¿Por qué la gravedad puede hacer que las estrellas colapsen y se conviertan en agujeros negros? ¿No es la más débil de las cuatro fuerzas?

La definición de fuerza

En 1687, Newton publicó el libro "Principios matemáticos de la filosofía natural". En este libro, desarrolló sus tres leyes de la mecánica y la ley de la gravedad. .

Debes saber que antes de Newton, nadie había definido realmente el concepto de "fuerza" en un sentido verdadero. En aquella época, algunos creían que la fuerza era un tipo de presión que Galileo estaba muy cerca de definir. "fuerza", pero todavía estaba lejos. No es tan rigurosa y científica como la definición de Newton.

Si quieres preguntar, ¿qué es "fuerza"? , por definición, podríamos querer responder: "Fuerza" es lo que cambia la dirección del movimiento de un objeto.

Esta definición es en realidad la definición de "fuerza" en la física clásica. Esta definición ha cambiado en los tiempos modernos. Esto se debe a que los científicos han descubierto que la "fuerza" también puede cambiar el tipo de partículas. El ejemplo más típico es el fenómeno de desintegración de partículas, como por ejemplo: Desintegración. Un neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un neutrino. En este proceso, esto se logra mediante la fuerza nuclear débil.

Cuatro fuerzas principales

Por lo tanto, la fuerza no sólo puede cambiar el estado de movimiento de un objeto; esta definición debería ampliarse aún más. Con el desarrollo de la física en el siglo XX, los científicos descubrieron que en nuestro universo no solo existen fuerzas de gravedad y electromagnéticas, sino también dos fuerzas nucleares a nivel atómico, una llamada fuerza nuclear fuerte y la otra llamada fuerza nuclear débil.

Es precisamente por la existencia de la fuerza nuclear que la estructura del núcleo está asegurada, y la fuerza nuclear débil participará en la desintegración. Entre estos cuatro efectos, la fuerza nuclear fuerte es la más fuerte, mientras que la gravedad es la más pequeña. La fuerza de los dos difiere en 38 órdenes de magnitud. No sólo eso, las escalas en las que actúan también son diferentes. Las escalas de las fuerzas fuerte y débil están tanto por encima como por debajo de la escala del núcleo atómico, mientras que la fuerza electromagnética y la gravedad no tienen alcance.

No sólo eso, los científicos también están intentando unificar estas fuerzas a través de un conjunto de teorías. En la actualidad, la fuerza débil y la fuerza electromagnética están unificadas, mientras que la fuerza fuerte está apenas "medio unificada" y no se ha integrado completamente con la fuerza débil y la fuerza electromagnética en un conjunto de teorías.

La gravedad nunca ha podido combinarse con las otras tres fuerzas. La teoría dominante actual que describe la gravedad es la teoría general de la relatividad de Einstein. En la relatividad general, la esencia de la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo.

¿Qué es exactamente un agujero negro?

Basándonos en la descripción anterior, sabemos que la gravedad y la fuerza fuerte no pueden integrarse en un conjunto de teorías y que existe una enorme brecha entre ellas. Entonces surge la pregunta: la gravedad es obviamente la más débil de las cuatro fuerzas principales, pero ¿por qué finalmente se forman los agujeros negros bajo la influencia de la gravedad?

En el universo, la evolución de un cuerpo celeste es inseparable de su propia masa. En realidad, muchas personas no tienen idea de la magnitud de los cuerpos celestes. Tomemos un ejemplo. Las proporciones de los modelos del sistema solar que vemos habitualmente son bastante escandalosas.

¿Cómo es la situación real?

El Sol es el amo absoluto de todo el sistema solar, representando más del 99,86 de la masa total de todo el sistema solar, mientras que la Tierra es sólo alrededor del 0,003 y la masa del Sol es 1,3. millones de veces la masa de la tierra. Si pones la Tierra delante del Sol, entonces la Tierra ni siquiera es escoria.

¿Es el sol lo suficientemente grande?

¿Pero lo sabías? El sol es una estrella de secuencia principal de tipo G o una estrella enana amarilla. Esto significa que el Sol no es uno de los más grandes en la familia de las estrellas y que hay muchas estrellas más grandes que el Sol.

Debes saber que la masa del sol ya es muy grande, pero todavía hay estrellas extremadamente masivas en el universo que tienen varias veces o incluso decenas de veces la masa del sol. La atracción gravitacional de estas estrellas es muy aterradora y ellas mismas estarán sujetas a efectos gravitacionales muy grandes. Lógicamente, si no hay accidentes, la estrella debería comprimirse en un punto bajo la influencia de la gravedad. Pero surge un problema. Durante el proceso de compresión gravitacional, se desencadenarán reacciones de fusión nuclear. La reacción de fusión nuclear generará una presión externa, resistiendo así la gravedad y formando un equilibrio dinámico.

La reacción de fusión nuclear quema primero núcleos de hidrógeno y luego núcleos de helio. Mientras la masa sea lo suficientemente grande, se seguirán quemando núcleos de carbono y de oxígeno, y se seguirán produciendo núcleos de hierro. El núcleo de hierro es el núcleo atómico más estable. Para desencadenar la reacción nuclear del hierro, es necesario introducir mucha energía. Esto significa que la reacción de fusión nuclear anterior produjo energía, pero cuando llega al núcleo de hierro, es energía. -reacción absorbente. Por lo tanto, sólo cuando la masa alcance más de 8 veces la masa del sol, la reacción podrá continuar. En ese momento se producirá una explosión de supernova.

Después de la explosión de la supernova, la estrella dejará tras de sí un núcleo Si la masa de este núcleo es mayor que 1,44 veces la masa del sol y menos de 3 veces la masa del sol, una estrella de neutrones. se formará. Las estrellas de neutrones son en realidad cuerpos celestes en los que la gravedad y la fuerza de degeneración de los neutrones se equilibran entre sí.

La fuerza de degeneración en realidad no son las cuatro fuerzas principales, ni siquiera es una "fuerza", sino que debido a que los neutrones no pueden tener estados cuánticos superpuestos, se crea un tipo de fuerza similar al efecto cuántico. de "fuerza", que resiste la gravedad.

Pero si la masa restante es mayor que 3 veces la masa del Sol, entonces la fuerza degenerada del neutrón no puede resistir definitivamente la gravedad. En este momento, según la teoría, debería haber una especie de ". estrella de quarks ", es decir, una estrella de quarks completa. Para los cuerpos celestes compuestos de quarks, la fuerza de degeneración de los quarks puede resistir la gravedad. Pero cuando los quarks no pueden resistir la gravedad, se formará un agujero negro. Pero, de hecho, hasta ahora no hemos descubierto la existencia de estrellas de quarks. Por lo tanto, actualmente creemos que después de tales explosiones de supernovas se forman estrellas de neutrones o agujeros negros.

Entonces quizás quieras preguntar, ¿dónde se ha ido la fuerza?

Como decíamos anteriormente, el ámbito de acción de las fuerzas fuertes y débiles es muy pequeño, a escala microscópica. Por lo tanto, a escala macro, en realidad no juegan un papel importante. Por lo tanto, en el proceso de evolución estelar, las fuerzas fuertes y débiles no juegan ningún papel importante. Por lo tanto, la gravedad puede ser la fuerza dominante simplemente porque el cuerpo celeste es lo suficientemente grande.