Mustad augud (0)

Tallinna Laagna Gümnaasium
Referaat
Mustad augud
Autor: Alan Dadajev
Õpetaja: Marko Häelm
2015
Sisukord

Sisukord
5
4. Hawkingi musta augu teooria 7
2
Sissejuhatus
Selle teema ma valisin selle pärast ,et mulle ammu pakuvad huvid mustad augud ja referaadiga saab alati midagi uut teada. Tahtsin teada, mis objektid nad ikka on. Olen alati mõelnud nende peale. Sest kõik objektid universumis on universaalsed ja imelised.
Selles referaadis kirjutan ma teile mustadest aukudest, nende tekest, mis moodi nad mõjutavad teisi objekte, milline on nende tähtsus universumis ja kas on valged augud. Kui suur on nende kaal ja teised näitajad. Mida võib olla musta aukude sees. Erinevate inimeste teooriat, nagu Hawkingu, Einsteini. Mis juhtub musta auguga peale plahvatamist ja kuhu kaovad kõik kehad sinna sissesastudes. Lühidalt seletan mustade aukudest iseenesest.
3
1. Mustad augud
1.1 Mis on mustad augud?
Mustad augud on universumis olevad alad, mille külgetõmbejõu eest ei ole pääsu, sest nende gravitatsioonipotentsiaal on tohutu suur. Kõik, mis satub musta augu mõjupiirkonda, jääbki sinna, kaasa arvatud valguskiired. Teadlased on arvamusel, et mustad augud on tekkinud hiiglaslikest tähtedest, mis on oma arengu viimases järgus olnud meie päikesest vähemalt kolm korda suuremad. Kui termotuumaenergia tekkimiseks kuluva vesiniku varu on ammendunud, siis plahvatab täht supernoovana. Plahvatuse järel muutub tähe mass ülitihedaks ja tähe ümbritsev gravitatsiooniväli ülitugevaks, seepärast tõmbabki must auk kõik läheduses oleva endasse.
(TEA LASTE- ja NOORTENTSÜKLOPEEDIA, 2 osa, lk 298)
Arvatavasti paikneb ka linnutee keskel must auk.
(TEA LASTE- ja NOORTENTSÜKLOPEEDIA, 2 osa, lk 180)
1.2 Mustade aukude teke
Reaalselt võivad mustad augud tekkida suurtest, oma evolutsiooni lõppstaadiumisse jõudnud tähtedest, mis on jäänud ilma oma sisemisest energiaallikast. Tähe gaasi rõhk ei ole enam suuteline gravitatsioonijõule vastumõju avaldama - täht variseb omaenese raskuse all kokku. Seda nähtust nimetatakse gravitatsiooniliseks kollapsiks.
Kauge vaatleja näeb musta augu tekkimisel järgmist pilti: gravitatsioonijõu mõjul suure hooga tsentri poole kokkulangeva tähe raadius väheneb kiiresti. Kuid mida lähemale jõuab raadius Schwarzschildi raadiuseni, seda rohkem tähe kokkutõmbumine aeglustub.  Eemalolevale vaatlejale näib, et tähe pind läheneb Schwarzschildi raadiusele lõpmatult kaua ja saavutanud Schwarzschildi raadiuse, kokkutõmbumine lausa lakkab. Ent loomulikult variseb see täht edasi kohutava kiirusega tsentri poole kokku, eemalolevale vaatlejale ainult näib, et tähe pind tardub paigale, sest vaatleja jaoks jäi aja kulg tähe pinnal, kui see saavutas Schwarzschildi raadiuse, lihtsalt seisma ja igasugune liikumine lakkas. (Siin ilmneb aja suhtelisus : ülitugevas gravitatsiooniväljas aja kulg aeglustub!).
( http://miksike.ee/documents/main/referaadid/mustad_augud.ht m)
4
2. Einsteini teooriate piirid
1915. aastal avaldas  Albert Einstein  oma üldrelatiivsusteooria, mis kirjeldas gravitatsiooni aegruumi fundamentaalse omadusena. Ta pakkus välja komplekti võrrandeid , mis seovad aegruumi kumeruse konkreetsetes piirkondades eksisteeriva mateeria ja kiirguse energia ja impulsiga.
Üldrelatiivsusteooria ei käsitle gravitatsiooni eraldiseisva jõuna nagu Isaac Newtoni omal ajal, vaid objektide massist tuleneva aegruumikumerusena. Einsteini teooria tegi mitmeid pööraseid prognoose. Näiteks sai selle põhjal järeldada, et olemas võivad olla nn mustad augud, mis moonutavad aegruumi sellisel määral, et nende sisemusest ei pääse välja mitte miski, isegi mitte valguskiirgus . Samuti rajaneb Einsteini teoorial praegune konsensuslik arusaam, mille kohaselt universum paisub kiirenevas tempos .
Einstein ise enustas oma teooria põhjal edukalt õigesti planeet Merkuur orbiidi iseärasusi, mida Newtoni seadused ei suuda pädevalt kirjeldada. Samuti prognoosis Einsteini teooria, et piisavalt suure massiga keha võib endast mööduva valguse trajektoori painutada. Seda nähtust nimetatakse gravitatsiooniläätseks ning täheteadlased on seda korduvalt vaatlustega kinnitanud.
Kõige paljutõotavamat väljavaadet teooria paikapidavuse testimiseks makrokosmilistes mastaapides pakub aegruumi virvenduste e nn gravitatsioonilainete peilimine. Noid laineid võivad tekitada äärmuslikult tormilised sündmused nagu ülisuure massiga objektide, nt mustade aukude, või äärmiselt tihedate objektide, nt neutrontähtede kokkupõrked.
Üks füüsikute püsivamaid eesmärke on sellise teooria leidmine, mis ühendaks üldrelatiivsuse — makroskoopilise maailma toimimise aluseks oleva teadusliku „reeglistiku“ — ülitillukestes mõõtkavades aine ja energia käitumist suunava kvantmehhaanikaga. Taolise teooria, nn kvantgravitatsiooniteooria formuleerimise eelduseks võib aga olla olemasoleva üldrelatiivsusteooria
Autor:
5
3. Mis on musta augu sees?
Must auk on definitsiooni kohaselt ruumipiirkond , mille gravitatsioon on nii tugev, et isegi valgus ei pääse sealt välja ja sellest ka meie võimetus musta augu sisemuse kohta infot hankida. Ka näha pole musti auke võimalik, neid saab avastada vaid uurides nende mõju teistele taevakehadele
Musta augu sees arvatakse olevat lõputult väikese ruumalaga piirkond, kuhu on kogunenud kogu musta augu mass. Seda punkti nimetatakse singulaarsuseks.
Singulaarsust ümbritseb ruumiosa , mille gravitatsioon on nii tugev, et miski sealt välja ei pääse. Sellise ruumiosa piiri nimetatakse sündmuste horisondiks — teiselpool horisonti toimunust ei saa me midagi teada. Vahemaad singulaarsusest sündmuste horisondini kutsutakse aga Schwarzschildi raadiuseks.
Mustal augul polegi mingit tahket pinda. Musta augu piir on määratud Schwarzschildi raadiuse ehk sündmuste horisondiga, mis ilmselt ei erine sinna sattunu jaoks kuidagi selle vahetust ümbrusest. Sellest järeldub ka teine ootamatu üllatus — must auk on tühi. Praeguse ettekujutuse kohaselt ei teata seal olevat midagi peale singulaarsuse.
Vähemalt on see nii üldrelatiivsusteooria kohaselt. Samas ei nõustu nii lihtsustatud pildiga sugugi kõik teadlased. Selline must auk peaks olema igavene , sest materjali saab sinna lisanduda, kuid välja miski ei saa ning lõpuks peaks universum koonduma üheks suureks mustaks auguks. Kvantmehaanika- alased uurimused vihjavad, et mustade aukude eluiga võib ikkagi olla lõplik ning nad saavad kaotada massi läbi protsessi, mida nimetatakse kvantaurumiseks.
Vastava hüpoteesi pakkus 1974. aastal välja üks tänapäeva tuntumaid füüsikateoreetikuid Stephen Hawking . Lõpliku ning korrektse musta augu kirjelduse peaks aga andma alles kvantgravitatsioon ehk nö kõiksuseteooria, mis ühendaks kvantmehaanika üldrelatiivsusteooriaga.
Autor: Novaator
6

4. Hawkingi musta augu teooria

Mustad augud on ruumipiirkonnad, mille tihedus läheneb lõpmatusele, mis tähendab, et nende gravitatsioon on nii tugev, et isegi valgus ei pääse neist välja. Hawking uuris koos füüsikateoreetiku Roger Penrose’iga, mis juhtub ainega musta auku sisenemisel: lõpmatusele läheneva tihedusega aine on kokku surutud väga väiksesse ruumalasse, mida nimetatakse singulaarsuseks.
Kvantteooria kohaselt ei ole vaakum tühi, vaid on täis osakesi ja antiosakesi, mis tekivad ja kaovad. Kui see juhtub musta augu serval (sündmuste horisondil), siis üks osakeste paarist imetakse auku sisse, teine aga pääseb välja. Seda väljapääsenud osakeste voogu (nn auramist) nimetatakse Hawkingi kiirguseks. Nendel osakestel, mis jäävad augu sisse, on negatiivne mass ja nende kuhjumise tulemusel muutub must auk aina väiksemaks, tekitades lõpuks selle hääbumise.
See protsess kestab väga kaua aega, aga musta augu hääbumise viimastel hetkedel plahvatab see miljoni tuumapommi jõuga ja selle tulemuseks on tühjus. Hawkingi teooria väidab, et kunagi oli kõik meie Universumis surutud singulaarsusesse ja see viis Suure Pauguni, mis moodustas galaktika, tähed ja kõik muu olemasoleva. Tähelepanuväärne on see, et Hawking, kes on lateraalskleroosi tõttu aheldatud ratastooli, on kõik oma kuulsad teooriad töötanud välja üksnes mõeldes, ilma neid ise kirja panemata.
Autor: Marlen Laanep
7
5. Kokkuvõte
Mustade aukudest saime me teade et, mustad augud on universumis olevad alad, mille külgetõmbejõu eest ei ole pääsu, sest nende gravitatsioonipotentsiaal on tohutu suur. Kõik, mis satub musta augu mõjupiirkonda, jääbki sinna, kaasa arvatud valguskiired. Mustad augud saavad tekkida suurtest, oma evolutsiooni lõppstaadiumisse jõudnud tähtedest, mis on jäänud ilma oma sisemisest energiaallikast. Tähe gaasi rõhk ei ole enam suuteline gravitatsioonijõule vastumõju avaldama - täht variseb omaenese raskuse all kokku. Seda nähtust nimetatakse gravitatsiooniliseks kollapsiks.
Einsteini teooriast saime teada, et Einsteini teooria tegi mitmeid pööraseid prognoose. Näiteks sai selle põhjal järeldada, et olemas võivad olla nn mustad augud, mis moonutavad aegruumi sellisel määral, et nende sisemusest ei pääse välja mitte miski, isegi mitte valguskiirgus.
Saime teada kas mis on mustade aukude sees. Musta augu sees arvatakse olevat lõputult väikese ruumalaga piirkond, kuhu on kogunenud kogu musta augu mass. Seda punkti nimetatakse singulaarsuseks.
Hawkingu teooria seisnes selles ,et Hawking uuris koos füüsikateoreetiku Roger Penrose’iga, mis juhtub ainega musta auku sisenemisel: lõpmatusele läheneva tihedusega aine on kokku surutud väga väiksesse ruumalasse, mida nimetatakse singulaarsuseks.
Kvantteooria kohaselt ei ole vaakum tühi, vaid on täis osakesi ja antiosakesi, mis tekivad ja kaovad. Kui see juhtub musta augu serval (sündmuste horisondil), siis üks osakeste paarist imetakse auku sisse, teine aga pääseb välja. Seda väljapääsenud osakeste voogu (nn auramist) nimetatakse Hawkingi kiirguseks.
8
6. Kasutatud kirjandus
(TEA LASTE- ja NOORTENTSÜKLOPEEDIA, 2 osa, lk 298)
(TEA LASTE- ja NOORTENTSÜKLOPEEDIA, 2 osa, lk 180)
( http://miksike.ee/documents/main/referaadid/mustad_augud.ht m)
http://forte.delfi.ee/news/teadus/einsteini-teooriate-piirid-uldrelatiivsus-purgib-uutesse-aarmustesse?id=70981199
http://forte.delfi.ee/news/teadus/mis-on-musta-augu-sees?id=20608828
http://www.telegram.ee/teadus-ja-tulevik/video-hawkingi-musta-augu-teooria-150-sekundiga
9