Mövzunun mürəkkəbliyinə baxmayaraq, Princeton Universitetinin professoru Stiven Qubser bu gün fizikanın ən çox müzakirə olunan sahələrindən birinə qısa, əlçatan və əyləncəli giriş təklif edir. Qara dəliklər sadəcə düşüncə təcrübəsi deyil, real obyektlərdir! Qara dəliklər nəzəri baxımdan olduqca əlverişlidir, çünki onlar ulduzlar kimi əksər astrofizik obyektlərdən riyazi cəhətdən çox sadədirlər. Qara dəliklərin əslində o qədər də qara olmadığı ortaya çıxanda işlər qəribələşir.
Onların içində həqiqətən nə var? Qara dəliyə düşməyi necə təsəvvür edə bilərsiniz? Və ya bəlkə biz artıq buna düşürük və hələ də bu barədə bilmirik?
Kerr həndəsəsində erqosferdə tamamilə qapalı olan, aşağıdakı xüsusiyyətlərə malik geodeziya orbitləri var: onlar boyunca hərəkət edən hissəciklər mütləq dəyərdə qalan kütlələrdən və birlikdə götürülmüş bu hissəciklərin kinetik enerjilərindən üstün olan mənfi potensial enerjilərə malikdir. Bu o deməkdir ki, bu hissəciklərin ümumi enerjisi mənfidir. Penrose prosesində istifadə olunan bu vəziyyətdir. Enerji çıxaran gəmi, erqosferin içərisində olarkən, mənfi enerji ilə bu orbitlərdən biri boyunca hərəkət edən bir mərmi atır. Enerjinin saxlanması qanununa görə, gəmi mərminin enerjisinə ekvivalent itirilmiş istirahət kütləsini kompensasiya etmək və əlavə olaraq mərminin xalis mənfi enerjisinin müsbət ekvivalentini qazanmaq üçün kifayət qədər kinetik enerji qazanır. Mərmi atıldıqdan sonra qara dəliyə girərək yoxa çıxmalı olduğu üçün onu bir növ tullantıdan hazırlamaq yaxşı olardı. Bir tərəfdən qara dəlik hələ də hər şeyi yeyəcək, digər tərəfdən isə bizə yatırdığımızdan daha çox enerji qaytaracaq. Beləliklə, əlavə olaraq, aldığımız enerji "yaşıl" olacaq!
Kerr qara dəliyindən çıxarıla biləcək maksimum enerji miqdarı dəliyin nə qədər sürətlə fırlanmasından asılıdır. Ən ekstremal vəziyyətdə (mümkün olan maksimum fırlanma sürətində) kosmos-zamanın fırlanma enerjisi qara dəliyin ümumi enerjisinin təxminən 29%-ni təşkil edir. Bu çox görünə bilməz, amma unutmayın ki, bu, ümumi istirahət kütləsinin bir hissəsidir! Müqayisə üçün xatırlayın ki, radioaktiv parçalanma enerjisi ilə işləyən nüvə reaktorları istirahət kütləsinə ekvivalent enerjinin onda bir faizindən az istifadə edir.
Fırlanan qara dəliyin üfüqündəki kosmos-zamanın həndəsəsi Schwarzschild kosmik zamanından kəskin şəkildə fərqlənir. Gəlin araşdırmamızı izləyək və nə baş verdiyini görək. Əvvəlcə hər şey Schwarzschild davasına bənzəyir. Əvvəlki kimi, kosmos-zaman çökməyə başlayır, hər şeyi özü ilə birlikdə qara dəliyin mərkəzinə doğru sürükləyir və gelgit qüvvələri artmağa başlayır. Lakin Kerr vəziyyətində, radius sıfıra enməzdən əvvəl, çökmə yavaşlayır və tərsinə dönməyə başlayır. Sürətlə fırlanan qara dəlikdə bu, gelgit qüvvələrinin zondun bütövlüyünü təhdid edəcək qədər güclü olmasından çox əvvəl baş verəcək. Bunun niyə baş verdiyini intuitiv şəkildə başa düşmək üçün xatırlayaq ki, Nyuton mexanikasında fırlanma zamanı mərkəzdənqaçma qüvvəsi deyilən qüvvə yaranır. Bu qüvvə əsas fiziki qüvvələrdən biri deyil: fırlanma vəziyyətini təmin etmək üçün zəruri olan əsas qüvvələrin birgə hərəkəti nəticəsində yaranır. Nəticəni xaricə yönəlmiş təsirli qüvvə - mərkəzdənqaçma qüvvəsi kimi qəbul etmək olar. Sürətlə hərəkət edən avtomobildə kəskin dönüşdə bunu hiss edirsən. Əgər siz karuseldə olmusunuzsa, bilirsiniz ki, o, nə qədər tez fırlanırsa, relsləri bir o qədər sıx tutmalı olacaqsınız, çünki buraxsanız, çölə atılacaqsınız. Kosmos-zaman üçün bu bənzətmə ideal deyil, amma nöqtəni düzgün başa düşür. Kerr qara dəliyinin məkan zamanındakı bucaq momentumu cazibə qüvvəsinə qarşı təsirli mərkəzdənqaçma qüvvəsi təmin edir. Üfüqdə çökmə kosmosu daha kiçik radiuslara çəkdikcə, mərkəzdənqaçma qüvvəsi artır və nəticədə əvvəlcə çöküşün qarşısını almağa və sonra onu geri qaytarmağa qadir olur.
Çökmə dayandığı anda zond qara dəliyin daxili üfüqü adlanan səviyyəyə çatır. Bu nöqtədə gelgit qüvvələri kiçikdir və zond hadisə üfüqünü keçdikdən sonra ona çatmaq üçün yalnız məhdud vaxt tələb edir. Bununla belə, kosmos-zamanın dağılmasını dayandırması o demək deyil ki, bizim problemlərimiz bitib və fırlanma Şvartsşild qara dəliyinin içindəki təkliyi bir növ aradan qaldırıb. Bu hələ çox uzaqdadır! Axı, hələ 1960-cı illərin ortalarında Rocer Penrose və Stephen Hawking sinqulyarlıq teoremləri sistemini sübut etdilər və buradan belə nəticə çıxardı ki, əgər qravitasiya çöküşü olsa da, qısa olsa da, nəticədə sinqulyarlığın hansısa forması yaranmalıdır. Schwarzschild vəziyyətində bu, üfüqdəki bütün məkanı özünə tabe edən hər şeyi əhatə edən və hər şeyi sarsıdıcı təklikdir. Kerrin həllində təklik fərqli davranır və deməliyəm ki, tamamilə gözlənilməzdir. Zond daxili üfüqə çatdıqda, Kerr təkliyi öz varlığını ortaya qoyur - lakin bu, zondun dünya xəttinin səbəb keçmişində olduğu ortaya çıxır. Sanki təklik həmişə var idi, ancaq indi zond öz təsirinin ona çatdığını hiss etdi. Deyəcəksiniz ki, bu, fantastik səslənir və bu, doğrudur. Və məkan-zaman mənzərəsində bir neçə uyğunsuzluq var ki, onlardan da aydın olur ki, bu cavab qəti hesab edilə bilməz.
Daxili üfüqə çatan bir müşahidəçinin keçmişində görünən təkliyin ilk problemi odur ki, Eynşteynin tənlikləri həmin üfüqdən kənarda kosmosa nə baş verəcəyini unikal şəkildə proqnozlaşdıra bilmir. Yəni müəyyən mənada təkliyin olması hər şeyə gətirib çıxara bilər. Bəlkə də əslində nə baş verəcəyini bizə kvant cazibə nəzəriyyəsi ilə izah etmək olar, lakin Eynşteynin tənlikləri bizə bunu bilmək şansı vermir. Sadəcə maraqdan ötrü biz aşağıda fəza-zaman üfüqünün kəsişməsinin riyazi olaraq mümkün qədər hamar olmasını tələb etsək nə baş verəcəyini təsvir edirik (əgər metrik funksiyalar, riyaziyyatçıların dediyi kimi, “analitik” olsaydı), lakin aydın fiziki əsas yoxdur. belə bir fərziyyə üçün № Mahiyyət etibarı ilə daxili üfüqlə bağlı ikinci problem bunun tam əksini göstərir: maddə və enerjinin qara dəliklərdən kənarda mövcud olduğu real Kainatda daxili üfüqdə məkan-zaman çox kobudlaşır və orada döngəyə bənzər təklik yaranır. Bu, Schwarzschild həllindəki təkliyin sonsuz gelgit qüvvəsi qədər dağıdıcı deyil, lakin hər halda onun mövcudluğu hamar analitik funksiyalar ideyasından irəli gələn nəticələrə şübhə yaradır. Bəlkə də bu yaxşı bir şeydir - analitik genişlənmə ehtimalı çox qəribə şeylərə səbəb olur.
Əslində, zaman maşını qapalı zamana bənzər əyrilər bölgəsində işləyir. Sinqulyarlıqdan uzaq, qapalı zamana bənzər əyrilər yoxdur və təklik bölgəsindəki itələyici qüvvələrdən başqa, məkan-zaman tamamilə normal görünür. Bununla belə, sizi qapalı zamana bənzər əyrilər bölgəsinə aparacaq traektoriyalar var (onlar geodeziya deyil, ona görə də raket mühərrikinə ehtiyacınız var). Orada olduqdan sonra, uzaq müşahidəçinin vaxtı olan t koordinatı boyunca istənilən istiqamətdə hərəkət edə bilərsiniz, lakin öz zamanınızda yenə də həmişə irəliləyəcəksiniz. Bu o deməkdir ki, siz istədiyiniz vaxta gedə və sonra kosmos-zamanın uzaq bir hissəsinə qayıda bilərsiniz - hətta getməzdən əvvəl ora gələ bilərsiniz. Əlbəttə ki, indi zaman səyahəti ideyası ilə bağlı bütün paradokslar canlanır: məsələn, vaxtda gəzinti edərək keçmiş özünüzü ondan imtina etməyə inandırsanız nə olar? Lakin bu cür məkan-zamanların mövcud olub-olmaması və onunla əlaqəli paradoksların necə həll oluna biləcəyi bu kitabın əhatə dairəsindən kənar suallardır. Bununla belə, daxili üfüqdəki “mavi təklik” problemində olduğu kimi, ümumi nisbilik də zamana bənzər qapalı əyriləri olan məkan-zaman bölgələrinin qeyri-sabit olduğuna dair işarələri ehtiva edir: bir növ kütlə və ya enerjini birləşdirməyə cəhd edən kimi , bu bölgələr tək ola bilər. Üstəlik, Kainatımızda əmələ gələn fırlanan qara dəliklərdə mənfi kütlələr bölgəsinin (və ağ dəliklərin daxil olduğu Kerr-in bütün digər kainatlarının) əmələ gəlməsinə mane olan “mavi təkliyin” özüdür. Buna baxmayaraq, ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin belə qəribə həllərə imkan verməsi maraqlıdır. Əlbəttə ki, onları patoloji elan etmək asandır, amma unutmayaq ki, Eynşteynin özü və bir çox müasirləri qara dəliklər haqqında eyni şeyi deyiblər.
» Kitab haqqında ətraflı məlumat üçün müraciət edin
Khabrozhiteli üçün kuponda 25% endirim - Qara dəliklər
Kitabın kağız variantı üçün ödəniş edildikdən sonra kitabın elektron versiyası elektron poçtla göndəriləcək.
Mənbə: www.habr.com