VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Туда, откуда никуда. Черные дыры во вселенной

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Темляков А.А. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждения "Гимназия №1" г. Стерлитамак Республики Башкортостан

Кузьмина Л.Ф. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждения "Гимназия №1" г. Стерлитамак Республики Башкортостан

Работа в формате PDF

15.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

С раннего детства я интересовался звездами. Я любил гулять по вечерам с родителями (зимой темнеет рано) и смотреть в небо.

Там мерцали крошечные белые точки.

Что это? Как до них дотронуться?

Можно взять себе одну звездочку?

Родители рассказывали мне про звезды, космос, другие планеты. Мне было очень интересно слушать. Родители подарили мне энциклопедию о космосе и читали мне ее. Я приносил книги о космосе в детский сад. Вокруг меня собирались ребята, мы рассматривали книги , я им рассказывал то, что знаю сам. Моим друзьям было очень интересно.

Воспитатели заметили мою увлеченность космосом и предложили мне поучаствовать в олимпиаде «Кубок Гагарина». Я с радостью согласился. Это был мой первый опыт участия в олимпиаде. После этого я еще больше увлекся космосом, звездами, планетами.

Мне не интересно было смотреть мультфильмы о космосе или развивающие передачи для детей, я хотел получать более глубокие знания. Родители нашли фильмы о космосе на канале Discovery Channel, скачали их, и мы вмести с папой их смотрели. Папа объяснял мне то, чего я не понимал в силу своего возраста. Мне очень они нравились.

В этих фильмах я впервые услышал о таком понятии как «черные дыры». Им был посвящен целый цикл передач, который я пересматривал несколько раз. Эти таинственные объекты манили и завораживали.

Мне хотелось узнать о них как можно больше. А еще мне очень хочется рассказать моим одноклассником о таких интересных космических объектах. Именно поэтому я решил взять тему «Черные дыры» для исследовательской работы. Я решил разобраться, что же такое черные дыры и создать обучающий видеофильм и демонстрационные макеты для ребят, что бы рассказать им, об этих таинственных космических объектах.

Актуальность:

Во вселенной много загадочных и недостаточно изученных объектов. Таких как квазары, нейтронные звезды, темная энергия и темная материя. Но, конечно же, одними из самых интересных объектов является черные дыры.

Тема черных дыр является одной из актуальнейших тем современной астрономии, астрофизики и космологии, так как эти объекты помогают лучше понять устройство нашей вселенной, с момента большого взрыва по настоящий день, а также позволят понять, что будет с нашей вселенной.

Понятие чёрной дыры известно всем — от школьника до людей преклонного возраста, оно используется в научной и фантастической литературе, в СМИ и на научных конференциях. Но что конкретно представляют собой такие дыры, это я попытаюсь выяснить в своей работе.

Цель проекта:

Узнать что такое черные дыры. На основании полученных знаний, создать обучающий видеофильм и демонстрационные макеты для одноклассников.

Объектисследования:

Черные дыры.

Предметисследования:

Свойства черных дыр.

Мы выдвинули следующую гипотезу:

Характерные свойства черных дыр возможно увидеть в домашних условиях.

Задачи исследования:

1.Узнать, что такое черные дыры, как они образуются

2. Изготовить видеофильм, который рассказывает о черных дырах.

3. Провести опыты, показывающие свойства черных дыр.

4. Создать макеты для демонстрации особенностей черных дыр.

Методы исследования:

1.Изучение и анализ источников информации

2. Анкетирование

3. Наблюдение

4. Интервью

5. Изготовление видеофильма

6. Проведение опытов

7. Создание макетов

Сначала я провел анкетирование среди одноклассников.

Я предложил ребятам ответить на вопросы анкеты.

Опрос для проекта по астрономии «Туда, откуда никуда!».

1.Интересуетесь ли Вы космосом (смотрите телепередачи, читаете книги или статьи)?

а) да, данная тема мне интересна; б) нет, мне это не нравится; в) иногда.

2.Знакомо ли Вам понятие «черная дыра»?

а) да; б) нет;

3.Как Вы думаете, что означает термин «черная дыра»?

а) тип звезды; б) объект в космосе; в) непознанный объект.

г) _{напишите свой вариант ответа}.___________________________________________

4.Хотели бы Вы узнать больше про самые загадочные объекты во Вселенной – черные дыры?

а) хотел(а); б) не хотел(а).

5. Знаете ли Вы откуда в космосе появились чёрные дыры?

а) да; б) нет;

6. Видны ли черные дыры?

а) да; б) нет;

7. Что может быть в Черной дыре?

а) ничего; б) мы не знаем; в) другие миры.

В анкетировании приняли участие 25 человек.

В результате анкетирования выяснилось, что

1. 72% интересуются космосом (смотрят телепередачи, читают книги или статьи).

2. 84% ребят знакомо понятие «Черная дыра».

3. 80% ребят не знают, откуда в космосе появляются черные дыры.

4. 96% ребят хотят больше узнать о черных дырах.

Своими знаниями и открытиями я хочу поделиться со своими одноклассниками, ведь космос удивительный фантастический мир. Я понял, что мое исследование поможет одноклассникам разобраться, что такое черная дыра.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

История идеи о черных дырах.

1783 г. Первая гипотеза существования такого явления, как чёрная дыра, была выдвинута в 1783 году английским учёным Джоном Мичеллом. Идея Мичелла была такова: если свет — это поток мельчайших частиц, то, как и все другие тела, частицы должны испытывать притяжение гравитационного поля. Получается, чем массивнее звезда, тем сложнее свету противиться её притяжению.

Через 13 лет после Мичелла, французский астроном и математик Лаплас выдвинул (скорее всего, независимо от британского коллеги) схожую теорию.

1915 г. Однако, все их труды оставались невостребованными вплоть до начала XX века. В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности и показал, что гравитация есть искривление пространства-времени, вызванное материей.

Карл Шварцшильд спустя несколько месяцев использовал её для решения конкретной астрономической задачи. Он исследовал структуру искривленного пространства-времени вокруг Солнца и заново открыл феномен чёрных дыр. Именно тогда возник термин «радиус Шварцшильда» — грубо говоря, это величина силы, с которой необходимо сжать объект, чтобы он превратился в черную дыру.

1967 г. Американский физик Джон Уилер обрисовал пространство, которое можно скомкать, подобно листику бумаги, в бесконечно малую точку и обозначил термином "Чёрная дыра".

1974 г. Британский физик Стивен Хокинг доказал, что чёрные дыры, хоть и поглощают материю без возврата, могут испускать излучение и в конце концов испаряться. Такое явление получило название "излучение Хокинга".

Доктор Хокинг написал книгу «Краткая история времени: от большого взрыва до черных дыр», опубликованной в 1988 году. Она была продана 10 миллионным тиражом. Знаменитый британский физик Стивен Хокинг и дал правдоподобное объяснение природе черных дыр.

Хокинг написал или соавтор около 190 статей.

1971 год. Как бы там ни было, и Д. Мичел, и Альберт Эйнштейн, и Джон Уиллер в своих работах предполагали только теоретическое существование этих загадочных небесных объектов в космическом пространстве, однако впервые черную дыру «заметили» в 1971 году, именно тогда они впервые были обнаружены при помощи телескопа. Черные дыры не видны в телескопе, но их обнаруживают благодаря свечению в районе горизонта событий. Так первая чёрная дыра была обнаружена благодаря тому, что она выступала в качестве источника мощного рентгеновского излучения.

Наше время. Новейшие исследования пульсаров и квазаров, а также открытие реликтового излучения, наконец сделали возможным описать само понятие чёрных дыр. В 2013 году газовое облако G2 приблизилось на очень близкое расстояние к Чёрной дыре и, скорее всего, будет поглощено ей, наблюдения за уникальным процессом даст огромные возможности для новых открытий особенностей чёрных дыр.

Наша страна.

Игорь Дмитриевич Новиков: первопроходец «кротовых нор» и черных дыр. (род. 10 ноября 1935 года, Москва)

Автор научных работ по релятивистской астрофизике, космологии, теории тяготения, а также научно-популярной литературы по астрономии.

Занимался разработкой теории чёрных дыр, возникающих в финале эволюции массивных звезд. Показал, что внешнее поле тяготения и внутреннее строение чёрной дыры полностью определяются массой и моментом вращения коллапсирующей звезды и не зависят от деталей распределения вещества и его движения. Отталкиваясь от этого факта, создал теорию внутреннего строения черных дыр. Оценил количество черных дыр, рассмотрел их астрофизических значение и проявление.

Совместно с Я. Б. Зельдовичем предсказал (1966), что чёрные дыры могут проявляться как рентгеновские источники в двойных системах. После открытия таких источников построил теорию релятивистских эффектов в этих системах. Выдвинул гипотезу «белых дыр», исследовал влияние квантовых эффектов на белые и чёрные дыры. В работах по космологии обсудил возможность сильной анизотропии расширения Вселенной вблизи сингулярности, рассмотрел квантовые явления в начале расширения Вселенной, процессы формирования галактик, гипотезу существования первичных чёрных дыр. Разработал теорию происхождения первичных неоднородностей в расширении Вселенной, из которых затем возникли галактики.

Впервые дал надёжную оценку массы квазаров.

В середине 1980-х годов сформулировал принцип самосогласованности Новикова, разрешающий парадоксы, связанные с путешествиями во времени, теоретически допускаемыми некоторыми решениями уравнений Эйнштейна. Впоследствии вместе с иностранными коллегами (Кипом Торном и прочими) анализировал возможность «машины времени».

Звездная эволюция. Как появляются черные дыры.

На самом деле черная дыра это звезда, но не совсем звезда, а ее трупик, потому что она образуется, когда звезда прожила всю свою жизнь и умерла.

Но конечно чтобы понять, как появляется черная дыра нам нужно понять, как возникает звезда, как живет и как умирает.

Для начала давайте разберемся, что такое гравитация.

Гравитация – любой предмет, обладающий массой (а все предметы обладают массой) искривляет пространство и время. Это можно сравнить с натянутым батутом.

Ты на него встаешь и он искривляется, провисает. Если на него встать вдвоем и рядышком, то вас притянет друг к другу. Так и все предметы в пространстве притягиваются друг к другу. Это взаимодействие называется гравитацией. Эффект от гравитации тем сильнее, чем больше масса.

Возьмем шар для боулинга и перышко. Если их подвесить и одновременно отпустить, что быстрее упадет на Землю? Шар для боулинга, так как он тяжелее, и, значит, Земля притягивает его сильнее, чем перо.

Но в то же время здесь влияет и расстояние. Чем ближе, тем сильнее притягивается. Например, как два магнита. Возьмем два яблока, Даже если они очень близко и будут притягиваться, то так слабо, что мы этого даже не заметим, так как у них очень маленькая масса. А вот Земля и Солнце хоть и очень далеко, но притягиваются друг к другу с колоссальной силой и именно поэтому Земля крутится вокруг Солнца, а не улетает в космос.

Почему Земля, планеты и звезды круглые? Дело в том, что в природе все стремиться к равновесию. Если Землю представить как большую кучу песка, летающего в космосе, то все песчинки притягиваются друг к другу и в целом стремятся к центру. Чем ближе песчинки, тем сильнее они друг к другу притягиваются. И так в любой точке нашей огромной космической песочницы. Наша куча стремиться сжаться. В какой-то момент песчинки начинают сталкиваться и сталкивать друг друга. Это называется давлением. Оно-то как раз не дает нашей песочнице сжаться меньше определенного размера. В конце концов, давление и притяжение придут к равновесию и образуют форму шара, ну точнее что то близкое к шару. Это все работает при масштабах сопоставимых с планетами и звездами, потому что массы должны быть очень большими. Важно понимать, что притяжение действует на все песчинки в той или мной степени, а давление только на соседние.

Звезда у нас состоит уже не из песка, а из газа, вместо песчинок в ней частички под названием атомы. И в звезде тоже частички притягиваются друг к другу и тоже есть давление. Причем чем горячее звезда, а звезды очень горячие, тем сильнее давление, но постепенно звезды остывают и давление уменьшается. Но притяжение то никуда не делось. Звезда сжимается. От сжатия давление снова возрастает. Это как мячик чем сильнее ты его сжимаешь, тем больше он сопротивляется. И процесс этот на звезде происходит постоянно. Она постоянно остывает и постоянно сживается. И длится все это миллионы лет. В конечном итоге звезда типа нашего солнца остывает полностью. Уменьшается до таких размеров что притяжение и давление просто колоссальное. Терпеть это безобразие звезда больше не может и взрывается. Такой взрыв называется сверхновой. Дальше самое интересно. Если масса звезды как у нашего солнца, то разрывается в космосе, уничтожая все на своем пути. То что остается, превращается в тусклую звездочку под названием белый карлик. Но если масса звезды в сотни раз больше нашего солнца, а таких звезд очень много, то при взрыве внутренности звезды сжимаются с такой силой, что давление уже не в силах этому противостоять и устоять . Частички находятся очень близко друг к ругу, а гравитационное притяжение такое сильное что они уже не могут друг от друга оттолкнуться и то что происходит дальше уже необратимо. Остатки звезды все сжимаются, притяжение се сильней и поскольку давление уже не может помешать сжатию звезды. Она будет сжиматься до бесконечности, что там дальше происходит, можно только догадываться. Ученые называют это сингулярностью. В сингулярности не действуют известные нам законы природы, а есть только гравитация и еще что-то. Но об этом в следующей главе.

То есть если звезда была до своей смерти размерами примерно в 20 раз больше нашего солнца, то такая нейтронная звезда способно притягивать даже свет, которая сама излучает, так и получается что свет которая звезда излучает не может оторваться от ее поверхности и поэтому со стороны она выглядит черной. Потому что отсутствие света это и есть черный цвет.

Черная дыра образуется тогда, когда звезда, предположим, в двадцать раз больше нашего солнца прекращает свое существование. Такая звезда непохожа на наше Солнце, она стала нестабильной. У нее заканчивается топливо и она начинаем уменьшаться, становясь все плотнее и плотнее, горячее и горячее. Это огромная звезда и во всей вселенной нет силы, способной остановить ее коллапс (то есть сжатие). У нее настолько тяжелое ядро, что оно продолжает падать само в себя. И из огромной звезды диаметром миллионы километров она превращается в маленькую звездочку, диаметром 18 километров. Вся ее прежняя масса сохранилась, но ее собственный вес тянет ее вниз. Она становится все меньше и меньше. Температура ее ядра увеличивается до ста миллиардов градусов. Внешние слои отрываются и создают новую звезду, но глубоко в центре ядро падает в так называемый гравитационный колодец. Он обваливается в одну точку и рождается черная дыра. Она притягивает все и даже свет.

Давайте попробуем представить, насколько плотной может быть эта черная дыра на примере нашей Земли. Насколько она должна быть маленькой, чтобы быть поглощенной своей гравитацией?

Нужно уменьшить ее до размера арахиса.

Понятие черной дыры.

Итак, Черная дыра – это конечный результат деятельности звезды во много раз больше нашего Солнца, то есть ее трупик. После использования ядерного горючего и прекращения реакция звезда умирает.

У черной дыры есть своя структура, которая подразделяется на внешний диск черной дыры, горизонт событий и область внутри самой черной дыры (сингулярность), а также на ее хвост.

"Горизонт событий" можно сравнить с глубоким колодцем с совершенно гладкими стенами, попав в который невозможно выбраться самостоятельно. Высота колодца и является "горизонтом событий". Любое тело, оказавшись вблизи "горизонта событий", будет двигаться только внутрь черной дыры.

Хвост струя горячего звездного газа, вернее плазмы, испускаемой из центра черной дыры. Как правило такие струи испускают сверхмассивные черные дыры.

Сингулярность – центр черной дыры.

В зависимости от своей массы черные дыры бывают – сверхмассивные, промежуточные и черные дыры звездной массы.

Черные дыры звездной массы самые маленькие – от четырех до тридцати Солнц.

Черные дыры промежуточной массы – от тысячи, до двух миллионов Солнц.

Сверхмассивные черные дыры – от нескольких миллионов до нескольких миллиардов Солнц. Располагаются они в центре галактик.

Поиск черной дыры.

Во время исследовательской работы я познакомился с Валерием Иосифовичем Пылаевым, преподавателем физики и астрономии в городе Кисловодске. Оказывается он член Федерации Космонавтики СССР, победитель национального проекта "Образование".

Так как мы живем в разных городах очень далеко друг от друга, то мы общались по Skype. Преподаватель рассказывал мне о черных дырах, кротовых норах, квазарах и пульсарах, о том, как обнаруживают черные дыры. Мне стало интересно, занимаются ли в России изучением и поиском черных дыр. Валерий Иосифович рассказал мне о том, что оказывается, рядом с Кисловодском есть Большой Азимутальный Телескоп БТА и РАТАН-600, крупнейший радиоантенный телескоп в мире, их построили именно для изучения объектов в космосе. Большой Азимутальный Телескоп БТА располагается в долине реки Большой Зеленчук, около Нижнего Архыза. Построен научно-исследовательский институт был в 60-е годы прошлого века, Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук. Главной площадкой для наблюдения стало место на высоте 2100 метров возле горы Пастухова. Здесь расположен Большой телескоп Азимутальный (БТА), с диаметром монолитного зеркала 6 метров. Валерий Иосифивич много раз возил туда на экскурсию свои учеников, он очень много зает о создании телескопов и исследованиях, которые на них проводят.

Слева от телескопа - специальный кран, который использовался при строительстве башни и телескопа. Высота купола телескопа - более 50 метров, он выполнен из алюминия. Диаметр купола - около 45 метров. Шторка в центре отодвигается наверх, обеспечивая наблюдения. Сам купол при этом может вращаться вокруг своей оси.

В этом зале туристам рассказывают об истории обсерватории, чем она занимается. Решение о постройке телескопа с шестиметровым зеркалом было принято в 1960-м году. Несколько лет продолжалось проектирование и строительство, в том числе более трех лет изготавливалось зеркало, и в 1975-м году обсерватория была введена в строй.

Свет от зеркала собирается, концентрируется и отражается в верхнюю часть телескопа, где расположено первичное приемное устройство. Фокусное расстояние телескопа в итоге - 24 метра! Но если использовать дополнительное зеркало, отбрасывающее свет назад, а потом в один из боковых фокусов, то фокусное расстояние увеличивается до 180 метров!

Телескоп медленно беззвучно разворачивается.

Комната управления телескопом. Отсюда открываются - закрываются все двери и устройства.

Аппаратная, откуда наблюдатели управляют аппаратурой.

В Карачаево-Черкесии, недалеко от станицы Зеленчукской расположена специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, ей принадлежит крупнейший в мире радиоантенный телескоп, РАТАН-600 ("600" - это размер диаметра - 600 метров), и самый большой в Евразии телескоп-рефлектор с диаметром главного зеркала 6 метров. РАТАН расшифровывается как "Радиоастрономический телескоп Академии наук". Впервые он был запущен в июле 1974 года и является действующим до сих пор. Чтобы попасть сюда, необходим пропуск.

Антенна радиотелескопа состоит из металлических щитов, расположенных по окружности диаметром почти 600 метров. Фактически телескоп напоминает круглый стадион, или амфитеатр, мы у входа в него.

Трехэтажная конструкция, для подъёма на высоту и обслуживания щитов.

Взгляд внутрь круга через входной портал. Круг разделён на 4 сектора по сторонам света, и имеет четыре независимых станции наблюдения.

Каждый алюминиевый щит имеет высоту 11 метров, всего их почти 900.

Все вместе или по отдельности щиты могут менять наклон, отражая излучение от космических источников, которое падает на них, в единый центр - фокус телескопа.

В фокусе стоят облучатели, устройства, собирающие радиоизлучение, которое направляется на него щитами. Облучатель передаёт принятую энергию на вход радиометра, и, после усиления регистрируется электроизмерительным прибором. Таким образом на РАТАН-600 наблюдают за Солнцем, звездами, туманностями, галактиками, кометами и прочими небесными телами.

Кротовые норы.

Путешествие во времени и пространстве всегда волновали людей.

Английский писатель и математик Льюис Кэрол еще 150 лет назад написал свою знаменитую «Алису в стране чудес». Пожалуй, самый известный фрагмент сказки – героиня проваливается в нору и попадает в другую реальность.

Снято так много фильмов с участием черных дыр, что невозможно перечислить их всех.

Вышедший в 2014-м году на экраны фильм Кристофера Нолана «Interstellar» ( «Межзвёздный») многие критики и зрители назвали одним из лучших научно-фантастических фильмов последних десятилетий.

Экзотические декорации к сюжету дали большой простор для научной фантазии. В «Interstellar» впервые можно увидеть, например, как выглядит вблизи сверхмассивная черная дыра, окруженная плазменным диском. Можно рассмотреть червоточину Уилера («кротовую нору»), по которой космический корабль «Endurance» за считанные минуты перелетает за миллионы световых лет от Солнечной системы. Можно побывать внутри черной дыры, где пространство и время перепутаны,

Фильм 2014 года Кристофера Нолана «Interstellar» ( «Межзвёздный») назвали одним из лучших научно-фантастических фильмов последних десятилетий.

Математические формулы, которые пока в теории, доказывают перемещаться можно как в будущее, так и в прошлое.

Игорь Новиков (заместитель директора Астрокосмического центра ФИАН) и Анатолий Черепащук (директор Астрономического института МГУ им. П.К. Штернберга) занимаются как раз изучением черных дыр и кротовых нор.

Речь идет о очень необычных объектах, которые были открыты в теории Эйнштейна. Согласно этой теории очень сильным тяготением искривляется пространство, геометрия его меняется и по-иному течет время.

Такие необычные объекты ученые назвали кротовые норы. Это вовсе не человеческое изобретение. Создать машину времени пока способна только природа. Сегодня астрофизики лишь гипотетически доказали существование кротовых нор во вселенной, дело за практикой. Поиск кротовых нор, одна из главных современной астрофизики.

Если черные дыры существуют, то должны существовать, по видимому, и кротовые норы, а кротовые норы это вообще туннели в пространстве и времени, в которых можно путешествовать в прямом и обратном направлении и, следовательно, можно создать машину времени. Вот почему интерес к этим объектам очень велик.

Чтобы получить кротовую нору, мы должны избежать сингулярность, то есть вещество не должно уйти в сингулярное, квантовое состояние и мы должны избежать горизонта событий. Потому что горизонт событий это такая поверхность, куда можно упасть, но выйти за пределы горизонта событий нельзя, потому что чтобы выйти нужно двигаться со скоростью больше скорости света, что запрещено законами физики. Поэтому черная дыра она все поглощает, но ничего не выпускает, это могила, она засасывает и все, ты попал туда и дальше ты попадешь в сингулярность, тебя разорвет приливными силами.

У кротовой норе нет сингулярности, нету горизонта событий, поэтому в кротовую нору теоретически можно войти, погулять там и выйти назад. Поскольку там очень большая гравитация, то в ней уже не пространство, а пространство тире время, все взаимосвязано, поэтому гуляя внутри кротовой норы, мы гуляем как в пространстве, так и во времени. Во времени вперед, во времени назад, значит мы можем создать машину времени. Но чтобы получить такой объект, его получают тоже в результате сжатия, но если мы сжимаем обычное барионное вещество, мы обязательно получим сингулярность в центре и горизонт событий, то есть черную дыру. А вот если мы будем сжимать вещество, обычное барионное, но добавим туда так называемую экзотическую материю, то есть материю, у которой давление отрицательное. Чем больше энергия, тем меньше давление. Вот если добавить такое экзотическое вещество с отрицательным давление к обычному барионному веществу, и тоже с помощью пресса или с помощью очень большой массы сжимать это вещество, то мы получим вместо черной дыры кротовую нору.

Вот лист, это как бы двумерная модель нашего трехмерного мира, вот мы взяли и скривили и вот по кривому пространству можем вот так путешествовать. Это очень долго, очень долго по всему пространству вот так. Мы можем создать кротовую нору, который соединит вот этот конец листа вот с этим и через эту кротовую нору за секунду пересечь из одной области в другую, минуя вот этот длительный путь. Вот идея, смысл кротовой норы, вот что она делает.

Тоже самое можно сказать и про время, время там тоже течет неоднородно, поскольку в каком-то смысле тоже искривляется. И тоже там ход течения времени тоже сдвигается. За счет изменения хода течения времени Вы имеете возможность путешествовать в будущее, в прошлое. И космический корабль, если мы пошлем, он спокойно долетит до кротовой норы, пройдет во внутрь, погуляет в другом пространстве времени, может даже погулять в другой вселенной, потому что кротовые норы могут соединять друг с другом разные вселенные, которые причинно не связаны между собой.

Ход времени в кротовой норе и на Земле сильно различаются. За счет этого различия, погуляв в кротовой норе и вернувшись назад, скорость хода времени разная, за это время, пока вы сидите в кротовой норе пройдет много миллионов лет на Земле и вы увидите будущее и точно также можно и в прошлое путешествовать с помощью кротовой норы из-за того что темп течения времени внутри кротовой норы и темп течения времени на Земле, вне кротовой норы – они разные. А в машине времени, между прочим, есть парадокс. Его называют парадокс дедушки. Когда вы путешествуете в будущее, проблем нет, ну вы увидите нечто в будущем, о чем Вы не знаете и так далее, будете иметь возможность посмотреть принципиально новые вещи. А вот представьте себе теперь, что мы путешествуем не в будущее, а в прошлое. Я могу вернуться в прошлое, увидеть своего дедушку и убить его. Тогда возникает вопрос, как я появился на свет? Я причину моего появления уничтожил – это называется парадокс дедушки. То есть вот какие проблемы возникают из факта того, что существуют кротовые норы. Если есть кротовые норы, значит должен быть парадокс дедушки. Значит надо его как-то обходить. Что это? Это вопрос об ограничении свободной воли человека. Ну вот например, я хочу как муха ползать по стене, но я не могу этого сделать, потому что моя свобода воли ограничена законами физики. Вот оказывается сейчас физики работают над тем, какие причины ограничат свободу воли человека при прохождении в прошлое через машину времени. Вот должны быть такие ограничения, что человек не может убить своего дедушку, хотя ему очень хочется. Почему сейчас серьезно говорят про кротовые норы? Во-первых, открыты черные дыры, раз черные дыры открыты, существуют, значит кротовые норы обязаны существовать, если мы добавим туда экзотическую материю с отрицательным давлением. Но дело в том, что темная энергия, которую астрономы уже открыли, это и есть как раз экзотическая материя с отрицательным давлением. И поэтому если нора, кстати и вселенная, когда вселенная только образовывалась, были флуктуации большие, сжатия, разрежения туда обязательно добавлялась в том числе и экзотическая материя и могли формироваться привычные черные дыры и первичные кротовые норы. А потом из-за очень быстрого расширения они увеличились в размерах. Не исключено что в космосе, вот в ядрах галактик некоторых есть как черные дыры так и кротовые норы. И важная задача теории кротовых нор такая сохраняется ли кротовая нора устойчивой при прохождении через нее материи. Есть подозрение что если космонавт туда войдет в кротовую нору своим гравитационным полем внесет некое возмущение и в итоге из-за колебаний кротовая нора сколапсирует в черную дыру. Образуется сингулярность, горизонт событий и так далее. Эта экзотическая материя, которая удерживает кротовую нору от образования черной дыры, от коллапса, она может иметь неустойчивый режим и не может гарантировать устойчивость кротовой норы. Вот этот вопрос сейчас подробно физики исследуют.

Сегодня открыто более 300 черных дыр. От Земли до ближайшей, то есть до центра нашей галактики Млечный путь 25 000 световых лет. Если окажется, что эта черная дыра кротовая нора коридор путешествия во времени, человечеству до него лететь и лететь.

Черные дыры в Большом адроном коллайдере.

Когда запустили работу Большого Андронного Коллайдера, многие опасались, что он создаст огромную чёрную дыру, которая поглотит мир.

По мнению некоторых ученых, столкновения частиц на такой энергии может порождать микроскопические черные дыры, которые могут провалиться к центру Земли и начать поглощать материю. Другие полагают, что могут появиться "кротовые норы", которые позволяют двигаться против времени.

Большой адронный коллайдер начали строить в 2001 году, на границе Швейцарии и Франции. На глубине 100 метров заложен кольцевой тоннель ускорителя длиной почти 27 километров. Стоимость этого проекта превышает 10 миллиардов долларов. Европейский центр ядерных исследований является владельцем площадки, где построен Большой адронный коллайдер. В его создании и во всех проведенных позже экспериментах участвовали представители 100 стран, 10 тысяч ученых и специалистов, в том числе и из России.

На сегодня Большой адронный коллайдер является, самым мощным в мире ускорителем частиц. Несколько тысяч физиков–ядерщиков проводят опыты по ускорению протонов и ионов свинца до практически световой скорости, после этого происходит столкновение частиц друг с другом. Детекторы все фиксируют, и чтобы удержать протонные сгустки используют 1625 магнита. Каждый магнит оценивается примерно в 1 миллион евро. Полученные результаты тщательно изучают.

В этом взаимодействии теория относительности противопоставляется квантовой теории поля. У ученых отсутствует последнее звено для изучения элементарных частиц, что мешает созданию теории квантовой гравитации. А если научиться ею управлять, то человек достигнет невиданных высот в техническом прогрессе.

Теперь поговорим о предполагаемой опасности Большого адронного коллайдера для всего живого на земле. К чему приведет человека вмешательство в природу Вселенной? Эксперименты ведутся уже 10 лет, но причин для беспокойства вроде пока нет. И назло всем тем, кто сомневался в коллайдере, ученые обнаружили бозон Хиггса или как его еще называют «частицу Бога». Это является небывалым прорывом в науке. В переводе с физического языка на человеческий, бозон Хиггса - это сила-носитель электромагнитного поля Вселенной, без которой массы вообще не существует. Многие ученые настроены далеко не оптимистично и давно бьют тревогу. Мартин Рис — известный британский астрофизик даже написал книгу «Оn The Future: Prospects for Humanity» (перевод «О будущем: перспективы человечества»). В этой книге он явно выразил опасения, что дальнейшие эксперименты с Большим адронным коллайдером породят черные дыры и они поглотят всю землю, со всеми её обитателями. С ним был согласен и немецкий химик Отто Ресслер, профессор из Университета Тюбингена (Германия). Он предупреждал, что образовавшаяся микроскопическая черная дыра станет быстро расти, захватывая частицы со всех сторон. Гравитация переместит ее к центру Земли и оттуда она начнет уничтожать нашу планету. И справится черная дыра с этим за каких-то два года.

Успокоить всеобщую истерию пытался при жизни Стивен Хокинг уверяя, что черные дыры появятся, потом останутся без частиц и исчезнут.

Словарь терминов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Получив ответ на вопрос «Как электричество попадает к нам?», мне стало интересно узнать, можно ли получить электричество в домашних условиях? Так мы приступили к третьему этапу исследования. С этим вопросом я обратился к своему папе, и он предложил мне проделать несколько интересных опытов.

Первый опыт «Невидимая реальность»
Представьте, что наша Земля – это Вселенная, а все, что на ней находится (люди, животные, растения) – это объекты Вселенной (т.е. звезды, планеты, кометы).  Если закрыть глаза, то мы  ни чего не увидим, но это не означает, что все вокруг нас исчезло.

Второй опыт «Искажение пространства».
Возьмем лист бумаги и поставим две точки. Соединим точки прямой. Расстояние между точками определим при помощи линейки. Теперь скомкаем лист. Расстояние между точками уменьшилось.  Таким образом, можно говорить об изменении пространства внутри черной дыры.

Третий опыт «Пылесос».

Четвертый опыт «Шарики разного веса».

Если рассыпать конфетти по полу, а потом пылесосом их собрать. То мы сможем увидеть как черная дыра притягивает к себе все объекты, рискнувшие приблизиться к ней слишком близко.

Пятый опыт «Воронка».

Пятый опыт «Цвет черной дыры».

Возьмем две коробки с небольшими круглыми отверстиями. Одну внутри покрасим белым цветом, а другую черным. Посмотрим в отверстия в коробках.  В обоих коробках ни чего не видно.  Поместим предметы – их тоже не видно. Поэтому, можно говорить, что внутри черные дыры необязательно черные. Отсюда следует, что черные дыры необязательно черные.

Макет «Симулятор приема и передачи гравитационных волны».

А еще в ходе исследования я познакомился со Львом Васильевичем Пигалицыным. Это Народный учитель Российской Федерации, до 2014 года - учитель физики, информатики и астрономии МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 2 с углубленным изучением предметов физико-математического цикла» города Дзержинска Нижегородской области. В настоящее время - методист ГБОУ ДОД ЦЮНТТ "Поволжский центр аэрокосмического образования".

Лев Васильевич рассказал мне о том, что физики на обсерватории LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) впервые зарегистрировали гравитационные волны — возмущения пространства-времени, предсказанные сто лет назад создателем общей теории относительности Альбертом Эйнштейном.

Гравитационные волны зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 05:51 утра по летнему североамериканскому восточному времени (13:51 по московскому времени) на двух детекторах-близнецах лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO, расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) в США. Детекторы LIGO зафиксировали дошедшие до нашей планеты гравитационные волны от крупнейшего явления, произошедшего на окраинах наблюдаемой Вселенной - слияния двух крупных черных дыр с массами в 29 и 36 раз превышающими массу Солнца. В ходе процесса, состоявшегося более 1,3 млрд лет назад, за считанные доли секунды на излучение волн тяготения было израсходовано около трех солнечных масс вещества. Зафиксированная начальная частота гравитационных волн составляла 35 Гц, а максимальное пиковое значение достигло отметки в 250 Гц.

Выводы:

Рассмотрел историю изучения черных дыр.

Изучил как возникают черные дыры и что они такое.

Рассмотрел свойства черных дыр.

Провел опыты.

Создал макет.

Выяснил, кто и где занимается изучением черных дыр в России.

Познакомился с известными преподавателями физики и астрономии России.

Принял решение о дальнейшем изучении черных дыр.

Черные дыры – совершенно удивительные объекты, не похожие ни на что, известное до сих пор. Это дыры в пространстве и времени, возникающие из-за очень сильного искривления пространства и изменения характера течения времени в стремительно нарастающем гравитационном поле. В последующем я хочу продолжить свою работу по изучению этих интереснейших объектов, поскольку черные дыры обладают огромной энергией, которую можно использовать для нужд человечества.

Литература:

Стивен Хокинг «Краткая история времени. От Большого Взрыва до черных дыр» STEPHEN HAWKING A BRIEF HISTORY OF TIME ООО «Издательство АСТ», 2017

«Космос» (серия «Современная детская энциклопедия») Перевод с английского А.О. Ковалевой. – М.: Эксмо, 2012. – 160 с.

И.Д. Новиков «Эволюция Вселенной» (1983)

И.Д. Новиков «Черные дыры и Вселенная» (1985)

И.Д. Новиков «Как взорвалась Вселенная» (1988)

И.Д. Новиков «Человек, открывший взрыв Вселенной» (1989) (с А. С. Шаровым)

И.Д. Новиков «Куда течет река времени?» (1990)

«Моя первая энциклопедия»: Вселенная. Земля. – пер. с франц. – М: Персей, Вече, АСТ, 1994. – 240 с.

«Большая энциклопедия знаний» Перевод с немецкого Л.С. Беловой, Е.В. Черныш. – М.: Эксмо, 2011. – 344 с.

Интернет источники:

Лекции астрофизика Старшего научного сотрудника Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга Сергея Попова

https://alivespace.ru/chernye-dyry-fakty-i-teoriya/

https://tajn.ru/chernye-dyry Черные дыры.

https://militaryarms.ru/kosmos/chernaya-dyra/ Черная дыра – самый загадочный объект во вселенной.

http://sitekid.ru/fizika/chernye_dyry.html Черные дыры.

https://alivespace.ru/chernye-dyry-fakty-i-teoriya/ Черные дыры, факты и теория.

https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5971/%D0%A7%D0%95%D0%A0%D0%9D%D0%90%D0%AF Черная дыра.

https://pikabu.ru/story/kak_poyavlyayutsya_chernyie_dyiryi_6184703 как появляются черные дыры.

https://qil.ru/stiven-hoking-kotoryj-izuchal-vselennuyu-i-obyasnil-chernye-dyry-umer-v-76-let/ Стивен Хокинг, который изучал вселенную и объяснил черные дыры, умер в 76 лет.

10) https://timag82.livejournal.com/242634.html Карачаево-Черкесия. Экскурсия на самый большой телескоп в Евразии

11) https://timag82.livejournal.com/193267.html Карачаево-Черкесия. РАТАН-600, крупнейший радиоантенный телескоп в мире

12) http://fb.ru/article/300169/chto-takoe-gravitatsionnaya-volna Что такое гравитационная волна?

13) https://trv-science.ru/2015/11/17/igor-novikov-pervoprokhodec-krotovykh-nor-i-chernykh-dyr/ Игорь Дмитриевич Новиков: первопроходец «кротовых нор» и черных дыр.

14) https://postnauka.ru/faq/81195 Черные дыры - кротовые норы (Нобелевская премия)

15) https://fishki.net/2723520-bolyshoj-adronnyj-kollajder-konec-sveta-blizhe-chem-my-dumali.html Большой адронный коллайдер: конец света ближе, чем мы думали

16) http://spacegid.com/zagadochnyie-chernyie-dyiryi.html фильм о черной дыре и модель черной дыры

17) https://it-lenta.ru/chto-takoe-chernaya-dyra