Как се държи пространството-времето до звезда
За да разберете какво е черна дупка, трябва
Пример за хомогенно пространство е вакуум: празнина, в която няма частици.Светлината в него, според принципа на Ферма, трябва да се движипо най-краткия път. Ако светлината се движи в плоско пространство, тоест двуизмерно и неизвито, най-краткият път ще бъде права линия. Но се оказва, че при наличието на гравитиращи обекти светлината не се движи по права линия: лъчите на светлината са огънати. Това се дължи на факта, че гравитиращите тела огъват пространство-времето.
В нютоновата механика разстоянието в пространството се измерва отделно и времето се измерва отделно.Защо имаме нужда от това?За да определите например траекторията на полета на частица, ядро, ракета или самолет. Специалната теория на относителността гласи, че няма отделен начин за измерване на разстоянието и времето, но има един единствен начин за измерване на разстоянията в пространство-времето. Когато говорим за пространствено-времевия континуум, говорим за четириизмерно пространство: три координати плюс времева координата. Но не е много ясно как да нарисувате четириизмерно пространство-време върху двуизмерна повърхност. Знаем, че позицията в пространството може да се определи от три координати: x, y, z са декартови координати. От друга страна, можем точно да определим позицията на точка в пространството, използвайки сферични координати. Следователно могат да се използват само координатата r и координатата време. Резултатът е полуравнина, тъй като r винаги е по-голямо от 0 и времето може да бъде от минус до плюс безкрайност. Точка в това пространство е тази сфера. Например, в момент t0, ако разгледам точка r0 в тази полуравнина, тогава тя е просто някакъв вид сфера с радиус r0, взета в момент t0.
Има сфера с радиус r0,и от всяка точка на тази сфера се излъчват лъчи светлина, влизащи и излизащи.Тоест, получава се вълнов фронт на светлината, който отива навътре - свиваща се сфера, а излизайки навън - разширяваща се сфера. Но представете си, че във всеки един момент пространството е стратифицирано
като лук.В момент t0 се взема сфера с радиус r0, от повърхността на която излизат лъчи. Тези, които отиват навътре, образуват фронт с радиус r0 - Δr, а тези, които отиват навън, образуват фронт с радиус r0 + Δr. Наклонът на тези линии спрямо вертикалната ос е 45 градуса, тъй като скоростта на разпространение е равна на скоростта на светлината.
Ако имаме работа с частица, коятоне се разпространява със скоростта на светлината, тогава не може да се движи със скорост, по-голяма от скоростта на светлината, и съответно може да се движи във всяка посока в рамките на този ъгъл.
,Ако нарисуваме въображаеми лъчи светлина с помощта на нашата диаграма, ще получим въображаема решетка.От тази снимка става ясно защо избрах лъчиСвета. Представете си, че вместо светлина бих избрал някои други частици, които имат маса, тогава в координатната мрежа ще се появи неяснота: частиците могат да се движат с всякаква скорост. Какви са предимствата на светлината? Защото има двусмислен избор на посока: навън или навътре, след което решетката е еднозначно фиксирана.
Как присъствието на звезда променя радиацията?Нека си представим, че има звезда срадиус на тялото rтяло. Това означава, че запълва всички радиуси до rтялото, защото вътре има някакво вещество. В даден момент от времето - например t = 0 - звездата изглежда просто като сегмент. Ако вземете предвид всички точки във времето, получавате лента. Сега нека си представим какво ще се случи с лъчите светлина в присъствието на гравитиращо тяло. Лъчите на светлината са нарисувани в червено, както биха изглеждали в отсъствието на звездата. И виолетово - лъчи светлина при наличие на гравитиращо тяло. От общи съображения могат да се направят няколко извода: гравитиращо тяло изкривява светлинните лъчи и тези лъчи, които са по-близо до звездата, се изкривяват по-силно от тези, които са по-далеч. Следователно, далеч от звездата, виолетовите лъчи практически не се различават от червените.
Представете си, че масата на тялото ще започне да се променя и радиусът ще бъде фиксиран.Масата ще расте и колкото по-голяма е, толкова по-силна етялото ще повлияе на лъчите. В един момент масата ще се увеличи толкова много, че ще се случи следното явление. В един момент някакъв ъгъл ще бъде на задницата си, тоест просто вертикален. Взех точката на излъчване на виолетови лъчи не в радиуса на хоризонта, а леко навътре, така че лъчът не върви вертикално, а е изкривен.
В момента няма ограничения за увеличаването на масата на черна дупка. Поне ние не знаем.Може би въпросът е, че всякаестественонаучната теория има граници на приложимост, което означава, че по-специално теорията на относителността губи своята приложимост някъде в черна дупка. Общата теория на относителността губи своята приложимост много близо до региона, където е концентрирана почти цялата маса на черната дупка. Но на какъв радиус се случва това и какво заменя общата теория на относителността не е известно. Също така не може да се изключи, че ако масата на черната дупка се увеличи много, нещо ще се промени.
Първият въпрос, който трябва да възникне: къде отиде звездата?Тъй като траекторията на всяка частица с маса можебъде само в този ъгъл, той се движи така (червен цвят - „High-Tech“) и удря центъра. Ако частица с маса неизбежно удари центъра от която и да е точка, тогава цялата маса, цялото тяло на звездата, ще бъде компресирано в центъра.
Проблемът е, че координатите r и ct са приложими само в определена област и извън нея вече не са приложими.Представете си какво имате на повърхността на Земятаима меридиани и паралели и с тяхна помощ можете да намерите позицията на всеки обект. Но на повърхността има пещера, която отива по-дълбоко и задачата е да се определи позицията на мухата в тази пещера. Географската дължина и ширина вече не са подходящи за това, сега трябва да въведете нова координатна мрежа. Има известно заместване: Нарисувах снимка, използвайки r и t, за да покажа явлението, но е важно вече да няма координати r и t, но има някои други координати, които описват поведението вътре в черната дупка. Това означава, че там времето не е насочено вертикално, а тече към оста и това се показва от тези ъгли.
За да получите координатна мрежа за пространството-времето на черна дупка, можете да направите статична снимка и да повторите една след друга, „залепвайки“ една към друга.Изходящите лъчи са нарисувани в лилаво ичервени - влизащите вътре. Вертикалният лъч също е лъч светлина, хоризонтът. Тези лилави линии са разделени на две групи. Тези, които са насочени навън отиват до безкрайност, а тези, които са насочени навътре и отиват на r равно на 0. Това явление е черна дупка.
Какво се случва с обект, когато попадне в черна дупка
Представете си, че обект виси над черна дупка и часовникът му тиктака, или обектът е отлетял до черната дупка и се е върнал, а часовникът му също тиктака.Мога да кажа колко време е минало по часовникавсеки от тези обекти. Просто ще изчисля дължината на линията, която той начерта на тази диаграма, и ще разделя на скоростта на светлината. Висящият ту се движи, а летящият, ту тича. Например, за един може да отнеме няколко часа, докато за друг може да отнеме години. Като във филма Интерстелар. Виждаме подобно явление на Земята, но то не огъва пространство-времето толкова много. Това се забелязва в системите за глобално позициониране: часовниците на сателитите, които участват в системата за глобално позициониране, показват различно време. Ако летя до сателит и се върна, часовникът ми показва различно време от сателита. Това явление се взема предвид, за да работи GPS.
Според часовника на наблюдател, който виси над черна дупка, минава безкрайно дълго време, докато той наблюдава обект, попадащ в черна дупка.Обект, който пада в черна дупка никогапресича хоризонта на събитията. Той се приближава все повече и повече, като Ахил зад костенурката, но може да я достигне. Според часовника на обекта крайното време ще изтече. Как да се определи това? Измерете дължината на световната линия между равни паралели и меридиани. Колкото по-дълъг е този сегмент, толкова по-извит е той. Обектът лети, на часовника му тиктакат времеви интервали - на графиката това са паралели, които са разположени по протежение на световната линия на равни интервали от време Δt. Но там, където е наблюдателят, времевият интервал расте и с наближаването на хоризонта на събитията, времевият интервал нараства неограничено. В момента, когато даден обект пресича хоризонта на събитията на черна дупка, въображаем лъч светлина се движи вертикално по хоризонта и никога не пресича тази линия. Следователно наблюдателят никога няма да види момента на пресичане, а от гледна точка на падащия обект преминават краен брой интервали от време. Това явление изглежда мистично, но когато казват, че времето тече по различни начини. Това не е съвсем правилно. Времето не се забавя, обектът не започва да се движи по-бавно. Времето тиктакаше и тиктакаше, просто според моя часовник тиктака едно, а според часовниците на другите - друго.
В Интерстелар има момент, когато главният герой изпада в черна дупка.Доколкото разбирам, той е летял до центъра и не е билразкъсаха се. Докато падаше, той прелетя близо до тази акреционна материя, акреционния диск, който виждаме, и доколкото разбирам, той излъчва в твърдия рентгенов диапазон. Героят на филма все пак получи това излъчване и вероятно доста силно. Първо, той беше облъчен, и второ, от гледна точка на неговите другари, които бяха отвън, той летеше безкрайно дълго време. Но в действителност попада в рамките на крайно време. И тогава удари центъра, без да бъде разкъсан. Консултантът на филма, физикът Кип Торн, изхожда от факта, че ние не знаем какво се случва под хоризонта на събитията, което означава, че може да има всичко, например свят от пето измерение.
Може ли ударник да хвърли черна дупка? Обратното не е доказано!
През 2008 г. мнозина чуха за физика Рослер, който активно се опитваше да изключи Големия адронен колайдер.Той дори се опита да съди германското правителство.Това беше наистина сериозен риск, защото той можеше да спечели в съда, което означава, че 10% от бюджета на ЦЕРН просто можеха да изчезнат. Но ЦЕРН също се отказа от Рослер и директорът на института Макс Планк веднъж каза, че това не трябва да се оставя на случайността и че трябва да се говори с Рослер. Освен това този учен е квалифициран, математически физик. Той дори има нелинеен атрактор, който носи неговото име. Той цитира забавен факт като контрааргумент срещу LHC. Че космическите лъчи имат по-висока енергия от тази в ЦЕРН. Следователно нещо ще се разбие върху Земята или може би ще се образува черна дупка, но тя излита от планетата с голяма скорост и отлита някъде, така че ние не я виждаме. Но не всичко се случва в центъра на масата, така че в случай на сблъсък черна дупка може да остане там на Земята, тя ще седи там и малко по малко ще ни погълне. Директорът на института „Алберт Айнщайн“ събра няколко души, включително и мен, и трябваше да „удушим“ този Рослер и да го убедим, че греши. Той обаче не стигна до съд.
Теорията прогнозира, че тази черна дупка, която може да се образува в резултат на сблъсък в сблъсъка, веднага ще се разпадне.Тъй като е много микроскопичен, ще го направиизлъчва много интензивно според Хокинг и ще се разпадне бързо. Рослър каза, че Хокинг е глупак и греши. Дупката ще седи там и ще яде, друго е, че е била малка, така че може да яде само това, което е по-малко от нея, но това също отнема известно време. Първо трябва да яде нещо малко, след това бавно да расте, след това по-голямо и т.н. И тази стратегия за разговор наистина изглеждаше печеливша, особено в съда. Не изключваме, че черна дупка все пак се образува, че Хокинг греши и че тя не се разпада. Наистина не сме тествали нищо експериментално. Всичко това са само теоретични дискусии.
Вижте също:
Създадена е първата точна карта на света. Какво не е наред с всички останали?
Илон Мъск: първите туристи на Марс ще умрат
Големи отломки от китайската космическа станция "Skylab" летят на Земята