Научно практическая работа "Черная дыра и сколько она стоит?"
статья по астрономии (10 класс)

Черная дыра и сколько она стоит?

Черная дыра является одним из редких объектов во Вселенной. Физические проявления этих объектов охватывает многие области физики: квантовая механика, астрофизика, космология, термодинамика. Исследование таких объектов может пролить истину на сущность многих физических явлений. Поэтому изучения данной темы является актуальным до тех пор, пока секреты черных дыр не будут раскрыты до конца. Согласно предположениям, черные дыры могут служить источником энергии в необозримом будущем. Какова их стоимость? В силу своего возраста и отсутствия специальных знаний, эти объекты я могу изучать только на основе ранее изученных теоретических материалов.

Итак, цель моей работы - исследовать теорию черных дыр и сделать примерный расчет их стоимости.

Задачи:

1.        Дать характеристику черной дыры, изучить историю исследования;

2.        Узнать происхождение данного космического объекта;

3.        Классифицировать черные дыры;

4.        Гипотетическое моделирование будущее черных дыр;

5.        Рассчитать примерную стоимость черных дыр.

Новизна работы заключается в том, что данная работа представляет собой попытку расширить систему измерения классификации черных дыр на экономический язык.

Чёрная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Впервые концепция существования массивного тела, сила притяжения которого настолько велика, что для преодоления этой силы потребовалась бы скорость, равная или превышающая скорость света, появилась в 1784 году и принадлежала английскому астроному Джону Мичеллу.

        Сейчас в астрофизике существует четыре основных сценария образования черных дыр:

1. Гравитационный коллапс очень массивной звезды.
2. Коллапс центральной части галактики или области протогалактического газа.
3. Появление черных дыр в момент начального расширения Вселенной, так называемые первичные черные дыры.
4. Возникновение черных дыр в ядерных реакциях высоких энергий.

Черная дыра, пожалуй, самый разнообразный физический объект, масса и размеры которого отличаются, как минимум в миллиард раз. Известно о четырех типах черных дыр:

1. Сверхмассивные черные дыры в центре галактик.
2. Черные дыры промежуточных масс.
3. Черные дыры звездных масс или карликовые черные дыры.
4. Микроскопические черные дыры.

По полученным данным эти монстры будут всасывать окружающую материю, до которой они смогут дотянутся. И после того, как последний атом последней звезды распадётся во тьме кромешной, начнется эпоха Черных дыр. Раньше ученые полагали, что черные дыры бессмертны, но даже они однажды умрут. Это наступит через квадриллионы лет. В этих временных масштабах даже они начинают испаряться. Известный физик-теоретик Стивен Хоукинг сформулировал теорию излучение Хоукинга: согласно теории квантовой механики пространство наполнено виртуальными частицами и античастицами, которые постоянно появляются парами, разделяются, сталкиваются снова и уничтожают друг друга. Возле черной дыры одна из частиц может упасть в дыру оставив другую без партнера для уничтожения. Оставшаяся частица становиться частью излучения, испускаемого черной дырой. Таким образом черные дыры не бессмертны. Они испаряются с увеличивающей скоростью, пока не исчезнут в огромном взрыве. Квантовая механика позволяет частицам и излучению сбежать из абсолютного заточения – черной дыры.

В последнее время в просторах интернета все чаще проскальзывают темы астроэкономики. Можно найти статьи с заголовками «Космическая цена: металлический астероид Психея оценили в 10 квинтиллионов долларов США», «Астрофизик подсчитал стоимость планеты Земля» или «Астероид стоимостью $17,4 млрд приблизится к Земле» и мы решили, а почему бы не попробовать посчитать стоимость черных дыр.

Итак, что мы для этого должны сделать, сперва мы узнали, как различаются черные дыры. Они различаются по массе солнца, т.е. масса Солнца — внесистемная единица измерения массы, применяющаяся в астрономии для выражения массы звёзд и других астрономических объектов (например, галактик). Она обозначается через M☉ и равна массе Солнца: M☉ = (1,98847 ± 0,00007)⋅1030 кг. Следующая задача будет узнать стоимость Солнца.

Во-вторых, мы узнали из каких химических элементов состоит Солнце. Солнце состоит из водорода (≈73 % от массы и ≈92 % от объёма), гелия (≈25 % от массы и ≈7 % от объёма) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. Это говорит, что Солнце на 98-99% состоит из водорода и гелия.

В-третьих, мы узнали рыночную стоимость одного 1 кг водорода и гелия. 1кг водорода стоит около 9 евро, 1 кг гелия стоит ок.142 евро. Остальные химические элементы мы не стали пересчитывать на рыночную стоимость т.к. расчёт стоимости черных дыр будет гипотетически примерным и не требует скрупулезного подсчета. Возможно, эта работа будет совершенствоваться и дополняться.

В-четвертых, мы узнали массу нашего Солнца, она равняется:

M☉ = (1,98847 ± 0,00007)⋅1030 кг. или 1 983 000 000 000 000 000 000 000 000 000 кг.

В-пятых, рассчитали сколько будет 73% и 25% массы солнца, для этого

Массу солнца разделили на 100, M☉ = (1,98847 ± 0,00007)⋅1030 кг. / 100 = 19 830 000 000 000 000 000 000 000 000 таким образом вычислили 1% от общего числа.

Затем один процент массы Солнца умножили на 73% 19 830 000 000 000 000 000 000 000 000*73= 1 447 590 000 000 000 000 000 000 000 000 кг, так весит 73% (водород) массы Солнца.

Следующим мы вычислили массу гелия на Солнце:

19 830 000 000 000 000 000 000 000 000*25= 495 750 000 000 000 000 000 000 000 000 кг.

В-шестых, будем вычислять стоимость водорода и гелия Солнца по наиболее актуальной рыночной стоимости. Для этого массу водорода умножаем на 9 т.к. стоимость водорода 9 евро.

1 447 590 000 000 000 000 000 000 000 000*9 € = 13 028 310 000 000 000 000 000 000 000 000 €

Следующим является вычисление стоимости в евро массы гелия в Солнце:

495 750 000 000 000 000 000 000 000 000*142€ = 70 396 500 000 000 000 000 000 000 000 000 €

В-седьмых, к стоимости водорода прибавляем стоимость гелия

13 028 310 000 000 000 000 000 000 000 000 € + 70 396 500 000 000 000 000 000 000 000 000 € = 83 424 810 000 000 000 000 000 000 000 000 € вышла вот такая астрономическая сумма. Восемьдесят три целых четыреста двадцать четыре восемьсот десять нониллионов евро. Эта примерная рыночная стоимость Солнца

Таким образом, мы подходим к главному вопросу сколько стоит черная дыра? Для этого вспоминаем, что ЧД делятся по массе 1) Сверхмассивные черные дыры 2) Черные дыры промежуточных масс 3) Черные дыры звездных масс или карликовые черные дыры.

1. Первое уравнение — это вычисление стоимости сверхмассивной черной дыры. Для примера мы взяли ближайшую нам сверхмассивную ЧД «Стрелец А*», которая находиться в центре нашей галактики. Его масса составляет 4,31 ± 0,36 миллиона масс Солнца, т.е. о к 4 млн масс Солнца.

83 424 810 000 000 000 000 000 000 000 000 € * 4 000 000 =

333 699 240 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 € или триста тридцать три целых шестьсот девяносто девять двести сорок ундециллиона евро. Вот примерная рыночная стоимость ближайшей нам сверхмассивной черной дыры.

2. Второе уравнение – это вычисление стоимости промежуточной черной дыры. Для примера мы взяли ЧД шарового скопления NGC 6397 масса которой составляет 30 M☉.

83 424 810 000 000 000 000 000 000 000 000 € * 30 = 2 502 744 300 000 000 000 000 000 000 000 000 € или два с половиной дециллиона евро составляет стоимость ЧД шарового скопления NGC 6397, если бы она продавалась.

3. Третье уравнение – это вычисление стоимости ЧД звездных масс. Для примера можно взять ЧД в шаровом скоплении NGC 3201 масса которого составляет 4,36 M☉.

83 424 810 000 000 000 000 000 000 000 000 * 4,36 M☉ = 363 732 171 600 000 000 000 000 000 000 000 € или триста шестьдесят три нониллиона евро.

        Таким образом, мы вычислили примерную рыночную стоимость черных дыр, приведенных по классификации. Возможно, кто-то спросит: а какой толк в этом? Да возможно эта информация не несет себе фундаментальных знаний, но в то ж время это не означает, что эта информация не познавательна. Наоборот, каждый исследователь в изучении какого-то объекта вносит, что-то новое.  Для нас не имеющих специальных инструментов изучения таких далеких астрономических объектов исследователей, раскрытие какого-то другого аспекта является очень важной для нашего исследования. Возможно, кто-то уже спрашивал: а сколько стоит черная дыра? Ответ приведен выше.

Использованная литература

1. И. Николсон «Тяготение, черные дыры и Вселенная», 1983 г.

2. И. Новиков «Куда течет река времени?», 1990 г.

3. И. Новиков «Черные дыры и Вселенная», 1985 г.

4. И.Д. Новиков «Энергетика черных дыр», 1986 г.

5. К. Торн «Черные дыры и складки времени. Наследие Эйнштейна», 2007 г.

6. С. Хокинг, Р. Пенроуз «Природа пространства и времени», 2000 г.

7. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/c3fc5146-f2c9-78fe-809b-1e8b6e709867/00119626417526684.htm#:~:text=%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%20%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%86%D0%B0%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%20%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B9,%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8%20%E2%80%93%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD%2D%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB.

8. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%86%D0%B5 

9.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B0

10. https://znanija.com/task/7166120

11. https://www.rvc.ru/press-service/media-review/rvk/138745/

12. https://rupec.ru/news/43695/

13. https://postnauka.ru/faq/91238

14. https://allcalc.ru/node/354

15. https://cyberleninka.ru/article/n/chyornye-dyry-promezhutochnoy-massy-v-sharovyh-skopleniyah/viewer

16. https://ok.ru/clubkosmos/topic/63585551294596 

17. http://ru.iszf.irk.ru/images/b/b8/MelentyevaT.pdf 

18.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%8B%D1%80%D0%B0 

19. https://www.youtube.com/watch?v=uD4izuDMUQA 

Готовцев Алексей Алексеевич