Uzay-zaman bir yıldızın yanında nasıl davranır
Kara deliğin ne olduğunu anlamak için yapmanız gerekenler
Homojen bir boşluğa örnek olarak vakum verilebilir: İçinde parçacık bulunmayan bir boşluk.İçinde, Fermat'ın ilkesine göre, ışık en kısa yol boyunca hareket etmelidir.Işık düz bir uzayda, yani iki boyutlu ve eğri olmayan bir uzayda hareket ediyorsa, en kısa yolAncak, yerçekimi nesnelerinin varlığında ışığın düz bir çizgide hareket etmediği ortaya çıktı: ışık ışınları büküldü.Bunun nedeni, yerçekimi cisimlerinin uzay-zamanı eğriltmesidir.
Newton mekaniğinde uzayda mesafe ayrı ayrı ölçülür ve zaman ayrı ayrı ölçülür.Örneğin, bir parçacığın, bir çekirdeğin, bir roketin veya bir uçağın yörüngesini belirlemek için.Özel görelilik, mesafeyi ve zamanı ölçmenin ayrı bir yolu olmadığını, ancak uzay-zamandaki mesafeleri ölçmenin tek bir yolu olduğunu belirtir.Uzay-zaman sürekliliği hakkında konuştuğumuzda, dört boyutlu uzaydan bahsediyoruz: üç koordinat artı bir zaman koordinatı.Ancak iki boyutlu bir yüzey üzerinde dört boyutlu bir uzay-zamanın nasıl çizileceği çok net değil.Uzayda bir konumun üç koordinatla belirlenebileceğini biliyoruz: x, y, z Kartezyen koordinatlardır.Öte yandan, küresel koordinatları kullanarak uzayda bir noktanın konumunu doğru bir şekilde belirleyebiliriz.Sonuç bir yarım düzlemdir, çünkü r her zaman 0'dan büyüktür ve zamanBu uzaydaki bir nokta bu küredir.Örneğin, t0 zamanında, bu yarı düzlemde r0 noktasını düşünürsem, bu sadece r0 yarıçaplı bir küredirZaman t0.
R yarıçaplı bir küre var0,ve bu kürenin herhangi bir noktasından içeri girip çıkan ışık ışınları yayılır.Yani, içeri doğru giden bir ışık dalgası önü elde edilir - daralan bir küre ve dışarıya doğru - genişleyen bir küre. Ancak herhangi bir anda mekanın katmanlaştığını hayal edin.
soğan gibi.t0 zamanında, yüzeyinden ışınların çıktığı r0 yarıçaplı bir küre alınıyor. İçeri doğru gidenler r0 - Δr yarıçaplı bir cephe oluştururken, dışarı doğru gidenler r0 + Δr yarıçaplı bir cephe oluşturur. Yayılma hızı ışık hızına eşit olduğundan bu çizgilerin düşey eksene göre eğimi 45 derecedir.
Bir parçacıkla uğraşıyorsakışık hızında yayılmaz, o zaman ışık hızından daha büyük bir hızda hareket edemez ve buna göre bu açı içinde herhangi bir yönde hareket edebilir.
.Diyagramımızı kullanarak hayali ışık ışınları çizersek, hayali bir ızgara elde ederiz.Bu resim neden ışınları seçtiğimi açıkça ortaya koyuyorSveta. Işık yerine kütlesi olan başka parçacıkları seçtiğimi, o zaman koordinat ızgarasında bir belirsizliğin ortaya çıkacağını hayal edin: parçacıklar herhangi bir hızda hareket edebilir. Işığın faydaları nelerdir? Çünkü yönde belirsiz bir seçim var: ya dışarıya ya da içeriye doğru ve bundan sonra ızgara net bir şekilde sabitleniyor.
Bir yıldızın varlığı radyasyonu nasıl değiştirir?Bir yıldızın olduğunu hayal edelim.vücut rbody'nin yarıçapı. Bu, rbody'ye kadar tüm yarıçapları doldurduğu anlamına gelir, çünkü orada bir miktar madde vardır. Zamanın belirli bir anında (örneğin, t = 0) yıldız sadece bir parçaya benzer. Zamanın tüm noktalarını dikkate alırsanız, bir şerit alırsınız. Şimdi çekim yapan bir cismin varlığında ışık ışınlarına ne olacağını hayal edelim. Işık ışınları, yıldızın yokluğunda görünecekleri gibi kırmızı renkte çizilmiştir. Ve menekşe - yerçekimi çeken bir cismin varlığında ışık ışınları. Genel değerlendirmelerden birkaç sonuç çıkarılabilir: Yerçekimi yapan bir cisim, ışık ışınlarını bozar ve yıldıza daha yakın olan ışınlar, daha uzaktaki ışınlardan daha güçlü bir şekilde bozulur. Bu nedenle, yıldızdan uzakta mor ışınların kırmızı olanlardan neredeyse hiçbir farkı yoktur.
Vücudun kütlesinin değişmeye başlayacağını ve yarıçapın sabitleneceğini hayal edin.Kütle büyüyecek ve ne kadar büyük olursa o kadar güçlü olurvücut ışınları etkileyecektir. Bir noktada kütle o kadar artacak ki aşağıdaki olay meydana gelecektir. Bir noktada, bir köşe tam olarak dikey olacak. Mor ışınların yayılma noktasını ufkun yarıçapında değil, biraz içeride aldım, böylece ışın dikey olarak gitmez, ancak bozulur.
Şu anda bir kara deliğin kütlesindeki artışın herhangi bir sınırı yok. En azından bilmiyoruz.Belki de mesele şu ki, herhangi birBir doğa bilimi teorisinin uygulanabilirliğinin sınırları vardır, bu da özellikle görelilik teorisinin kara deliğin içinde bir yerde uygulanabilirliğini kaybettiği anlamına gelir. Genel görelilik, kara deliğin kütlesinin neredeyse tamamının yoğunlaştığı bölgeye çok yakın yerlerde uygulanabilirliğini kaybediyor. Ancak bunun hangi çapta gerçekleştiği ve genel görelilik teorisinin yerini neyin aldığı bilinmiyor. Ayrıca kara deliğin kütlesinin çok artması durumunda bir şeylerin değişeceği de göz ardı edilemez.
Ortaya çıkması gereken ilk soru: yıldız nereye gitti?Kütlesi olan herhangi bir parçacığın yörüngesisadece bu köşenin içindeyken bu şekilde hareket eder (kırmızı renk - “Yüksek Teknoloji”) ve merkeze çarpar. Kütlesi olan bir parçacık herhangi bir noktadan kaçınılmaz olarak merkeze çarparsa, o zaman yıldızın tüm kütlesi, yani tüm gövdesi merkeze doğru sıkıştırılacaktır.
Sorun, r ve ct koordinatlarının yalnızca belirli bir alana uygulanabilir olması ve bunun ötesinde artık uygulanamamasıdır.Dünya yüzeyinde neye sahip olduğunuzu hayal edinmeridyenler ve paralellikler vardır ve onların yardımıyla herhangi bir nesnenin konumunu bulabilirsiniz. Ancak yüzeyde daha derine inen bir mağara var ve görev bu mağaradaki sineğin konumunu belirlemektir. Boylam ve enlem artık buna uygun değil, şimdi yeni bir koordinat ızgarası girmeniz gerekiyor. Bazı ikame var: Fenomeni göstermek için r ve t'yi kullanarak bir resim çizdim, ancak artık r ve t koordinatlarının olmaması önemlidir, ancak kara deliğin içindeki davranışı tanımlayan başka koordinatlar da vardır. Bu, zamanın dikey olarak değil, eksene doğru aktığı anlamına gelir ve bu, bu köşelerle gösterilir.
Bir kara deliğin uzay-zamanı için bir koordinat ızgarası elde etmek için, statik bir resim çekebilir ve birini diğerine "yapıştırarak" birbiri ardına tekrarlayabilirsiniz.Giden ışınlar mor renkle çizilmiştir vekırmızı - içeriye girenler. Dikey bir ışın aynı zamanda bir ışık ışınıdır, yani ufuk. Bu mor çizgiler iki gruba ayrılıyor. Dışarıya doğru yönelenler sonsuza gider, içe doğru yönelenler ise r'ye eşit 0'a gider. Bu olay bir kara deliktir.
Kara deliğe düşen bir nesneye ne olur?
Bir nesnenin bir kara deliğin üzerinde asılı olduğunu ve saatinin işlediğini veya nesnenin kara deliğe uçup geri döndüğünü ve saatinin de işlediğini hayal edin.Saatin ne kadar zaman geçtiğini söyleyebilirimbu nesnelerin her biri. Sadece bu şemaya çizdiği çizginin uzunluğunu hesaplayıp ışık hızına böleceğim. Asılı olan bir anda hareket ediyor, uçan başka bir anda koşuyor. Örneğin biri için birkaç saat sürebilirken, diğeri için yıllar sürebilir. Interstellar filmindeki gibi. Benzer bir olayı Dünya'da da görüyoruz ancak uzay-zamanı bu kadar bükmüyor. Küresel konumlama sistemlerinde bu durum fark edilir: Küresel konumlama sistemine katılan uydulardaki saatler farklı bir zamanı gösterir. Bir uyduya uçup geri döndüğümde saatim uydudan farklı bir saati gösteriyor. GPS'in çalışması için bu olgu dikkate alınır.
Bir kara deliğin üzerinde asılı duran bir gözlemcinin saatine göre, kara deliğe düşen bir nesneyi gözlemlerken sonsuz uzun bir zaman geçer.Kara deliğe düşen bir nesne aslaolay ufkunu geçer. Kaplumbağanın arkasındaki Akhilleus gibi giderek yaklaşıyor ama ona ulaşabiliyor. Nesnenin saatine göre son süre geçecektir. Bu nasıl belirlenir? Eşit paraleller ve meridyenler arasındaki dünya çizgisinin uzunluğunu ölçün. Bu segment ne kadar uzunsa o kadar kavislidir. Nesne uçuyor, saatinde zaman aralıkları işliyor - grafikte bunlar dünya çizgisi boyunca eşit zaman aralıkları Δt ile aralıklı olan paralellerdir. Ancak gözlemcinin olduğu yerde zaman aralığı uzar ve olay ufkuna yaklaştıkça zaman aralığı sınırsız bir şekilde büyür. Bir nesne kara deliğin olay ufkunu geçtiği anda, hayali bir ışık ışını ufuk boyunca dikey olarak hareket eder ve bu çizgiyi asla geçmez. Dolayısıyla gözlemci hiçbir zaman kesişme anını göremeyecektir ve düşen cisim açısından bakıldığında sonlu sayıda zaman aralığı geçmektedir. Bu fenomen mistik görünüyor, ancak zamanın farklı şekillerde aktığını söylediklerinde. Bu tamamen doğru değil. Zaman yavaşlamıyor, nesne daha yavaş hareket etmeye başlamıyor. Zaman akıp geçiyordu, benim saatime göre bir şey işliyor, başkasının saatine göre başka bir şey işliyor.
Yıldızlararası'da ana karakterin bir kara deliğe düştüğü bir an vardır.Anladığım kadarıyla merkeze uçtu ve değildiparçaladı. Düşerken, bu birikim maddesine, gördüğümüz birikim diskine yakın uçtu ve anladığım kadarıyla, sert X-ışını aralığında yayılıyor. Filmin kahramanı yine de bu radyasyonu aldı ve muhtemelen oldukça güçlüydü. Birincisi ışınlandı ve ikincisi dışarıdaki yoldaşlarının bakış açısına göre sonsuz uzun bir süre uçtu. Ancak gerçekte sınırlı bir süreye denk gelir. Daha sonra parçalanmadan merkeze çarptı. Filmin danışmanı fizikçi Kip Thorne, olay ufku altında neler olup bittiğini bilmediğimiz gerçeğinden yola çıkıyor, bu da herhangi bir şeyin, örneğin beşinci boyut dünyasının var olabileceği anlamına geliyor.
Bir çarpıştırıcı bir kara delik yaratabilir mi? Bunun tersi kanıtlanmadı!
2008'de birçok kişi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısını aktif olarak kapatmaya çalışan fizikçi Rossler'ı duydu.Hatta Alman hükümetine dava açmaya bile çalıştı.Bu gerçekten ciddi bir riskti çünkü mahkemede kazanabilirdi, bu da CERN'in bütçesinin %10'unun ortadan kaybolabileceği anlamına geliyordu. Ancak CERN de Rosler'e sırtını döndü ve Max Planck Enstitüsü'nün müdürü bir keresinde bunun şansa bırakılmaması gerektiğini ve Rosler ile konuşmanın gerekli olduğunu söylemişti. Üstelik bu bilim adamı nitelikli bir bilim adamıdır, matematiksel fizikçidir. Hatta kendi adını taşıyan doğrusal olmayan bir çekicisi bile var. LHC'ye karşı bir karşı argüman olarak komik bir gerçeği öne sürdü. Kozmik ışınların enerjileri CERN'dekinden daha yüksek. Dolayısıyla Dünya'ya bir şey çarpacak ya da belki bir kara delik oluşacak ama büyük bir hızla gezegenden uçup bir yere uçup gidecek, bu yüzden onu görmüyoruz. Ancak her şey kütle merkezinde olmuyor, dolayısıyla bir çarpışma durumunda kara delik Dünya'da orada kalabilir, oraya oturacak ve yavaş yavaş bizi yutacaktır. Albert Einstein Enstitüsü'nün müdürü ben de dahil olmak üzere birkaç kişiyi bir araya getirdi ve biz bu Rossler'ı "boğmak" ve onu yanıldığına ikna etmek zorunda kaldık. Ancak mahkemeye gitmedi.
Teori, çarpıştırıcıdaki bir çarpışma sonucu oluşabilecek bu kara deliğin hemen parçalanacağını öngörüyor.Çok mikroskobik olduğundanHawking'e göre çok yoğun bir şekilde yayılıyor ve hızla bozunuyor. Rossler, Hawking'in aptal ve hatalı olduğunu söyledi. Delik oraya oturacak ve yiyecek, başka bir şey de küçük olması, dolayısıyla sadece kendinden küçük olanı yiyebiliyor ama bu da biraz zaman alıyor. Önce küçük bir şey yemeli, sonra yavaş yavaş büyümeli, sonra büyüyüp bu şekilde devam etmelidir. Ve bu konuşma stratejisi özellikle mahkemede gerçekten işe yarıyor gibi görünüyordu. Bir kara deliğin hala oluştuğunu, Hawking'in yanıldığını ve onun çürümediğini göz ardı etmiyoruz. Hiçbir şeyi deneysel olarak test etmedik. Bunların hepsi sadece teorik tartışmalar.
Ayrıca bakınız:
Dünyanın ilk doğru haritası oluşturuldu. Herkesin nesi var?
Elon Musk: Mars'a ilk turistler ölecek
Çin uzay istasyonu "Skylab" ın büyük enkazı Dünya'ya uçuyor