 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| D�r gravitationen f�rdas fortare �n ljuset |
|
| I Guds skattkammare |
|
|
 |
|
| en irrf�rd i rum och tid |
|
|
|
|
| Ett arbete f�r Lule� Universitet |
|
|
|
|
Poesivandring |
|
| av Patrik & Staffan |
|
|
|
|
|
|
|
|
| Svarta h�lens existens och deras betydelse f�r Einsteins relativitetsteori. |
|
|
| Har du n�gonsin gjort diamanter av kol? Har du kramat en sn�boll riktigt h�rt? |
|
| Upprinnelsen till v�rt fenomen var att Gud f�r l�nge sedan hade det riktigt d�ligt st�llt, riktigt d�ligt med pengar. Gud spelade och spelar som vi numera vet av Niels Bohr en hel del p� t�rning och allt annat som kunde och kan spelas p�. Gud hade n�stan n�r detta fenomen uppkom n�ra p� f�rlorat hela sin skapelse p� spel och Gud beh�vde nya insatser f�r att kunna vinna tillbaka sitt universum igen. D� kom Gud p� att f�rh�ja v�rdet p� sitt nyskapade universum. Detta f�r att d�refter i forts�ttningen kunna ha universum som insats i dem kommande och nuvarande spelen. Gud t�nkte: kol, tryck, diamanter och vips s� l�t han skapa v�rldsrymdens svarta diamanter av klaraste stj�rnstoff. |
|
|
| P� detta s�tt kunde Gud nu hela tiden �ka insatsen och d�rmed till slut vinna spelet. |
|
|
|
Svarta h�l |
|
|
| Det svarta h�lets b�rjan �r slutet p� den v�rld vi vet om och tror oss leva i. Det svarta h�let �r b�rjan p� alltings uppl�sning och s�nderfall, slutet f�r all tid som vi vet n�got om. |
|
| Vad som finns bortom singulariteten i det svarta h�let vet vi �n inget om. Svarta h�l �r d�r vetenskapen m�ter fiktion och �ven ibland b�rjar likna science fiktion. Allt bryts samman och matematik och teorier blir allt vagare och mer f�rv�nande. |
|
|
| Max Planck var en av grundarna till teorierna om kvantfysiken samt svarta h�l. Hans teori fick hans namn �t uppt�ckten, plancks massa: Diametern hos ett svart h�l med plancks massa �r lika med onoggrannheten betr�ffande dess position. Det svarta h�let kan h�r inte l�ngre positionsbest�mmas i rummet. |
|
|
| En annan av dessa tankev�ckande teorier om svarta h�l �r Stephen Hawkins id� om att mycket stark gravitation skulle kunna krama fram materiepartiklar ur tomma rymden i enlighet med kvantteorin. I det svarta h�lets centrum byter tid och rum plats med varandra. |
|
| Svarta h�l �r allts� inget vi enkelt f�rst�r oss p� utifr�n v�ran egen v�rld och v�ra egna teorier. Men vi kan f�rst� grundf�ruts�ttningarna genom att studera Einsteins relativitetsteori. F�rst� tiden och rummet. F�rst� vad som kan skapa och ge f�ruts�ttningar �t dessa svarta h�l innan singulariteten. |
|
|
| F�renkling av svarta h�l |
|
|
|
I v�rt universum s� existerar det biljoners biljoner stj�rnor som hela tiden f�ds eller d�r. Stj�rnorna lever antingen vanliga ordningsamma liv som v�r egen stj�rna solen eller lever hetsiga liv och d�r v�ldsamt och blir od�dliga. Allt som har betydelse f�r detta �r massa. |
|
|
| V�r sol har en massa av 1,989 * 10^30 kg som jag t�nker anv�nda h�r som solmassa. V�r sol t�nker tillbringa sitt liv som f�r oss livgivande stj�rna och d�refter kommer den att sv�lla upp och bli till en r�d j�tte. Slutligen s� kommer solen att komprimera sig och bli till en vit dv�rg. S� �r det oftast f�r stj�rnor som v�ger ungef�r 1, 4 solmassor eller mindre. F�r de tyngre stj�rnorna s� blir det mer v�ldsamt. Neutronstj�rnan �r det n�st vanligast slutet f�r en stj�rna. Neutronstj�rnan �r starkt komprimerad och dess materia v�ger ovanligt mycket. En tesked av dess materia kan uppg� till flera ton och om vi skulle bege oss till en s�dan stj�rna s� skulle vi v�ga enormt mycket p� grund av gravitationen. |
|
| Slutligen s� har vi d� de tyngsta stj�rnorna som �r de od�dliga bland stj�rnor. N�r vi kommer upp till en initialmassa ca 3 solmassor kan dessa efter en supernova bli till stell�ra svarta h�l. Svarta h�ll uppkommer n�r stj�rnans in�triktade krafter blir f�r starka efter att br�nslet f�r stj�rnan sinat. Stj�rnan b�rjar d� att falla f�r evigt in i sig sj�lv. |
|
|
| F�r att enklare kunna f�rklara n�got s� sv�rt som svarta h�l s� t�nker vi h�r krama ihop jorden. Om vi nu skulle kunna krama ihop jorden ordentligt till ett par centimeters diameter s� skulle vi kunna skapa ett svart h�l, det enklaste av dem svarta h�len, det Shwarzschildska svarta h�let. Jorden skulle gravitationellt fortfarande upplevas vara den sf�r vi �r vana vid att den �r, men med ett kraftigare centrum. Alla svarta h�l fungerar precis p� detta s�tt: En komprimerad massa i ett centrum. N�r vi nu dessutom vet att ljus enligt Einstein �r materia s� f�rst�r vi att ljus faller mot det svarta h�lets centrum som vilket gravitationellt objekt som helst, men h�r med vissa skillnader. |
|
|
| Skulle vi f�r exempel omvandla denna hopkramade jord till en h�ndelsehorisont s� skulle h�ndelsehorisonten bli ungef�r en centimeter i diameter. En centimeter d�r allt skulle vara f�rborgat f�r alltid, allt som kommer in kommer aldrig d�rifr�n. |
|
|
| Eller vi skulle kunna skriva om detta till att bli: Svarta h�l d�r gravitationen accelererar fortare �n ljuset. |
|
|
| Om vi nu t�nker oss att en ljuspartikel hamnar vid randen av detta jordiska svarta h�l s� skulle ljuspartikeln f�rbli i en form av rulltrappa. Ljuspartikeln forts�tter i ett t�nkt fram�t f�r ljuspartikeln samtidigt som den skulle f�rdas i ett t�nkt bak�t lika fort. Vi t�nker oss d� l�tt att ljuspartikeln k�mpar fram�t som ett fartyg mot str�mmen, mot kanalens riktning, men nej. Ljuspartikeln upplever inget str�vande upplever inte ens tid f�r tiden st�r n�mligen still f�r ljuspartikeln. |
|
|
| Ljuspartikeln kommer i detta fall att fr�n en �sk�dare utanf�r det svarta h�let synas som r�dare vilket Einstein skulle tycka var precis detsamma som: Att ljusfrekvensen har blivit l�gre vilket inneb�r att klockan d�r g�r l�ngsammare. |
|
|
| Detta med att tiden g�r l�ngsammare vid svarta h�l �r inget direkt f�rekommande utan n�got som sker successivt zonvis i n�rheten av det svarta h�let. |
|
|
| T�nker vi oss den hopkramade jorden och en person villig att utf�ra experimentet s� skulle personens atomur som f�rst visar 100% tid minska med 1% vid 45 cm n�rhet till jordens h�ndelsehorisont. Vi beh�ver allts� befinna oss r�tt s� n�ra det svarta h�lets h�ndelsehorisont f�r att sakta ner tiden. Vid ett avst�nd p� 90 cm fr�n den hopkramade jordens centrum blir tidens avsaktning f�ljaktligen 0.5%. |
|
|
| Detta med att tiden g�r antingen fortare eller l�ngsammare p� grund av gravitationen �r n�got som vi redan h�r och nu kan m�ta med atomur. Detta gjordes i ett f�rs�k kallat Pound & Rebka uppe i en 22 meter h�g byggnad d�r ett atomur placerades i toppen av byggnaden och en vid marken. Atomuren visade d� att tiden uppe i byggnaden gick n�got snabbare �n nere vid marken. |
|
|
| M�tningarna p�visade allts� att tiden skiljer sig p� v�r helt vanliga jord zonvis. Tiden g�r f�r exempel snabbare p� Himalayas topp �n l�ngst nere p� havets botten. |
|
|
| Om vi nu fortsatt skulle m�ta tiden med atomur p� samma s�tt s� skulle tiden p� solen g� ungef�r en minut l�ngsammare �n p� jorden om �ret. Och skulle vi verkligen �nska uppleva tidsskillnader s� skulle vi f� bege oss till n�gon vit dv�rg i universum d�r atomklockan skulle visa en dilation av atomtiden p� mer �n en timma om �ret. |
|
| P� detta s�tt s� blir Einsteins f�rklaring om �pplet som faller olik Newtons. Atomer, atomklockor och ljus sv�nger l�ngsamt i omr�den d�r gravitationen �r stark. �pplet p�verkas inte av n�gon kraft och �nd� �kar den farten i sitt fall. �pplet omvandlar h�r sin f�rlust av viloenergi till mer r�relseenergi. �pplet faller p� detta s�tt den n�rmaste v�gen genom rumtiden. |
|
| Newton hade p� detta s�tt fel om gravitationen.;Newtons teori skulle h�vda att det inte finns n�gra skillnader i rumtiden och d�rmed skulle tiden g� lika fort p� h�g h�jd som n�ra jorden. �pplet skulle inte falla den n�rmaste v�gen genom rumtiden och inga kr�kningar eller svarta h�l skulle kunna existera. |
|
|
| Roterande svarta h�l |
|
|
| De mest spektakul�ra �r dem roterande svarta h�len. Skulle vi nu g� ifr�n v�rt enkla skapade svarta h�l och ist�llet �gna en tid �t roterande svarta h�l s� skulle vi bli �n mer fascinerade. H�r uppenbarar sig universums tivoli, en plats i universum d�r vi helt gratis kan f� �ka runt i karusellen. |
|
| H�r har det svarta h�lets buffertzon, ergosf�ren omvandlats till en gravitationell karusell. Ergosf�ren �r egentligen inget annat �n tomrum som maler samman tid och rum. Denna ergosf�r placerar nu alltings framtid sidl�nges i riktningen runt karusellen ist�llet som f�rut mot det svarta h�lets centrum. Det som brukar skilja de svarta h�l fr�n varandra �r massa, rotation, elektrisk laddning och var vid rotation �r det viktigaste f�r om det svarta h�let �r maximalt. Ett maximalt svart h�l har den h�gsta rotationshastigheten. Det roterande svarta h�let sl�par d� rummet och tiden med sig. |
|
| Det ska visst inte vara n�gon angen�m upplevelse att f�rdas runt i denna tivolikarusell men vilka tivolin brukar vara det? |
|
| I dessa roterande svarta h�l tror vissa att tidsresor skulle kunna vara m�jliga. |
|
|
| Giganter bland giganter |
|
| Giganterna bland de svarta h�len befinner sig oftast i v�ra galaxers centrum och om dessa r�der det delade meningar. �r dessa giganter som ibland kan ha 1000 miljoners solmassor massa fr�n Big bang, eller har de i centrumet av galaxen haft nog med materia f�r att kunna expandera till dessa supermassiva kolosser? Ofta �r dessa omslutna i centrumet av galaxen och har d�rf�r varit sv�rare att studera, men med en �kad kunskap s� har dessa nu blivit mer tydliga f�r astronomerna och fysikerna. F�r �ven om dessa giganter �r ginnungagap s� �r de �nd� inte st�rre �n v�rat solsystem och d�rf�r inte s� enkla att studera. |
|
|
| Mot singulariteten |
|
|
| Vad sker d� om vi reser in i det svarta h�lets centrum? |
|
| Vi f�r b�rja med att leta upp ett pr�ktigt stort svart h�l f�r att slippa bli utslitna till avl�nga tr�dar. D�refter kan vi nu b�rja v�r resa in mot singulariteten. |
|
| F�rst s� sker inget f�rutom att stj�rnhimlen b�rjar h�ljas i ett orov�ckande m�rker. Bakom oss ser vi hur universum �ldras och d�r ut p� n�gra minuter eller sekunder. D�refter s� sker heller inget och n�r vi nu n�stan har slutat att oroa oss s� sker allt p� en g�ng. Singulariteten �ppnar sig och all materia existerar d�r samtidigt och �verallt p� en g�ng. Vi blir mos om vi inte lyckligtvis hittar en n�dutg�ng till en ny dimension eller ett nytt universum eller en brygga. Men s�dant �r nog att f�rv�nta sig i en science fiktion och �r nog inget som b�r pr�vas n�r vi v�l kan resa till n�got svart h�l i universum. Dessutom s� inneb�r denna resa in i ett svart h�l att du aldrig kan resa ut d�rifr�n. |
|
|
| Resum� |
|
|
| Ute i universums m�rker s� finns det n�got som �r svartare �n natten. N�got som �r helt utan ljus och som till och med absorberar ljuset i sin omgivning. |
|
|
| Om du fallsk�rmshoppar fr�n en riktigt h�g h�jd och befinner dig i fritt fall en tid s� kan du till slut komma upp i jordens fallhastighet som �r en acceleration p� 9,81 m/s. Ljusets hastighet vilken �r en konstant har en hastighet acceleration som �verstiger 300 000 km/s i vakuum. Att ljusets hastighet �r en konstant betyder att inget kan f�rdas fortare �n ljuset. Men �nd�, gravitationen �r vid de svarta h�len starkare �n ljuset. |
|
| Det viktigaste �r massa. Har stj�rnan en massa �ver 3 solmassor s� kommer dess bortg�ng att bli dramatisk och f�r�dande f�r sin omgivning. |
|
| Svarta h�l skapas fr�n b�rjan f�r att olika krafter inom stj�rnan hamnar i oj�mnvikt. Vissa krafter i stj�rnan str�var in�t och andra krafter i stj�rnan str�var ut�t. N�r energin har sinat f�r stj�rnan s� f�rsvinner de flesta krafterna ut�t och stj�rnan faller d� in i sig sj�lv f�r alltid. Stj�rnan blir till en d�d sol som slukar allt, till och med ljus. |
|
| Det svarta h�let best�r av en k�rna vilken best�r av t�tt packad materia som �r kvar efter supernovaexplosionen, singulariteten. Vid singulariteten upph�r den fysik vi vet n�got om. Max Planck har sj�lv gett namn �t dess masscentrum och �t tidiga skeenden i universums begynnelse, plancks massa. Men om detta �r en teori eller en verklighet i dem svarta h�lens singulariteter �r �n f�r tidigt att uttolka. |
|
| �ven om svarta h�l kan tyckas som iskalla gap s� avger det svarta h�let en str�lning vilken h�jer temperaturen till n�got �ver den absoluta nollpunkten vid n�rheten till det svarta h�let. |
|
|
| Det viktigaste vad det g�ller svarta h�l �r rotationen. N�stan alla svarta h�l har en rotation och de som roterar mest �r en form av maximala svarta h�l. Dem svarta h�len drar d� rummet och tiden med sig och allt blir till en v�ldig karusell. En v�ldig karusell i rum och tid. |
|
| Man beh�ver vara r�tt s� n�ra det svarta h�lets h�ndelsehorisont f�r att tiden ska g� l�ngsammare. Men att tiden d�r g�r l�ngsammare �r n�got helt s�kert och n�got som skiljer Einsteins teori fr�n Newtons. Att tid g�r l�ngsammare vid tunga objekt kan ocks� uppm�tas p� jorden, tiden g�r l�ngsammare p� havets botten �n p� Himalayas topp. Detta beror p� att ljus �r partiklar och d� har en massa, ej vilomassa. Allt som har en massa faller mot n�got n�r det befinner sig i dess n�rhet. All tid s�ker sig p� detta s�tt mot det svarta h�lets centrum som �pplet f�ll mot jorden f�r Newton. |
|
|
|
|
|
|
|
Poesivandring |
|
|
|