Kā telpas laiks izturas blakus zvaigznei
Lai saprastu, kas ir melnais caurums, jums ir nepieciešams
Homogēnas telpas piemērs ir vakuums: tukšums, kurā nav daļiņu.Gaismai tajā saskaņā ar Fermā principu ir jākustaspa īsāko ceļu. Ja gaisma pārvietojas plakanā telpā, tas ir, divdimensiju un bez izliekuma, īsākais ceļš būs taisna līnija. Bet izrādās, ka gravitējošu objektu klātbūtnē gaisma nepārvietojas taisnā līnijā: gaismas stari ir saliekti. Tas ir saistīts ar faktu, ka gravitējošie ķermeņi saliec telpas laiku.
Ņūtona mehānikā attālumu telpā mēra atsevišķi, un laiku mēra atsevišķi.Kāpēc mums tas ir vajadzīgs? Чтобы, например, определить траекторию полета частицы, ядра, ракеты или самолета. Специальная теория относительности заявляет, что отдельного способа измерения расстояния и времени нет, а есть единый способ измерения расстояний в пространстве-времени. Когда мы говорим о пространственно-временном континууме, то речь идет о четырехмерном пространстве: три координаты плюс временная координата. Но не очень понятно, как четырехмерное пространство-время нарисовать на двумерной поверхности. Мы знаем, что положение в пространстве можно определять по трем координатам: x, y, z — это декартовы координаты. С другой стороны, мы можем точно определять положение точки в пространстве, используя сферические координаты. Поэтому можно использовать только координату r и временную координату. В результате получается полуплоскость, потому что r всегда больше 0, а время может быть от минус до плюс бесконечности. Точка в этом пространстве — эта сфера. Например, в момент времени t0, если рассматриваю точку r0 на этой полуплоскости, то это просто какая-то сфера радиуса r0, взятая в момент времени t0.
Ir r rādiusa sfēra0,un no jebkura šīs sfēras punkta tiek izstaroti gaismas stari, kas ieplūst un iziet.Tas ir, tiek iegūta gaismas viļņu fronte, kas iet uz iekšu - kontrakcijas sfēra, bet uz āru - izplešanās sfēra. Bet iedomājieties, ka jebkurā brīdī telpa ir noslāņojusies
как луковица.Laikā t0 tiek ņemta sfēra ar rādiusu r0, no kuras virsmas izplūst stari. Tie, kas iet uz iekšu, veido fronti ar rādiusu r0 - Δr, un tie, kas iet uz āru, veido fronti ar rādiusu r0 + Δr. Šo līniju slīpums attiecībā pret vertikālo asi ir 45 grādi, jo izplatīšanās ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu.
Ja mums ir darīšana ar daļiņu, kasneizplatās ar gaismas ātrumu, tad tas nevar pārvietoties ar ātrumu, kas ir lielāks par gaismas ātrumu, un attiecīgi var pārvietoties jebkurā leņķa virzienā.
.Ja, izmantojot mūsu diagrammu, mēs uzzīmēsim iedomātus gaismas starus, mēs iegūsim iedomātu režģi.Šis attēls skaidri parāda, kāpēc es izvēlējos starusSveta. Iedomājieties, ka gaismas vietā es izvēlētos dažas citas daļiņas, kurām ir masa, tad koordinātu režģī parādītos neskaidrība: daļiņas var pārvietoties ar jebkuru ātrumu. Kādas ir gaismas priekšrocības? Jo ir neskaidra izvēle virzienā: vai nu uz āru, vai uz iekšu, un pēc tam režģis ir nepārprotami fiksēts.
Kā zvaigznes klātbūtne maina starojumu?Iedomāsimies, ka ir zvaigzne arķermeņa rķermeņa rādiuss. Tas nozīmē, ka tas aizpilda visus rādiusus līdz rķermenim, jo tur iekšā ir kaut kāda viela. Noteiktā laika brīdī - piemēram, t = 0 - zvaigzne izskatās vienkārši kā segments. Ja ņemat vērā visus punktus laikā, jūs saņemat sloksni. Tagad iedomāsimies, kas notiks ar gaismas stariem gravitācijas ķermeņa klātbūtnē. Gaismas stari ir zīmēti sarkanā krāsā, kā tie izskatītos bez zvaigznes. Un violets - gaismas stari gravitācijas ķermeņa klātbūtnē. No vispārīgiem apsvērumiem var izdarīt vairākus secinājumus: gravitācijas ķermenis izkropļo gaismas starus, un tie stari, kas atrodas tuvāk zvaigznei, tiek izkropļoti spēcīgāk nekā tie, kas atrodas tālāk. Tāpēc, tālu no zvaigznes, violetie stari praktiski neatšķiras no sarkanajiem.
Iedomājieties, ka ķermeņa masa sāks mainīties un rādiuss tiks fiksēts.Masa pieaugs, un jo lielāka tā ir, jo stiprākaķermenis ietekmēs starus. Kādā brīdī masa palielināsies tik daudz, ka notiks šāda parādība. Kādā brīdī kāds stūris būs uz tā dibena, tas ir, vienkārši vertikāls. Violeto staru emisijas punktu ņēmu nevis horizonta rādiusā, bet nedaudz iekšā, tāpēc stars neiet vertikāli, bet ir izkropļots.
Šobrīd melnā cauruma masas pieaugumam nav ierobežojumu. Vismaz mēs nezinām.Varbūt būtība ir tāda, ka jebkuradabaszinātņu teorijai ir pielietojamības robežas, kas nozīmē, ka jo īpaši relativitātes teorija zaudē savu pielietojamību kaut kur melnā caurumā. Vispārējā relativitāte zaudē savu pielietojamību ļoti tuvu reģionam, kurā ir koncentrēta gandrīz visa melnā cauruma masa. Bet kādā rādiusā tas notiek un kas aizstāj vispārējo relativitātes teoriju, nav zināms. Nevar arī izslēgt, ka, ja melnā cauruma masa ļoti palielināsies, kaut kas mainīsies.
Pirmais jautājums, kam vajadzētu rasties: kur pazuda zvaigzne?Tā kā jebkuras daļiņas ar masu trajektorija varatrodoties tikai šajā stūrī, tas pārvietojas šādi (sarkanā krāsā - “High-Tech”) un trāpa centrā. Ja daļiņa ar masu neizbēgami nonāk centrā no jebkura punkta, tad visa masa, viss zvaigznes ķermenis tiks saspiests centrā.
Problēma ir tā, ka r un ct koordinātas ir piemērojamas tikai noteiktā apgabalā, un tālāk tās vairs nav piemērojamas.Iedomājieties, kas jums ir uz Zemes virsmasir meridiāni un paralēles, un ar viņu palīdzību jūs varat atrast jebkura objekta pozīciju. Bet virspusē ir ala, kas iet dziļāk, un uzdevums ir noteikt mušas stāvokli šajā alā. Garums un platums šim nolūkam vairs nav piemēroti, tagad jums jāievada jauns koordinātu režģis. Ir daži aizstājēji: es parādīju zīmējumu, izmantojot r un t, lai parādītu parādību, taču ir svarīgi, lai vairs nebūtu koordinātu r un t, bet ir dažas citas koordinātas, kas raksturo uzvedību melnā cauruma iekšienē. Tas nozīmē, ka tur laiks nav vērsts vertikāli, bet plūst virzienā uz asi, un to parāda šie stūri.
Lai iegūtu koordinātu režģi melnās cauruma kosmosa laikam, varat uzņemt statisku attēlu un atkārtot vienu pēc otra, "līmējot" viens otru.Izejošie stari ir zīmēti purpursarkanā krāsā, unsarkans - tie, kas ienāk iekšā. Vertikāls stars ir arī gaismas stars, horizonts. Šīs purpursarkanās līnijas ir sadalītas divās grupās. Tie, kas ir vērsti uz āru, nonāk bezgalībā, bet tie, kas ir vērsti uz iekšu, un iet uz r, kas vienāds ar 0. Šī parādība ir melnais caurums.
Kas notiek ar objektu, kad tas iekrīt melnajā caurumā
Iedomājieties, ka kāds objekts karājas virs melnās cauruma un tā pulkstenis tikšķ vai objekts lidoja uz melno caurumu un atgriezās, un arī tā pulkstenis tikšķēja.Pēc pulksteņa varu pateikt, cik daudz laika ir pagājiskatrs no šiem objektiem. Es vienkārši aprēķināšu līnijas garumu, ko viņš uzzīmēja šajā diagrammā, un dalīšu ar gaismas ātrumu. Tas, kurš karājās, vienā reizē kustas, un lidojošais citreiz skrien. Piemēram, vienam tas var aizņemt vairākas stundas, bet citam var paiet gadi. Kā filmā Starpzvaigžņu. Mēs redzam līdzīgu parādību uz Zemes, taču tā tik ļoti neliecina telpas laiku. Tas ir pamanāms globālās pozicionēšanas sistēmās: satelītu pulksteņi, kas piedalās globālajā pozicionēšanas sistēmā, rāda citu laiku. Ja es lidoju uz satelītu un atgriežos, mans pulkstenis rāda laiku, kas atšķiras no satelīta. Šī parādība tiek ņemta vērā, lai GPS darbotos.
Saskaņā ar novērotāja pulksteni, kurš karājas virs melnās bedres, paiet bezgalīgi ilgs laiks, kamēr viņš novēro objektu, kas iekrīt melnajā caurumā.Objekts, kas nekad neiekrīt melnajā caurumāšķērso notikumu horizontu. Viņš tuvojas arvien tuvāk, kā Ahillejs aiz bruņurupuča, bet var to aizsniegt. Saskaņā ar objekta pulksteni, pēdējais laiks paies. Kā to noteikt? Izmēriet pasaules līnijas garumu starp vienādām paralēlēm un meridiāniem. Jo garāks šis segments, jo tas ir izliektāks. Objekts lido, tā pulkstenī tikšķ laika intervāli - grafikā tās ir paralēles, kas pa pasaules līniju izvietotas ar vienādiem laika intervāliem Δt. Bet, kur atrodas novērotājs, laika intervāls palielinās, un, tuvojoties notikumu horizontam, laika intervāls pieaug bez ierobežojumiem. Brīdī, kad objekts šķērso melnā cauruma notikumu horizontu, iedomāts gaismas stars virzās vertikāli gar horizontu un nekad nešķērso šo līniju. Tāpēc novērotājs nekad neredzēs krustošanās brīdi, un no krītošā objekta viedokļa paiet ierobežots laika intervālu skaits. Šī parādība izskatās mistiska, bet, kad viņi saka, ka laiks plūst dažādos veidos. Tas nav gluži pareizi. Laiks nepalēninās, objekts nesāk kustēties lēnāk. Laiks tikšķēja un tikšķēja, vienkārši pēc mana pulksteņa tikšķ viens, bet pēc citu cilvēku pulksteņiem tikšķ kaut kas cits.
Starpzvaigžņu zvaigznājā ir brīdis, kad galvenais varonis iekrita melnajā bedrē.Cik saprotu viņš lidoja uz centru un nebijasaplēsa. Kamēr tas krīt, tas lidoja tuvu šai akrecijas matērijai, akrecijas diskam, kuru mēs redzam, un, kā es saprotu, tas izstaro cietā rentgena diapazonā. Filmas varonis tomēr saņēma šo starojumu un, iespējams, diezgan spēcīgu. Pirmkārt, viņš tika apstarots, otrkārt, no ārpusē esošo biedru viedokļa viņš lidoja bezgala ilgu laiku. Bet patiesībā tas ietilpst ierobežotā laikā. Un tad tas trāpīja centrā, nesadaloties. Filmas konsultants fiziķis Kips Torns balstās uz faktu, ka mēs nezinām, kas notiek zem notikumu horizonta, kas nozīmē, ka varētu būt jebkas, piemēram, piektās dimensijas pasaule.
Vai sadursējs varētu nārstot melno caurumu? Pretējais nav pierādīts!
2008. gadā daudzi dzirdēja par fiziķi Rosleru, kurš aktīvi mēģināja izslēgt lielo hadronu paātrinātāju.Viņš pat mēģināja iesūdzēt tiesā Vācijas valdību.Tas bija patiešām nopietns risks, jo viņš varēja uzvarēt tiesā, kas nozīmē, ka 10% no CERN budžeta varētu vienkārši pazust. Taču arī CERN novērsās no Roslera, un Maksa Planka institūta direktors reiz teica, ka to nedrīkst atstāt nejaušības ziņā un ar Rosleru ir jārunā. Turklāt šis zinātnieks ir kvalificēts, matemātiskais fiziķis. Viņam pat ir nelineārs atraktors, kas nes viņa vārdu. Kā pretargumentu pret LHC viņš minēja kādu smieklīgu faktu. Ka kosmiskajiem stariem ir lielāka enerģija nekā CERN. Tāpēc kaut kas nogāzīsies pāri Zemei vai varbūt izveidosies melnais caurums, bet tas lielā ātrumā izlido no planētas un kaut kur aizlido, tāpēc mēs to neredzam. Bet ne viss notiek masas centrā, tāpēc sadursmes gadījumā tur uz Zemes var palikt melnais caurums, tas tur sēdēs un pamazām mūs aprīs. Alberta Einšteina institūta direktors sapulcināja vairākus cilvēkus, arī mani, un mums nācās šo Rossleru “nožņaugt” un pārliecināt, ka viņš kļūdās. Tomēr viņš nevērsās tiesā.
Teorija paredz, ka šī melnā caurums, kas varētu izveidoties sadursmes rezultātā sadursmē, nekavējoties sadalīsies.Tā kā tas ir ļoti mikroskopisks, tas tā būsizstaro ļoti intensīvi saskaņā ar Hokingu un ātri sabruks. Rosslers teica, ka Hokings bija muļķis un nepareizi. Caurums tur sēdēs un ēdīs, cita lieta, ka tā bija maza, tāpēc var ēst tikai to, kas ir mazāks par viņu, bet tas arī aizņem kādu laiku. Vispirms tam vajadzētu ēst kaut ko mazu, tad lēnām augt, pēc tam lielāku utt. Un šī sarunu stratēģija patiešām šķita uzvaroša, it īpaši tiesā. Mēs neizslēdzam, ka melnais caurums joprojām veidojas, ka Hokings kļūdās un ka tas nesadalās. Mēs īsti neko eksperimentāli neesam pārbaudījuši. Tās visas ir tikai teorētiskas diskusijas.
Skatiet arī:
Tika izveidota pirmā precīzā pasaules karte. Kas vainas visiem pārējiem?
Elons Musks: mirs pirmie tūristi uz Marsu
Ķīnas kosmosa stacijas "Skylab" lieli gruži lido uz Zemi