Cum se comportă spațiul-timp lângă o stea
Pentru a înțelege ce este o gaură neagră, trebuie să
Un exemplu de spațiu omogen este vidul: un gol în care nu există particule.În ea, conform principiului lui Fermat, lumina ar trebui să se miște de-a lungul celei mai scurte căi.Dacă lumina călătorește într-un spațiu plat, adică într-un spațiu bidimensional și necurbat, cea mai scurtă cale esteDar se pare că, în prezența obiectelor gravitaționale, lumina nu se mișcă în linie dreaptă: razele de lumină sunt îndoite.Acest lucru se datorează faptului că corpurile gravitaționale curbează spațiul-timp.
În mecanica newtoniană, distanța în spațiu este măsurată separat, iar timpul este măsurat separat.De exemplu, pentru a determina traiectoria unei particule, a unui nucleu, a unei rachete sau a unui avion.Relativitatea restrânsă afirmă că nu există o modalitate separată de a măsura distanța și timpul, ci o singură modalitate de a măsura distanțele în spațiu-timp.Când vorbim despre continuumul spațiu-timp, vorbim despre spațiul cvadridimensional: trei coordonate plus o coordonată de timp.Dar nu este foarte clar cum să desenăm un spațiu-timp cvadridimensional pe o suprafață bidimensională.Știm că o poziție în spațiu poate fi determinată de trei coordonate: x, y, z sunt coordonate carteziene.Pe de altă parte, putem determina cu exactitate poziția unui punct în spațiu folosind coordonate sferice.Rezultatul este o jumătate de plan, deoarece r este întotdeauna mai mare decât 0, iar timpul poateUn punct în acest spațiu este această sferă.De exemplu, la momentul t0, dacă iau în considerare punctul r0 de pe această jumătate de plan, este doar o sferă de rază r0 luată în acest momentTimp T0.
Există o sferă cu raza r0,Și din orice punct al acestei sfere, sunt emise raze de lumină, intrând și ieșind.Adică, se obține o față de undă a luminii care merge spre interior - o sferă contractantă și se îndreaptă spre exterior - o sferă în expansiune. Dar imaginați-vă că la un moment dat spațiul este stratificat
La momentul t0, se ia o sferă de rază r0, de pe suprafața căreia emanăCele care merg în formă interioarăfronturile cu raza r0 sunt Δr, iar cele cu raza spre exterior sunt r0 Δr.Înclinația acestor linii față de axa verticală este de 45 de grade, deoarece viteza de propagare este egală cu viteza luminii.
Dacă avem de-a face cu o particulă carenu se propagă cu viteza luminii, atunci nu se poate mișca cu o viteză mai mare decât viteza luminii și, în consecință, se poate deplasa în orice direcție în acest unghi.
.Dacă desenăm raze imaginare de lumină folosind diagrama noastră, obținem o grilă imaginară.Imaginați-vă că în loc de lumină am ales alte particule care aumasă, atunci ar exista ambiguitate în grila de coordonate: particulele potCare sunt beneficiile luminii?în direcție: fie spre exterior, fie spre interior, după care grila este fixată fără ambiguitate.
Cum modifică prezența unei stele radiațiile?Să ne imaginăm că există o stea cu raza corpului corpului.toate razele până la Rtel, pentru că există ceva substanță în interiorul ei.La un moment dat - de exemplu, t = 0 - steaua arată caDacă te uiți la toate momentele din timp, obții o dungă.Acum imaginați-vă ce se va întâmpla cu razele de lumină în prezența unui corp gravitațional.Razele de lumină sunt desenate în roșu, așa cum ar fi arătat în absența stelei.Și violetul este razele de lumină în prezența unui corp gravitațional.Din considerații generale, se pot trage mai multe concluzii: un corp gravitațional distorsioneazăRazele de lumină și acele raze care sunt mai aproape de stea sunt mai distorsionate decât cele care sunt mai departe.Prin urmare, departe de stele, razele violete sunt practic indistinguizabile deRoșu.
Imaginați-vă că masa corpului va începe să se schimbe, iar raza va fi fixată.Masa va crește și cu cât este mai mare, cu atât mai puternicăcorpul va influența razele. La un moment dat masa va crește atât de mult încât va avea loc următorul fenomen. La un moment dat, un colț va fi pe fund, adică pur și simplu vertical. Am luat punctul de emisie a razelor violete nu la raza orizontului, ci ușor în interior, deci fasciculul nu merge pe verticală, ci este distorsionat.
În prezent, nu există limite pentru creșterea masei unei găuri negre. Cel puțin nu știm.Poate că ideea este că oricareo teorie a științelor naturii are limite de aplicabilitate, ceea ce înseamnă că, în special, teoria relativității își pierde aplicabilitatea undeva în interiorul unei găuri negre. Relativitatea generală își pierde aplicabilitatea foarte aproape de regiunea în care este concentrată aproape toată masa găurii negre. Dar pe ce rază se întâmplă acest lucru și ce înlocuiește teoria generală a relativității este necunoscut. De asemenea, nu se poate exclude faptul că dacă masa găurii negre crește foarte mult, ceva se va schimba.
Prima întrebare care ar trebui să apară este: unde a mers steaua?Deoarece traiectoria oricărei particule cu masă poatefie doar în interiorul acestui colț, se mișcă așa (culoarea roșie - „High-Tech”) și lovește centrul. Dacă o particulă cu masă lovește inevitabil centrul din orice punct, atunci întreaga masă, întregul corp al stelei, va fi comprimată în centru.
Problema este că coordonatele r și ct sunt aplicabile doar într-o anumită zonă, iar dincolo de aceasta nu mai sunt aplicabile.Imaginați-vă ce aveți pe suprafața Pământuluiexistă meridiane și paralele, iar cu ajutorul lor puteți găsi poziția oricărui obiect. Dar la suprafață există o peșteră care merge mai adânc, iar sarcina este de a determina poziția mustei în această peșteră. Longitudinea și latitudinea nu mai sunt potrivite pentru acest lucru, acum trebuie să introduceți o nouă grilă de coordonate. Există o anumită substituție: am desenat o imagine folosind r și t pentru a arăta fenomenul, dar este important să nu mai existe coordonatele r și t, dar există și alte coordonate care descriu comportamentul în interiorul găurii negre. Aceasta înseamnă că timpul nu este direcționat vertical, ci curge spre axă, iar acest lucru este arătat de aceste colțuri.
Pentru a obține o grilă de coordonate pentru spațiul-timp al unei găuri negre, puteți face o fotografie statică și puteți repeta una după alta, „lipindu-vă” una de cealaltă.Razele de ieșire sunt desenate în violet șiroșu - cei care intră înăuntru. O rază verticală este și o rază de lumină, orizontul. Aceste linii violet sunt împărțite în două grupuri. Cele care sunt îndreptate spre exterior merg la infinit, iar cele care sunt îndreptate spre interior și merg la r egal cu 0. Acest fenomen este o gaură neagră.
Ce se întâmplă cu un obiect când cade într-o gaură neagră
Imaginați-vă că un obiect atârnă deasupra unei găuri negre și ceasul său ticăie sau obiectul a zburat spre gaura neagră și s-a întors, iar ceasul său bătea și el.Pot să spun cât timp a trecut pe lângă ceasfiecare dintre aceste obiecte. Voi calcula doar lungimea liniei pe care a desenat-o pe această diagramă și voi împărți la viteza luminii. Cel care era agățat se mișcă la un moment dat, iar cel zburător se mișcă la un alt moment. De exemplu, pentru unul poate dura câteva ore, în timp ce pentru altul poate dura ani. Ca în filmul Interstellar. Vedem un fenomen similar pe Pământ, dar nu îndoaie spațiu-timp atât de mult. Acest lucru este vizibil în sistemele de poziționare globală: ceasurile de pe sateliții care participă la sistemul de poziționare globală arată o oră diferită. Dacă zbor la un satelit și mă întorc, ceasul meu afișează o oră diferită de cea a satelitului. Acest fenomen este luat în considerare pentru ca GPS-ul să funcționeze.
Potrivit ceasului unui observator care atârnă deasupra unei găuri negre, trece un timp infinit de lung în timp ce observă un obiect care cade într-o gaură neagră.Un obiect care cade într-o gaură neagră niciodatătraversează orizontul evenimentelor. Se apropie din ce în ce mai mult, ca Ahile în spatele țestoasei, dar poate ajunge la ea. Conform ceasului obiectului, timpul final va trece. Cum să determin asta? Măsurați lungimea liniei mondiale dintre paralele și meridiane egale. Cu cât acest segment este mai lung, cu atât este mai curbat. Obiectul zboară, intervalele de timp ticăie pe ceasul său - pe grafic acestea sunt paralele care sunt distanțate de-a lungul liniei lumii cu intervale de timp egale Δt. Dar acolo unde se află observatorul, intervalul de timp crește, iar pe măsură ce cineva se apropie de orizontul evenimentelor, intervalul de timp crește fără limită. În momentul în care un obiect traversează orizontul de evenimente al unei găuri negre, o rază imaginară de lumină călătorește vertical de-a lungul orizontului și nu traversează niciodată această linie. Prin urmare, observatorul nu va vedea niciodată momentul intersecției, iar din punctul de vedere al obiectului care cade, trec un număr finit de intervale de timp. Acest fenomen pare mistic, dar când se spune că timpul curge în moduri diferite. Acest lucru nu este în întregime corect. Timpul nu încetinește, obiectul nu începe să se miște mai încet. Timpul ticăie și ticăie, doar că, conform ceasului meu, un lucru ticăie, iar după ceasurile altora, altceva ticăie.
În Interstellar, există un moment în care personajul principal a căzut într-o gaură neagră.Din câte am înțeles, a zburat spre centru și nu a fostsfâşiat. În timp ce cădea, a zburat aproape de această materie de acreție, discul de acreție, pe care îl vedem și, după cum am înțeles, emite în intervalul dur de raze X. Eroul filmului a primit totuși această radiație și probabil destul de puternică. În primul rând, a fost iradiat, iar în al doilea rând, din punctul de vedere al camarazilor săi care se aflau afară, a zburat pentru o perioadă infinită de timp. Dar, în realitate, se încadrează într-un timp finit. Și apoi a lovit centrul fără a fi rupt. Consultantul filmului, fizicianul Kip Thorne, pleacă de la faptul că nu știm ce se întâmplă sub orizontul evenimentelor, ceea ce înseamnă că ar putea exista orice, de exemplu, o lume a cincea dimensiune.
Un colizor ar putea genera o gaură neagră? Nu s-a dovedit contrariul!
În 2008, mulți au auzit de fizicianul Rossler, care încerca activ să oprească Marele Colizor de Hadroni.A încercat chiar să dea în judecată guvernul german.Acesta a fost un risc cu adevărat serios, pentru că ar putea câștiga în instanță, ceea ce înseamnă că 10% din bugetul CERN ar putea dispărea pur și simplu. Dar și CERN s-a întors de la Rosler, iar directorul Institutului Max Planck a spus odată că acest lucru nu trebuie lăsat la voia întâmplării și că este necesar să discutăm cu Rosler. Mai mult, acest om de știință este unul calificat, un fizician matematic. Are chiar și un atractor neliniar care îi poartă numele. El a citat un fapt amuzant ca contraargument împotriva LHC. Că razele cosmice au energii mai mari decât la CERN. Prin urmare, ceva se va prăbuși peste Pământ, sau poate se va forma o gaură neagră, dar zboară din planetă cu o viteză mare și zboară undeva, așa că nu o vedem. Dar nu totul se întâmplă în centrul de masă, așa că în cazul unei coliziuni, o gaură neagră poate rămâne acolo pe Pământ, ea va sta acolo și, încetul cu încetul, ne va devora. Directorul Institutului Albert Einstein a adunat mai multe persoane, inclusiv pe mine, și a trebuit să-l „strângem” pe acest Rossler și să-l convingem că a greșit. Cu toate acestea, nu a mers în instanță.
Teoria prezice că această gaură neagră, care s-ar putea forma ca urmare a unei coliziuni în colizor, se va dezintegra imediat.Deoarece este foarte microscopic, va fiemit foarte intens conform lui Hawking și se va degrada rapid. Rossler a spus că Hawking a fost un prost și greșit. Gaura va sta acolo și va mânca, un alt lucru este că era mică, așa că poate mânca doar ceea ce este mai mic decât ea, dar și asta durează ceva timp. Mai întâi ar trebui să mănânce ceva mic, apoi să crească încet, apoi mai mare și așa mai departe. Și această strategie de conversație chiar părea să fie câștigătoare, mai ales în instanță. Nu excludem ca o gaura neagra sa se mai formeze, ca Hawking sa greseasca si sa nu se degradeze. Nu am testat nimic experimental. Toate acestea sunt doar discuții teoretice.
Vezi și:
A fost creată prima hartă exactă a lumii. Ce este în neregulă cu toți ceilalți?
Elon Musk: primii turiști pe Marte vor muri
Resturi mari ale stației spațiale chineze „Skylab” zboară spre Pământ