Πώς συμπεριφέρεται ο χωροχρόνος δίπλα σε ένα αστέρι
Για να καταλάβετε τι είναι μια μαύρη τρύπα, χρειάζεστε
Ένα παράδειγμα ομοιογενούς χώρου είναι ένα κενό: ένα κενό στο οποίο δεν υπάρχουν σωματίδια.Το φως σε αυτό, σύμφωνα με την αρχή του Fermat, πρέπει να κινείταιστο συντομότερο μονοπάτι. Εάν το φως κινείται σε επίπεδο χώρο, δηλαδή δισδιάστατο και μη καμπύλο, η συντομότερη διαδρομή θα είναι μια ευθεία γραμμή. Αλλά αποδεικνύεται ότι παρουσία βαρυτικών αντικειμένων, το φως δεν κινείται σε ευθεία γραμμή: οι ακτίνες του φωτός κάμπτονται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα βαρυτικά σώματα κάμπτουν τον χωροχρόνο.
Στη Νευτώνεια μηχανική, η απόσταση στο διάστημα μετράται χωριστά και ο χρόνος μετράται ξεχωριστά.Για τι το χρειαζόμαστε αυτό;Για να προσδιορίσετε, για παράδειγμα, τη διαδρομή πτήσης ενός σωματιδίου, πυρήνα, πυραύλου ή αεροσκάφους. Η ειδική θεωρία της σχετικότητας δηλώνει ότι δεν υπάρχει ξεχωριστός τρόπος μέτρησης της απόστασης και του χρόνου, αλλά υπάρχει ένας μοναδικός τρόπος μέτρησης των αποστάσεων στο χωροχρόνο. Όταν μιλάμε για το χωροχρονικό συνεχές, μιλάμε για τετραδιάστατο χώρο: τρεις συντεταγμένες συν μια χρονική συντεταγμένη. Αλλά δεν είναι πολύ σαφές πώς να σχεδιάσετε τετραδιάστατο χωροχρόνο σε μια δισδιάστατη επιφάνεια. Γνωρίζουμε ότι η θέση στο χώρο μπορεί να προσδιοριστεί από τρεις συντεταγμένες: x, y, z είναι καρτεσιανές συντεταγμένες. Από την άλλη πλευρά, μπορούμε να προσδιορίσουμε με ακρίβεια τη θέση ενός σημείου στο χώρο χρησιμοποιώντας σφαιρικές συντεταγμένες. Επομένως, μόνο η συντεταγμένη r και η συντεταγμένη χρόνου μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Το αποτέλεσμα είναι ένα μισό επίπεδο, επειδή το r είναι πάντα μεγαλύτερο από 0 και ο χρόνος μπορεί να είναι από το μείον έως το συν άπειρο. Ένα σημείο σε αυτόν τον χώρο είναι αυτή η σφαίρα. Για παράδειγμα, τη χρονική στιγμή t0, αν θεωρήσω ένα σημείο r0 σε αυτό το ημιεπίπεδο, τότε είναι απλώς ένα είδος σφαίρας ακτίνας r0, που λαμβάνεται τη στιγμή t0.
Υπάρχει μια σφαίρα ακτίνας r0,και από οποιοδήποτε σημείο αυτής της σφαίρας εκπέμπονται ακτίνες φωτός που μπαίνουν και βγαίνουν.Δηλαδή, λαμβάνεται ένα κύμα μπροστά από το φως που πηγαίνει προς τα μέσα - μια σφαίρα που συστέλλεται και που πηγαίνει προς τα έξω - μια διευρυνόμενη σφαίρα. Αλλά φανταστείτε ότι ανά πάσα στιγμή ο χώρος στρωματοποιείται
σαν κρεμμύδι.Τη χρονική στιγμή t0 λαμβάνεται μια σφαίρα ακτίνας r0, από την επιφάνεια της οποίας εκπέμπονται ακτίνες. Αυτά που πηγαίνουν προς τα μέσα σχηματίζουν ένα μέτωπο με ακτίνα r0 - Δr και αυτά που πηγαίνουν προς τα έξω σχηματίζουν ένα μέτωπο με ακτίνα r0 + Δr. Η κλίση αυτών των γραμμών σε σχέση με τον κατακόρυφο άξονα είναι 45 μοίρες γιατί η ταχύτητα διάδοσης είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός.
Αν πρόκειται για ένα σωματίδιο αυτόδεν διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός, τότε δεν μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός και, κατά συνέπεια, μπορεί να κινηθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση εντός αυτής της γωνίας.
.Εάν σχεδιάζουμε φανταστικές ακτίνες φωτός χρησιμοποιώντας το διάγραμμα μας, έχουμε ένα φανταστικό πλέγμα.Αυτή η εικόνα καθιστά σαφές γιατί επέλεξα τις ακτίνεςΣβέτα. Φανταστείτε ότι αντί για φως θα διάλεγα κάποια άλλα σωματίδια που έχουν μάζα, τότε θα εμφανιζόταν μια ασάφεια στο πλέγμα συντεταγμένων: τα σωματίδια μπορούν να κινηθούν με οποιαδήποτε ταχύτητα. Ποια είναι τα οφέλη του φωτός; Επειδή υπάρχει μια διφορούμενη επιλογή προς την κατεύθυνση: είτε προς τα έξω είτε προς τα μέσα, και μετά από αυτό το πλέγμα στερεώνεται ξεκάθαρα.
Πώς αλλάζει η παρουσία ενός άστρου ακτινοβολία;Ας φανταστούμε ότι υπάρχει ένα αστέρι μεακτίνα του σώματος του σώματος. Αυτό σημαίνει ότι γεμίζει όλες τις ακτίνες μέχρι το r σώμα, γιατί υπάρχει κάποια ουσία εκεί μέσα. Σε μια δεδομένη χρονική στιγμή - για παράδειγμα, t = 0 - το αστέρι μοιάζει απλώς με ένα τμήμα. Εάν λάβετε υπόψη όλα τα σημεία του χρόνου, θα λάβετε μια ταινία. Τώρα ας φανταστούμε τι θα συμβεί με τις ακτίνες φωτός παρουσία ενός βαρυτικού σώματος. Οι ακτίνες του φωτός σχεδιάζονται με κόκκινο χρώμα όπως θα φαίνονταν απουσία του αστεριού. Και βιολετί - ακτίνες φωτός με την παρουσία ενός βαρυτικού σώματος. Από γενικές εκτιμήσεις, μπορούν να εξαχθούν πολλά συμπεράσματα: ένα βαρυτικό σώμα παραμορφώνει τις ακτίνες φωτός και εκείνες οι ακτίνες που είναι πιο κοντά στο αστέρι παραμορφώνονται πιο έντονα από εκείνες που βρίσκονται πιο μακριά. Επομένως, μακριά από το αστέρι, οι βιολετί ακτίνες ουσιαστικά δεν διαφέρουν από τις κόκκινες.
Φανταστείτε ότι η μάζα του σώματος θα αρχίσει να αλλάζει και η ακτίνα θα είναι σταθερή.Η μάζα θα μεγαλώσει, και όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο πιο δυνατήτο σώμα θα επηρεάσει τις ακτίνες. Κάποια στιγμή η μάζα θα αυξηθεί τόσο πολύ που θα συμβεί το εξής φαινόμενο. Κάποια στιγμή, κάποια γωνία θα είναι στον πισινό του, δηλαδή απλά κάθετη. Πήρα το σημείο εκπομπής των ιωδών ακτίνων όχι στην ακτίνα του ορίζοντα, αλλά ελαφρώς μέσα, οπότε η δέσμη δεν πηγαίνει κάθετα, αλλά παραμορφώνεται.
Προς το παρόν, δεν υπάρχουν όρια στην αύξηση της μάζας μιας μαύρης τρύπας. Τουλάχιστον δεν ξέρουμε.Ίσως το θέμα είναι ότι οποιαδήποτεμια θεωρία της φυσικής επιστήμης έχει όρια εφαρμογής, πράγμα που σημαίνει ότι, συγκεκριμένα, η θεωρία της σχετικότητας χάνει την εφαρμογή της κάπου μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Η γενική σχετικότητα χάνει την εφαρμογή της πολύ κοντά στην περιοχή όπου είναι συγκεντρωμένη σχεδόν όλη η μάζα της μαύρης τρύπας. Αλλά σε ποια ακτίνα συμβαίνει αυτό και τι αντικαθιστά τη γενική θεωρία της σχετικότητας είναι άγνωστο. Δεν μπορεί επίσης να αποκλειστεί ότι αν η μάζα της μαύρης τρύπας αυξηθεί πολύ, κάτι θα αλλάξει.
Το πρώτο ερώτημα που πρέπει να προκύψει είναι: πού πήγε το αστέρι;Αφού η τροχιά οποιουδήποτε σωματιδίου με μάζα μπορείνα είναι μόνο μέσα σε αυτήν τη γωνία, κινείται έτσι (κόκκινο χρώμα - "High-Tech") και χτυπά στο κέντρο. Εάν ένα σωματίδιο με μάζα χτυπήσει αναπόφευκτα το κέντρο από οποιοδήποτε σημείο, τότε ολόκληρη η μάζα, ολόκληρο το σώμα του άστρου, θα συμπιεστεί στο κέντρο.
Το πρόβλημα είναι ότι οι συντεταγμένες r και ct είναι εφαρμόσιμες μόνο σε μια συγκεκριμένη περιοχή και πέρα από αυτό δεν είναι πλέον εφαρμόσιμες.Φανταστείτε τι έχετε στην επιφάνεια της Γηςυπάρχουν μεσημβρινοί και παράλληλοι, και με τη βοήθειά τους μπορείτε να βρείτε τη θέση οποιουδήποτε αντικειμένου. Αλλά στην επιφάνεια υπάρχει μια σπηλιά που πηγαίνει βαθύτερα, και ο στόχος είναι να καθοριστεί η θέση της μύγας σε αυτό το σπήλαιο. Το μήκος και το πλάτος δεν είναι πλέον κατάλληλα για αυτό, τώρα πρέπει να εισαγάγετε ένα νέο πλέγμα συντεταγμένων. Υπάρχει κάποια υποκατάσταση: σχεδίασα μια εικόνα χρησιμοποιώντας r και t για να δείξω το φαινόμενο, αλλά είναι σημαντικό να μην υπάρχουν πλέον συντεταγμένες r και t, αλλά υπάρχουν κάποιες άλλες συντεταγμένες που περιγράφουν τη συμπεριφορά μέσα στη μαύρη τρύπα. Αυτό σημαίνει ότι ο χρόνος δεν κατευθύνεται κατακόρυφα, αλλά ρέει προς τον άξονα, και αυτό φαίνεται από αυτές τις γωνίες.
Για να αποκτήσετε ένα πλέγμα συντεταγμένων για το χωροχρόνο μιας μαύρης τρύπας, μπορείτε να τραβήξετε μια στατική εικόνα και να επαναλάβετε το ένα μετά το άλλο, "κολλώντας" το ένα στο άλλο.Οι εξερχόμενες ακτίνες σχεδιάζονται με μωβ καικόκκινο - αυτοί που μπαίνουν μέσα. Μια κάθετη ακτίνα είναι επίσης μια ακτίνα φωτός, ο ορίζοντας. Αυτές οι μωβ γραμμές χωρίζονται σε δύο ομάδες. Αυτά που κατευθύνονται προς τα έξω πηγαίνουν στο άπειρο, και αυτά που κατευθύνονται προς τα μέσα και πάνε στο r ίσο με 0. Αυτό το φαινόμενο είναι μια μαύρη τρύπα.
Τι συμβαίνει σε ένα αντικείμενο όταν πέφτει σε μια μαύρη τρύπα
Φανταστείτε ότι ένα αντικείμενο κρέμεται πάνω από μια μαύρη τρύπα, και το ρολόι του τσεκάρει, ή το αντικείμενο πέταξε στη μαύρη τρύπα και επέστρεψε, και το ρολόι του ήταν επίσης τσεκαρισμένο.Μπορώ να πω πόση ώρα έχει περάσει από το ρολόικαθένα από αυτά τα αντικείμενα. Απλώς θα υπολογίσω το μήκος της γραμμής που σχεδίασε σε αυτό το διάγραμμα και θα διαιρέσω με την ταχύτητα του φωτός. Αυτή που κρεμόταν κινείται τη μια στιγμή και η ιπτάμενη τρέχει την άλλη. Για παράδειγμα, για ένα μπορεί να διαρκέσει αρκετές ώρες, ενώ για ένα άλλο μπορεί να χρειαστούν χρόνια. Όπως στην ταινία Interstellar. Βλέπουμε ένα παρόμοιο φαινόμενο στη Γη, αλλά δεν κάμπτει τόσο τον χωροχρόνο. Αυτό είναι αισθητό στα παγκόσμια συστήματα εντοπισμού θέσης: τα ρολόγια στους δορυφόρους που συμμετέχουν στο παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης δείχνουν διαφορετική ώρα. Εάν πετάξω σε δορυφόρο και επιστρέψω, το ρολόι μου εμφανίζει διαφορετική ώρα από τον δορυφόρο. Αυτό το φαινόμενο λαμβάνεται υπόψη για να λειτουργήσει το GPS.
Σύμφωνα με το ρολόι ενός παρατηρητή που κρέμεται πάνω από μια μαύρη τρύπα, περνάει απέραντος χρόνος ενώ παρατηρεί ένα αντικείμενο που πέφτει σε μια μαύρη τρύπα.Ένα αντικείμενο που πέφτει σε μαύρη τρύπα ποτέδιασχίζει τον ορίζοντα γεγονότων. Πλησιάζει όλο και πιο κοντά, όπως ο Αχιλλέας πίσω από τη χελώνα, αλλά μπορεί να το φτάσει. Σύμφωνα με το ρολόι του αντικειμένου, ο τελικός χρόνος θα περάσει. Πώς να το προσδιορίσετε αυτό; Μετρήστε το μήκος της παγκόσμιας γραμμής μεταξύ ίσων παραλλήλων και μεσημβρινών. Όσο μεγαλύτερο είναι αυτό το τμήμα, τόσο πιο καμπύλο είναι. Το αντικείμενο πετάει, τα χρονικά διαστήματα χτυπούν στο ρολόι του - στο γράφημα είναι παράλληλοι που απέχουν κατά μήκος της γραμμής του κόσμου κατά ίσα χρονικά διαστήματα Δt. Αλλά όπου είναι ο παρατηρητής, το χρονικό διάστημα μεγαλώνει, και καθώς πλησιάζει κανείς τον ορίζοντα γεγονότων, το χρονικό διάστημα αυξάνεται χωρίς όριο. Τη στιγμή που ένα αντικείμενο διασχίζει τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, μια φανταστική ακτίνα φωτός ταξιδεύει κάθετα κατά μήκος του ορίζοντα και δεν διασχίζει ποτέ αυτή τη γραμμή. Επομένως, ο παρατηρητής δεν θα δει ποτέ τη στιγμή της τομής και από την άποψη του αντικειμένου που πέφτει, περνάει ένας πεπερασμένος αριθμός χρονικών διαστημάτων. Αυτό το φαινόμενο φαίνεται μυστικιστικό, αλλά όταν λένε ότι ο χρόνος κυλά με διαφορετικούς τρόπους. Αυτό δεν είναι απολύτως σωστό. Ο χρόνος δεν επιβραδύνεται, το αντικείμενο δεν αρχίζει να κινείται πιο αργά. Ο χρόνος κυλούσε και χτυπούσε, απλώς σύμφωνα με το ρολόι μου ένα πράγμα χτυπάει και σύμφωνα με το ρολόι κάποιου άλλου χτυπάει κάτι άλλο.
Στο Interstellar, υπάρχει μια στιγμή που ο κύριος χαρακτήρας έπεσε σε μια μαύρη τρύπα.Όπως καταλαβαίνω, πέταξε στο κέντρο και δεν ήτανέσκισε. Ενώ έπεφτε, πέταξε κοντά σε αυτή τη συσσωρευτική ύλη, τον δίσκο προσαύξησης, που βλέπουμε και όπως το καταλαβαίνω εκπέμπει στο σκληρό εύρος ακτίνων Χ. Ο ήρωας της ταινίας παρόλα αυτά έλαβε αυτή την ακτινοβολία, και μάλλον αρκετά δυνατή. Πρώτον, ακτινοβολήθηκε και δεύτερον, από τη σκοπιά των συντρόφων του που ήταν έξω, πέταξε για άπειρη ώρα. Αλλά στην πραγματικότητα εμπίπτει σε έναν πεπερασμένο χρόνο. Και μετά χτύπησε στο κέντρο χωρίς να σκιστεί. Ο σύμβουλος της ταινίας, φυσικός Kip Thorne, προέρχεται από το γεγονός ότι δεν γνωρίζουμε τι συμβαίνει κάτω από τον ορίζοντα γεγονότων, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να υπάρχει οτιδήποτε, για παράδειγμα, ένας κόσμος πέμπτης διάστασης.
Θα μπορούσε ένας collider να δημιουργήσει μια μαύρη τρύπα; Το αντίθετο δεν έχει αποδειχθεί!
Το 2008, πολλοί άκουσαν για τον φυσικό Rossler, ο οποίος προσπαθούσε ενεργά να κλείσει το Large Hadron Collider.Προσπάθησε μάλιστα να μηνύσει τη γερμανική κυβέρνηση.Αυτό ήταν ένας πραγματικά σοβαρός κίνδυνος, γιατί μπορούσε να κερδίσει στο δικαστήριο, πράγμα που σημαίνει ότι το 10% του προϋπολογισμού του CERN θα μπορούσε απλώς να εξαφανιστεί. Αλλά και το CERN απομακρύνθηκε από τον Rosler και ο διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck είπε κάποτε ότι αυτό δεν πρέπει να αφεθεί στην τύχη και ότι ήταν απαραίτητο να μιλήσουμε με τον Rosler. Επιπλέον, αυτός ο επιστήμονας είναι καταρτισμένος, μαθηματικός φυσικός. Έχει ακόμη και έναν μη γραμμικό ελκυστήρα που φέρει το όνομά του. Ανέφερε ένα αστείο γεγονός ως αντεπιχείρημα κατά του LHC. Ότι οι κοσμικές ακτίνες έχουν υψηλότερες ενέργειες από ό,τι στο CERN. Επομένως, κάτι θα συντριβεί στη Γη, ή ίσως θα σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα, αλλά πετάει έξω από τον πλανήτη με μεγάλη ταχύτητα και πετάει κάπου μακριά, οπότε δεν το βλέπουμε. Αλλά δεν συμβαίνουν όλα στο κέντρο μάζας, οπότε σε περίπτωση σύγκρουσης, μια μαύρη τρύπα μπορεί να παραμείνει εκεί στη Γη, θα καθίσει εκεί και σιγά σιγά θα μας καταβροχθίσει. Ο διευθυντής του Ινστιτούτου Άλμπερτ Αϊνστάιν συγκέντρωσε πολλούς ανθρώπους, μεταξύ των οποίων και εμένα, και έπρεπε να «πνίξουμε» αυτόν τον Ρόσλερ και να τον πείσουμε ότι έκανε λάθος. Ωστόσο, δεν προσέφυγε στα δικαστήρια.
Η θεωρία προβλέπει ότι αυτή η μαύρη τρύπα, η οποία θα μπορούσε να σχηματιστεί ως αποτέλεσμα σύγκρουσης στο συγκρουστή, θα αποσυντεθεί αμέσως.Δεδομένου ότι είναι πολύ μικροσκοπικό, θα γίνειεκπέμπει πολύ έντονα σύμφωνα με τον Χόκινγκ και θα αποσυντεθεί γρήγορα. Ο Ρόσλερ είπε ότι ο Χόκινγκ ήταν ανόητος και λάθος. Η τρύπα θα κάτσει εκεί και θα φάει, ένα άλλο πράγμα είναι ότι ήταν μικρή, οπότε μπορεί να φάει μόνο ό,τι είναι μικρότερο από αυτήν, αλλά αυτό απαιτεί επίσης λίγο χρόνο. Πρέπει πρώτα να φάει κάτι μικρό, μετά να μεγαλώσει σιγά-σιγά, μετά να μεγαλώσει και ούτω καθεξής. Και αυτή η στρατηγική συνομιλίας φαινόταν πραγματικά να κερδίζει, ειδικά στο δικαστήριο. Δεν αποκλείουμε να σχηματίζεται ακόμα μαύρη τρύπα, να κάνει λάθος ο Χόκινγκ και να μην αποσυντίθεται. Δεν έχουμε δοκιμάσει τίποτα πειραματικά. Όλα αυτά είναι απλώς θεωρητικές συζητήσεις.
Δείτε επίσης:
Δημιουργήθηκε ο πρώτος ακριβής χάρτης του κόσμου. Τι συμβαίνει με όλους τους άλλους;
Elon Musk: οι πρώτοι τουρίστες στον Άρη θα πεθάνουν
Μεγάλα συντρίμμια του κινεζικού διαστημικού σταθμού "Skylab" πετούν στη Γη