Что будет, если на Земле появится черная дыра размером в один миллиметр — Naked Science
25.11.2018, 15:14
15 минут
Редакция
1074

Что будет, если на Земле появится черная дыра размером в один миллиметр

Черные дыры представляются нам чем-то далеким, о чем иногда снимают фильмы или пишут в книгах. Мы редко задумываемся, что бы произошло, если бы на поверхности нашей планеты возникла миниатюрная черная дыра диаметром в один миллиметр. Об этом — в нашем материале.

1_fw2xxs_sojucp2_ih8fotq1

С черными дырами связано популярное заблуждение: они своего рода космические пылесосы, поглощающие все в своих окрестностях. Конечно, они «питаются», но желудки у них небольшие. Проблема появляется не тогда, когда они «едят», а когда их «рвет» после слишком обильного обеда. Вот что на самом деле страшно.

 

На самом деле все немного сложнее. Исходя из того, что радиус черной дыры пропорционален ее массе, можно провести некоторые расчеты. Для начала освежим в памяти некоторые основы.

 

Что такое черная дыра

 

Черная дыра — область пространства, в которой гравитация настолько сильна, что даже свет не может ее покинуть. Сила гравитации там заставляет саму ткань пространства-времени искривляться и замыкаться на самой себе. Все это происходит из-за сжатия вещества — чаще всего, это остатки массивной звезды — в пределах экстремально малого региона.

 

Строение черной дыры: сингулярность, горизонт событий и шварцшильдовский радиус (область от сингулярности до горизонта событий) / © SubstituteR, CC BY-SA

 

По сути, мы не можем видеть черные дыры из-за того, что из них не может выбраться свет. Получается, чтобы покинуть черную дыру, какой-либо объект должен развить скорость выше скорости света, который, в свою очередь, движется на скорости 299 792 458 метров в секунду. Для сравнения: скорость убегания для преодоления земной гравитации составляет всего 11,2 километра в секунду. Однако, если бы мы запускали ракету с планеты, имеющей массу Земли, но со вдвое меньшим диаметром, то скорость убегания составила бы 15,8 километра в секунду. Даже если объект имел бы ту же массу, скорость убегания была бы выше из-за его меньшего размера, а значит, большей плотности.

 

А если мы уменьшим объект еще сильнее? Если мы сожмем массу Земли в сферу с радиусом в девять миллиметров, скорость убегания достигнет скорости света. Если сжать эту массу в еще меньшую сферу, то скорость убегания превысит скорость света. Но так как скорость света — космический предел скорости, эту сферу не сможет покинуть уже ничего.

 

Радиус, при котором масса имеет скорость убегания, равную скорости света, называется радиусом Шварцшильда. Любой объект, который меньше своего радиуса Шварцшильда, — черная дыра. Другими словами, любой объект со скоростью убегания выше скорости света — черная дыра. Чтобы сделать такой объект из Солнца, его придется сжать до радиуса около трех километров.

 

Черная дыра состоит из двух основных частей: сингулярности и горизонта событий. Размер горизонта событий черной дыры считается ее размером, так как его можно вычислить и измерить.

 

Горизонт также считается «точкой невозврата» в окрестностях черной дыры. Это не физическая поверхность, а сфера, окружающая сингулярность, отмечающая границу, скорость убегания из которой равна скорости света. Радиус этой области и есть тот самый радиус Шварцшильда.

 

Как только вещество оказывается за горизонтом событий, оно начинает падать к центру черной дыры. При такой сильной гравитации вещество сжимается в точку — невероятно мелкий объем сумасшедшей плотности. Эта точка — сингулярность. Она ничтожно мала и, согласно современным теоретическим моделям, обладает бесконечной плотностью. Вполне возможно, что известные нам законы физики нарушаются в сингулярности. Ученые активно исследуют этот вопрос, чтобы понять, что происходит в сингулярностях, а также для разработки полной теории, описывающей происходящее в центре черной дыры.

 

Проведем некоторые расчеты

 

Посмотрим, что мы можем узнать о черной дыре в один миллиметр. По расчетам, такая черная дыра со шварцшильдовским радиусом будет иметь массу 7 x 10^23 килограммов — больше, чем пять масс Луны (по формуле R=2MG/c^2, где R — шварцшильдовский радиус, M — масса объекта, G — гравитационная постоянная, а c — скорость света).

 

Отношение Земли к Солнцу составляет три части к одному миллиону. Таким образом, если бы Земля стала черной дырой, ее радиус составил бы всего девять миллиметров. Следовательно, черная дыра в один миллиметр имела бы массу в 11% от массы Земли. У нас определенно бы возникли проблемы с 11% дополнительной массы на планете.

 

Достаточно даже того, что общая гравитация Земли заметно бы возросла. Этой дополнительной гравитации хватило бы, чтобы изменить орбиту Луны, в итоге она могла бы попросту улететь со своей нынешней орбиты и начать двигаться по эллиптической орбите.

 

Параболоид Фламма, представляющий пространство-время за пределами горизонта событий шварцшильдовской черной дыры / © AllenMcC/WIkimedia Commons

 

Где же находится эта мнимая черная дыра — на поверхности, в центре Земли или обращается вокруг нее? Предположим, что она находится на поверхности планеты. Область ее гравитационного воздействия составила бы примерно треть земного радиуса — примерно 2124 километра.

 

Все вещество в непосредственной близости с этой микроскопической черной дырой тут же почувствовало бы от нее сильную гравитацию, а дыра, в свою очередь, поглотила бы все на пути к центру Земли, которого она достигла бы примерно за 42 минуты с момента появления. Она прошла бы сквозь земное ядро и достигла другой стороны поверхности Земли примерно за то же время.

 

Если бы черная дыра возникла на поверхности с относительной скоростью менее 12 км/с, она вращалась бы вокруг Голубой планеты вместе со своей областью гравитационного воздействия. Проще говоря, это уничтожение земной коры и большей части ее мантии. А если еще проще — это означает смерть всего живого на поверхности Земли.

 

Степень аккреции и предел Эддингтона

 

Большая часть массы Земли вокруг черной дыры станет пищей и аккрецируется ею. Однако прежде чем просто упасть в черную дыру, всему этому материалу понадобится потерять свой угловой момент — именно поэтому он начнет вращаться вокруг нее, формируя аккреционный диск.

 

Этот материал производит много тепла, которое в итоге будет излучаться. Излучение обладает давлением, которое замедлит дальнейшую аккрецию. Оба этих эффекта сбалансируют друг друга — это называется пределом Эддингтона.

 

Аккрецирующая черная дыра в представлении художника / © Robert Nemiroff/Jerry Bonnell/Swift/NASA

 

Предел Эддингтона также накладывает жесткое ограничение на степень аккреции черной дыры. Небольшой аккреционный диск, скорее всего, имел бы температуру около шести тысяч Кельвинов — примерно, как земное ядро или поверхность Солнца.

 

Между аккреционным диском и массой Земли возникли бы некоторые фрикционные процессы, вследствие которых микроскопическая черная дыра обосновалась бы в ядре планеты.

 

Смерть в черной дыре

 

В целом, чтобы такая черная дыра поглотила Землю, понадобилось бы пять миллиардов лет. Она бы ощутимо увеличила массу Земли. И, безусловно, тут же бы создала полнейший беспорядок на планете, которая всего за несколько часов превратилась бы в необитаемый космический клочок коллапсирующей коры, лавы, горячих газов и всего остального.

 

Жизнь стала бы невозможной, а высокая масса черной дыры могла бы разрушить и пояс астероидов. Это, в свою очередь, могло бы привести к частым столкновениям в Солнечной системе на ближайший миллион лет. Луна продолжила бы вращаться вокруг Новой Земли (черной дыры), но по очень вытянутой эллиптической орбите.

 

Черная дыра не сразу бы переместилась в центр Земли, а скорее, вращалась бы вокруг него некоторое время, но в итоге добралась бы до него. Чтобы понять, как эта микроскопическая черная дыра наращивала бы массу, необходимо провести сложные вычисления и симуляции.

 

Все это можно обобщить словами всемирно известного астрофизика и популяризатора науки Нила Деграсса Тайсона:

 

«Самая зрелищная смерть во Вселенной — это, конечно, падение в черную дыру. Где еще во Вселенной можно лишиться жизни из-за того, что тебя разорвало на атомы?»
 
© «Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности» Нил Деграсс Тайсон, 2007
СФУ
137 статей
Сибирский федеральный университет (СФУ) – крупнейший университет восточной части России. Состоит из 21 профильного института и 3 филиалов. Выполняет широкий спектр уникальных научных исследований в области биотехнологий, новых материалов, металлургии и горного дела, нанотехнологий, архитектуры и дизайна, космических и информационных технологий, математики, геномики, медицины и по многим другим направлениям. В университете действуют ведущие научные школы РФ, поддержанные грантами Президента РФ: «Дендроклиматический и дендроэкологический мониторинг лесов Северной Евразии» (руководитель – академик РАН Евгений Ваганов), «Экологическая биофизика» (руководитель – академик Иосиф Гительзон). А также научная школа профессора Августа Циха «Интегральные методы в комплексном анализе и алгебраической геометрии» и научная школа профессора Георгия Шайдурова «Радионавигационные и радиолокационные системы и устройства».
10 ноября
5 минут
Полина Гершберг

Подавление метаболизма глутамина истощает клетки опухолей и улучшает иммунный ответ.

10 ноября
17 минут
Редакция

Кто-то еще со школы записался в технари: «были хорошие оценки по математике», другие безнадежно махнули на себя рукой: «гуманитарий». Да только не все так просто – чистых гуманитариев и технарей в природе очень мало: всего 1­­–2%, тем более что определиться с этим не так легко, как кажется. Не говоря уже о том, что есть другие категории, например естественники.

Вчера, 13:43
1 минута
Илья Ведмеденко

Разработанный компанией Otto Aviation самолет Celera 500L, по некоторым данным, совершил первый полет.

14:05
4 9 минут
Александр Березин

На Западе набирает обороты очередная инициатива по массовой посадке деревьев — TeamTrees. К ней присоединился даже Илон Маск, сменив свое имя в твиттере на Трилон Маск. Считается, что массовые посадки помогут в борьбе с глобальным потеплением. Как мы покажем ниже, на самом деле, все может быть ровно наоборот.

5 ноября
19 минут
Александр Березин

Новое исследование подтвердило, что зонд «Вояджер-2» вышел из гелиосферы. Однако реальная новость вновь заслоняется выдуманной: часто пишут, будто «Вояджер-2» и «Водяжер-1» покинули Солнечную систему. Разберемся, почему это не так и что плохого в обмане длиной в 30 тысяч лет.

6 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые со всего мира подписались под статьей, которая констатирует «климатическую катастрофу» на основе данных об изменении климата, собранных за 40 лет исследований.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментарий

Игорь Славнов
15:14
-
0
+
Первый раз вижу научно-популярный материал, изложенный достаточно увлекательно, одновременно грамотно, но без лишних утяжелений. Хотя, конечно, с некоторыми числовыми ляпами. Возможно это грешки переводчика, но, тем не менее. Чаще всего научпоп на подобные темы публикуют с такой развесистой клюквой, что впору помечать "#передпрочтениемудалить". Общий плюс материалу, а автору (переводчику) - учите арифметику!
    vghilien
    15:14
    -
    0
    +
    спасибо за добрый отзыв. не могли бы вы уточнить, о каких числовых ляпах идет речь?
      Владислав Мячиков
      15:14
      -
      0
      +
      Насчет ляпов - я нашел несколько: "Если бы черная дыра возникла на поверхности с относительной скоростью менее 12 км/ч, она вращалась бы вокруг Голубой планеты вместе со своей областью гравитационного воздействия" - не 12км/ч. а 12км/с. Ну это поверю что опечатка. "Предел Эддингтона также накладывает жесткое ограничение на степень аккреции черной дыры. Небольшой аккреционный диск, скорее всего, имел бы температуру около шести тысяч Кельвинов — примерно, как земное ядро или поверхность Солнца." - откуда взялось число 6000К? Я прочитал английский оригинал статьи, там указывается число 10^9, т.е. 1млрд Кельвинов. Этот момент совсем неясен - для чего цифры править? И еще один момент: "Луна продолжила бы вращаться вокруг Новой Земли (черной дыры), но по очень вытянутой эллиптической орбите." Здесь вопрос очень спорный, и доказательных расчетов я привести не могу, но утверждаю с практически полной уверенностью, что при такой температуре и такой светимости, как у аккреционного диска, Луна начала бы стремительно испаряться. Что бы произошло в первую очередь - ее сход с орбиты за счет абляции вещества поверхности (реактивное движение) и удаление из системы, либо полное испарение - я сказать не могу, но вращаться вокруг черной дыры она бы точно не продолжила
        vghilien
        15:14
        -
        0
        +
        спасибо за подробный отзыв. по поводу 12 км/ч - и правда опечатка. относительно "оригинальной статьи". для этого материала ее нет, скажем так. материал писался на основе разных данных, доступных в сети, книгах, а также вычислений. по части предела Эддингтона. по крайней мере в одном из материалов, где это упоминалась была именно эта цифра. и я это только что проверил (скрин почему-то не получилось прикрепить). если вас не затруднит поделиться ссылкой на ту статью, то я с радостью с ней ознакомлюсь и сверю свои материалы с ней. по поводу Луны, судя по всему, вопрос действительно спорный. т.к. скажем тот же Тайсон и к примеру Шон Кэрролл при разговоре о том, если бы на месте Солнца вдруг появилась черная дыра, то для Земля бы в нее не упала, а скорее со временем изменила бы свою орбиту.
          Владислав Мячиков
          15:14
          -
          0
          +
          "если бы на месте Солнца вдруг появилась черная дыра, то для Земля бы в нее не упала, а скорее со временем изменила бы свою орбиту." - здесь я могу сказать с уверенностью, что ничего бы не изменилось вовсе, если бы масса черной дыры была равна солнечной. Ведь в данном случае для расчета характеристик орбиты имеет значение только масса обьекта, но никак не его тип, плотность или размер, и не важно, обычная ли это звезда или черная дыра. Поскольку расстояние от Земли до Солнца/черной дыры в данном случае велико (1 а.е, что явно дальше, чем от Земли до Луны), а размер ЧД (R шв.) небольшой, то врятли интегральная светимость аккреционного диска бы превышала солнечную, даже с учетом намного более высокой температуры. А соответственно, испарения вещества с поверхности бы не происходило, а световым давлением можно было бы фактически пренебречь, также как и в случае Солнца. Говоря другими словами, на планету это не имело бы никакого влияния (не считая воздействия на биосферу жесткого излучения, если бы она еще существовала)
ulogin_vkontakte_5184780
15:14
-
0
+
Нил Деграсс Тайсон просто крут. Ну, кто реально хочет знать правду, какого в черной дыре? Черная дыра пришла из черной звезды Джона Мичелла. Он математически делал рассчеты и пришел к результату, что может быть гравитация такой силы, что даже свет не сможет преодалеть такую силу. Как вы считаете, сила скорости света со скоростью света попадет в черную дыру???? А в природе сасая сильная сила это гравитационная... Эта математика... 0^0=1 Возьмите калькулятор.. А степень это упрощение выражения умножения числа само на себя. Какое выражение можно упростить до 0^0?
Андрей Гром
15:14
-
0
+
"А если мы уменьшим объект еще больше? " Тафтология. Тоже самое что "А если мы намочим воду еще суше"
ulogin_facebook_1361564043943118
15:14
-
0
+
Внутри Земли находится черная дыра. Которая инициирует ядерную реакцию, которую держит электромагнитная ловушка. А вы думаете, что там железоникелевое ядро? Да, кстати, Земля имеет форму тора со смещённым центром вращения, отсюда и сплюснутость Земли со стороны полюсов.
    ulogin_vkontakte_177815989
    15:14
    -
    0
    +
    По моему мнению, все верно, кроме одного. "Черная дыра" и есть тороидальный ядерный реактор, в который необходимое "топливо" подается в центральную часть её. Сама система планеты, это система подготовки "топлива" для реактора. Так что, если мы и далее будем выкачивать углеводороды в таких и больших количествах, мы нарушим энергетический баланс реактора. С уважением. ВВГ.
      ulogin_facebook_1361564043943118
      15:14
      -
      0
      +
      Я же вам не говорил про форму ядерного реактора. Я только сказал, что там нет железоникелевого ядра, там черная дыра. А похожа она на проколотый футбольный мяч с очень мощной разностью давлений между параллельными Вселенными, такой мощной, что она создает ядерную реакцию, которая и инициирует электромагнитное поле, которое стабилизирует ядерную реакцию и создаёт гравитационное поле планеты, давление-то черной дыры огромное. Впрочем, спасибо за комментарий, а то меня все повсеместно пытаются поместить в дурку и накормить галоперидолом.
        George Kite
        15:14
        -
        0
        +
        " она создает ядерную реакцию, которая и инициирует электромагнитное поле, которое стабилизирует ядерную реакцию и создаёт гравитационное поле планеты," У меня - вынос головного мозга. Хотелось бы уточнить про ядерную реакцию. Какая: деления или синтеза? "электромагнитное поле, которое стабилизирует ядерную реакцию и создаёт гравитационное поле планеты". Насколько мне известно, наличие электромагнитного поля у Земли обусловлено вращением ядра. Перестанет ядро вращаться и электромагнитное поле исчезнет. А гравитационное поле является следствием массы Земли как небесного тела. Как электромагниптное поле может создавать гравитационное у меня в голове не укладывается.
          ulogin_facebook_1361564043943118
          15:14
          -
          0
          +
          Черт его знает, какая там ядерная реакция, но судя по тому, что у нас полно полезных ископаемых, которые неисчерпаемые потому, что она работает, это очень удобная ядерная реакция. Назовите её, как хотите, проверить-то, всё равно ни вы, ни я мы не сможем. А вы думаете, что там железоникелевое ядро? И к тому же, что она вращается? Вы сможете это доказать? Ну, жду аргументированного и оригинального доказательства. Успехов! Гравитация – это следствие активности энергетической субстанции и в частности ядерной реакции, которая поддерживается мощным электромагнитным полем, которое, собственно, и является инициатором гравитационных явлений. Такие процессы проходят в звёздах и планетах, там, в частности, идёт прорыв черных дыр внешних параллельных Вселенных в нашу Вселенную, а я подозреваю, что такой процесс происходит и у планет, только в значительно меньших масштабах и с меньшей активностью. Ну, где-то так.
          Владимир Куровский
          15:14
          -
          0
          +
          Вращение железного ядра в центре Земли доказывается смещением магнитного поля Земли. Полярными сияниями. Траектория вращения не постоянна, она постоянно меняется, плавает. Если бы ядро не вращалось, как на Марсе например, небыло бы защитного магнитного поля у земли и вы бы тут не писали всякую чушь.
ulogin_vkontakte_239211254
15:14
-
0
+
Но и дыра такого размера проживет недолго. Нельзя забывать про излучение.
    vghilien
    15:14
    -
    0
    +
    в этом материале речь немного о другом, а об излучении Хокинга и информационном парадоксе черных дыр, вполне возможно, в будущем будет материал

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: