Vypracovala: B. Horváthová
Albert Einstein sa pokúšal nájsť takú teóriu gravitácie, ktorá by bola v súlade so špeciálnou teóriou relativity. Túto teóriu predložil v roku 1915; dnes ju nazývame Všeobecnou teóriou relativity a jej súčasťou je Einsteinov gravitačný zákon; resp. Einsteinove rovnice poľa, ktoré matematicky popisujú ako hmota, resp. energia zakrivuje časopriestor. Podľa tohto zákona je zakrivenie priestoru okolo hmotného telesa tým väčšie, čím väčšia je jeho hmotnosť.
Dôsledky všeobecnej teórie relativity sú, že gravitačné pole zakrivuje dráhu svetla, gravitačné pole ovplyvňuje chod času – v blízkosti hmotného telesa idú hodiny pomalšie.
Newtonová teória gravitácie predpokladala šírenie gravitačných efektov nekonečnou rýchlosťou – ak sa zmení hmotnosť telesa, jeho gravitačné pole sa zmení okamžite v každom bode, nech je akokoľvek vzdialený od telesa.
Trojrozmerný priestor a jednorozmerný čas tvoria v Einsteinovej gravitačnej teórii štvorrozmerný časopriestor.
Čierne diery ako dôsledok riešenia Einsteinových rovníc všeobecnej teórie relativity predpovedal Karl Schwarzschild v roku 1917. Čierne diery vznikajú napr. ako dôsledok gravitačného kolapsu jadra supernovy s hmotnosťou väčšou než je dvojnásobok hmotnosti slnka.
Ak sa spotrebuje vo hviezde všetko jadrové palivo a ďalšia termonukleárna reakcia sa už nespustí, nastane gravitačný kolaps, t.j. hviezda sa pôsobením gravitácie zrúti do seba;
1.Ak je v tomto stave hmotnosť hviezdy M˂ 1,4 M 
,v jej vnútri sa vytvorí degenerovaný plyn, v ktorom sú atómy natlačené tesne na seba. Vytvorí sa BIELY TRPASLÍK – hviezda s vysokou teplotou a veľkosťou porovnateľnou s veľkosťou Zeme.
,v jej vnútri sa vytvorí degenerovaný plyn, v ktorom sú atómy natlačené tesne na seba. Vytvorí sa BIELY TRPASLÍK – hviezda s vysokou teplotou a veľkosťou porovnateľnou s veľkosťou Zeme. 2.Vo hviezdach s väčšou hmotnosťou vznikne extrémne stlačené neutrónové jadro. Z jadra sa k povrchu hviezdy začne šíriť rázová vlna a nastane explózia, ktorá vymrští vonkajšie vrstvy hviezdy do priestoru. Tento jav astronómovia nazývajú SUPERNOVA typu 2. Po výbuchu tejto supernovy zostáva obvykle jadro s obrovskou hustotou tvorené iba neutrónmi a nastávajú dve možnosti:
Ak je hmotnosť jadra M ˂ 2 M
, jeho kolaps sa zastaví a existuje ďalej ako NEUTRÓNOVÁ HVIEZDA, ktorá je vytvorená z neutrónov. Má polomer okolo 10 km, obrovskú hustotu, rýchlo rotuje a vysiela rádiové vlny, ktoré astronómovia registrujú ako pulzy s periódou do niekoľko sekúnd. Preto sa táto hviezda nazýva aj PULZAR.
Ak je po výbuchu supernovy 2 hmotnosť jadra M ˃ 2 M, jeho kolaps sa nezastaví a vznikne ČIERNA DIERA, ktorej gravitačné pole je také silné, že pohltí všetko čo do nej spadne. Zo vzdialenosti menšej než je Schwarzschildov polomer neunikne ani svetlo.
, jeho kolaps sa nezastaví a vznikne ČIERNA DIERA, ktorej gravitačné pole je také silné, že pohltí všetko čo do nej spadne. Zo vzdialenosti menšej než je Schwarzschildov polomer neunikne ani svetlo. Veľkosť čiernej diery s hmotnosťou M je určená SCHWARZSCHILDOVÝM POLOMEROM
, kde κ je gravitačná konštanta, c je rýchlosť svetla. SCHWARZSCHILDOV POLOMER určuje HOTIZONT UDALOSTÍ, t.j. hranicu oblasti, z ktorej sa nemôže dostať von žiaden svetelný signál, žiadna informácia, žiadna hmota. Úniková rýchlosť v mieste horizontu udalostí sa rovná rýchlosti svetla.
Schwarzschildov polomer najmenšej čiernej diery s hmotnosťou rovnou dvojnásobku hmotnosti Slnka je približne 5,92 km.
Kozmologické modely vývoja vesmíru, vychádzajúce zo všeobecnej teórie relativity, predpovedajú postupné rozpínanie vesmíru. Rozpínanie vesmíru bolo potvrdené E. J. Hubllom v roku 1929 meraniami vzdialenosti a červeného posunu spektrálnych čiar svetla ďalekých galaxií a overené mnohými ďalšími meraniami. Z Hubblovho zákona však nebolo zrejmé, ako sa vesmír rozpínal na začiatku a ako bude jeho expanzia pokračovať.
Hubblov zákon: v = H.d objavil v roku 1929 E. J. Hubble na základe merania červeného posunu; v je rýchlosť pohybu galaxie smerom od Zeme a d je vzdialenosť od pozorovateľa, H je HUBBLOVA KONŠTANTA, H = (71 ± 4) km.s-2 . Mpc-1.
Hubblov zákon hovorí, že galaxie sa vzďaľujú od nás tým rýchlejšie, čím sú od nás ďalej. Hubblova konštanta znamená, že dve galaxie vzdialené 1 megaparsok sa vzďaľujú od seba rýchlosťou približne 71 km.s-1.
Na obrázku vidíme modely vývoja vesmíru.
Vesmír sa teda rozpína – pred 13 až 14 miliardami rokov boli všetky vesmírne objekty tesne pri sebe.
Rozpínanie vesmíru ako dôsledok Einsteinovej všeobecnej teórie relativity predpovedal ešte v roku 1922 vo svojom kozmologickom modeli A. Friedman. Podľa tohto modelu, ako aj novších kozmologických teórií, sa rozpínanie postupne spomaľovalo v dôsledku príťažlivej gravitačnej sily pôsobiacej medzi galaxiami.
V rokoch 2002 – 2003 ukázali merania vzdialenosti a červeného posunu supernov, ktoré sa nachádzajú od nás viac než 5 miliárd svetelných rokov, že ich rýchlosť je menšia, než vyplýva z Hubblovho zákona. Z toho usudzujeme, že približne pred 5 miliardami rokov sa expanzia vesmíru opäť začala zrýchľovať. Podľa súčasných kozmologických modelov to spôsobuje ENERGIA VÁKUA, ktorá pôsobí ako odpudivá sila a má na expanziu vesmíru opačný účinok než gravitácia.
Podľa prvého modelu sa rozpínanie vesmíru postupne v dôsledku príťažlivej gravitačnej sily medzi galaxiami, nakoniec zastaví, galaxie sa začnú k sebe približovať, vesmír sa začne zmršťovať a nakoniec skončí gravitačným kolapsom (tzv. Big Crunch). V druhom modeli sa rozpínanie takisto spomaľuje, ale nikdy sa nezastaví, vesmír sa teda bude rozpínať navždy. V treťom modeli sa vesmír rozpína práve tak rýchlo, aby nedošlo k fáze kontrakcie. Tento model je podľa posledných meraní najpravdepodobnejší, v súčasnosti však zrejme dochádza k zrýchľovaniu rozpínania.
KOZMOLOGICKÉ MODELY VÝVOJA VESMÍRU:
- Model uzavretého vesmíru
- Model otvoreného vesmíru
- Model plochého vesmíru
- Model plochého vesmíru s akceleráciou rozpínania.
Úlohy:
1) Ako vznikajú čierne diery?
2) Aké sú kozmologické modely vývoja vesmíru?
3) Ako znie Hubblov zákon?
Použitá literatúra:
Zmaturuj z fyziky, Ing. P. Tarábek a kol