Hvordan romtid oppfører seg ved siden av en stjerne
For å forstå hva et sort hull er, trenger du
Et eksempel på et homogent rom er et vakuum: et tomrom der det ikke er partikler.Lyset i den, i henhold til Fermats prinsipp, må bevege seglangs den korteste veien. Hvis lys beveger seg i flatt rom, det vil si todimensjonalt og ukrummet, vil den korteste veien være en rett linje. Men det viser seg at i nærvær av graviterende objekter, beveger lyset seg ikke i en rett linje: lysstrålene er bøyd. Dette skyldes det faktum at graviterende kropper bøyer rom-tid.
I Newtons mekanikk måles avstand i rommet separat og tid måles separat.Hvorfor trenger vi dette?For å for eksempel bestemme flyveien til en partikkel, kjerne, rakett eller fly. Den spesielle relativitetsteorien sier at det ikke er noen egen måte å måle avstand og tid på, men det er en enkelt måte å måle avstander i rom-tid. Når vi snakker om rom-tidskontinuumet, snakker vi om firedimensjonalt rom: tre koordinater pluss en tidskoordinat. Men det er ikke veldig klart hvordan man tegner firedimensjonal romtid på en todimensjonal overflate. Vi vet at posisjon i rommet kan bestemmes av tre koordinater: x, y, z er kartesiske koordinater. På den annen side kan vi nøyaktig bestemme posisjonen til et punkt i rommet ved hjelp av sfæriske koordinater. Derfor kan bare r-koordinaten og tidskoordinaten brukes. Resultatet er et halvplan, fordi r alltid er større enn 0, og tiden kan være fra minus til pluss uendelig. Et poeng i dette rommet er denne sfæren. For eksempel, på tidspunktet t0, hvis jeg vurderer et punkt r0 på dette halvplanet, så er det ganske enkelt en slags sfære med radius r0, tatt på tidspunktet t0.
Det er en sfære med radius r0,og fra ethvert punkt i denne sfæren sendes det ut lysstråler som går inn og ut.Det vil si at en bølgefront av lys oppnås som går innover - en kontraherende sfære, og går utover - en ekspanderende sfære. Men forestill deg at rommet til enhver tid er lagdelt
som en løk.På tidspunktet t0 tas en kule med radius r0, fra overflaten som stråler kommer ut. De som går innover danner en front med radius r0 - Δr, og de som går utover danner en front med radius r0 + Δr. Helningen til disse linjene i forhold til den vertikale aksen er 45 grader fordi forplantningshastigheten er lik lysets hastighet.
Hvis vi har å gjøre med en partikkel somikke formerer seg med lysets hastighet, da kan den ikke bevege seg med en hastighet som er større enn lysets hastighet, og kan følgelig bevege seg i hvilken som helst retning innenfor denne vinkelen.
.Hvis vi tegner imaginære lysstråler ved hjelp av diagrammet vårt, får vi et imaginært rutenett.Dette bildet gjør det klart hvorfor jeg valgte strålerSveta. Tenk deg at jeg i stedet for lys ville velge noen andre partikler som har masse, så vil det dukke opp en tvetydighet i koordinatnettet: partikler kan bevege seg i hvilken som helst hastighet. Hva er fordelene med lys? Fordi det er et tvetydig valg i retningen: enten utover eller innover, og etter det er rutenettet entydig fast.
Hvordan endrer tilstedeværelsen av en stjerne stråling?La oss forestille oss at det er en stjerne medradius av kroppen rbody. Dette betyr at den fyller alle radier opp til rbody, fordi det er noe stoff inni der. På et gitt tidspunkt - for eksempel t = 0 - ser stjernen rett og slett ut som et segment. Hvis du vurderer alle punkter i tid, får du en stripe. La oss nå forestille oss hva som vil skje med lysstråler i nærvær av en graviterende kropp. Lysstrålene er tegnet i rødt slik de ville sett ut i fravær av stjernen. Og fiolett - lysstråler i nærvær av en graviterende kropp. Fra generelle betraktninger kan det trekkes flere konklusjoner: et graviterende legeme forvrenger lysstrålene, og de strålene som er nærmere stjernen forvrenges sterkere enn de som er lenger unna. Derfor, langt fra stjernen, er fiolette stråler praktisk talt ikke forskjellige fra røde.
Tenk deg at massen til kroppen vil begynne å endre seg, og radiusen vil bli fikset.Massen vil vokse, og jo større den er, jo sterkerekroppen vil påvirke strålene. På et tidspunkt vil massen øke så mye at følgende fenomen vil oppstå. På et tidspunkt vil et hjørne være på baken, det vil si rett og slett vertikalt. Jeg tok punktet for utslipp av fiolette stråler ikke ved horisontens radius, men litt inne, så strålen går ikke vertikalt, men er forvrengt.
For øyeblikket er det ingen grenser for økningen i massen til et sort hull. Vi vet i hvert fall ikke.Poenget er kanskje at evten naturvitenskapelig teori har grenser for anvendelighet, noe som betyr at spesielt relativitetsteorien mister sin anvendelighet et sted inne i et svart hull. Generell relativitetsteori mister sin anvendelighet veldig nært området der nesten hele det sorte hullets masse er konsentrert. Men i hvilken radius dette skjer og hva som erstatter den generelle relativitetsteorien er ukjent. Det kan heller ikke utelukkes at hvis massen til det sorte hullet øker veldig mye, vil noe endre seg.
Det første spørsmålet som skulle oppstå: hvor gikk stjernen?Siden banen til enhver partikkel med masse kanvære bare innenfor dette hjørnet, beveger den seg slik (rød farge - "High-Tech") og treffer midten. Hvis en partikkel med masse uunngåelig treffer sentrum fra et hvilket som helst punkt, vil hele massen, hele stjernekroppen, bli komprimert inn i sentrum.
Problemet er at r- og ct-koordinatene kun gjelder i et bestemt område, og utover det er de ikke lenger anvendelige.Tenk deg hva du har på jordens overflatedet er meridianer og paralleller, og med deres hjelp kan du finne posisjonen til ethvert objekt. Men på overflaten er det en hule som går dypere, og oppgaven er å bestemme fluens posisjon i denne hulen. Lengdegrad og breddegrad er ikke lenger egnet for dette, nå må du angi et nytt koordinatnett. Det er noen erstatninger: Jeg tegnet et bilde ved hjelp av r og t for å vise fenomenet, men det er viktig at det ikke lenger er koordinatene r og t, men det er noen andre koordinater som beskriver atferden inne i det svarte hullet. Dette betyr at tiden ikke er rettet vertikalt, men flyter mot aksen, og dette vises av disse hjørnene.
For å få et koordinatgitter for et svart hulls tid, kan du ta et statisk bilde og gjenta det ene etter det andre og "limme" det ene til det andre.De utgående strålene er tegnet i lilla, ogrød - de som kommer inn. En vertikal stråle er også en lysstråle, horisonten. Disse lilla linjene er delt inn i to grupper. De som er rettet utover går til det uendelige, og de som er rettet innover og går til r lik 0. Dette fenomenet er et sort hull.
Hva skjer med et objekt når det faller ned i et svart hull
Tenk deg at et objekt henger over et svart hull, og klokken tikker, eller at objektet fløy til det svarte hullet og kom tilbake, og klokken tikket også.Jeg kan fortelle hvor mye tid som har gått av klokkenhver av disse objektene. Jeg skal bare beregne lengden på linjen han tegnet på dette diagrammet og dele på lysets hastighet. Den som ble hengende beveger seg på et tidspunkt, og den flygende løper på et annet tidspunkt. For en kan det for eksempel ta flere timer, mens for en annen kan det ta år. Som i filmen Interstellar. Vi ser et lignende fenomen på jorden, men det bøyer ikke romtiden så mye. Dette er merkbart i globale posisjoneringssystemer: klokkene på satellitter som deltar i det globale posisjoneringssystemet viser en annen tid. Hvis jeg flyr til en satellitt og kommer tilbake, viser klokken en annen tid enn satellitten. Dette fenomenet er tatt i betraktning for at GPS skal fungere.
Ifølge klokken til en observatør som henger over et svart hull, går det uendelig lang tid mens han observerer en gjenstand som faller ned i et svart hull.En gjenstand som faller i et sort hull aldrikrysser hendelseshorisonten. Han kommer nærmere og nærmere, som Akilles bak skilpadden, men han kan nå den. I følge objektets klokke vil det gå en begrenset tid. Hvordan bestemme dette? Mål lengden på verdenslinjen mellom like paralleller og meridianer. Jo lengre dette segmentet er, jo mer buet er det. Objektet flyr, tidsintervaller tikker på klokken - på grafen er dette paralleller som er fordelt langs verdenslinjen med like tidsintervaller Δt. Men der observatøren er, vokser tidsintervallet, og når man nærmer seg hendelseshorisonten, vokser tidsintervallet ubegrenset. I det øyeblikket et objekt krysser hendelseshorisonten til et sort hull, beveger en tenkt lysstråle vertikalt langs horisonten og krysser aldri denne linjen. Derfor vil observatøren aldri se skjæringsøyeblikket, og fra det fallende objektets synspunkt passerer et begrenset antall tidsintervaller. Dette fenomenet ser mystisk ut, men når de sier at tiden flyter på forskjellige måter. Dette er ikke helt riktig. Tiden bremser ikke, objektet begynner ikke å bevege seg saktere. Tiden tikker og tikker, det er bare at i følge klokken min er det en ting som tikker, og i følge andres klokker er det noe annet som tikker.
I Interstellar er det et øyeblikk da hovedpersonen falt i et svart hull.Slik jeg forstår det fløy han til sentrum og var det ikkerev. Mens den falt, fløy den nær denne akkresjonssaken, akkresjonsskiven, som vi ser, og slik jeg forstår det sender den ut i det harde røntgenområdet. Filmens helt mottok likevel denne strålingen, og sannsynligvis ganske sterk. For det første ble han bestrålet, og for det andre, fra synspunktet til kameratene som var utenfor, fløy han i uendelig lang tid. Men i virkeligheten faller det innenfor en begrenset tid. Og så traff den midten uten å bli revet i stykker. Filmens konsulent, fysiker Kip Thorne, tar utgangspunkt i at vi ikke vet hva som skjer under hendelseshorisonten, noe som betyr at det kan være hva som helst, for eksempel en femtedimensjonal verden.
Kan en kollider gyte et svart hull? Det motsatte er ikke bevist!
I 2008 hørte mange om fysikeren Rossler, som aktivt prøvde å stenge Large Hadron Collider.Han prøvde til og med å saksøke den tyske regjeringen.Dette var en virkelig alvorlig risiko, fordi han kunne vinne i retten, noe som betyr at 10 % av CERNs budsjett rett og slett kan forsvinne. Men CERN vendte seg også bort fra Rosler, og direktøren for Max Planck Institute sa en gang at dette ikke skulle overlates til tilfeldighetene og at det var nødvendig å snakke med Rosler. Dessuten er denne forskeren en kvalifisert en, en matematisk fysiker. Han har til og med en ikke-lineær attraktor som bærer navnet hans. Han siterte et morsomt faktum som et motargument mot LHC. At kosmiske stråler har høyere energier enn ved CERN. Derfor vil noe krasje over jorden, eller kanskje et sort hull vil dannes, men det flyr ut av planeten i stor hastighet og flyr bort et sted, så vi ser det ikke. Men ikke alt skjer i massesenteret, så i tilfelle en kollisjon kan et sort hull forbli der på jorden, det vil sitte der og sakte sluke oss. Direktøren for Albert Einstein Institute samlet flere mennesker, inkludert meg, og vi måtte "kvele" denne Rossler og overbevise ham om at han tok feil. Han gikk imidlertid ikke til retten.
Teorien forutsier at dette svarte hullet, som kan dannes som et resultat av en kollisjon i kollideren, umiddelbart vil gå i oppløsning.Siden det er veldig mikroskopisk, vil detavgir veldig intenst ifølge Hawking og vil forfalle raskt. Rossler sa at Hawking var en tosk og tok feil. Hullet vil sitte der og spise, en annen ting er at det var lite, så det kan bare spise det som er mindre enn det, men dette tar også litt tid. Den skal først spise noe lite, så vokse sakte, så større, og så videre. Og denne samtalestrategien så virkelig ut til å vinne, spesielt i retten. Vi utelukker ikke at det fortsatt dannes et sort hull, at Hawking tar feil og at det ikke forfaller. Vi har egentlig ikke testet noe eksperimentelt. Alt dette er bare teoretiske diskusjoner.
Se også:
Det første nøyaktige kartet over verden ble opprettet. Hva er galt med alle andre?
Elon Musk: de første turistene til Mars vil dø
Store rusk fra den kinesiske romstasjonen "Skylab" flyr til jorden