Schwarze Löcher sind Gegenstand intensiven Interesses, seit Wissenschaftler über ihre Existenz spekulieren. Ursprünglich im frühen 20. Jahrhundert als Folge von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie , Schwarze Löcher wurden einige Jahrzehnte später zu einem Mainstream-Thema. 1971 wurden die ersten physischen Beweise für Schwarze Löcher gefunden und 2016 die Existenz von Gravitationswellen wurde erstmals bestätigt.
Diese Entdeckung leitete eine neue Ära in der Astrophysik ein. Sie ließ die Menschen wissen, dass Kollisionen zwischen massereichen Objekten (Schwarzen Löchern und/oder Neutronensternen) Wellen in der Raumzeit erzeugen, die Lichtjahre entfernt entdeckt werden können. Um den Menschen ein Gefühl dafür zu geben, wie tiefgreifend diese Ereignisse sind, hat Álvaro Díez die Kollisionsrechner für Schwarze Löcher (BHCC) – ein Tool, mit dem Sie sehen können, was das Ergebnis einer Kollision zwischen einem Schwarzen Loch und einem beliebigen astronomischen Objekt wäre!
Das BHCC ist erhältlich bei der Omni-Rechner Site, derselbe Ort, an dem man Rechner finden kann, um zu bestimmen, wie viele außerirdische Zivilisationen zu einem bestimmten Zeitpunkt in unserer Galaxie existieren könnten (die Alien-Zivilisations-Rechner ), die Zeit, die eine interstellare Reise (die Raumfahrt-Rechner ) und die Geschwindigkeit, die benötigt wird, um eine Rakete in eine Umlaufbahn zu schicken (die Rocket-Gleichungsrechner ). Und das ist nur der Physik Sektion!
Wie das Team, das diese Rechner entwickelt hat ( Steven Wooding und Dominik Czernia ) ist Diez ein Physiker, der seine Liebe zur Wissenschaft in die Entwicklung von Lehrmitteln einfließen ließ. Nach seinem B.A. in Grundlagenphysik in seiner Heimat Spanien und nach zwei Praktika am CERN zog er nach Warschau, um einen Master in Computermodellierung physikalischer Phänomene zu machen.
Während dieser Zeit arbeitete Diez auch für eine Reihe spanischer Blogs, in denen er über Wissenschaft und Technologie schrieb. Schließlich ließ er sich von den jüngsten Durchbrüchen in der Astrophysik inspirieren, seinen eigenen spezialisierten Rechner zu entwickeln:
„In den letzten Jahren haben wir dank der Fortschritte in der Forschung, wie der Erkennung von Gravitationswellen, exponentiell mehr über Schwarze Löcher gelernt. Ich habe jedoch immer festgestellt, dass diese Objekte von einem Geheimnis umgeben sind, also wollte ich ironischerweise etwas Licht in diese obskuren Überreste von Sternen bringen, aber auf unterhaltsame und interaktive Weise. Also dachte ich, dass ein interaktiver Rechner über Kollisionen von Schwarzen Löchern eine großartige Möglichkeit sein könnte!“
„Geheimnis“ ist sicherlich ein treffender Begriff, wenn es um Schwarze Löcher geht. Einfach ausgedrückt sind diese Objekte die Überreste von Sternen, die ihren letzten Brennstoff verbraucht und einen Gravitationskollaps erfahren haben. Dadurch schrumpfen sie, bis sie ihren Schwarzschild-Radius erreichen – den auch Diez entworfen hat Rechner für ! Auch bekannt als „ Ereignishorizont “, das ist die Grenze, innerhalb derer die Gesetze der Physik zusammenbrechen, was zu einer „Singularität“ führt.
Das erste tatsächliche Bild eines Schwarzen Lochs, das 2019 vom Event Horizon Telescope aufgenommen wurde. Bildnachweis: EHT-Kollaboration
Aufgrund der extremen Gravitationskräfte kann selbst Licht der Oberfläche eines Schwarzen Lochs nicht entkommen, weshalb sie völlig unzugänglich und nicht nachweisbar (auch bekannt als „schwarz“) sind. Die einzige Möglichkeit, sie zu studieren, besteht darin, ihre Wirkung auf den Raum um sie herum zu beobachten, wie die hellen Akkretionsscheiben, die sich jenseits ihres Ereignishorizonts bilden (so wie die erstes Bild eines Schwarzen Lochs wurde genommen).
Doch wie Diez auf der BHCC-Homepage erklärt, sind Schwarze Löcher eigentlich täuschend einfach. „Im Allgemeinen sind Schwarze Löcher eines dereinfachste Objekte zum Arbeitenim Universum“, sagt er. „Die Details machen sie seltsam und kompliziert.“ Diez hat die Funktionsweise des Rechners wie folgt erklärt (Anleitungen sind auch auf der Seite verfügbar) und zeigt, wie man mit ein paar Näherungen die Dinge einfach halten kann:
„Der Rechner macht also eine Berechnung in erster Näherung, um die Energie zu bestimmen, die freigesetzt wird, wenn ein Schwarzes Loch ein anderes astronomisches Objekt „frisst“. Das grundlegende Verfahren beinhaltet die Berechnung der anfänglichen und endgültigen potentiellen Gravitationsenergie des Objekts, das in das Schwarze Loch fällt. Von da an gehe ich einfach davon aus, dass das Schwarze Loch ein nicht rotierendes ist (der Einfachheit halber) und wende einen bekannten Effizienzfaktor an, um zu wissen, wie viel von dieser Energie freigesetzt wird. Die Ergebnisse zeigen wirklich die Größe von Schwarzen Löchern und die Energien, die sie während einer Kollision freisetzen können.“
Als Gedankenexperiment bietet Diez eine Berechnung an, wie es aussehen würde, wenn ein Schwarzes Loch mit einem sonnenähnlichen Stern kollidieren und diesen verzehren würde. Wenn ein Hauptreihenstern vom Typ G (gelber Zwerg) kollidieren und von einem Schwarzen Loch mit 5 Sonnenmassen verzehrt werden würde, würde er im Grunde 107.257 x 10 . produzierenfünfzehnMegajoule von Energiewellen, das sind etwa 27,9 x 1024mal das, was wir hier auf der Erde jährlich verbrauchen.
In Bezug auf seinen Verwendungszweck (Wissenschaft zum Spaß machen vs. akademische Anwendungen) gab Diez an, dass der Rechner irgendwo dazwischen liegt. Sein eigentliches Ziel war es letztendlich, die Astrophysik zugänglich zu machen:
„Ich möchte, dass es ein Sprungbrett für wissenschaftsinteressierte Menschen ist, die keine formale Ausbildung in Astronomie oder Kosmologie haben. Die Idee dieses Rechners besteht nicht darin, Ergebnisse auf Forschungsebene zu erhalten, sondern Forschungsergebnisse für jeden verständlich zu machen. Ich habe es immer geliebt, wissenschaftlich zu forschen, aber für mich gibt es nichts Schöneres, als anderen zu zeigen, wie erstaunlich unser Universum ist.“
Neben dem Black Hole Calculator und dem Schwarzschild Radius Calculator hat Diez auch den Temperaturrechner für Schwarze Löcher , mit dem Benutzer die Temperatur eines Schwarzen Lochs anhand seiner Masse messen können. Er hat auch einen Beitrag geleistet Exoplaneten-Entdeckungsrechner , das es Benutzern ermöglicht, auf der Grundlage des Sterns und der beteiligten Nachweismethode auf Masse und Umlaufbahn eines Exoplaneten zu schließen.
Er ist auch der Schöpfer des Hubble-Gesetz-Entfernungsrechner und der Rechner für die Expansion des Universums , mit dem Benutzer die Geschwindigkeit berechnen können, mit der sich jede Galaxie relativ zu uns bewegt, und die kosmische Expansion basierend auf Hubbles Gesetz . Er arbeitete auch mit Dr. Milosz Panfil zusammen, der einen Ph.D. in der Quantenphysik (auch aus der Universität Warschau ), um die . zu erstellen Umlaufzeitrechner – um die Umlaufbahnen von Planeten und Doppelsternen zu bestimmen.
Eine Illustration der kosmischen Expansion. Quelle: NASA Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
Was kommt als nächstes, könnten Sie fragen? Nun, es stellt sich heraus, dass Diez auch einige Gedanken dazu hat. Meistens geht es dabei um die Entwicklung weiterer Taschenrechner, die seiner Meinung nach eine zu wenig genutzte Ressource in der Wissenschaftskommunikation sind. Wie er sagte, hofft er auch, über den Bereich der Physik hinauszugehen:
„Ich habe an einigen Coronavirus-Rechnern gearbeitet, um Menschen zu helfen, in diesen schwierigen Zeiten bessere Entscheidungen zu treffen, und ich arbeite auch an einer Zusammenarbeit mit Universitäten in ganz Europa, um Taschenrechner als Möglichkeit einzubeziehen Nacht der Forscher (die größte Veranstaltung zur Wissenschaftskommunikation, die ich kenne) interaktiver und ansprechender für alle sein. Wissenschaft funktioniert, und eine wissenschaftlich denkende Gesellschaft funktioniert am besten!“
Einer der größten Vorteile des Informationszeitalters ist die Möglichkeit, Pädagogen und Wissenschaftlern direkt mit einem breiteren Publikum zu kommunizieren. Durch gemeinsame Tools und Apps können sich die Menschen selbst davon überzeugen, wie einige der größten wissenschaftlichen Durchbrüche und Konzepte in der Geschichte funktionieren. Wie bei der modernen Weltraumforschung ist die Zugänglichkeit der Schlüssel!
Um mehr über die vielen, VIELEN Tools und Apps zu erfahren, besuchen Sie die Omni-Rechner Seite und schauen Sie sich um.
Nachtrag:Der Wert für die Masse des Schwarzen Lochs (vor der Kollision) ist ein eingestellter Wert. Sie können es anpassen, aber es hat keinen Einfluss auf das Ergebnis. Der Autor hat darauf hingewiesen, dass dies beabsichtigt ist, um diesen einführenden Rechner einfach zu halten, und das Fehlen relativistischer Effekte offensichtlich dem gleichen Zweck dient. Er stellt weiter fest, dass die Energienäherung von 7% (der Masse des Objekts) mit ähnlichen Näherungen in a . übereinstimmt NASA-Studie 2014 .
Dies war eine Reaktion auf Kritik / Bedenken, die von Forbes Senior Science Contributor geäußert wurden Ethan Siegel .
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