Kako se prostor-vrijeme ponaša pored zvijezde
Da biste razumjeli što je crna rupa, trebate
Primjer homogenog prostora je vakuum: praznina u kojoj nema čestica.Svjetlost u njemu, prema Fermatovu principu, mora se kretatipo najkraćem putu. Ako se svjetlost kreće u ravnom prostoru, dakle dvodimenzionalnom i nezakrivljenom, najkraći put će biti ravna linija. Ali pokazalo se da se u prisutnosti gravitirajućih objekata svjetlost ne kreće pravocrtno: zrake svjetlosti su savijene. To je zbog činjenice da gravitirajuća tijela savijaju prostor-vrijeme.
U Newtonovoj mehanici zasebno se mjeri udaljenost u svemiru i odvojeno mjeri vrijeme.Zašto nam ovo treba?Za, primjerice, određivanje putanje leta čestice, jezgre, rakete ili zrakoplova. Posebna teorija relativnosti tvrdi da ne postoji poseban način mjerenja udaljenosti i vremena, ali postoji jedan način mjerenja udaljenosti u prostor-vremenu. Kada govorimo o prostorno-vremenskom kontinuumu, govorimo o četverodimenzionalnom prostoru: tri koordinate plus vremenska koordinata. Ali nije baš jasno kako nacrtati četverodimenzionalni prostor-vrijeme na dvodimenzionalnoj površini. Znamo da se položaj u prostoru može odrediti s tri koordinate: x, y, z su kartezijeve koordinate. S druge strane, pomoću sfernih koordinata možemo točno odrediti položaj točke u prostoru. Stoga se mogu koristiti samo r koordinata i vremenska koordinata. Rezultat je poluravnina, jer je r uvijek veće od 0, a vrijeme može biti od minus do plus beskonačno. Točka u ovom prostoru je ova sfera. Na primjer, u trenutku t0, ako razmotrim točku r0 na ovoj poluravnini, onda je to jednostavno neka vrsta sfere radijusa r0, uzeta u trenutku t0.
Postoji sfera polumjera r0,i iz bilo koje točke ove sfere emitiraju se zrake svjetlosti, ulaze i izlaze.Odnosno, dobiva se valna fronta svjetlosti koja ide prema unutra - skupljajuća kugla, a koja ide prema van - sfera koja se širi. Ali zamislite da je prostor u svakom trenutku raslojen
poput luka.U trenutku t0 uzme se kugla polumjera r0 s čije površine izlaze zrake. One koje idu prema unutra tvore front radijusa r0 - Δr, a one koje idu prema van tvore front radijusa r0 + Δr. Nagib ovih linija u odnosu na okomitu os je 45 stupnjeva jer je brzina prostiranja jednaka brzini svjetlosti.
Ako imamo posla s česticom kojane širi se brzinom svjetlosti, tada se ne može kretati brzinom većom od brzine svjetlosti i, u skladu s tim, može se kretati u bilo kojem smjeru unutar ovog kuta.
,Ako pomoću našeg dijagrama nacrtamo zamišljene zrake svjetlosti, dobit ćemo zamišljenu mrežu.Ova slika jasno pokazuje zašto sam odabrao zrakeSveta. Zamislite da umjesto svjetlosti odaberem neke druge čestice koje imaju masu, tada bi se u koordinatnoj mreži pojavila nejasnoća: čestice se mogu kretati bilo kojom brzinom. Koje su prednosti svjetla? Jer postoji dvosmislen izbor smjera: ili prema van ili prema unutra, a nakon toga je rešetka jednoznačno fiksirana.
Kako prisutnost zvijezde mijenja zračenje?Zamislimo da postoji zvijezda saradijus tijela rtijela. To znači da ispunjava sve radijuse do tijela, jer unutra ima neke tvari. U određenom trenutku vremena - na primjer, t = 0 - zvijezda izgleda jednostavno kao segment. Ako uzmete u obzir sve točke u vremenu, dobit ćete traku. Sada zamislimo što će se dogoditi sa zrakama svjetlosti u prisustvu gravitirajućeg tijela. Zrake svjetlosti nacrtane su crvenom bojom kako bi izgledale u odsutnosti zvijezde. I ljubičasta - zrake svjetlosti u prisutnosti gravitirajućeg tijela. Iz općih razmatranja može se izvući nekoliko zaključaka: gravitirajuće tijelo iskrivljuje svjetlosne zrake, a one zrake koje su bliže zvijezdi iskrivljene su jače od onih koje su dalje. Dakle, daleko od zvijezde, ljubičaste zrake praktički se ne razlikuju od crvenih.
Zamislite da će se masa tijela početi mijenjati, a polumjer će biti fiksiran.Masa će rasti, a što je veća, to je jačatijelo će utjecati na zrake. U jednom trenutku masa će se toliko povećati da će se dogoditi sljedeći fenomen. U jednom trenutku, neki kut će biti na stražnjici, to jest, jednostavno okomito. Uzeo sam točku emisije ljubičastih zraka ne na polumjeru horizonta, već malo unutra, tako da zraka ne ide okomito, već je iskrivljena.
U ovom trenutku nema ograničenja za povećanje mase crne rupe. Barem ne znamo.Možda je stvar u tome da bilo kojiprirodoznanstvena teorija ima granice primjenjivosti, što znači da, konkretno, teorija relativnosti gubi svoju primjenjivost negdje unutar crne rupe. Opća relativnost gubi svoju primjenjivost vrlo blizu područja gdje je koncentrirana gotovo sva masa crne rupe. Ali u kojem radijusu se to događa i što zamjenjuje opću teoriju relativnosti nije poznato. Također se ne može isključiti da će se nešto promijeniti ako se masa crne rupe jako poveća.
Prvo pitanje koje bi se trebalo postaviti je: kamo je nestala zvijezda?Budući da putanja svake čestice s masom možebiti samo unutar ovog kuta, kreće se ovako (crvena boja - “High-Tech”) i pogađa centar. Ako čestica s masom neizbježno udari u središte iz bilo koje točke, tada će cijela masa, cijelo tijelo zvijezde, biti sabijeno u središte.
Problem je što su r i ct koordinate primjenjive samo u određenom području, a izvan toga više nisu primjenjive.Zamislite što imate na površini Zemljepostoje meridijani i paralele i uz njihovu pomoć možete pronaći položaj bilo kojeg predmeta. Ali na površini se nalazi špilja koja ide dublje, a zadatak je odrediti položaj muhe u ovoj špilji. Zemljopisna dužina i širina više nisu prikladni za to, sada morate unijeti novu koordinatnu mrežu. Postoji neka zamjena: nacrtao sam sliku pomoću r i t kako bih prikazao fenomen, ali važno je da više ne postoje koordinate r i t, ali postoje neke druge koordinate koje opisuju ponašanje unutar crne rupe. To znači da tamo vrijeme nije usmjereno okomito, već teče prema osi, a to pokazuju ovi uglovi.
Da biste dobili koordinatnu mrežu za prostor-vrijeme crne rupe, možete napraviti statičnu sliku i ponoviti jednu za drugom, "lijepeći" jednu za drugu.Izlazne zrake nacrtane su ljubičastom bojom, icrvena - oni koji ulaze unutra. Okomita zraka je također zraka svjetlosti, horizont. Ove ljubičaste linije podijeljene su u dvije skupine. One koje su usmjerene prema van idu u beskonačnost, a one koje su usmjerene prema unutra i idu na r jednako 0. Ovaj fenomen je crna rupa.
Što se događa s predmetom kad padne u crnu rupu
Zamislite da objekt visi iznad crne rupe, a njegov sat otkucava ili je objekt odletio do crne rupe i vratio se, a njegov je sat također otkucavao.Po satu mogu reći koliko je vremena prošlosvaki od ovih objekata. Samo ću izračunati duljinu linije koju je nacrtao na ovom dijagramu i podijeliti je s brzinom svjetlosti. Onaj koji je visio čas se kreće, a onaj koji leti trči čas. Na primjer, za jednog može trajati nekoliko sati, dok za drugoga mogu potrajati godine. Kao u filmu Interstellar. Sličan fenomen vidimo na Zemlji, ali on ne savija toliko prostor-vrijeme. To je vidljivo u sustavima globalnog pozicioniranja: satovi na satelitima koji sudjeluju u sustavu globalnog pozicioniranja pokazuju drugačije vrijeme. Ako odletim do satelita i vratim se, moj sat prikazuje različito vrijeme od satelita. Ovaj se fenomen uzima u obzir kako bi GPS radio.
Prema straži promatrača koji visi nad crnom rupom, prolazi beskrajno dugo dok on promatra objekt koji pada u crnu rupu.Objekt koji padne u crnu rupu nikadaprelazi horizont događaja. Sve je bliže i bliže, kao Ahilej za kornjačom, ali može je stići. Prema satu objekta, konačno vrijeme će proći. Kako to odrediti? Izmjerite duljinu svjetske linije između jednakih paralela i meridijana. Što je ovaj segment duži, to je više zakrivljen. Objekt leti, na satu mu otkucavaju vremenski intervali - na grafu su to paralele koje su razmaknute duž svjetske linije za jednake vremenske intervale Δt. Ali gdje je promatrač, vremenski interval raste, a kako se približavamo horizontu događaja, vremenski interval raste neograničeno. U trenutku kada neki objekt prijeđe horizont događaja crne rupe, zamišljena zraka svjetlosti putuje okomito duž horizonta i nikada ne prijeđe tu liniju. Stoga promatrač nikada neće vidjeti trenutak presjeka, a sa stajališta padajućeg objekta prolazi konačan broj vremenskih intervala. Ovaj fenomen izgleda mistično, ali kada kažu da vrijeme teče na različite načine. Ovo nije sasvim točno. Vrijeme se ne usporava, objekt se ne počinje sporije kretati. Vrijeme je otkucavalo i otkucavalo, samo što po mom satu otkucava jedno, a po tuđim nešto drugo.
U Interstellaru postoji trenutak kada je glavni lik upao u crnu rupu.Koliko sam shvatio, odletio je u centar i nije biorasparčao. Dok je padao, letio je blizu te akrecijske materije, akrecijskog diska, koji vidimo, i koliko sam shvatio, on emitira u jakom rasponu X-zraka. Junak filma ipak je primio to zračenje, i to vjerojatno prilično jako. Kao prvo, bio je ozračen, a kao drugo, sa stajališta njegovih suboraca koji su bili vani, letio je beskrajno dugo. Ali u stvarnosti to pada unutar konačnog vremena. A onda je udario u središte, a da nije bio raskomadan. Konzultant filma, fizičar Kip Thorne, polazi od činjenice da ne znamo što se događa ispod horizonta događaja, što znači da bi moglo postojati bilo što, primjerice petodimenzionalni svijet.
Može li sudarač iznjedriti crnu rupu? Suprotno nije dokazano!
2008. mnogi su čuli za fizičara Rosslera, koji je aktivno pokušavao ugasiti Veliki hadronski sudarač.Čak je pokušao tužiti njemačku vladu.Bio je to zaista ozbiljan rizik, jer je mogao dobiti na sudu, što znači da bi 10% CERN-ova proračuna moglo jednostavno nestati. No, i CERN se okrenuo od Roslera, a direktor Instituta Max Planck svojedobno je rekao da se to ne smije prepustiti slučaju i da s Roslerom treba razgovarati. Štoviše, ovaj je znanstvenik kvalificiran, matematički fizičar. Čak ima i nelinearni atraktor koji nosi njegovo ime. Naveo je smiješnu činjenicu kao protuargument protiv LHC-a. Da kozmičke zrake imaju veće energije nego u CERN-u. Dakle, nešto će se srušiti na Zemlju, a možda će nastati crna rupa, ali ona velikom brzinom izleti s planeta i odleti negdje, pa je ne vidimo. Ali ne događa se sve u središtu mase, tako da u slučaju sudara crna rupa može ostati tamo na Zemlji, sjedit će tamo i malo po malo nas proždrijeti. Direktor Instituta Albert Einstein okupio je nekoliko ljudi, uključujući i mene, i morali smo tog Rosslera “zadaviti” i uvjeriti ga da je u krivu. Međutim, na sud nije otišao.
Teorija predviđa da će se ova crna rupa, koja bi mogla nastati kao rezultat sudara u sudaraču, odmah raspasti.Budući da je vrlo mikroskopski, hoćeemitiraju vrlo intenzivno prema Hawkingu i brzo će se raspasti. Rossler je rekao da je Hawking budala i da nije u pravu. Rupa će tamo sjediti i jesti, druga stvar je što je bila mala pa može pojesti samo ono što je manje od nje, ali i za to treba vremena. Prvo treba pojesti nešto malo, pa polako rasti, pa sve veće i tako dalje. I činilo se da je ova strategija razgovora doista pobjednička, pogotovo na sudu. Ne isključujemo da crna rupa ipak nastaje, da Hawking nije u pravu i da se ne raspada. Zapravo nismo ništa eksperimentalno testirali. Sve su to samo teorijske rasprave.
Pogledajte i:
Stvorena je prva točna karta svijeta. Što nije u redu sa svima ostalima?
Elon Musk: prvi turisti na Mars umrijet će
Veliki otpad kineske svemirske stanice "Skylab" leti na Zemlju