¿Qué forma puede adoptar un "agujero negro"?
Según la relatividad general, los campos gravitacionales curvan el espacio-tiempo. Cuando una estrella es grande, su campo gravitacional tiene poco impacto en el espacio-tiempo, y la luz emitida desde un determinado punto de la superficie de la estrella puede emitirse en cualquier dirección en línea recta. Cuanto menor sea el radio de la estrella, mayor será el efecto de curvatura en el espacio-tiempo circundante, y la luz emitida en ciertos ángulos regresará a la superficie de la estrella a lo largo del espacio curvo.
Cuando el radio de la estrella es pequeño hasta un valor específico (llamado "radio de Schwarzschild" en astronomía), incluso la luz emitida desde el plano vertical es capturada. En este punto, la estrella se convierte en un agujero negro. Decir que es "negro" significa que es como un pozo sin fondo en el universo. Una vez que se deja caer cualquier sustancia, parece imposible escapar. De hecho, los agujeros negros son realmente "invisibles", de lo que hablaremos más adelante.
Entonces, ¿cómo se forman los agujeros negros? De hecho, al igual que las enanas blancas y las estrellas de neutrones, es probable que los agujeros negros evolucionen a partir de estrellas.
Hemos introducido en detalle el proceso de formación de enanas blancas y estrellas de neutrones. A medida que una estrella envejece, sus reacciones termonucleares han agotado el combustible (hidrógeno) del centro y la energía generada en el centro se está agotando. De esta manera ya no es lo suficientemente fuerte para soportar el enorme peso de la maleta. Por lo tanto, bajo la fuerte presión de la capa exterior, el núcleo comienza a colapsar hasta que finalmente se forma una estrella pequeña y densa, que es capaz de equilibrar la presión nuevamente.
Las estrellas con masas más pequeñas evolucionan principalmente hacia enanas blancas, mientras que las estrellas con masas más grandes pueden formar estrellas de neutrones. Según los cálculos de los científicos, la masa total de una estrella de neutrones no puede ser superior a tres veces la masa del sol. Si excede este valor, no habrá fuerza para competir con su propia gravedad y se producirá otro gran colapso.
Esta vez, según las especulaciones de los científicos, la materia marchará inexorablemente hacia el punto central hasta convertirse en un “punto” con volumen cero y densidad infinita. Y cuando su radio se reduce hasta cierto punto (radio de Schwarzschild), como mencionamos anteriormente, la enorme gravedad impide incluso la emisión de luz, cortando así todas las conexiones entre la estrella y el mundo exterior: así nació un "agujero negro".
En comparación con otros cuerpos celestes, los agujeros negros son demasiado especiales. Por ejemplo, los agujeros negros son invisibles y no pueden observarse directamente. Incluso los científicos sólo pueden hacer varias conjeturas sobre sus estructuras internas. Entonces, ¿cómo se esconden los agujeros negros? La respuesta es: espacio curvo. Como todos sabemos, la luz viaja en línea recta. Esto es sentido común básico. Pero según la teoría general de la relatividad, el espacio se curvará bajo la acción del campo gravitacional. En este momento, aunque la luz todavía viaja a lo largo de la distancia más corta entre dos puntos cualesquiera, no es una línea recta, sino una curva. En sentido figurado, parece que la luz debería viajar en línea recta, pero la fuerte gravedad la aleja de su dirección original.
En la Tierra, esta curvatura es pequeña porque el campo gravitacional es pequeño. Alrededor de un agujero negro, esta deformación espacial es muy grande. De esta manera, incluso si la luz emitida por la estrella es bloqueada por el agujero negro, aunque parte de ella caerá en el agujero negro y desaparecerá, la otra parte de la luz evitará el agujero negro en el espacio curvo y alcanzará el tierra. Así podemos observar fácilmente el cielo estrellado detrás del agujero negro como si el agujero negro no existiera. Ésta es la invisibilidad de los agujeros negros.
Lo que es aún más interesante es que algunas estrellas no sólo envían energía luminosa directamente a la Tierra, sino que también envían luz en otras direcciones. Esta luz puede ser refractada por la fuerte gravedad de los agujeros negros cercanos y llegar a la Tierra. . De esta forma, no sólo podremos ver la “cara” de la estrella, sino también sus costados ¡e incluso su espalda!
Los "agujeros negros" son sin duda una de las teorías astronómicas más desafiantes y apasionantes de este siglo. Muchos científicos están trabajando arduamente para desentrañar su misterio y constantemente se proponen nuevas teorías. Sin embargo, estos últimos resultados de la astrofísica contemporánea no se pueden explicar aquí claramente en pocas palabras. Los amigos interesados pueden consultar los trabajos especiales.
Agujero negro
Un agujero negro es un lugar con una gravedad tan fuerte que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz. Los agujeros negros pueden surgir de la "muerte" de estrellas masivas. Cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear y alcanza su estado final de evolución, la estrella se vuelve inestable y colapsa bajo la influencia de la gravedad. El peso de la Estrella de la Muerte es comprimido violentamente hacia adentro en todas direcciones. Cuando la fuerza gravitacional es tan fuerte que no hay otra fuerza repulsiva que se le oponga, la estrella quedará aplastada hasta formar un punto aislado, llamado "singularidad".
Los detalles sobre la estructura de un agujero negro se pueden calcular utilizando la teoría general de la relatividad de Einstein, que explica que la gravedad curva el espacio y ralentiza los relojes.
La singularidad es el centro de un agujero negro, alrededor del cual existe una fuerte atracción gravitacional. Normalmente, la superficie de un agujero negro se denomina horizonte de sucesos, horizonte de sucesos o "radio de Schwarzschild de un agujero negro esférico estático". Es el límite entre aquellos eventos espacio-temporales que pueden comunicarse con eventos distantes y aquellos que no pueden transmitirse porque las señales son capturadas por fuertes campos gravitacionales. Debajo del horizonte de sucesos, la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz. Se trata de un fenómeno celeste que no ha sido observado ni confirmado por humanos, pero que ha sido bien estudiado en modelos matemáticos por algunos astrónomos teóricos como Hawking.
El 21 de julio de 2004, en la 17ª Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravedad (Conferencia GR17) celebrada en Dublín, Irlanda, Stephen, autor de "Una breve historia del tiempo" y legendario físico teórico de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, Hawking anunció a científicos y periodistas reunidos en todo el mundo que había resuelto una cuestión importante en física: si los agujeros negros se destruyen.
En la conferencia, Hawking pronunció un discurso sobre su último descubrimiento. Anunció que había revocado la famosa teoría del agujero negro que había establecido hace unos años y había vuelto a explorar la cuestión de la conservación de la información.
Hawking dijo en su discurso: "Este problema que me ha preocupado durante 30 años finalmente se ha resuelto, lo cual es fantástico. Su artículo relacionado se publicará pronto, en el que explicará con más detalle su nueva teoría". .
Los agujeros negros no violan la ley de causa y efecto y ya no pueden ayudarnos a conducirnos a otros universos.
El discurso de Stephen Hawking causó revuelo en toda la comunidad física. El Dr. Robert Mann, presidente del Departamento de Física de la Universidad de Waterloo en Canadá, escuchó el discurso de Hawking junto con otros 800 físicos que asistieron a la conferencia.
"Después de escuchar su discurso, casi nadie pudo entender lo que dijo. Probablemente sólo el propio Hawking entendió estas cosas." Robert Mann comentó el discurso de este genio. Esto recuerda la situación en la que "sólo tres personas en el mundo entienden la teoría de la relatividad".
Robert Mann intentó explicar las diferencias en la teoría de Hawking en un lenguaje vívido y sencillo.
“Hace cuarenta años, la gente empezó a pensar seriamente en los agujeros negros. Pensaban que la única información que un extraño (un observador fuera del agujero negro) podía obtener de un agujero negro era la masa, la carga y el momento angular. . Esto significaba que si se crea un agujero negro a partir de cualquier material, como una botella de cerveza aplastada, una estrella aplanada o cualquier otra cosa, los extraños no podrán saber qué hay dentro del agujero negro."
"La teoría de Hawking hace 30 años creía que desde la mecánica cuántica. Desde cierto punto de vista, los agujeros negros pueden irradiar (también conocida como radiación de Hawking). Debido a los efectos cuánticos, tanto la materia del agujero negro de cerveza como la materia del agujero negro estelar comienzan evaporarse y desbordarse. El problema es que los cálculos originales de Hawking mostraron que la transpiración es completa. Es un efecto térmico, es decir, no debe contener ninguna información, es decir, no hay diferencia en la radiación de la materia del agujero negro. La materia del agujero negro de la estrella se vuelve cada vez más pequeña y finalmente se evapora hasta quedar en nada, lo que significa que toda la información se ha perdido. Además, es imposible recuperar esta información al final del cambio.
Esta teoría ha tenido problemas desde sus inicios: ha persistido entre muchos científicos. Contradice la "Ley de Conservación de la Información". Esto alguna vez fue llamado la "paradoja del agujero negro".
Así como los científicos del siglo XIX resumieron la ley de conservación de la energía, muchos científicos del siglo XX propusieron la teoría de la conservación de la información: si esta afirmación es cierta, entonces la ley de conservación de la información Sin duda se convertirá en la ley más importante de la comunidad científica. La ley puede ser más profunda que la ley de conservación de la materia y la energía. La teoría de los agujeros negros de Hawking provocó un acalorado debate sobre si hay "información" en los agujeros negros.