Увидел здесь несколько постов на тему чёрных дыр, но мне показалось, что некоторые моменты были не очень хорошо или сумбурно объяснены, поэтому хочу немного дополнить.
Здесь уже много постов на эту тему, поэтому не буду расписывать численные характеристики чёрных дыр или какие они бывают, а скажу пару слов о том, что из себя представляют эти объекты.
Гравитация.
Объекты, у которых есть масса, не притягиваются друг к другу как магниты. Масса объекта искривляет пространство-время вокруг него, образуя гравитационный колодец (яму). Чем больше масса, тем "глубже" этот колодец. Любой другой объект с меньшей массой, который оказался рядом, начинает туда "падать".
Стоит однако отметить, что на самом деле никакого колодца или ямы в пространстве нет. Просто масса изменяет геометрию пространства таким образом, что другие тела, которые находятся в этом пространстве, устремляются к массивному объекту.
Условный пример: представьте что вы идёте по тоннелю в скале, и этот тоннель начал сворачивать в сторону. Вы тоже пойдёте в эту сторону, т.к. ваша траектория движения зависит от геометрии тоннеля, в котором вы двигаетесь, и если этот тоннель искривляется, то у вас нет другого выбора кроме как двигаться в соответствие с этим искривлением.
Однако условный образ гравитационной ямы удобен для дальнейшего описания, поэтому я буду его использовать.
В разных видеороликах и на картинках гравитационную яму изображают в виде впадины на куске ткани или на какой-нибудь плоскости, но это 2-мерная проекция.
А как представить эту впадину в 3-мерном пространстве?
Представьте себе шар, который со всех сторон окружён стрелками, указывающими прямо в его центр. Стрелки обозначают направления падения в гравитационную яму, а центр шара — это её дно. Я не нашёл подобных картинок, но вот есть нечто похожее. Просто замените круг на этой гифке на сферу.
Когда мы подбрасываем камень на Земле, то мы как-бы пытаемся выбросить его из гравитационной ямы, образованной массой нашей планеты, но наших усилий недостаточно и камень падает обратно вниз. Но если мы подбросим камень достаточно сильно (т.е. сообщим ему достаточное количество энергии), то он сможет выбраться из гравитационной ямы Земли и окажется на её орбите.
Такая скорость, при достижении которой объект может выйти на орбиту космического тела, называется 1я космическая скорость (запомнили).
Скорость света.
Как мы знаем, скорость света в вакууме является максимально возможной (запомнили). Пока оставим вопрос "А почему именно 300.000 км/c?", т.к. это ведёт нас к другому вопросу "А почему физические величины в нашей вселенной именно такие?".
Почему скорость света максимальная? Потому что при её достижении течение времени останавливается и само понятие скорости не имеет смысла, т.к. скорость это расстояние за время.
Горизонт событий.
У чёрной дыры есть штука под названием горизонт событий. Это граница, при пересечении которой объект падает в гравитационную яму чёрной дыры и уже не сможет из неё выбраться (запомнили), даже если это будет безмассовый фотон.
Кстати, а почему фотоны, у которых нет массы, тоже попадают в чёрную дыру и не могут её покинуть? Тут фишка в искривлении пространства-времени внутри дыры. С точки зрения самого фотона он всегда движется прямолинейно. Однако фотон, как и любая другая частица, существует в каком-то пространстве-времени (в нашей вселенной), и у этого пространства-времени есть какая-то метрика, от которой зависит всё содержимое этого пространства (пример с тоннелем).
Соответственно, если геометрия пространства-времени искривляется, то и траектория движения фотона искривляется (наглядный пример: гравитационные линзы), хотя сам фотон об этом никогда не узнает (насколько я знаю, то в принципе невозможно изнутри искривлённого пространства-времени определить, что мы в нём находимся).
Попадая за горизонт событий, фотон уже не сможет покинуть чёрную дыру из-за экстремального искривления пространства-времени, кривизна которого стремится к бесконечности.
Теперь мы можем дать 2 определения чёрной дыры, которые будут нам понятны:
— Чёрная дыра это объект, для которого 1я космическая скорость превышает скорость света.
а также
— Чёрная дыра это область пространства-времени, отделённая от остальной части наблюдаемой вселенной горизонтом событий.
И на последок: излучение Хокинга.
Существует гипотеза о том, что чёрные дыры не будут существовать вечно, а очень медленно теряют массу (испаряются) за счёт излучения. Тут стоит упомянуть, что Хокинг был не единственный, кто об этом задумался. Об этом говорили в СССР физики В.Грибов, Я.Зельдович и А.Старобинский, а также израильский физик Я.Бекенштейн.
Механизм излучения Хокинга в двух словах:
В квантовой теории поля физический вакуум не пустой. Он заполнен полями, в нём происходят квантовые флуктуации и постоянно рождаются виртуальные частицы, с участием которых происходят все фундаментальные взаимодействия. Эти частицы не могут улететь на бесконечность, а должны поглотиться другими частицами или проаннигилировать друг с другом.
Вблизи горизонта событий чёрной дыры могут рождаться пары частица-античастица, и одна из частиц может пересечь горизонт событий и оказаться внутри дыры. В этом случае вторая частица из пары "улетит" от чёрной дыры, унося с собой часть энергии, а значит и массы.
Чем больше размер чёрной дыры, тем медленнее она испаряется. Предполагается, что в самом конце процесса испарения чёрная дыра должна взрываться.
На данный момент все известные чёрные дыры слишком велики и их температура слишком мала для измерения излучения Хокинга, поэтому оно пока ещё остаётся гипотезой.
Если у кого есть что добавить или исправить ошибки, то я только за.