![\"\"](\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/1200px-Black_hole_Cygnus_X-1-1024x725.jpg\")
<\/p>\n<\/p>\n
Tegoroczne nagrody Nobla okrzykni\u0119to, w odr\u00f3\u017cnieniu od poprzednich, bardziej zrozumia\u0142ymi dla opinii publicznej od poprzednich. \u0141atwiejsze do poj\u0119cia, w odr\u00f3\u017cnieniu od trudnego do wym\u00f3wienia, ale kluczowego w biologii molekularnej sposobu ci\u0119cia materia\u0142u genetycznego, jest wyr\u00f3\u017cnienie odkry\u0107 dotycz\u0105cych czarnych dziur.<\/p>\n
<\/p>\n
Kt\u00f3\u017c nie s\u0142ysza\u0142 o czarnych dziurach? W kulturze zachodniej prawie ka\u017cdy gdzie\u015b si\u0119 z nimi zetkn\u0105\u0142 (na szcz\u0119\u015bcie tylko mentalnie, a nie fizycznie, co sko\u0144czy\u0142oby si\u0119 rozerwaniem nawet nie na strz\u0119py, a na cz\u0105stki). Go\u015bci\u0142y w filmach i ksi\u0105\u017ckach science fiction, tak\u017ce w tych znacznie mniej science ni\u017c fiction, w komiksach… Ale czym w\u0142a\u015bciwie s\u0105?<\/p>\n
\u017beby je zrozumie\u0107, nale\u017cy przyjrze\u0107 si\u0119 grawitacji. Ju\u017c w przedszkolu wykszta\u0142camy pewn\u0105 naiwn\u0105 teori\u0119 fizyki, wedle kt\u00f3rej rzeczy spadaj\u0105 w d\u00f3\u0142. Staro\u017cytni Grecy z Arystotelesem na czele mawiali, \u017ce rzeczy po prostu maj\u0105 tak\u0105 natur\u0119, \u017ce spadaj\u0105 w d\u00f3\u0142. Przedmioty sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z pi\u0119ciu pierwiastk\u00f3w: ziemi, wody, powietrza, ognia i eteru. Ka\u017cdy z nich ma swoje miejsce w \u015bwiecie i d\u0105\u017cy do zaj\u0119cia tego miejsca zgodnie z naturalnym porz\u0105dkiem. Przedmioty zbudowane g\u0142\u00f3wnie z ziemi spadaj\u0105 wi\u0119c w d\u00f3\u0142, bo tam jest miejsce ziemi. Powietrze unosi si\u0119 do g\u00f3ry, bo jego miejsce le\u017cy nad ziemi\u0105 i wod\u0105. A najbardziej zewn\u0119trzny, g\u00f3rny ze wszystkich \u017cywio\u0142\u00f3w jest eter. W jego doskona\u0142ym \u015bwiecie obowi\u0105zuje prawa inne, ni\u017c na Ziemi. Dlaczego Ksi\u0119\u017cyc nie spada? Bo taka jest jego natura, bo takie w jego niebia\u0144skim \u015bwiecie obowi\u0105zuje prawa, inne ni\u017c na Ziemi.<\/p>\n
Z grawitacj\u0105 najbardziej kojarzy si\u0119 jednak Newton, kt\u00f3ry wiele wiek\u00f3w p\u00f3\u017aniej rozszerzy\u0142 poj\u0119cie spadania. Je\u015bli rzucamy pi\u0142k\u0119 przed siebie, spadnie. Je\u015bli rzucimy mocniej, poleci szybciej i spadnie dalej, w dalszym miejscu nie na linii prostej, ale na okr\u0119gu na powierzchni Ziemi. A je\u015bli wystrzelimy j\u0105 jeszcze mocniej? W ko\u0144cu spadnie tak daleko, \u017ce… wcze\u015bniej zd\u0105\u017cy okr\u0105\u017cy\u0107 Ziemi\u0119 dooko\u0142a. Jeszcze mocniej i nie starczy Ziemi. Pi\u0142ka b\u0119dzie j\u0105 okr\u0105\u017ca\u0107. Ci\u0105gle spadaj\u0105c, nigdy nie spadnie. Newton zauwa\u017cy\u0142, \u017ce w ten w\u0142a\u015bnie spos\u00f3b wyja\u015bni\u0107 mo\u017cna ruch Ksi\u0119\u017cyca. Pytanie, czemu Ksi\u0119\u017cyc nie spada, jest \u017ale zadane. Ot\u00f3\u017c on spada, ca\u0142y czas spada, tylko \u017ce spa\u015b\u0107 nie mo\u017ce. Ka\u017cde cia\u0142a obdarzone mas\u0105 przyci\u0105gaj\u0105 si\u0119 z si\u0142\u0105 wprost proporcjonaln\u0105 do tych mas, malej\u0105c\u0105 z kwadratem odleg\u0142o\u015bci mi\u0119dzy nimi. To ta si\u0142a wymusza spadanie, na Ziemi i na niebie.<\/p>\n
W liceum uczy si\u0119 o tzw. pr\u0119dko\u015bciach kosmicznych. Pr\u0119dko\u015b\u0107, z jak\u0105 musimy rzuci\u0107 pi\u0142k\u0119, by zacz\u0119\u0142a okr\u0105\u017ca\u0107 Ziemi\u0119, nazywamy pierwsz\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105 kosmiczn\u0105. Teraz wprowad\u017amy drug\u0105: pr\u0119dko\u015b\u0107 ucieczki. Rozwa\u017cmy cia\u0142o obdarzone mas\u0105 w polu grawitacyjnym. Cia\u0142u w polu przypisujemy pewn\u0105 energi\u0119, zwan\u0105 energi\u0105 potencjaln\u0105. Cia\u0142o o wi\u0119kszej energii mo\u017ce wykona\u0107 prac\u0119, zmniejszaj\u0105c swoj\u0105 energi\u0119. Przedmiot umieszczony wy\u017cej spada, zmniejszaj\u0105c swoj\u0105 potencjaln\u0105 i przy\u015bpieszaj\u0105c – energia potencjalna zmienia si\u0119 w kinetyczn\u0105.<\/p>\n
Odwrotnie – je\u015bli chcemy podnie\u015b\u0107 cia\u0142o, musimy wykona\u0107 prac\u0119 przeciwko sile grawitacji, dostarczy\u0107 energi\u0119. Rozp\u0119dzi\u0107 cia\u0142o – i pozwoli\u0107, by energia kinetyczna przesz\u0142a w potencjaln\u0105. Nie mo\u017cna zmierzy\u0107 absolutnej warto\u015bci energii potencjalnej, mo\u017cna okre\u015bli\u0107 jedynie jej zmiany. Dla porz\u0105dku jaki\u015b jej poziom trzeba okre\u015bli\u0107 jako zerowy. Podobnie mierzymy wysoko\u015b\u0107 nad poziomem morza, kt\u00f3remu przypisuje si\u0119 warto\u015b\u0107 0.<\/p>\n
Zerow\u0105 energi\u0119 potencjaln\u0105 przypisuje si\u0119 wyobra\u017conemu cia\u0142u gdzie\u015b w przestworzach, w niesko\u0144czono\u015bci, niesko\u0144czenie daleko od wszelkich innych cia\u0142 oddzia\u0142uj\u0105cych na\u0144 grawitacyjnie. W dowolnym polu grawitacyjnym energia cia\u0142a b\u0119dzie mniejsza. Liczy si\u0119 j\u0105, ca\u0142kuj\u0105c si\u0142\u0119 grawitacji po drodze, otrzymuj\u0105c ujemn\u0105 energi\u0119 wprost proporcjonaln\u0105 do mas cia\u0142, a odwrotnie do odleg\u0142o\u015bci mi\u0119dzy nimi. Energia kinetyczna zale\u017cy za\u015b od masy cia\u0142a i jego pr\u0119dko\u015bci, branej do kwadratu. Przyr\u00f3wnuj\u0105c obie energie, mo\u017cna wyliczy\u0107, jak\u0105 pr\u0119dko\u015b\u0107 musi mie\u0107 cia\u0142o, by opu\u015bci\u0107 Ziemi\u0119.<\/p>\n
Nie musimy tutaj wprowadza\u0107 trudnej pod wzgl\u0119dem matematycznym teorii wzgl\u0119dno\u015bci, by doj\u015b\u0107 do wniosku, \u017ce powinny istnie\u0107 czarne dziury. Wystarczy nam jedno z za\u0142o\u017ce\u0144 Einsteina.<\/p>\n
\u015awiat\u0142o mo\u017cemy traktowa\u0107 jako fal\u0119 b\u0105d\u017a jako cz\u0105stki (w ten spos\u00f3b Einstein wyja\u015bni\u0142 efekt fotoelektryczny, za co sam dosta\u0142 nagrod\u0119 Nobla oko\u0142o wiek temu), w ka\u017cdym razie i fala, i cz\u0105stki poruszaj\u0105 si\u0119 z pewn\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105. Uda\u0142o si\u0119 j\u0105 zmierzy\u0107 nie raz i zawsze wychodzi\u0142a taka sama. Kiedy jad\u0119 samochodem, a na pasie obok jedzie drugi samoch\u00f3d, moja pr\u0119dko\u015b\u0107 wzgl\u0119dem niego jest r\u00f3\u017cna, ni\u017c wzgl\u0119dem drzewa na poboczu. W przypadku \u015bwiat\u0142a mimo precyzyjnych do\u015bwiadcze\u0144 takich r\u00f3\u017cnic nie uda\u0142o si\u0119 wykry\u0107. Co wi\u0119cej, z r\u00f3wna\u0144 opisuj\u0105cych rozchodzenie si\u0119 fal elektromagnetycznych wynika, \u017ce nie mog\u0105 one rozchodzi\u0107 si\u0119 z inn\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105. Einstein za\u0142o\u017cy\u0142 wi\u0119c, \u017ce r\u00f3\u017cnice takie po prostu nie istniej\u0105 – a wi\u0119c \u015bwiat\u0142o porusza si\u0119 zawsze tak samo szybko.<\/p>\n
\u017beby utrzyma\u0107 t\u0105 przes\u0142ank\u0119, po\u015bwi\u0119ci\u0142 on bardzo du\u017co, w tym absolutny czas i przestrze\u0144, obiektywn\u0105 jednoczesno\u015b\u0107 wydarze\u0144… Sk\u0142adanie pr\u0119dko\u015bci, wcze\u015bniej wyra\u017cane prostym dodawaniem, zast\u0105pi\u0142 bardziej skomplikowany wz\u00f3r, pojawi\u0142a si\u0119 w nim pr\u0119dko\u015b\u0107 \u015bwiat\u0142a, kt\u00f3ra okaza\u0142a si\u0119 fundamentaln\u0105 sta\u0142\u0105 przyrody. Z nowego wzoru na dodawanie pr\u0119dko\u015bci, wedle transformacji Lorentza, wynika, \u017ce wynik nie mo\u017ce przekroczy\u0107 pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a.<\/p>\n
Okazuje si\u0119, \u017ce nawet nie wprowadzaj\u0105c poprawek wynikaj\u0105cych z teorii wzgl\u0119dno\u015bci, musimy bra\u0107 pod uwag\u0119 cia\u0142a tak masywne i tak upakowane (du\u017ca masa, ma\u0142y promie\u0144), \u017ce w ich pobli\u017cu energia potencjalna b\u0119dzie tak ujemna, i\u017c energia kinetyczna potrzebna do usuni\u0119cia dowolnego cia\u0142a z ich pola grawitacyjnego b\u0119dzie wymaga\u0107 pr\u0119dko\u015bci przewy\u017cszaj\u0105cej pr\u0119dko\u015b\u0107 \u015bwiat\u0142a. Oznacza to, \u017ce \u017cadne cia\u0142o nie b\u0119dzie mog\u0142o si\u0119 z nich wydosta\u0107. Skoro za\u015b \u015bwiat\u0142o nie b\u0119dzie mog\u0142o si\u0119 z nich wydosta\u0107, b\u0119d\u0105 czarne. St\u0105d nazwa czarna dziura.<\/p>\n
Dwudziestowieczna fizyka zaraz zam\u0105ci\u0142a ten obraz. Z jednej strony mi\u0119dzy innymi dzi\u0119ki pracom Hawkinga i Penrose\u2019a uda\u0142o si\u0119 przedstawi\u0107 w miar\u0119 prosty obraz czarnych dziur, jak m\u00f3wiono, czarna dziura nie ma w\u0142os\u00f3w. Ot\u00f3\u017c skoro z czarnej dziury nic nie mo\u017ce si\u0119 wydosta\u0107, tracimy ca\u0142\u0105 informacj\u0119 o poch\u0142anianej materii, nie ma \u017cadnego znaczenia dla \u015bwiata wok\u00f3\u0142, co czarny potw\u00f3r po\u017car\u0142. Zachowana zostaje masa, kt\u00f3ra oddzia\u0142uje grawitacyjnie na otoczenie, \u0142adunek, moment p\u0119du (czyli w uproszczeniu iloczyn pr\u0119dko\u015bci, masy i promienia obracaj\u0105cej si\u0119 materii) – wielko\u015bci wyst\u0119puj\u0105ce w zasadach zachowania. Poza tym \u017cadnych cech szczeg\u00f3lnych. Z drugiej teoria wzgl\u0119dno\u015bci opisuje \u015bwiat z u\u017cyciem znacznie bardziej wyrafinowanej matematyki, pe\u0142nej tensor\u00f3w, pochodnych cz\u0105stkowych i jeszcze gorszych rzeczy. Jednak Penrose pokaza\u0142, \u017ce teoria ta implikuje istnienie czarnych dziur.<\/p>\n
Tymczasem materia wok\u00f3\u0142 czarnej dziury zaczyna wariowa\u0107. Z teorii wzgl\u0119dno\u015bci Einsteina wynika, \u017ce grawitacj\u0119 mo\u017cna interpretowa\u0107 nie jako si\u0142\u0119, ale jako zakrzywianie przestrzeni przez mas\u0119. Okoliczne obiekty nadal b\u0119d\u0105 porusza\u0107 si\u0119 po liniach dla siebie prostych, ale w zakrzywionej przestrzeni – zewn\u0119trzny obserwator dostrze\u017ce ich zakrzywienie (prostot\u0119 poj\u0119cia linii prostej Eintein te\u017c po\u015bwi\u0119ci\u0142). W ko\u0144cu materia, kt\u00f3ra zbli\u017cy si\u0119 za bardzo, zacznie wirowa\u0107, spada\u0107 do czarnej dziury. Masa potwora jest tak wielka, \u017ce nie ma pr\u0119dko\u015bci, kt\u00f3ra pozwoli\u0142aby naszej pi\u0142ce nie spa\u015b\u0107 do \u015brodka. Wiruj\u0105c\u0105 materi\u0119 mo\u017cna wykry\u0107. Zakrzywienie przestrzeni r\u00f3wnie\u017c, orbity poruszaj\u0105cych si\u0119 pobli\u017cu cia\u0142 b\u0119d\u0105 wygl\u0105da\u0107 inaczej, zakrzywia\u0107 si\u0119 b\u0119d\u0105 nawet promienie \u015bwiat\u0142a.<\/p>\n
Anomalie takie znaleziono mi\u0119dzy innymi w gwiazdozbiorze Strzelca obejmuj\u0105cym centrum naszej galaktyki. Jak w centrum zapewne wi\u0119kszo\u015bci galaktyk, musi znajdowa\u0107 si\u0119 w nim supermasywna czarna dziura, o masie rz\u0119dy wielko\u015bci przekraczaj\u0105cej mas\u0119 pojedynczej gwiazdy i ci\u0105gle rosn\u0105cej w miar\u0119 po\u017cerania przyci\u0105ganej materii. Kiedy\u015b poch\u0142onie i nasz Uk\u0142ad S\u0142oneczny. Na razie za jej obserwacje Ghez i Genzel dostali wraz z Penrose’m tegoroczn\u0105 nagrod\u0119 Nobla.<\/p>\n
![Wikimedia Commons<\/a>, w domenie publicznej<\/p>\n\n\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Tegoroczne nagrody Nobla okrzykni\u0119to, w odr\u00f3\u017cnieniu od poprzednich, bardziej zrozumia\u0142ymi dla opinii publicznej od poprzednich. \u0141atwiejsze do poj\u0119cia, w odr\u00f3\u017cnieniu od trudnego do wym\u00f3wienia, ale kluczowego w biologii molekularnej sposobu ci\u0119cia materia\u0142u genetycznego, jest wyr\u00f3\u017cnienie odkry\u0107 dotycz\u0105cych czarnych dziur.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":7518,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[241,11,68,6],"tags":[665,660,663,331,661,659,662,664],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7515"}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7515"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7515\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7519,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7515\/revisions\/7519"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/media\/7518"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7515"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7515"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7515"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}](\"https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Black_hole_Cygnus_X-1.jpg\"){kind=link}