Fanazavana momba ny lavaka mainty amin'ny alalan'ny fizika
Ny lavaka mainty dia iray amin'ireo zavatra tafahoatra indrindra eto amin'izao rehetra izao: faritra iray ao amin'ny habaka-potoana misy hery misintona mahery vaika ka tsy misy na inona na inona - na dia ny hazavana aza - afaka mandositra ny teboka iray. Na dia mety ho toy ny "lavaka" mivelatra eny amin'ny habakabaka aza izy ireo, dia tsy habaka foana ny lavaka mainty, fa vokatry ny fifantohana ny lanja/angovo ao anaty habe kely dia kely. Ao amin'ny fizika maoderina, ny lavaka mainty dia miasa ho laboratoara voajanahary ho an'ny fitsapana ny relativité ankapobeny, ny mekanika kuantum, ary ny fahatakarantsika ny habaka sy ny fotoana.
1. Ny niandohan'ny foto-kevitra momba ny lavaka mainty
Ny hevitra momba ny zavatra manana hery misintona goavana dia efa nisy hatramin'ny taonjato faha-18. Na izany aza, ny fahatakarana matanjaka ny fizika dia tonga taorian'ny namoronan'i Albert Einstein ny teoria ankapobeny momba ny relativité tamin'ny 1915. Amin'ny relativité ankapobeny, ny hery misintona dia tsy heverina ho hery misintona tsotra fotsiny, fa ho toy ny fiolahana amin'ny habaka-fotoana vokatry ny lanja sy ny angovo. Raha tena goavana sy matevina ny zavatra iray, dia lasa maranitra be ny fiolahana amin'ny habaka-fotoana manodidina azy.
Tamin'ny 1916, Karl Schwarzschild no nahita ny vahaolana matematika voalohany tamin'ny fampitoviana nataon'i Einstein ho an'ny tranganà lanja boribory tsy mihodina. Io vahaolana io dia naminavina radius manokana izay, raha misy lanja iray, dia hiforona ny "faravodilanitra fisehoan-javatra". Io hevitra io taty aoriana dia nivoatra ho amin'ny fahatakarana maoderina momba ny lavaka mainty.
2. Faribolan'ny zava-mitranga: ny sisin-tany "tsy azo iverenana"
Ny fanalahidin'ny lavaka mainty dia ny faravodilanitra fisehoan-javatra, velarana foronina izay manamarika ny sisin-tany izay mitovy amin'ny hafainganam-pandehan'ny hazavana ny hafainganam-pandeha mitsoaka. Amin'ny fizika klasika, ny hafainganam-pandeha mitsoaka dia ny hafainganam-pandeha farany ambany ahafahan'ny zavatra iray mandositra ny herin'ny sinton'ny tany nefa tsy mianjera indray. Ety an-tany, eo amin'ny 11,2 km/s eo ho eo izany. Na izany aza, raha tena goavana ny zavatra iray ary manana radius kely dia kely, dia mety hihoatra ny hafainganam-pandehan'ny hazavana ny hafainganam-pandehany mitsoaka.
Satria, araka ny relativité manokana sy ankapobeny, ny hazavana no fetran'ny hafainganam-pandeha ambony indrindra ho an'ny fampahalalana sy ny zavatra, izay rehetra mandalo ny faravodilanitra dia tsy afaka mandefa famantarana miverina. Izany no mahatonga ny lavaka mainty hiseho ho "mainty": ny hazavana miditra dia tsy afaka miala, ka tsy misy hazavana miverina any amin'ny mpandinika.
Ara-matematika, ho an'ny lavaka mainty Schwarzschild, ny radius amin'ny faravodilanitra misy azy dia antsoina hoe radius Schwarzschild:
rₛ = 2GM / c²
Aiza:
– G ny tsy miovaovan'ny hery misintona,
– Lanja M an'ilay zavatra,
– c hafainganam-pandehan'ny hazavana.
Arakaraka ny maha-lehibe ny lanja no maha-lehibe ny rₛ. Mahaliana fa tsy voatery ho "kely" ny lavaka mainty; ny lavaka mainty goavana dia manana faravodilanitra hetsika izay mety ho lehibe kokoa noho ny fihodinan'ny planeta.
3. Singularity: teboka faratampony amin'ny modely relativité
Eo afovoan'ny lavaka mainty, ny relativité ankapobe dia maminavina ny singularité, faritra iray izay tsy manam-petra ara-matematika ny fiolahana amin'ny habaka-potoana, ary toa tsy manam-petra ny hakitroky ny lanja. Na izany aza, maro ny mpahay fizika no mihevitra ny singularité ho famantarana fa tsy feno ny teoria (relativité ankapobe) ho an'ny toe-javatra tafahoatra toy izany.
Eto no ilàna ny teoria momba ny hery misintona kuantum: fitambaran'ny relativité ankapobeny sy ny mekanika kuantum izay afaka manazava izay mitranga amin'ny ambaratonga kely sy angovo faran'izay kely. Hatramin'izao, mbola fanontaniana lalina ny singularités - raha tena misy ara-batana izy ireo, sa zavatra noforonin'ny modely matematika fotsiny izay mihoatra ny fetrany.
4. Karazana lavaka mainty
Amin'ny ankapobeny, ny lavaka mainty dia avahana araka ny habeny sy ny fizotran'ny fiforonany.
1. Lavaka mainty goavana toy ny kintana
Miforona avy amin'ny fianjeran'ny fotony kintana goavambe taorian'ny fipoahan'ny supernova, ny lanjany dia mazàna avo maromaro ka hatramin'ny am-polony heny noho ny lanjan'ny Masoandro.
2. Lavaka mainty goavana
Hita eo afovoan'ny vahindanitra maro, anisan'izany ny Voie Lactée (Sagittarius A). Ny lanjan'izy ireo dia an-tapitrisany ka hatramin'ny an'arivony tapitrisa heny noho ny lanjan'ny Masoandro. Mbola eo am-pianarana ny fomba niforonan'izy ireo; azo inoana fa nitranga tamin'ny alalan'ny fifangaroan'ny lavaka mainty maro sy ny fitomboan'ny zavatra nandritra ny an'arivony tapitrisa taona izy ireo.
3. Lavaka mainty antonony lanja
Manomboka amin'ny an-jatony ka hatramin'ny an'hetsiny ny lanjan'izy ireo. Mitombo ny porofo manamarina ny fisiany, saingy mbola tsy voafaritra tsara ny isan'ny mponina ao aminy.
4. Lavaka mainty tany am-boalohany (vinavinaina)
Heverina fa niforona tany amin'ny tontolo voalohany izy io noho ny fiovaovan'ny hakitroky avo dia avo. Tsy voaporofo ny fisiany, saingy matetika resahina ao amin'ny kosmolojia ary mety ho anisan'ny zavatra maizina.
5. Ny fiantraikan'ny lavaka mainty eo amin'ny tontolo iainana: fitomboana sy kapila
Na dia tsy mamoaka hazavana aza ny lavaka mainty, dia mety ho mamirapiratra be ny manodidina azy. Rehefa milatsaka mankany amin'ny lavaka mainty ny entona sy ny vovoka, dia matetika mamorona kapila miangona ilay akora. Ny fifandonana sy ny hafanana vokatry ny fihetsehany mihodinkodina haingana dia mahatonga ity kapila ity hamoaka angovo be dia be, indrindra amin'ny endrika taratra X.
Ao anatin'ireo lavaka mainty mahery vaika mavitrika, ireo kapila accretion dia afaka mamokatra quasars—ny sasany amin'ireo zavatra mamirapiratra indrindra eto amin'izao rehetra izao. Ankoatra izany, ny lavaka mainty sasany dia mamoaka jet relativistic, jets of high-energy particles izay mitifitra avy amin'ny tendron'ny lavaka mainty amin'ny hafainganam-pandeha akaiky ny hazavana. Ireo jets ireo dia mifandray amin'ny tontolo interstellar ary mety hisy fiantraikany amin'ny fivoaran'ny vahindanitra.
6. Fifandraisan'ny fotoana eo akaikin'ny lavaka mainty
Ny iray amin'ireo vinavina mahaliana indrindra momba ny relativité ankapobe dia ny fanitarana ny fotoana amin'ny alalan'ny hery misintona. Arakaraka ny maha-matanjaka ny sehatry ny hery misintona no miadana kokoa ny fotoana raha oharina amin'ny faritra manana hery misintona malemy kokoa (raha jerena ny tahan'ny eo amin'ny mpandinika roa). Akaikin'ny faravodilanitra fisehoan-javatra, dia lasa tafahoatra ity fiantraikany ity.
Ho an'ny mpandinika lavitra, ny zavatra iray mianjera mankany amin'ny lavaka mainty dia toa miadana sy "mivaingana" rehefa manakaiky ny faravodilanitra, ka mihamaizina sy mihamaizina ny hazavany. Na izany aza, ho an'ilay zavatra mianjera mihitsy (ao amin'ny sary eo an-toerana), dia mandalo ny faravodilanitra amin'ny fotoana voafetra izy ary avy eo dia manohy mankany afovoany tsy misy "fijanonan'ny fotoana" eo an-toerana. Tsy fifanoherana io fahasamihafan'ny fomba fijery io, fa vokatry ny rafitra relativista amin'ny habaka-potoana.
7. Taratra Hawking: afaka "mihena" ny lavaka mainty
Tamin'ny taona 1970, i Stephen Hawking dia nampifangaro ny foto-kevitry ny mekanika kuantum tamin'ny habaka-potoana akaikin'ny faravodilanitra ary nahita fa ny lavaka mainty dia tokony hamoaka taratra mafana, fantatra ankehitriny amin'ny hoe taratra Hawking. Raha lazaina amin'ny teny tsotra, ny fiovaovan'ny kuantum ao amin'ny banga dia mety hiteraka tsiroaroa misy poti-antipitika. Raha mianjera ao anaty lavaka mainty ny iray ary mandositra ny iray, dia avy amin'ny fomba fijerin'ny mpandinika lavitra, ny lavaka mainty dia mamoaka ilay poti.
Mahagaga ny vokany: mety hihena tsikelikely ny lanjan'ny lavaka mainty ary amin'ny farany dia ho levona. Na izany aza, ho an'ny lavaka mainty misy lanja kintana na goavana, dia kely dia kely io tahan'ny etona io—kely lavitra noho ny fizotran'ny fiakaran'ny mari-pana amin'ny ankamaroan'ny tranga. Zava-dehibe indrindra ho an'ny lavaka mainty kely (vinavinaina) ny taratra Hawking, satria arakaraka ny maha kely ny lanjan'ny lavaka mainty no maha avo ny mari-pana amin'ny taratra.
8. Porofon'ny fisian'ny lavaka mainty
Satria tsy mamoaka hazavana mivantana ny lavaka mainty, ny porofon'ny fisiany dia avy amin'ny fiantraikan'ny hery misintona sy ny taratra avy amin'ny zavatra manodidina. Ireto ny sasany amin'ireo porofo lehibe:
- Fihetsehan'ny kintana manodidina ny afovoan'ny vahindanitra:
Ny fandinihana ny fihodinan'ireo kintana akaikin'ny Sagittarius A dia manondro ny fisian'ny lanja lehibe sy tery dia tery, mifanaraka amin'ny lavaka mainty goavana.
– Rafitra kintana binary sy taratra X:
Raha mihodina manodidina zavatra tsy hita maso goavana ny kintana iray ary mikoriana avy ao amin'ilay kintana mba hamorona kapila fitomboana, dia azo tsikaritra ny taratra X mahery.
– Onja sinton'ny tany:
Nahita onjam-pandrefesana avy amin'ny fitambaran'ny lavaka mainty ireo fitaovana mpitsikilo LIGO sy Virgo. Mifanaraka amin'ny vinavinan'ny relativité ankapobeny ireo famantarana ireo.
– Sary aloky ny lavaka mainty:
Nahomby tamin'ny fakana sary ny "aloky" ny lavaka mainty ao amin'ny vahindanitra M87 sy avy eo ny Sagittarius A ny Teleskaopy Event Horizon (EHT). Tsy ny lavaka mainty mihitsy no hita maso, fa ny endriky ny faravodilanitra mifanohitra amin'ny hazavana avy amin'ny entona mafana manodidina.
9. Fanontaniana misokatra: fampahalalana sy hery misintona kuantum
Mametraka olana fototra ihany koa ny lavaka mainty, ny iray amin'izany dia ny paradoksan'ny fampahalalana. Ao amin'ny mekanika kuantum, tsy tokony ho very ny fampahalalana momba ny toetry ny rafitra iray. Na izany aza, raha toa ka miempo amin'ny alàlan'ny taratra Hawking toa kisendrasendra ny lavaka mainty iray, aiza ho aiza ny fampahalalana momba ny zavatra izay latsaka tao anatiny? Io adihevitra io dia nampiroborobo ny fivoarana amin'ny teoria kofehy, ny holografia, ary ny hevitra fa mety ho voatahiry ao amin'ny faravodilanitra amin'ny endrika sasany ny fampahalalana.
Famaranana
Tsy zavatra astronomika hafahafa fotsiny ny lavaka mainty, fa fihaonan'ny andry roa amin'ny fizika maoderina koa: ny relativité ankapobeny sy ny mekanika kuantum. Manomboka amin'ny faravodilanitra sy ny fanitarana ny fotoana ka hatramin'ny kapila accretion mamirapiratra sy ny taratra Hawking saro-pady, ny lavaka mainty dia mampiseho ny fomba ahafahan'izao rehetra izao miasa amin'ny fetran'ny teoria ananantsika. Mitohy mandroso ny fikarohana momba ny lavaka mainty amin'ny alàlan'ny fandinihana ny onja gravitational, ny teleskaopy avo lenta, ary ny fivoaran'ny gravitational kuantum—manome fanantenana fa ny iray amin'ireo mistery lehibe indrindra amin'ny cosmos dia mety ho takatra tsikelikely kokoa.
