Како се простор-време понаша поред звезде
Да бисте разумели шта је црна рупа, потребно вам је
Пример хомогеног простора је вакуум: празнина у којој нема честица.Светлост у њој, према Фермаовом принципу, мора да се крећенајкраћим путем. Ако се светлост креће у равном простору, односно дводимензионално и незакривљено, најкраћи пут ће бити права линија. Али испоставља се да се у присуству гравитирајућих објеката светлост не креће праволинијски: зраци светлости су савијени. То је због чињенице да гравитирајућа тела савијају простор-време.
У Њутновој механици раздаљина у свемиру мери се одвојено, а време се мери посебно.Зашто нам је ово потребно?Да, на пример, одреди путању лета честице, језгра, ракете или авиона. Специјална теорија релативности наводи да не постоји посебан начин мерења удаљености и времена, али постоји један начин мерења удаљености у простор-времену. Када говоримо о просторно-временском континууму, говоримо о четвородимензионалном простору: три координате плус временска координата. Али није баш јасно како нацртати четвородимензионални простор-време на дводимензионалној површини. Знамо да се положај у простору може одредити са три координате: к, и, з су картезијанске координате. С друге стране, можемо тачно одредити положај тачке у простору помоћу сферних координата. Стога се могу користити само р координата и временска координата. Резултат је полураван, јер је р увек веће од 0, а време може бити од минус до плус бесконачно. Тачка у овом простору је ова сфера. На пример, у тренутку т0, ако узмем у обзир тачку р0 на овој полуравни, онда је то једноставно нека врста сфере полупречника р0, узета у тренутку т0.
Постоји сфера полупречника р0,и из било које тачке ове сфере емитују се зраци светлости, улазе и излазе.Односно, добија се таласни фронт светлости који иде према унутра - контракциона сфера, а одлазећи напоље - сфера која се шири. Али замислите да је простор у сваком тренутку раслојен
као лук.У тренутку т0 узима се сфера полупречника р0 са чије површине излазе зраци. Они који иду ка унутра формирају фронт полупречника р0 - Δр, а они који иду ка споља формирају фронт полупречника р0 + Δр. Нагиб ових линија у односу на вертикалну осу је 45 степени јер је брзина простирања једнака брзини светлости.
Ако имамо посла са честицом којасе не шири брзином светлости, тада се не може кретати брзином већом од брзине светлости и, сходно томе, може се кретати у било ком смеру унутар овог угла.
.Ако помоћу нашег дијаграма нацртамо замишљене зраке светлости, добићемо замишљену мрежу.Ова слика јасно показује зашто сам изабрао зракеСвета. Замислите да бих уместо светлости изабрао неке друге честице које имају масу, тада би се у координатној мрежи појавила нејасноћа: честице се могу кретати било којом брзином. Које су предности светлости? Зато што постоји двосмислен избор у правцу: или споља или унутра, а након тога је мрежа недвосмислено фиксирана.
Како присуство звезде мења зрачење?Замислимо да постоји звезда саполупречник тела р. То значи да испуњава све полупречнике до тела, јер унутра има неке супстанце. У датом тренутку - на пример, т = 0 - звезда изгледа једноставно као сегмент. Ако узмете у обзир све тачке у времену, добићете траку. Сада замислимо шта ће се десити са зрацима светлости у присуству гравитирајућег тела. Зраци светлости су нацртани црвеном бојом како би изгледали у одсуству звезде. И љубичаста - зраци светлости у присуству гравитирајућег тела. Из општих разматрања може се извући неколико закључака: тело које гравитира искривљује светлосне зраке, а они зраци који су ближе звезди изобличавају се јаче од оних који су удаљенији. Стога, далеко од звезде, љубичасти зраци се практично не разликују од црвених.
Замислите да ће маса тела почети да се мења, а радијус ће бити фиксиран.Маса ће расти, а што је већа, то је јачатело ће утицати на зраке. У неком тренутку маса ће се толико повећати да ће се десити следећи феномен. У неком тренутку, неки угао ће му бити на задњици, односно једноставно окомито. Тачку емисије љубичастих зрака узео сам не на радијусу хоризонта, већ мало унутра, тако да сноп не иде вертикално, већ је изобличен.
У овом тренутку не постоје ограничења за повећање масе црне рупе. Бар не знамо.Можда је поента да било којитеорија природних наука има границе применљивости, што значи да, посебно, теорија релативности губи своју применљивост негде унутар црне рупе. Општа теорија релативности губи своју применљивост веома близу области где је концентрисана скоро сва маса црне рупе. Али на ком радијусу се то дешава и шта замењује општу теорију релативности је непознато. Такође се не може искључити да ће се нешто променити ако се маса црне рупе веома повећа.
Прво питање које би требало да се појави је: где је нестала звезда?Пошто трајекторија било које честице са масом можебуде само унутар овог угла, креће се овако (црвена боја - “Хигх-Тецх”) и удара у центар. Ако честица са масом неизбежно удари у центар из било које тачке, онда ће се цела маса, цело тело звезде, стиснути у центар.
Проблем је у томе што су р и цт координате применљиве само на одређеном подручју, а даље од тога више нису примењиве.Замислите шта имате на површини Земљепостоје меридијани и паралеле и уз њихову помоћ можете пронаћи положај било ког предмета. Али на површини постоји пећина која иде дубље, а задатак је да се одреди положај муве у овој пећини. Географска дужина и ширина више нису погодни за ово, сада треба да унесете нову координатну мрежу. Постоји извесна замена: Нацртао сам слику користећи р и т како бих приказао феномен, али важно је да више не постоје координате р и т, али постоје неке друге координате које описују понашање унутар црне рупе. То значи да тамо време није усмерено вертикално, већ тече према оси, а то показују ови углови.
Да бисте добили координатну мрежу за простор-време црне рупе, можете да направите статичну слику и поновите једну за другом, „лепећи“ једну за другу.Одлазни зраци су нацртани љубичастом бојом ицрвени - они који улазе унутра. Вертикални зрак је такође зрак светлости, хоризонт. Ове љубичасте линије су подељене у две групе. Они који су усмерени ка споља иду у бесконачност, а они који су усмерени ка унутра и иду ка р једнаком 0. Ова појава је црна рупа.
Шта се дешава са објектом када падне у црну рупу
Замислите да објекат виси изнад црне рупе, а његов сат откуцава или је предмет одлетео до црне рупе и вратио се, а његов сат је такође откуцавао.Могу рећи колико је времена прошло по сатусваки од ових објеката. Само ћу израчунати дужину линије коју је нацртао на овом дијаграму и поделити са брзином светлости. Онај што је висио једном се креће, а летећи у друго време. На пример, једном може потрајати неколико сати, док другом може потрајати годинама. Као у филму Интерстеллар. Видимо сличну појаву на Земљи, али она не савија толико простор-време. Ово је приметно у глобалним системима позиционирања: сатови на сателитима који учествују у глобалном систему позиционирања показују другачије време. Ако одлетим до сателита и вратим се, мој сат приказује другачије време од сателита. Ова појава се узима у обзир да би ГПС радио.
Према стражи посматрача који виси над црном рупом, пролази бескрајно дуго док он посматра предмет који пада у црну рупу.Предмет који пада у црну рупу никадапрелази хоризонт догађаја. Он је све ближе и ближе, као Ахил иза корњаче, али може да дохвати. Према сату објекта, коначно време ће проћи. Како то утврдити? Измерите дужину светске линије између једнаких паралела и меридијана. Што је дужи овај сегмент, то је закривљенији. Објекат лети, на његовом сату откуцавају временски интервали - на графикону су то паралеле које су распоређене дуж светске линије за једнаке временске интервале Δт. Али тамо где је посматрач, временски интервал расте, а како се неко приближава хоризонту догађаја, временски интервал расте неограничено. У тренутку када објекат пређе хоризонт догађаја црне рупе, замишљени зрак светлости путује вертикално дуж хоризонта и никада не прелази ову линију. Дакле, посматрач никада неће видети тренутак пресека, а са тачке гледишта падајућег објекта пролази коначан број временских интервала. Овај феномен изгледа мистично, али када кажу да време тече на различите начине. Ово није сасвим тачно. Време не успорава, објекат не почиње да се креће спорије. Време је откуцавало и откуцавало, само по мом сату једно откуцава, а по туђим сатовима нешто друго откуцава.
У Интерстеллару постоји тренутак када је главни лик упао у црну рупу.Колико сам разумео, долетео је у центар и нијерастргао. Док је падао, летео је близу ове акреционе материје, акреционог диска, који ми видимо, и како разумем, емитује у тврдом рендгенском опсегу. Јунак филма је ипак примио ово зрачење, и вероватно прилично јако. Прво, био је озрачен, а друго, из угла својих другова који су били напољу, летио је бескрајно дуго. Али у стварности то спада у ограничено време. А онда је погодио центар, а да се није распарчао. Консултант филма, физичар Кип Торн, полази од чињенице да не знамо шта се дешава испод хоризонта догађаја, што значи да би могло бити било чега, на пример, петодимензионални свет.
Да ли би сударач могао да изнедри црну рупу? Супротно није доказано!
2008. године многи су чули за физичара Росслера, који је активно покушавао да угаси Велики хадронски сударач.Чак је покушао да тужи немачку владу.Ово је био заиста озбиљан ризик, јер је могао да победи на суду, што значи да би 10% буџета ЦЕРН-а могло једноставно нестати. Али и ЦЕРН се окренуо од Рослера, а директор Института Макс Планк је својевремено рекао да то не треба препустити случају и да је потребно разговарати са Рослером. Штавише, овај научник је квалификован, математички физичар. Чак има и нелинеарни атрактор који носи његово име. Он је навео смешну чињеницу као контрааргумент против ЛХЦ-а. Да космички зраци имају већу енергију него у ЦЕРН-у. Дакле, нешто ће се срушити преко Земље и можда ће се створити црна рупа, али она великом брзином излети са планете и одлете негде, па је не видимо. Али не дешава се све у центру масе, па у случају судара црна рупа може остати тамо на Земљи, она ће седети тамо и мало по мало нас прождирати. Директор Института Алберт Ајнштајн окупио је неколико људи, укључујући и мене, и морали смо да „задавимо” овог Рослера и да га убедимо да је погрешио. Међутим, није отишао на суд.
Теорија предвиђа да ће се ова црна рупа, која би могла настати као резултат судара у сударачу, одмах распасти.Пошто је веома микроскопски, хоћеемитују веома интензивно према Хокингу и брзо ће се распасти. Рослер је рекао да је Хокинг био будала и да је погрешио. Рупа ће седети тамо и јести, друга ствар је што је била мала, па може да једе само оно што је мање од ње, али и за то треба времена. Прво треба да поједе нешто мало, па полако да расте, па све веће и тако даље. И чинило се да је ова стратегија разговора заиста била победничка, посебно на суду. Не искључујемо да се црна рупа ипак формира, да Хокинг греши и да се не распада. Нисмо баш ништа експериментално тестирали. Ово су све само теоријске расправе.
Погледајте и:
Створена је прва тачна мапа света. Шта није у реду са свима осталима?
Елон Муск: први туристи на Марс ће умрети
Велики остаци кинеске свемирске станице „Скилаб“ лете на Земљу