Introducción a "Una breve historia del tiempo: desde el Big Bang hasta los agujeros negros"
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Descripción del problema:
"Una breve historia del tiempo: desde el Big Bang hasta los agujeros negros " se trata de ¿Qué es?
¡Cuanto más detallado mejor!
Análisis:
Hay un enorme campo gravitacional escondido en el agujero negro. Esta fuerza gravitacional es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de la palma del agujero negro. Un agujero negro no permite que el mundo exterior vea nada dentro de sus límites, razón por la cual estos objetos se denominan "agujeros negros". No podemos observarlo a través del reflejo de la luz y sólo podemos conocer un agujero negro indirectamente a través de los objetos circundantes que se ven afectados por él. Se especula que los agujeros negros son restos de estrellas muertas o nubes de gas en explosión, creados cuando supergigantes masivas especiales colapsan y se contraen.
Dado que los agujeros negros son invisibles, algunas personas siempre se han preguntado si los agujeros negros realmente existen. Si realmente existen, ¿dónde están?
El proceso de producción de un agujero negro es similar al proceso de producción de una estrella de neutrones; el núcleo de la estrella se contrae rápidamente bajo su propio peso y explota violentamente. El proceso de contracción se detiene inmediatamente cuando toda la materia del núcleo se convierte en neutrones y se comprime formando un planeta denso. Pero en el caso de un agujero negro, debido a que la masa del núcleo de la estrella es tan grande que el proceso de contracción continúa sin fin, los propios neutrones son triturados hasta convertirse en polvo bajo la atracción de la gravedad misma, y lo que queda es un material con una densidad inimaginable. Todo lo que se acerca a él es absorbido por él, y un agujero negro se convierte en una aspiradora.
Para comprender la dinámica de los agujeros negros y entender cómo evitan que todo lo que hay dentro escape, necesitamos discutir Relatividad general. La relatividad general es una teoría de la gravedad creada por Einstein, que se aplica a planetas, estrellas y agujeros negros. Esta teoría, propuesta por Einstein en 1916, explica cómo el espacio y el tiempo se distorsionan ante la presencia de objetos masivos. En pocas palabras, la relatividad general dice que la materia curva el espacio y que la curvatura del espacio, a su vez, afecta el movimiento de los objetos que viajan a través del espacio.
Veamos cómo funciona el modelo de Einstein. Primero, considere que el tiempo (las tres dimensiones del espacio son largo, ancho y alto) es la cuarta dimensión en el mundo real (aunque es difícil dibujar una dirección distinta a las tres habituales, podemos hacer todo lo posible para imaginarla). ). En segundo lugar, consideremos el espacio-tiempo como la superficie de un gigantesco y tenso colchón de resortes gimnásticos.
La teoría de Einstein era que la masa curva el espacio-tiempo. También podríamos colocar una piedra grande sobre el lecho de una cama con muelles para ilustrar esta situación: el peso de la piedra hace que la cama apretada se hunda ligeramente. Aunque la cama con muelles sigue siendo básicamente plana, su centro sigue siendo ligeramente cóncavo. Si coloca más piedras en el centro de una cama de resortes, tendrá un mayor efecto, haciendo que la superficie de la cama se hunda aún más. De hecho, cuantas más piedras haya, más se flexionará el lecho de muelles.
De la misma manera, los objetos masivos en el universo distorsionarán la estructura del universo. Así como 10 piedras curvan la superficie de un lecho de resortes más que una piedra, los objetos mucho más masivos que el Sol curvan el espacio mucho más que los objetos de una masa solar o menos.
Si se hace rodar una pelota de tenis sobre un colchón de resortes plano y tenso, se desplazará en línea recta. En cambio, si pasa por un lugar cóncavo, su recorrido tendrá forma de arco. De la misma manera, los cuerpos celestes que viajan a través de áreas planas del espacio-tiempo continúan moviéndose en línea recta, mientras que los que viajan a través de áreas curvas se moverán a lo largo de trayectorias curvas.
Ahora observemos el impacto de un agujero negro en la región del espacio-tiempo que lo rodea. Imaginemos una piedra muy masiva colocada sobre un lecho de manantiales para representar un agujero negro extremadamente denso. Naturalmente, las piedras afectarán en gran medida la superficie de la cama, no solo haciendo que su superficie se doble y se hunda, sino que también pueden causar que la superficie de la cama se rompa. Una situación similar también puede ocurrir en el universo. Si hay un agujero negro en el universo, la estructura del universo se destrozará. Esta ruptura en el tejido del espacio-tiempo se llama singularidad o singularidad del espacio-tiempo.
Ahora veamos por qué nada puede escapar de un agujero negro.
Así como una pelota de tenis que rueda sobre un colchón de resortes cae en un agujero profundo formado por una gran roca, un objeto que pasa a través de un agujero negro será capturado por su trampa gravitacional. Además, se requiere una cantidad infinita de energía para salvar un objeto desafortunado.
Ya hemos dicho que nada puede entrar en un agujero negro y escapar de él. Pero los científicos creen que los agujeros negros liberan su energía lentamente. El famoso físico británico Hawking demostró en 1974 que los agujeros negros tienen una temperatura distinta de cero y una temperatura superior a la de su entorno. Según los principios de la física, todos los objetos con una temperatura superior a la de su entorno liberarán calor, y los agujeros negros no son una excepción. Un agujero negro seguirá emitiendo energía durante millones de billones de años. La energía liberada por el agujero negro se llama radiación de Hawking. Un agujero negro disipa toda su energía y desaparece.
El agujero negro entre el tiempo y el espacio ralentiza el tiempo y hace que el espacio sea elástico, mientras se traga todo lo que pasa a través de él. En 1969, el físico estadounidense John Wheeler llamó a este insaciable espacio "agujero negro".
Todos sabemos que, como los agujeros negros no pueden reflejar la luz, son invisibles. Los agujeros negros pueden parecer distantes y oscuros en nuestras mentes. Pero el famoso físico británico Hawking cree que los agujeros negros no son tan negros como la mayoría de la gente piensa. Según las observaciones de los científicos, hay radiación alrededor del agujero negro y es probable que provenga del agujero negro. En otras palabras, es posible que el agujero negro no sea tan negro como se imagina.
Hawking señaló que la fuente de material radiactivo en los agujeros negros son una especie de partículas reales. Estas partículas se producen en pares en el espacio y no obedecen a las leyes habituales de la física. Y después de que estas partículas choquen, algunas desaparecerán en el vasto espacio. En términos generales, es posible que ni siquiera tengamos la oportunidad de ver estas partículas hasta que desaparezcan.
Hawking también señaló que cuando se crean agujeros negros, las partículas reales aparecerán en pares. Una de las partículas reales será absorbida por el agujero negro y la otra escapará. Un montón de partículas reales que se escapen parecerán fotones. Para un observador, ver partículas reales que se escapan es como ver rayos de un agujero negro.
Por lo tanto, citando a Hawking, "el agujero negro no es tan negro como se imagina". En realidad, emite una gran cantidad de fotones.
Según la ley de conservación de la energía y la masa de Einstein. Cuando un objeto pierde energía, también pierde masa. Los agujeros negros también obedecen a la ley de conservación de la energía y la masa. Cuando un agujero negro pierde energía, deja de existir. Hawking predijo que en el momento en que un agujero negro desaparezca, se producirá una violenta explosión, liberando energía equivalente a la energía de millones de bombas de hidrógeno.
Pero no mires expectante y pienses que vas a ver un espectáculo de fuegos artificiales. De hecho, después de que un agujero negro explota, la energía liberada es muy grande y puede ser perjudicial para el cuerpo. Además, el tiempo de liberación de energía también es muy largo, en algunos casos supera los 10 mil millones a 20 mil millones de años, lo que es más largo que la historia de nuestro universo, y se necesitarán billones de años para disipar completamente la energía.