Kuinka aika-aika käyttäytyy tähden vieressä
Ymmärtääksesi, mikä musta aukko on, tarvitset
Esimerkki homogeenisesta avaruudesta on tyhjiö: tyhjiö, jossa ei ole hiukkasia.Siinä olevan valon tulee Fermatin periaatteen mukaan liikkualyhintä tietä pitkin. Jos valo liikkuu tasaisessa tilassa, eli kaksiulotteisessa ja kaaremattomassa tilassa, lyhin reitti on suora. Mutta käy ilmi, että gravitaatiokohteiden läsnä ollessa valo ei liiku suorassa linjassa: valonsäteet taipuvat. Tämä johtuu siitä, että gravitaatiokappaleet taivuttavat aika-avaruutta.
Newtonin mekaniikassa etäisyys avaruudessa mitataan erikseen ja aika mitataan erikseen.Miksi me tarvitsemme tätä?Esimerkiksi hiukkasen, ytimen, raketin tai lentokoneen lentoradan määrittämiseen. Suhteellisuusteorian mukaan ei ole erillistä tapaa mitata etäisyyttä ja aikaa, mutta on olemassa yksi tapa mitata etäisyyksiä aika-avaruudessa. Kun puhumme aika-avaruuden jatkumosta, puhumme neliulotteisesta avaruudesta: kolme koordinaattia plus aikakoordinaatti. Mutta ei ole kovin selvää, kuinka neliulotteinen aika-avaruus piirretään kaksiulotteiselle pinnalle. Tiedämme, että sijainti avaruudessa voidaan määrittää kolmella koordinaatilla: x, y, z ovat suorakulmaisia koordinaatteja. Toisaalta voimme määrittää tarkasti pisteen sijainnin avaruudessa käyttämällä pallomaisia koordinaatteja. Siksi vain r-koordinaattia ja aikakoordinaattia voidaan käyttää. Tuloksena on puolitaso, koska r on aina suurempi kuin 0 ja aika voi olla miinuksesta plus äärettömään. Piste tässä avaruudessa on tämä pallo. Esimerkiksi hetkellä t0, jos tarkastelemme pistettä r0 tällä puolitasolla, niin se on yksinkertaisesti jonkinlainen pallo, jonka säde on r0, otettuna hetkellä t0.
On pallo, jonka säde on r0,ja mistä tahansa tämän pallon pisteestä säteilee valonsäteitä, jotka kulkevat sisään ja ulos.Toisin sanoen saadaan valon aaltorintama, joka menee sisäänpäin - supistuva pallo ja ulospäin - laajeneva pallo. Mutta kuvittele, että tila on kerrostettu milloin tahansa
kuin sipuli.Ajanhetkellä t0 otetaan säde r0 pallo, jonka pinnalta säteet lähtevät. Ne, jotka menevät sisäänpäin, muodostavat rintaman, jonka säde on r0 - Δr, ja ne, jotka menevät ulospäin, muodostavat rintaman, jonka säde on r0 + Δr. Näiden viivojen kaltevuus pystyakseliin nähden on 45 astetta, koska etenemisnopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus.
Jos olemme tekemisissä hiukkasen kanssaei etene valon nopeudella, niin se ei voi liikkua valon nopeutta suuremmalla nopeudella ja voi siten liikkua mihin tahansa suuntaan tässä kulmassa.
.Jos piirrämme kuvitteellisia valonsäteitä kaavion avulla, saat kuvitteellisen ruudukon.Tämä kuva tekee selväksi, miksi valitsin säteetSveta. Kuvittele, että valitsisin valon sijasta joitain muita hiukkasia, joilla on massa, jolloin koordinaattiruudukkoon ilmestyisi epäselvyys: hiukkaset voivat liikkua millä tahansa nopeudella. Mitä hyötyä valosta on? Koska suunnassa on epäselvä valinta: joko ulos tai sisään, ja sen jälkeen ruudukko on yksiselitteisesti kiinteä.
Kuinka tähden läsnäolo muuttaa säteilyä?Kuvitellaan, että siellä on tähtirungon rrungon säde. Tämä tarkoittaa, että se täyttää kaikki säteet rrunkoon asti, koska sen sisällä on jotain ainetta. Tietyllä ajanhetkellä - esimerkiksi t = 0 - tähti näyttää yksinkertaisesti segmentiltä. Jos otat huomioon kaikki ajankohdat, saat nauhan. Kuvittele nyt, mitä tapahtuu valonsäteille gravitoivan kappaleen läsnä ollessa. Valosäteet on piirretty punaisiksi, miltä ne näyttäisivät ilman tähteä. Ja violetti - valonsäteet gravitoivan kehon läsnäollessa. Yleisistä pohdinnoista voidaan tehdä useita johtopäätöksiä: gravitaatiokappale vääristää valonsäteitä, ja säteet, jotka ovat lähempänä tähteä, vääristyvät voimakkaammin kuin ne, jotka ovat kauempana. Siksi kaukana tähdestä violetit säteet eivät käytännössä eroa punaisista.
Kuvittele, että kehon massa alkaa muuttua ja säde on kiinteä.Massa kasvaa, ja mitä suurempi se on, sitä vahvempikeho vaikuttaa säteisiin. Jossain vaiheessa massa kasvaa niin paljon, että tapahtuu seuraava ilmiö. Jossain vaiheessa jokin kulma on sen takaosassa, eli yksinkertaisesti pystysuorassa. Otin violettien säteiden emissiokohtaa ei horisontin säteellä, vaan hieman sisäpuolella, joten säde ei kulje pystysuoraan, vaan on vääristynyt.
Tällä hetkellä mustan aukon massan kasvulle ei ole rajoituksia. Emme ainakaan tiedä.Ehkä pointti on, että mikä tahansaluonnontieteellisellä teorialla on sovellettavuusrajat, mikä tarkoittaa, että erityisesti suhteellisuusteoria menettää sovellettavuuden jossain mustan aukon sisällä. Yleinen suhteellisuusteoria menettää käyttökelpoisuutensa hyvin lähellä aluetta, jossa melkein kaikki mustan aukon massa on keskittynyt. Mutta millä säteellä tämä tapahtuu ja mikä korvaa yleisen suhteellisuusteorian, ei tiedetä. Ei myöskään voida sulkea pois sitä, että jos mustan aukon massa kasvaa paljon, jokin muuttuu.
Ensimmäinen kysymys, jonka pitäisi syntyä, on: minne tähti meni?Koska minkä tahansa massaisen hiukkasen liikerata voiolla vain tämän kulman sisällä, se liikkuu näin (punainen väri - "High-Tech") ja osuu keskelle. Jos hiukkanen, jolla on massaa, osuu väistämättä keskustaan mistä tahansa pisteestä, koko massa, koko tähden runko, puristuu keskelle.
Ongelmana on, että r- ja ct-koordinaatit ovat käytettävissä vain tietyllä alueella, ja sen jälkeen ne eivät ole enää käytettävissä.Kuvittele, mitä sinulla on maan pinnallasiellä on meridiaaneja ja rinnakkaisuuksia, ja niiden avulla voit löytää minkä tahansa kohteen sijainnin. Mutta pinnalla on luola, joka menee syvemmälle, ja tehtävänä on määrittää kärpän sijainti tässä luolassa. Pituusaste ja leveysaste eivät enää sovellu tähän, nyt sinun on syötettävä uusi koordinaattiruudukko. On olemassa joitain korvikkeita: Piirsin kuvan käyttämällä r ja t osoittamaan ilmiötä, mutta on tärkeää, että koordinaatteja r ja t ei enää ole, mutta on joitain muita koordinaatteja, jotka kuvaavat käyttäytymistä mustan aukon sisällä. Tämä tarkoittaa, että aika ei ole suunnattu pystysuunnassa, vaan se virtaa akselia kohti, ja nämä kulmat osoittavat tämän.
Saadaksesi koordinaattiruudukon mustan aukon avaruusajalle, voit ottaa staattisen kuvan ja toistaa peräkkäin "liimaamalla" toisiaan.Lähtevät säteet piirretään violetilla japunainen - sisään tulevat. Pystysuora säde on myös valonsäde, horisontti. Nämä violetit viivat on jaettu kahteen ryhmään. Ne, jotka on suunnattu ulospäin, menevät äärettömyyteen ja ne, jotka on suunnattu sisäänpäin, ja menevät r:ään, joka on yhtä suuri kuin 0. Tämä ilmiö on musta aukko.
Mitä esineelle tapahtuu, kun se putoaa mustaan aukkoon
Kuvittele, että esine roikkuu mustan aukon päällä ja sen kello tikittää tai esine lensi mustaan aukkoon ja palasi, ja myös sen kello tikitti.Voin kertoa kellosta kuinka paljon aikaa on kulunutjokainen näistä objekteista. Lasken vain hänen piirtämän viivan pituuden tähän kaavioon ja jaan sen valonnopeudella. Se, joka oli riippuvainen, liikkuu kerralla, ja lentävä juoksee toiseen aikaan. Esimerkiksi yhdellä se voi kestää useita tunteja, kun taas toisella voi kestää vuosia. Kuten Interstellar-elokuvassa. Näemme samanlaisen ilmiön maan päällä, mutta se ei taivuta aika-avaruutta niin paljon. Tämä on havaittavissa globaaleissa paikannusjärjestelmissä: globaaliin paikannusjärjestelmään osallistuvien satelliittien kellot näyttävät eri aikaa. Jos lennän satelliitille ja palaan takaisin, kelloni näyttää eri aikaa kuin satelliitti. Tämä ilmiö otetaan huomioon, jotta GPS toimisi.
Mustan aukon yli riippuvan tarkkailijan kellon mukaan kuluu äärettömän kauan, kun hän tarkkailee mustaan aukkoon putoavaa esinettä.Esine, joka ei koskaan putoa mustaan aukkoonylittää tapahtumahorisontin. Hän tulee yhä lähemmäs, kuten Akhilleus kilpikonnan takana, mutta hän voi saavuttaa sen. Objektin kellon mukaan viimeinen aika kuluu. Miten tämä määritetään? Mittaa maailmanlinjan pituus yhtäläisten yhdensuuntaisten ja meridiaanien välillä. Mitä pidempi tämä segmentti, sitä kaarevampi se on. Kohde lentää, aikavälit tikittävät sen kellossa - kaaviossa nämä ovat rinnakkaisia, jotka on sijoitettu maailmanviivaa pitkin yhtäläisin aikavälein Δt. Mutta missä tarkkailija on, aikaväli kasvaa, ja kun lähestytään tapahtumahorisonttia, aikaväli kasvaa ilman rajoituksia. Sillä hetkellä, kun esine ylittää mustan aukon tapahtumahorisontin, kuvitteellinen valonsäde kulkee pystysuunnassa horisonttia pitkin eikä koskaan ylitä tätä linjaa. Siksi havainnoija ei koskaan näe leikkaushetkeä, ja putoavan kohteen näkökulmasta kuluu äärellinen määrä aikavälejä. Tämä ilmiö näyttää mystiseltä, mutta kun sanotaan, että aika virtaa eri tavoin. Tämä ei ole täysin oikein. Aika ei hidastu, esine ei ala liikkua hitaammin. Aika tiki ja tikitti, vain niin, että minun kellon mukaan yksi tikittää ja muiden kellojen mukaan jotain muuta.
Interstellarissa on hetki, jolloin päähenkilö putosi mustaan reikään.Ymmärtääkseni hän lensi keskustaan eikä ollutrepii irti. Kun se putoaa, se lensi lähellä tätä lisääntymisainetta, akkrektiolevyä, jonka näemme, ja ymmärtääkseni se lähettää kovan röntgensäteilyn alueella. Elokuvan sankari sai kuitenkin tämän säteilyn, ja luultavasti melko vahvasti. Ensinnäkin häntä säteilytettiin, ja toiseksi ulkona olevien tovereidensa näkökulmasta hän lensi äärettömän pitkään. Mutta todellisuudessa se osuu rajalliseen aikaan. Ja sitten se osui keskelle repeytymättä. Elokuvan konsultti, fyysikko Kip Thorne lähtee siitä, että emme tiedä mitä tapahtumahorisontin alla tapahtuu, mikä tarkoittaa, että siellä voi olla mitä tahansa, esimerkiksi viidennen ulottuvuuden maailma.
Voisiko törmäyksestä syntyä musta aukko? Päinvastaista ei ole osoitettu!
Vuonna 2008 monet kuulivat fyysikko Rosslerista, joka yritti aktiivisesti sulkea suurta hadronitörmäystä.Hän jopa yritti haastaa Saksan hallituksen oikeuteen.Tämä oli todella vakava riski, koska hän saattoi voittaa oikeudessa, mikä tarkoittaa, että 10 % CERNin budjetista saattoi yksinkertaisesti kadota. Mutta myös CERN kääntyi pois Roslerista, ja Max Planck -instituutin johtaja sanoi kerran, että tätä ei pidä jättää sattuman varaan ja että Roslerin kanssa on keskusteltava. Lisäksi tämä tiedemies on pätevä, matemaattinen fyysikko. Hänellä on jopa epälineaarinen attraktori, joka kantaa hänen nimeään. Hän mainitsi hauskan tosiasian vasta-argumenttina LHC:tä vastaan. Että kosmisilla säteillä on suurempi energia kuin CERNissä. Siksi jotain törmää maan yli tai ehkä muodostuu musta aukko, mutta se lentää pois planeetalta suurella nopeudella ja lentää pois jonnekin, joten emme näe sitä. Mutta kaikki ei tapahdu massakeskuksessa, joten törmäyksen sattuessa musta aukko voi jäädä sinne Maahan, se istuu siellä ja nielee meidät pikkuhiljaa. Albert Einstein -instituutin johtaja kokosi useita ihmisiä, mukaan lukien minä, ja meidän piti "kuristaa" tämä Rossler ja vakuuttaa hänet, että hän oli väärässä. Hän ei kuitenkaan mennyt oikeuteen.
Teoria ennustaa, että tämä musta aukko, joka voi muodostua törmäyksestä törmäyskoneessa, hajoaa välittömästi.Koska se on hyvin mikroskooppinen, se tulee olemaansäteilevät erittäin voimakkaasti Hawkingin mukaan ja hajoavat nopeasti. Rossler sanoi, että Hawking oli typerä ja väärä. Reikä istuu siellä ja syö, toinen asia on, että se oli pieni, joten se voi syödä vain sitä pienemmän, mutta tämäkin vie jonkin aikaa. Sen pitäisi ensin syödä jotain pientä, sitten kasvaa hitaasti, sitten suuremmaksi ja niin edelleen. Ja tämä keskustelustrategia näytti todellakin voittavan, varsinkin tuomioistuimessa. Emme sulje pois sitä, että musta aukko muodostuu edelleen, että Hawking on väärässä ja ettei se hajoa. Emme todellakaan ole testanneet mitään kokeellisesti. Nämä ovat kaikki vain teoreettisia keskusteluja.
Katso myös:
Ensimmäinen tarkka maailmankartta luotiin. Mitä vikaa kaikilla muilla on?
Elon Musk: ensimmäiset turistit Marsiin kuolevat
Kiinan avaruusaseman "Skylab" suuret roskat lentävät maahan