыры, изучении процессов, происходящих внутри черной дыры и вне ее границ, раскрытии проблем, возникающих при изучении черных дыр.

ЗАДАЧИ. Одними из важнейших задач ,которые я ставлю перед собой являются :

1. Систематизировать и изучить информацию о черных дырах.

2. Обозначить актуальность проблемы «Черной дыры» в современных условиях.

2. Изучить историю возникновения и теоретического обоснования существования черной дыры.

3. Выяснить возможные способы поиска черных дыр.

4. Рассмотреть феномены ,связанные с черной дырой.

5. Обозначить тенденции в исследованиях существования черных дыр.

ПРОБЛЕМА. Перед собой я ставлю проблему - раскрытия фундаментальных свойств материи и пространства – времени в процессе изучения явлений, происходящих в области черной дыры.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В работе я использовал методы анализа, сравнения и обобщения научной литературы.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом моего исследования являются процессы, происходящие в условиях гравитационного коллапса – черной дыры.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Вопрос о природе черных дыр и методах их поиска.

Высокая значимость и недостаточная практическая разработанность проблемы «Черной дыры» определяет несомненную НОВИЗНУ данного исследования.

На основании проведенного мною опроса учащихся нашей школы я выяснил, что вопрос существования черных дыр пользуется повышенным интересом, но в виду отсутствия предмета астрономии в школьной программе, эта тема недостаточно освещена. Поэтому собранный мною в процессе выполнения исследовательской работы материал может быть использован для расширения кругозора и повышения познавательного интереса учащихся при изучении физики и астрономии.

2. ИСТОРИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ

Предысторию открытия черной дыры можно начать со времен И. Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения-закон управляющий силой, действию которой подвержено абсолютно все. И то, что свет также подчиняется силам тяготения и начинает историю предсказания поразительных свойств черной дыры.

Джон Митчелл, физик, астроном и геолог, профессор Кембриджского университета и пастор английской церкви в 1783 году попытался объединить два великих творения Ньютона – механику и оптику, предположив, что световые корпускулы, как и обычная материя, подчиняются законам механики, то есть небесные тела могут превращаться в ловушки для света. Если гравитация планеты столь сильна, что скорость убегания превышает скорость света, выпущенные в зенит световые корпускулы не смогли уйти в бесконечность. Это же произойдет и с отраженным светом. Значит для удаленного наблюдателя планета окажется невидимой .Митчелл вычислил критическое значение радиуса такой планеты Rкр в зависимости от ее массы М, приведенной к Мс (Концепция массивного тела, гравитационное притяжение которых настолько велико, что вторая космическая скорость равна или превышает скорость света впервые была высказана в 1784 года Мичеллом. У тел с радиусом в 500 Rc и плотностью Солнца вторая космическая скорость равна скорости света. Мичелл вычислил критическое значение радиуса такого объекта :

,

где Мс –масса Солнца

В 1796 году Пьер Симон Лаплас включил в свое издание «Изложение систем мира» предположение, что в космосе скрывается множество звезд, которые нельзя разглядеть ни в один телескоп. «Светящаяся звезда с плотностью равной плотности Земли и диаметром в 250 раз больше диаметра Солнца не дает ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения, поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной по этой причине невидимы». Он рассчитал величину второй космической скорости на поверхности звезды, ее значение тем больше, чем больше масса и чем меньше радиус этого тела. Лаплас знал, что эта «черная», но не знал, что еще и «дыра», в которую можно упасть ,но невозможно выбраться. И лишь в ноябре 1915 года А. Эйнштейн опубликовал теорию для быстроменяющихся полей и назвал ее Общей теорией относительности, на основе которой Шварцшильд произвел расчеты метрики пространства вне и внутри не вращающегося сферического тела. Однако на тот момент полагали, что столь странные космические объекты в природе не существуют .Одним из главных выводов общей теории относительности является тесная связь между временем ,пространством и распределением массы. Согласно ОТО пространство и время – это форма существования материи. Исчезнет материя - исчезнут пространство и время. Масса изменяет геометрию пространства своей гравитацией. Геометрия пространства, ее изменение со временем, а также скорость течения самого времени зависит от распределения и движения материи в пространстве .

В 1939 году Оппенгеймером и Х. Снайдером на идеализированной математической модели доказали, что массивная коллапсирующая звезда стягивается к своему гравитационному радиусу.

Окончательный ответ был получен во второй половине ХХ века, подобный коллапс ведет к возникновению сингулярности, сила гравитационного притяжения вблизи которой стремится к бесконечности. В конце 1967 года американский физик Джон Арчибальд Уилер первым назвал такой финал звездного коллапса черной дырой.

В 1967 году были открыты нейтронные звезды – пульсары. Наступила очередь черных дыр.

3. ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС.

Любые массы искривляют пространство-время тем сильнее, чем больше эти массы. Когда большая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме ,то под действием собственного тяготения это вещество будет неудержимо сжиматься и наступит катастрофа-гравитационный коллапс. В процессе коллапса растут концентрация массы и кривизна пространства – времени и в результате сжатия наступает момент, когда пространство-время свертываются так, что ни один физический сигнал не сможет выйти из коллапсирующего объекта наружу и для внешнего наблюдателя объект становится невидимым.

Гравитационный коллапс звезды – это катастрофически быстрое ее сжатие под действием собственных сил тяготения, которое может произойти после прекращения в центральной части звезды термоядерных реакций. С истощением в звезде запасов ядерной энергии и угасания центрального источника энергии непосредственно нарушаются ее тепловое, а затем и механическое равновесие. При этом ослабляются силы, противодействующие тяготению, и возникают условия для быстрого сжатия звезды. Гравитационный коллапс рассматривается как один из возможных путей завершения эволюции звезды (с М 1,2Мс) ,приводящих к образованию нейтронных звезд или даже (в случае релятивистского гравитационного коллапса) черных дыр. Выброс внешних слоев звезды, возможный при гравитационном коллапсе ее центральной области, приводит к появлению

сверхновой звезды.

На рисунке показана возможная схема эволюционного пути массивной звезды ( М = 10Мс ) от момента ее рождения из газо-пылевого облака до момента полного истощения в ее центральной области термоядерного топлива и наступления гравитационного коллапса (точка разветвления ). Путь, по которому пойдет эволюция звезды после истощения термоядерного источника, зависит от того, как давление вещества звезды изменяется с изменением температуры и плотности .Если увеличение плотности при сжатии вещества силами тяготения не сопровождаются достаточно интенсивным путем роста давления, то в звезде создаются предпосылки для нарушения гидростатического равновесия и развития гравитационного коллапса. Силы тяготения быстрее нарастают с уменьшением радиуса звезды по сравнению с силами давления. Начавшийся гравитационный коллапс при определенных условиях может затормозиться или даже остановиться, но в ряде случаев может безостановочно продолжаться, переходя в релятивистский гравитационный коллапс - быстрое сжатие космического тела под действием гравитационных сил в условиях, когда тело (массивная звезда) уже сжались до столь малых размеров, что у его поверхности гравитационный потенциал GM/r оказывается сравним по величине с квадратом скорости света. В этих условиях физические явления описываются общей теорией относительности . Согласно общей теории относительности, тяготение есть проявление кривизны пространственно-временного континуума .Темп течения времени по мере приближения к сжавшейся звезде замедляется:

В теории Эйнштейна сила тяготения на поверхности статической звезды:

При r стремящемся к гравитационному радиусу сила тяготения Fэ обращается в бесконечность. Если тело, сжимаясь, сократилось до размеров, близких к гравитационному радиусу ,то никакие силы не в состоянии остановить дальнейшее сжатие ,и тело будет неудержимо падать в себя – коллапсировать. Когда поверхность звезды свободно падает в поле тяготения, то она находится в состоянии невесомости. Время замедляет темп своего течения ,и для внешнего наблюдателя сжатие растягивается в бесконечность ,и он никогда не увидит звезды ,сжавшейся до размеров меньших гравитационного радиуса. С точки зрения внешнего наблюдателя, все процессы на такой сжимающейся звезде замедляются, как бы затухает и ее излучение ,хотя по собственному времени звезда излучает в том же темпе. Сколлапсировавшие звезды принято называть черными дырами.

4. ОБРАЗОВАНИЕ ЧЕРНЫХ ДЫР.

Черная дыра – область пространства-времени, гравитационное притяжение, которых настолько велико, что покинуть ее не могут объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий, определяющаяся гравитационным радиусом. Сингулярность – точка с бесконечной плотностью. Аккреционный диск - вращающееся вещество. Черная дыра представляет собой бездонный провал в пространство – времени, падение в который необратимо.

Различают четыре варианта образования черных дыр :

- Два из которых реалистичные:

1. Гравитационный коллапс (сжатие) достаточно массивной звезды на конечном этапе ее эволюции;

2. Коллапс центральной части галактики или протогалактического газа. Современные представления помещают огромную (1000 Мс) черную дыру в центр многих , если не всех, спиральных и эллиптических галактик.

-Два других гипотетических :

1. Формирование черной дыры сразу после Большого взрыва (первичные черные дыры) в результате флуктуаций гравитационного поля и/или материи;

2. Возникновение в ядерных реакциях высоких энергий (квантовые черные дыры).

Процесс образования первичных черных дыр с массой, меньшей солнечной, могли происходить лишь в адронную эру, когда средняя плотность вещества была достаточно высока. Первичных черных дыр образуется тем больше, чем больше была амплитуда начальных неоднородностей и чем «мягче» уравнение состояния вещества в момент их образования.

Пока в недрах звезд происходят термоядерные реакции, они поддерживают высокую температуру и давление, препятствуя сжатию звезды под действием собственной гравитации. Однако со временем ядерное топливо истощается, и звезда начинает сжиматься. Расчеты показывают, что если масса звезды не превосходит трех масс Солнца, то гравитационный коллапс будет остановлен давлением «вырожденного» вещества, и звезда превратиться в белый карлик или нейтронную звезду. Но если масса звезды более трех солнечных, то уже ничего не может остановить ее катастрофический коллапс и она уйдет под горизонт событий, став черной дырой.

5. РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ЧЕРНЫХ ДЫР.

Теоретически возможность существования таких областей пространства и времени следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна

Так как черные дыры являются локальными и относительно компактными образованиями ,то стационарное решение для черных дыр в рамках ОТО характеризуется тремя параметрами: массой М, моментом импульса J ,электрическим зарядом, пренебрегая космической постоянной (характеризующей вакуум),так как ее эффекты для таких характерных размеров задачи неизмеримо малы. Любая черная дыра стремится в отсутствии внешних воздействий стать стационарной, то есть « Черная дыра не имеет волос». Это значит ,что у стационарной черной дыры внешних характеристик , кроме массы, момента импульса и электрического заряда быть не может.

Решение Шварцшильда. Первое из решений уравнений Эйнштейна получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Решением Шварцшильда точно описывается изолированная незаряженная и не вращающаяся черная дыра. Все характеристики решения Шварцшильда определяются одним параметром – массой М. Тогда гравитационный радиус черной дыры массой М :

Из этого следует, что средняя плотность черной дыры равна

, где ,

Средняя плотность падает с ростом массы черной дыры .Так ,сверхмассивная черная дыра с массой в  Mc обладает средней плотность порядка 20.Значит, образование черной дыры возможно не только за счет сжатия имеющегося объема вещества ,но и накоплением за счет аккреции вещества.

Решение Рейсснера – Нордстрема вводит ограничение на максимальный электрический заряд, который может быть у черной дыры ( хотя в реальных условиях черная дыра не должна иметь заряда) :

, е – заряд электрона

При превышении этого критического заряда формально решение уравнения Эйнштейна существует, но гравитационное притяжение не сможет компенсировать собственное электрическое отталкивание.

Решение Керра – стационарное осимметричное решение для вращающейся черной дыры без электрического заряда.

Вокруг горизонта событий существует область, называемая эргосферой, внутри которой телам невозможно покоиться относительно удаленных наблюдателей. Они могут только вращаться вокруг черной дыры в направлении ее вращения. Этот эффект называют увлечением ИСО и наблюдается вокруг любого вращающегося массивного тела. Однако саму эргосферу еще можно покинуть, эта область еще не является захватывающей. Размеры эргосферы зависят от величины углового момента вращения черной дыры. Он не должен превышать

Керровская черная дыра, а точнее ее внешняя область является устойчивой.

Решение Керра – Ньюмена – точное решение уравнения Эйнштейна, описывающее не возмущенную электрически заряженную вращающуюся черную дыру. Из которого горизонт событий находится на радиусе:

, где

а – угловой момент на единицу массы

То есть электрический заряд, угловой момент вращения не могут быть произвольными. Должно выполняться ограничение:

Если эти ограничения нарушаются, то горизонт событий исчезнет, что согласно принципу космической цензуры невозможно.

6. ИЗЛУЧЕНИЕ ХОКИНГА.

В 1975 году Хокинг предположил ,что черная дыра обязательно излучает частицы во внешнее пространство и тем самым теряет массу .Этот эффект называется излучением (испарением ) Хокинга.

Гравитационное поле поляризует вакуум реальных пар частица – античастица. Одна из частиц оказывается чуть ниже горизонта событий и падает внутрь черной дыры, а другая – выше горизонта событий – удаляется, унося энергию черной дыры. Мощность излучения:

Потеря массы:

Состав излучения зависит от размера черной дыры- для больших черных дыр в основном фотоны и нейтрино, а в спектре легких черных дыр начинают присутствовать и тяжелые частицы. Спектр излучения оказался строго совпадающим с излучением абсолютно черного тела, что позволило приписать черной дыре температуру теплового излучения

k – постоянная Больцмана,

– постоянная Планка,

а также ввести понятие энтропии черной дыры, которая пропорциональна площади поверхности горизонта событий

Скорость испарения черной дыры тем больше ,чем меньше ее размер. Для первичных и квантовых черных дыр процесс испарения становится центральным. Время жизни черных дыр оказывается конечной.

Согласно термодинамическому описанию черной дыры, в ней должна исчезать информация ,поступающая в результате аккреционных процессов. Однако, это явление несовместимо с общими принципами квантовой механики. Не вращающаяся и незаряженная черная дыра задается только одним параметром – массой. Поэтому поглощенное вещества определяется для черной дыры только его массой. (Информационный парадокс)

7. ВИДЫ ЧЕРНЫХ ДЫР

На сегодняшний день ученые различают четыре вида черных дыр:

1. Черные дыры звездных масс, образованные в результате эволюции звезд, масса которых в 2,5-5,6 раза больше массы Солнца, радиус черной дыры при этом очень мал, порядка нескольких километров.

2. Сверхмассивные черные дыры с массой около 10⁵ - 10¹⁰ степени масс Солнца, предположительно находящиеся в центре спиральных и эллиптических галактик. Основные характеристики:

-средняя плотность может быть очень мала вплоть до 20;

-приливные силы около горизонта событий очень малы, так как область сингулярности расположена далеко от горизонта событий. Возможные пути образования сверхмассивных черных дыр:

1) при аккреции вещества черной дырой звездной массы;

2) при коллапсе больших газовых облаков;

3) при слиянии черных дыр

3.Первичные черные дыры носят чисто гипотетический характер. В самом начале жизни Вселенной в однородности гравитационного поля и плотности материи присутствовали довольно существенные отклонения, при их гравитационном сжатии образовались черные дыры.

4.Квантовые черные дыры-микроскопические черные дыры с массой порядка 10^-5 граммов радиусов 10^-35 степени метров ,возникшие в результате ядерных реакций. Комптоновская длина волны по порядку величины равна ее гравитационному радиусу. Время жизни таких объектов очень мало. Однако для экспериментального синтеза квантовых черных дыр на Большом Адронном Коллайдре энергии недостаточно. Необходимая энергия 10²⁶ эВ пока недостижима.

8. ПОИСК ЧЕРНЫХ ДЫР ВО ВСЕЛЕННОЙ

Расчеты в рамках теории относительности Эйнштейна указывают лишь на возможность существования черных дыр, но отнюдь не доказывают их наличие в реальном мире; открытие настоящей черной дыры стало бы важным шагом в развитии физики. Поиск изолированных черных дыр труден. Но во Вселенной продолжает существовать и действовать гравитационное поле черной дыры. Необходимо найти физические явления ,в которых черная дыра проявляла бы себя активно и однозначно.

1.Черная дыра поглощает световые лучи, проходящие вблизи нее, и отклоняет лучи идущие на значительном расстоянии.

2. Она может вступать в гравитационное взаимодействие с другими телами: удерживать возле себя планеты или образовывать двойные системы с другими звездами.

3.Вещество ,которое падает на черную дыру, разогревается до очень высоких температур и ,прежде чем окончательно исчезнуть в черной дыре, выбрасывает во Вселенную интенсивное рентгеновское излучение.

В 1970 году на околоземную орбиту был запущен американский спутник «Ухуру» для поиска рентгеновских источников. Астрономы использовали космический телескоп «Хаббл» и рентгеновскую обсерваторию для того ,чтобы найти доказательства существования черных дыр .Рентгеновские источники были открыты во многих двойных системах, но в их большинстве, масса невидимого компонента не превышает двух солнечных масс, а значит это нейтронные звезды. Но некоторые объекты такого типа слишком массивны для нейтронных звезд, поэтому предполагается, что это могут быть черные дыры. Особенно перспективной считают рентгеновскую двойную звезду V404 Лебедя, масса невидимого компонента которой оценивается не менее 6 масс Солнца. Другие кандидаты в черные дыры находятся в двойных системах Лебедя Х-1,LMC X-3,V616 Единорога,QZ Лисички, расположенные в нашей Галактике. На сегодняшний день известно около десятка хороших кандидатов в рентгеновских двойных системах. Их можно разделить на две группы: массивные рентгеновские двойные с массивной оптической компонентой и мало массивные двойные, для которых типичная масса оптического компонента меньше солнечной.

Полагают, что гамма-излучение внутренних частей аккреционного диска могло бы свидетельствовать о наличии черной дыры, а не нейтронной звездой, так как жесткое излучение отражалось бы поверхностью нейтронной звезды и охлаждало диск. Тогда хорошими кандидатами в черные дыры стали бы источники у которых наблюдается также радиовыбросы –«джеты».

Другим направлением поиска черных дыр служит изучение ядер галактик. В них скапливаются и уплотняются огромные массы вещества, сталкиваются и сливаются звезды, поэтому там могут формироваться сверхмассивные черные дыры, превосходящие по массе Солнце в миллионы раз. Они притягивают к себе окружающие звезды, создавая в центре галактики пик яркости. Они разрушают подлетающие к ним близко звезды, вещества которые образует аккреционный диск .Впервые приливное разрушение звезды массивной черной дырой было промоделировано в 80-х годах ,и установлено что звезда попавшая внутрь сферы приливного радиуса, сдавливается приливными силами в короткоживущую очень горячую блиноподобную конфигурацию. Когда звезда покидает сферу приливного радиуса, пролетев вблизи черной дыры, она вновь расширяется. И чуть позже разваливается на части.

Если же звезда пролетает достаточно близко (rr) от черной дыры, ее центральная температура за долю секунды возрастает до миллиарда градусов, сильно увеличивается скорость термоядерных реакций , происходит термоядерный взрыв. Наблюдается высокоскоростное облако и необычно высокое обилие редких изотопов в окрестностях галактических ядер, что могло бы послужить аргументом в пользу наличия там черных дыр. Столкновение черных дыр с другими звездами, а также столкновение нейтронных звезд, вызывающее образование черной дыры, приводит к мощнейшему гравитационному излучению, которое, как ожидается можно будет обнаружить в ближайшие годы при помощи гравитационных телескопов.

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На основании изученного мною материала можно сделать выводы:

В современной астрофизике по вопросу о реальном существовании черных дыр во Вселенной и их роли в различных космических процессах существуют различные мнения , приводящие к противоречию между общей теорией относительности и квантовой теорией; между квантовой теорией и теорией гравитационного поля; исчезновение информации в черной дыре представляет серьезную проблему ,стоящую перед квантовой гравитацией поскольку оно несовместимо с общими принципами квантовой механики. Конечное состояние черной дыры стационарно является справедливым лишь в рамках обычной квантовой теории тяготения. Квантовые эффекты ведут к непрерывному излучению энергии черной дыры. Квантовая теория гравитации должна ответить на вопрос, что останется от черной дыры в финале испарения. Неизвестно доказательство в общем случае «теоремы об отсутствии волос» у черных дыр. Неизвестна точная формула для вычисления числа различных состояний системы, коллапс которой приводит к возникновению черной дыры с заданными массой, количеством движения и электрическим зарядом. Отсутствует полная и законченная теория магнитосферы черной дыры. Открытие реальных черных дыр имело бы фундаментальное теоретическое значение. Существование подобных объектов явилось бы важным подтверждением справедливости ОТО в сильных гравитационных полях и не только качественным , но и (если удастся осуществить измерения вблизи черной дыры) количественным. В настоящее время ОТО широко применяется физиками и астрофизиками и для тех случаев, когда речь идет о сильных гравитационных полях (при условии , что квантовые эффекты в рассматриваемой области малы). Тем не менее нельзя сбрасывать со счета то обстоятельство, что справедливость ОТО для сильных полей проверена все же недостаточно. К тому же существуют теории гравитационного поля, отличающиеся от эйнштейновской теории ,с точки зрения, которых определенные явления должны протекать иначе ,чем предсказывает ОТО.

Поэтому обнаружение во Вселенной реальных черных дыр и изучение их свойств явилось бы очень важной проверкой ОТО в сильных гравитационных полях представляющей первостепенный интерес для понимания физики Вселенной.

«… при движении в неизведанной области только достигнутый успех подтверждает правильность выбранного пути .» - пишет В. Л. Гинзбург.

Несмотря на весь прогресс, достигнутый в их изучении, природа пространства и времени черных дыр в большей мере остается загадочной. Некоторые аспекты этой проблемы все еще выглядят как научные забавы, интересные только для специалистов. Изучение черных дыр продолжается …

СПИСОК ,ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная .М,1985

2. Черепащук А.М. Черные дыры .:новые данные //Земля и Вселенная,1985 №1

3. Гинзбург В.Л.О физике и астрофизике.М,1995

4. Черепащук А.М. Поиск черных дыр: Новейшие данные» Успехи физических наук.2001.Т.171

5. Новиков И.Д. ,Фролов В.П. «Физика черных дыр»1986

6. Использованы материалы сайтов

- ru /Wikipedia/org

-www/dark-universe /ru

7. Зельдович Я.Б. ,Новиков И.Д. ,Теория тяготения и эволюции звезд, М 1971;Мизнер Ч ,Торн К , Уилер Д. ,Гравитация т.3,М.,1977

8. Хокинг С. Три книги о пространстве и времени .Перевод с анг. СПб: Амфора 2012

9. КИП С. Торн Черные дыры и складки времени: Дерзкое наследие Эйнштейна-М.,2009г.

10. Ян Никольсон. Вселенная. Серия «Жизнь планеты» -М,:Росмен,2000.

11. Энциклопедический словарь юного физика.Педагогика,1984г.

12. Комаров В.Н., Пановкин Б.Н. Занимательная астрофизика М. Наука 1984г.

13.Физика космоса .Энциклопедия Гл.ред. С.Б.Пикельнер М.,1976г.

14.Черепащук А.М. Черны дыры во Вселенной – Век 2005г.15.

15. Шапиро С.Л.Тьюнколски С.А. Черные дыры,белые карлики и нейтронные звезды. В 2ч.М., 1985