Kaip erdvės laikas elgiasi šalia žvaigždės
Norėdami suprasti, kas yra juodoji skylė, jums reikia
Vienalytės erdvės pavyzdys yra vakuumas: tuštuma, kurioje nėra dalelių.Šviesa jame, pagal Fermato principą, turi judėtitrumpiausiu keliu. Jei šviesa juda plokščioje erdvėje, tai yra dvimatėje ir nelenktoje erdvėje, trumpiausias kelias bus tiesi linija. Bet pasirodo, kad esant gravituojantiems objektams, šviesa nejuda tiesia linija: šviesos spinduliai išlinksta. Taip yra dėl to, kad gravitaciniai kūnai išlenkia erdvėlaikį.
Niutono mechanikoje atstumas erdvėje matuojamas atskirai, o laikas - atskirai.Kodėl mums to reikia?Pavyzdžiui, norint nustatyti dalelės, branduolio, raketos ar orlaivio skrydžio trajektoriją. Specialioji reliatyvumo teorija teigia, kad nėra atskiro būdo matuoti atstumą ir laiką, tačiau yra vienas būdas išmatuoti atstumus erdvėlaikyje. Kai kalbame apie erdvės ir laiko kontinuumą, mes kalbame apie keturmatę erdvę: trys koordinatės plius laiko koordinatė. Tačiau nelabai aišku, kaip ant dvimačio paviršiaus nupiešti keturmatį erdvėlaikį. Žinome, kad padėtis erdvėje gali būti nustatoma pagal tris koordinates: x, y, z yra Dekarto koordinatės. Kita vertus, taško vietą erdvėje galime tiksliai nustatyti naudodami sferines koordinates. Todėl galima naudoti tik r koordinates ir laiko koordinates. Rezultatas yra pusiau plokštuma, nes r visada yra didesnis nei 0, o laikas gali būti nuo minuso iki pliuso begalybės. Taškas šioje erdvėje yra ši sfera. Pavyzdžiui, momentu t0, jei nagrinėsiu tašką r0 šioje pusiau plokštumoje, tai tiesiog yra tam tikra spindulio r0 sfera, paimta laiku t0.
Yra spindulio r sfera0,ir iš bet kurio šios sferos taško skleidžiami šviesos spinduliai, įeinantys ir išeinantys.Tai yra, gaunamas bangos šviesos frontas, einantis į vidų - susitraukianti sfera, o į išorę - besiplečianti sfera. Bet įsivaizduokite, kad bet kuriuo metu erdvė yra stratifikuota
kaip svogūnas.Laike t0 paimama r0 spindulio rutulys, nuo kurio paviršiaus sklinda spinduliai. Tie, kurie eina į vidų, sudaro frontą, kurio spindulys yra r0 - Δr, o tie, kurie eina į išorę, sudaro frontą, kurio spindulys r0 + Δr. Šių linijų pokrypis vertikalios ašies atžvilgiu yra 45 laipsniai, nes sklidimo greitis lygus šviesos greičiui.
Jei turime reikalų su dalele, kadnesklinda šviesos greičiu, tada jis negali judėti didesniu nei šviesos greitis greičiu ir, atitinkamai, gali judėti bet kuria šio kampo kryptimi.
.Jei naudodamiesi savo schema nupiešime įsivaizduojamus šviesos spindulius, gausime įsivaizduojamą tinklelį.Ši nuotrauka aiškiai parodo, kodėl pasirinkau spinduliusSveta. Įsivaizduokite, kad vietoj šviesos rinkčiausi kokias nors kitas daleles, kurios turi masę, tada koordinačių tinklelyje atsirastų dviprasmybė: dalelės gali judėti bet kokiu greičiu. Kokie yra šviesos pranašumai? Nes yra dviprasmiškas krypties pasirinkimas: arba į išorę, arba į vidų, o po to tinklelis vienareikšmiškai fiksuojamas.
Kaip žvaigždės buvimas keičia radiaciją?Įsivaizduokime, kad yra žvaigždė sukūno rkūno spindulys. Tai reiškia, kad jis užpildo visus spindulius iki rkūno, nes ten yra medžiagos. Tam tikru laiko momentu – pavyzdžiui, t = 0 – žvaigždė atrodo tiesiog kaip atkarpa. Jei atsižvelgsite į visus laiko momentus, gausite juostelę. Dabar įsivaizduokime, kas atsitiks su šviesos spinduliais, kai yra gravitacinis kūnas. Šviesos spinduliai nupiešti raudonai taip, kaip atrodytų, jei nebūtų žvaigždės. O violetinė – šviesos spinduliai esant gravituojančiam kūnui. Apibendrinant galima padaryti keletą išvadų: gravituojantis kūnas iškreipia šviesos spindulius, o tie spinduliai, kurie yra arčiau žvaigždės, iškreipiami stipriau nei tie, kurie yra toliau. Todėl toli nuo žvaigždės violetiniai spinduliai praktiškai nesiskiria nuo raudonųjų.
Įsivaizduokite, kad kūno masė pradės keistis, o spindulys bus fiksuotas.Masė augs, ir kuo ji didesnė, tuo stipresnėkūnas turės įtakos spinduliams. Tam tikru momentu masė padidės tiek, kad atsiras toks reiškinys. Tam tikru momentu koks nors kampas bus ant jo užpakalio, tai yra tiesiog vertikalus. Violetinių spindulių skleidimo tašką paėmiau ne horizonto spinduliu, o šiek tiek viduje, todėl spindulys neina vertikaliai, o yra iškraipytas.
Šiuo metu juodosios skylės masės didėjimui ribų nėra. Bent jau mes nežinome.Galbūt esmė ta, kad bet koksgamtos mokslų teorija turi pritaikomumo ribas, o tai reiškia, kad ypač reliatyvumo teorija praranda pritaikomumą kažkur juodosios skylės viduje. Bendrasis reliatyvumas praranda pritaikomumą labai arti regiono, kuriame sutelkta beveik visa juodosios skylės masė. Tačiau kokiu spinduliu tai vyksta ir kas pakeičia bendrąją reliatyvumo teoriją, nežinoma. Taip pat neatmestina, kad jei juodosios skylės masė labai padidės, kažkas pasikeis.
Pirmas klausimas, kuris turėtų kilti: kur dingo žvaigždė?Kadangi bet kurios masės dalelės trajektorija galibūti tik šio kampo viduje, jis taip juda (raudona spalva - „High-Tech“) ir atsitrenkia į centrą. Jei masės dalelė neišvengiamai atsitrenks į centrą iš bet kurio taško, tada visa masė, visas žvaigždės kūnas bus suspaustas į centrą.
Problema ta, kad r ir ct koordinatės taikomos tik tam tikroje srityje, o toliau jos nebetaikomos.Įsivaizduokite, ką turite Žemės paviršiujeyra dienovidiniai ir paralelės, jų pagalba galima rasti bet kurio objekto padėtį. Bet paviršiuje yra urvas, kuris eina giliau, ir užduotis yra nustatyti musės padėtį šiame urve. Ilguma ir platuma tam nebetinka, dabar reikia įvesti naują koordinačių tinklelį. Yra tam tikras pakaitalas: aš nupiešiau paveikslėlį naudodamas r ir t, norėdamas parodyti reiškinį, tačiau svarbu, kad nebebūtų koordinačių r ir t, tačiau yra dar keletas koordinačių, apibūdinančių elgesį juodosios skylės viduje. Tai reiškia, kad laikas nėra nukreiptas vertikaliai, o teka ašies link, ir tai rodo šie kampai.
Norėdami gauti juodosios skylės erdvės laiko koordinačių tinklelį, galite nufotografuoti statinį vaizdą ir kartoti vienas po kito, „priklijuodami“ vienas prie kito.Išeinantys spinduliai nupiešti purpurine spalva irraudona – įeinantys į vidų. Vertikalus spindulys taip pat yra šviesos spindulys, horizontas. Šios violetinės linijos yra suskirstytos į dvi grupes. Tie, kurie nukreipti į išorę, eina į begalybę, o tie, kurie nukreipti į vidų, eina į r, lygų 0. Šis reiškinys yra juodoji skylė.
Kas nutinka daiktui, kai jis patenka į juodąją skylę
Įsivaizduokite, kad daiktas kabo virš juodosios skylės ir jo laikrodis tiks, arba daiktas nuskrido į juodąją skylę ir grįžo, o jo laikrodis taip pat tiksėjo.Pagal laikrodį galiu pasakyti, kiek laiko praėjokiekvienas iš šių objektų. Aš tiesiog apskaičiuosiu linijos, kurią jis nubrėžė šioje diagramoje, ilgį ir padalinsiu iš šviesos greičio. Tas, kuris kabėjo, vienu metu juda, o skraidantis kitu metu bėga. Pavyzdžiui, vienam tai gali užtrukti kelias valandas, o kitam – metus. Kaip filme „Tarpžvaigždinė“. Panašų reiškinį matome ir Žemėje, bet jis ne taip stipriai išlenkia erdvėlaikį. Tai pastebima globaliose padėties nustatymo sistemose: palydovų, dalyvaujančių pasaulinėje padėties nustatymo sistemoje, laikrodžiai rodo skirtingą laiką. Jei skrendu į palydovą ir grįžtu, mano laikrodis rodo skirtingą laiką nei palydovas. Į šį reiškinį atsižvelgiama, kad GPS veiktų.
Pasak stebėtojo, kabančio virš juodosios skylės, laikrodžio, be galo ilgas laikas praeina, kol jis stebi daiktą, krentantį į juodąją skylę.Objektas, kuris niekada nepatenka į juodąją skylękerta įvykių horizontą. Jis vis artėja, kaip Achilas už vėžlio, bet gali jį pasiekti. Pagal objekto laikrodį praeis galutinis laikas. Kaip tai nustatyti? Išmatuokite pasaulio linijos ilgį tarp lygių lygiagrečių ir dienovidinių. Kuo ilgesnis šis segmentas, tuo jis labiau išlenktas. Objektas skraido, laiko intervalai tiksi ant jo laikrodžio – grafike tai paralelės, išdėstytos išilgai pasaulio linijos vienodais laiko intervalais Δt. Tačiau ten, kur yra stebėtojas, laiko intervalas didėja, o artėjant prie įvykių horizonto laiko intervalas auga neribotai. Tuo metu, kai objektas kerta juodosios skylės įvykių horizontą, įsivaizduojamas šviesos spindulys sklinda vertikaliai palei horizontą ir niekada nekerta šios linijos. Todėl stebėtojas niekada nematys susikirtimo momento, o krentančio objekto požiūriu praeina baigtinis skaičius laiko intervalų. Šis reiškinys atrodo mistiškai, bet kai sakoma, kad laikas teka įvairiai. Tai nėra visiškai teisinga. Laikas nesulėtėja, objektas nepradeda judėti lėčiau. Laikas tiksi ir tiksėjo, tiesiog pagal mano laikrodį tiksi vienas dalykas, o pagal kitų žmonių – kažkas kitas.
Tarpžvaigždėje yra akimirka, kai pagrindinis veikėjas pateko į juodąją skylę.Kaip suprantu, jis atskrido į centrą ir nebuvosuplėšė. Krisdamas jis nuskriejo arti šios akrecinės medžiagos, akrecinio disko, kurį matome ir, kaip suprantu, spinduliuoja kietajame rentgeno spindulių diapazone. Filmo herojus vis dėlto gavo šią spinduliuotę ir tikriausiai gana stiprią. Pirma, jis buvo apšvitintas, o antra, lauke buvusių bendražygių požiūriu, jis skraidė be galo ilgai. Tačiau iš tikrųjų tai patenka į ribotą laiką. Ir tada jis atsitrenkė į centrą, nesuplyšęs. Filmo konsultantas, fizikas Kipas Thorne'as remiasi tuo, kad mes nežinome, kas vyksta po įvykių horizontu, o tai reiškia, kad gali būti bet kas, pavyzdžiui, penktosios dimensijos pasaulis.
Ar gali susidūrėjas išneršti juodąją skylę? Priešingai neįrodyta!
2008 m. Daugelis girdėjo apie fiziką Rosslerį, kuris aktyviai bandė uždaryti „Large Hadron Collider“.Jis netgi bandė paduoti į teismą Vokietijos vyriausybę.Tai buvo tikrai rimta rizika, nes jis galėjo laimėti teisme, o tai reiškia, kad 10% CERN biudžeto gali tiesiog išnykti. Tačiau CERN taip pat nusisuko nuo Roslerio, o Maxo Plancko instituto direktorius kartą pasakė, kad tai neturėtų būti palikta atsitiktinumui ir būtina pasikalbėti su Rosleriu. Be to, šis mokslininkas yra kvalifikuotas, matematikos fizikas. Jis netgi turi netiesinį pritraukiklį, kuris vadinasi jo vardu. Kaip kontrargumentą prieš LHC jis nurodė juokingą faktą. Kad kosminiai spinduliai turi didesnę energiją nei CERN. Todėl kažkas trenksis per Žemę, o gal susidarys juodoji skylė, bet ji dideliu greičiu išskrenda iš planetos ir kažkur nuskrenda, todėl mes to nematome. Tačiau ne viskas vyksta masės centre, todėl susidūrimo atveju Žemėje gali likti juodoji skylė, ji ten sėdės ir po truputį mus prarys. Alberto Einšteino instituto direktorius subūrė keletą žmonių, įskaitant mane, ir mes turėjome „pasmaugti“ šį Rosslerį ir įtikinti, kad jis klysta. Tačiau į teismą jis nesikreipė.
Teorija prognozuoja, kad ši juodoji skylė, kuri gali susidaryti susidūrus susidūrusiam susidūrusiam, iškart išskaidys.Kadangi jis yra labai mikroskopinis, tai busAnot Hawkingo, skleis labai intensyviai ir greitai suges. Rossleris sakė, kad Hokingas buvo kvailas ir neteisus. Skylė ten sėdės ir valgys, kitas dalykas, kad ji buvo maža, todėl gali valgyti tik tai, kas mažesnė už ją, bet tai irgi užtrunka. Pirmiausia jis turėtų valgyti ką nors mažo, tada lėtai augti, tada didesnis ir pan. Ir atrodė, kad ši pokalbio strategija tikrai laimėjo, ypač teisme. Neatmetame, kad juodoji skylė vis dar susidaro, kad Hokingas klysta ir kad ji nesuyra. Mes tikrai nieko eksperimentiškai neišbandėme. Visa tai tik teorinės diskusijos.
Taip pat žiūrėkite:
Buvo sukurtas pirmasis tikslus pasaulio žemėlapis. Kas negerai visiems kitiems?
Elonas Muskas: mirs pirmieji turistai į Marsą
Didelės Kinijos kosminės stoties „Skylab“ nuolaužos skrenda į Žemę