星の隣で時空がどのように振る舞うか
ブラックホールとは何かを理解するには、次のことが必要です。
等質空間の例は真空です。つまり、粒子が存在しないボイドです。フェルマーの原理によれば、その中の光は動かなければなりません最短の道に沿って。光が平面空間、つまり 2 次元で曲がっていない空間を移動する場合、最短経路は直線になります。しかし、重力のある物体が存在すると、光は直線的に動かず、光線が曲がることがわかりました。これは、重力体が時空を曲げるという事実によるものです。
ニュートン力学では、空間内の距離は別々に測定され、時間は別々に測定されます。なぜ私たちはこれが必要なのですか？たとえば、粒子、原子核、ロケット、航空機の飛行経路を決定します。特殊相対性理論では、距離と時間を別々に測定する方法は存在しないが、時空の距離を測定する方法は 1 つだけあると述べています。時空連続体について話すとき、私たちは 3 つの座標と 1 つの時間座標からなる 4 次元空間について話します。しかし、二次元平面上に四次元時空をどのように描画するかはあまり明確ではありません。空間内の位置は 3 つの座標によって決定できることがわかっています。x、y、z はデカルト座標です。一方、球座標を使用すると、空間内の点の位置を正確に決定できます。したがって、r 座標と時間座標のみを使用できます。 r は常に 0 より大きく、時間はマイナスからプラスの無限大まで変化する可能性があるため、結果は半平面になります。この空間内の点がこの球です。たとえば、時間 t0 で、この半平面上の点 r0 を考えると、それは単に時間 t0 に取られた、半径 r0 の何らかの球体です。
半径rの球があります0、そしてこの球体のどの点からも光線が放射され、出たり入ったりします。つまり、内側に向かう光の波面（収縮する球）と外側に向かう波面（膨張する球）が得られます。しかし、いつでも空間が階層化されていると想像してください
タマネギのように。時間 t0 で、半径 r0 の球が取得され、その表面から光線が放射されます。内側に向かうものは半径 r0 - Δr の前線を形成し、外側に向かうものは半径 r0 + Δr の前線を形成します。伝播速度は光速と等しいため、これらの線の垂直軸に対する傾きは 45 度になります。
粒子を扱っている場合光の速度で伝播しない場合、光の速度よりも速い速度で移動することはできず、したがって、この角度内の任意の方向に移動できます。
。ダイアグラムを使用して架空の光線を描画すると、架空のグリッドが得られます。この写真を見ると、私がレイを選んだ理由が明確になりますスヴェタ。光の代わりに質量を持つ他の粒子を選択すると、座標グリッドに曖昧さが現れ、粒子は任意の速度で移動できると想像してください。光の利点は何ですか?なぜなら、方向には外側か内側かの曖昧な選択があり、その後はグリッドが明確に固定されるからです。
星の存在は放射をどのように変えますか？という星があると想像してみましょう。胴体の半径。これは、内部に何らかの物質があるため、rbody までのすべての半径を満たすことを意味します。特定の瞬間 (たとえば、t = 0) では、星は単なるセグメントのように見えます。すべての時点を考慮すると、ストリップが得られます。次に、重力のある物体の存在下で光線に何が起こるかを想像してみましょう。光線は、星のない場合と同じように赤で描画されます。そして紫 - 重力のある体の存在下での光線。一般的な考察から、いくつかの結論を導き出すことができます。重力のある物体は光線を歪め、星に近い光線は遠くにある光線よりも強く歪めます。したがって、星から遠く離れたところでは、紫色の光線は赤い光線とほとんど変わりません。
物体の質量が変化し始め、半径が固定されると想像してください。質量は大きくなり、大きくなるほど強くなります体は光線に影響を与えます。ある時点で質量が大きくなりすぎて次のような現象が起こります。ある時点で、いくつかの角がそのお尻に、つまり単に垂直になるでしょう。紫色の光線の放射点を地平線の半径ではなく、少し内側に撮ったので、ビームは垂直にならず、歪んでいます。
現時点では、ブラックホールの質量の増加に制限はありません。少なくとも私たちは知りません。おそらく重要なのは、自然科学理論には適用可能性の限界があり、これは特に相対性理論はブラックホール内のどこかで適用可能性を失うことを意味します。一般相対性理論は、ブラック ホールの質量のほぼすべてが集中している領域に非常に近いところでは適用可能性を失います。しかし、これがどの半径で起こり、何が一般相対性理論に取って代わるのかは不明です。また、ブラックホールの質量が非常に増加した場合、何かが変化する可能性も排除できません。
発生するはずの最初の質問は、星はどこに行ったのかということです。質量のある粒子の軌道は次のようになります。このコーナーの内側だけだと、このように動き（赤色 - 「ハイテク」）、センターに当たります。質量を持った粒子がどこかの点から必然的に中心に衝突すると、質量全体、星の本体全体が中心に圧縮されます。
問題は、r 座標と ct 座標は特定の領域でのみ適用され、それを超えると適用できなくなることです。あなたが地球の表面に持っているものを想像してみてください子午線と緯線があり、それらの助けを借りて、任意のオブジェクトの位置を見つけることができます。しかし、表面にはさらに深くなる洞窟があり、タスクはこの洞窟内のハエの位置を決定することです。経度と緯度はこれに適していません。新しい座標グリッドを入力する必要があります。いくつかの置き換えがあります。現象を示すためにrとtを使用して絵を描きましたが、rとtの座標がなくなっていることが重要ですが、ブラックホール内の動作を説明する他の座標がいくつかあります。これは、時間が垂直方向ではなく、軸に向かって流れることを意味し、これはこれらのコーナーで示されます。
ブラックホールの時空の座標グリッドを取得するには、静止写真を撮り、次々に繰り返して、次々に「接着」します。出射光線は紫色で描画され、赤 - 中に入るもの。垂直光線は光線、地平線でもあります。これらの紫色の線は 2 つのグループに分けられます。外側に向かうものは無限大に進み、内側に向かうものは r が 0 になります。この現象はブラック ホールです。
ブラックホールに落ちたときにオブジェクトはどうなりますか
オブジェクトがブラックホールにぶら下がっていて、その時計が刻々と過ぎている、またはオブジェクトがブラックホールに飛んで戻ってきて、その時計も刻々と過ぎていると想像してみてください。時計を見ればどれくらい時間が経ったかわかるこれらのオブジェクトのそれぞれ。彼がこの図に描いた線の長さを計算して、光の速度で割ってみます。ある時はぶら下がっていたものが動き、またある時は飛んでいるものが走っている。たとえば、ある場合には数時間かかる場合もあれば、別の場合には数年かかる場合もあります。映画インターステラーみたいに。地球でも同様の現象が見られますが、時空はそれほど曲がりません。これは全地球測位システムで顕著であり、全地球測位システムに参加している衛星の時計は異なる時間を示します。衛星まで飛んで戻ってくると、時計には衛星とは異なる時間が表示されます。この現象は、GPS が機能するために考慮されています。
ブラックホールにぶら下がっている観測者の時計によると、ブラックホールに落下する物体を観察している間、無限に長い時間が経過します。ブラックホールに落ちない物体は決してない事象の地平線を越える。彼は亀の後ろのアキレスのようにどんどん近づいていますが、彼はそれに到達することができます。オブジェクトの時計に従って、最後の時間が経過します。これをどのように判断するのでしょうか?等しい緯線と子午線の間の世界線の長さを測定します。このセグメントが長ければ長いほど、より湾曲します。物体は飛行し、時間間隔は刻々と刻まれています。グラフ上では、これらは等時間間隔 Δt だけ世界線に沿って配置された平行線です。しかし、観測者がいる場所では時間間隔は拡大し、事象の地平線に近づくにつれて時間間隔は際限なく拡大します。物体がブラックホールの事象の地平線を横切る瞬間、想像上の光線は地平線に沿って垂直に進み、この線を横切ることはありません。したがって、観察者は交差点の瞬間を見ることはなく、落下物の観点からは有限の時間間隔が経過します。この現象は神秘的に見えますが、時間の流れはさまざまであると言われています。これは完全に正しいわけではありません。時間は遅くなりませんし、オブジェクトの動きも遅くなりません。時間は刻々と過ぎていました。ただ、私の時計によれば何かが進んでおり、他の人の時計によれば別の何かが進んでいるというだけです。
インターステラーでは、主人公がブラックホールに陥った瞬間があります。私の理解では、彼は中心に飛んでいきましたが、そうではありませんでした引き裂いた。落下中に、私たちが見ているこの降着物、降着円盤の近くを飛んで、硬X線の領域で放射していると私は理解しています。それにもかかわらず、映画の主人公はこの放射線を受けており、おそらく非常に強い人でした。第一に、彼は放射線を浴びており、第二に、外にいる仲間の観点からすると、彼は無限に長時間飛行したことになります。しかし実際には、それは有限な時間内に収まります。そしてバラされずにセンターに直撃した。この映画のコンサルタントである物理学者のキップ・ソーンは、事象の地平線の下で何が起こっているのか分からないという事実から話を進めています。つまり、たとえば 5 次元の世界など、何かが存在する可能性があるということです。
コライダーはブラックホールを生み出すことができますか？反対は証明されていません！
2008年には、大型ハドロン衝突型加速器を積極的にシャットダウンしようとした物理学者ロスラーのことを多くの人が耳にしました。彼はドイツ政府を訴えようとしたことさえあった。これは非常に深刻なリスクでした。なぜなら彼が法廷で勝つ可能性があるからです。つまり、CERN の予算の 10% が単純に消滅する可能性があるということです。しかし、CERNもロスラー氏に背を向け、マックス・プランク研究所所長はかつて、これを成り行きに任せるべきではなく、ロスラー氏と話し合う必要があると述べた。さらに、この科学者は数理物理学者の資格を持っています。彼は自分の名前を冠した非線形アトラクターさえ持っています。彼はLHCに対する反論として面白い事実を引用した。宇宙線はCERNよりも高いエネルギーを持っているということ。したがって、地球上で何かが衝突し、ブラックホールが形成されるかもしれませんが、それは猛スピードで地球から飛び出てどこかへ飛んでいきますので、私たちはそれを見ることができません。しかし、すべてが質量中心で起こるわけではないため、衝突が発生した場合、ブラックホールが地球上に残り、そこに座って少しずつ私たちを飲み込む可能性があります。アルバート・アインシュタイン研究所の所長は私を含む数名を集め、このロスラーを「絞め殺して」彼が間違っていると説得しなければなりませんでした。しかし、彼は法廷には行かなかった。
理論は、衝突型加速器での衝突の結果として形成される可能性のあるこのブラックホールがすぐに崩壊すると予測しています。非常に微細なため、ホーキング博士によれば、非常に強力に放出され、すぐに減衰します。ロスラー氏は、ホーキング博士は愚かで間違っていると述べた。穴はそこに座って食べるのですが、もう一つは、穴が小さかったので、それより小さいものしか食べることができないということですが、これにも時間がかかります。最初は小さなものを食べ、それからゆっくりと成長し、次に大きくなるということを繰り返す必要があります。そして、この会話戦略は、特に法廷で、本当に勝利を収めているように見えました。私たちは、ブラックホールが依然として形成され、ホーキング博士が間違っており、それが崩壊しないという可能性を排除しません。私たちは実験的に何もテストしていません。これらはすべて理論上の議論にすぎません。
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