Bisan pa sa kakomplikado sa hilisgutan, ang propesor sa Princeton University nga si Stephen Gubser nagtanyag sa usa ka mubo, dali nga makuha, ug makalingaw nga pasiuna sa usa sa labing gidebatehan nga mga bahin sa pisika karon. Ang mga black hole tinuod nga mga butang, dili usa ka eksperimento sa hunahuna! Ang mga black hole labi ka kombenyente gikan sa usa ka teoretikal nga punto sa pagtan-aw, tungod kay kini sa matematika labi ka yano kaysa kadaghanan sa mga butang nga astrophysical, sama sa mga bituon. Ang mga butang mahimong katingad-an kung nahibal-an nga ang mga itom nga lungag dili gyud ingon ka itom.
Unsa man gyud ang sulod nila? Giunsa nimo mahanduraw ang pagkahulog sa itom nga lungag? O tingali nahulog na kita niini ug wala pa nahibal-an bahin niini?
Sa Kerr geometry, adunay mga geodesic nga orbit, nga hingpit nga gilakip sa ergosphere, nga adunay mosunod nga kabtangan: ang mga partikulo nga naglihok subay niini adunay negatibo nga potensyal nga kusog nga labaw sa hingpit nga kantidad sa nahabilin nga mga masa ug kinetic nga kusog sa kini nga mga partikulo nga gihiusa. Kini nagpasabot nga ang kinatibuk-ang enerhiya niini nga mga partikulo negatibo. Kini nga kahimtang ang gigamit sa proseso sa Penrose. Samtang sa sulod sa ergosphere, ang barko nga nagkuha ug enerhiya nagpabuto ug projectile sa paagi nga kini naglihok sa usa niini nga mga orbit nga adunay negatibo nga enerhiya. Sumala sa balaod sa konserbasyon sa enerhiya, ang barko makaangkon og igong kinetic energy aron mabayran ang nawala nga rest mass nga katumbas sa enerhiya sa projectile, ug dugang pa sa pag-angkon sa positibo nga katumbas sa net negatibong enerhiya sa projectile. Tungod kay ang projectile kinahanglan nga mawala ngadto sa usa ka itom nga lungag human sa pagpabuto, kini maayo nga himoon kini gikan sa usa ka matang sa basura. Sa usa ka bahin, ang black hole mokaon gihapon sa bisan unsa, apan sa laing bahin, kini mobalik kanato og dugang nga kusog kay sa atong gipuhunan. Busa, dugang pa, ang enerhiya nga atong gipalit mahimong "berde"!
Ang kinatas-ang gidaghanon sa enerhiya nga makuha gikan sa usa ka Kerr black hole nagdepende kung unsa ka paspas ang pagtuyok sa lungag. Sa pinakagrabe nga kaso (sa pinakataas nga posible nga rotation speed), ang rotational energy sa spacetime nagkantidad ug gibana-bana nga 29% sa kinatibuk-ang enerhiya sa black hole. Mahimong dili kini ingon ka daghan, apan hinumdomi nga kini usa ka tipik sa kinatibuk-ang misa sa pagpahulay! Para sa pagtandi, hinumdomi nga ang mga nukleyar nga reactor nga gipaandar sa radioactive decay energy naggamit ug ubos sa ikanapulo sa usa ka porsyento sa enerhiya nga katumbas sa rest mass.
Ang geometry sa spacetime sulod sa kapunawpunawan sa nagtuyok nga black hole kay lahi kaayo sa Schwarzschild spacetime. Atong sundon ang atong pagsusi ug tan-awon kung unsa ang mahitabo. Sa sinugdan, ang tanan susama sa kaso sa Schwarzschild. Sama kaniadto, ang spacetime nagsugod sa pagkahugno, giguyod ang tanan niini padulong sa sentro sa itom nga lungag, ug ang mga pwersa sa tidal nagsugod sa pagtubo. Apan sa kaso sa Kerr, sa wala pa ang radius moadto sa zero, ang pagkahugno mohinay ug magsugod sa pagbalik. Sa usa ka paspas nga nagtuyok nga itom nga lungag, kini mahitabo sa dili pa ang mga pwersa sa tidal mahimong igo nga kusog aron mahulga ang integridad sa probe. Aron masabtan nga intuitively kung nganong nahitabo kini, atong hinumdoman nga sa Newtonian mechanics, sa panahon sa rotation, usa ka gitawag nga centrifugal force ang mitungha. Kini nga puwersa dili usa sa sukaranang pisikal nga mga puwersa: kini mitungha isip resulta sa hiniusang aksyon sa sukaranang mga puwersa, nga gikinahanglan aron maseguro ang kahimtang sa pagtuyok. Ang resulta mahimong isipon nga epektibong puwersa nga gitumong sa gawas—centrifugal force. Gibati nimo kini sa usa ka hait nga liko sa usa ka paspas nga nagdagan nga awto. Ug kung nakasakay ka na sa carousel, nahibal-an nimo nga kung mas paspas ang pagtuyok niini, labi ka labi ka hugot ang imong pagkupot sa riles tungod kay kung buhian nimo, malabay ka. Kini nga analohiya alang sa space-time dili maayo, apan nakuha niini ang punto sa husto. Ang angular momentum sa spacetime sa usa ka Kerr black hole naghatag ug epektibong centrifugal force nga mosukol sa gravitational pull. Samtang ang pagkahugno sulod sa kapunawpunawan mobira sa spacetime ngadto sa mas gamay nga radii, ang centrifugal force motaas ug sa kadugayan mahimo nga una nga makasukol sa pagkahugno ug dayon balihon kini.
Sa higayon nga ang pagkahugno mohunong, ang probe moabot sa lebel nga gitawag ug sulod nga kapunawpunawan sa itom nga lungag. Niining puntoha, gamay ra ang puwersa sa pagtaob, ug ang probe, sa higayon nga makatabok na kini sa kapunawpunawan sa panghitabo, nagkinahanglan lamang ug limitadong panahon aron maabot kini. Bisan pa, tungod lang kay ang spacetime mihunong sa pagkahugno wala magpasabot nga ang atong mga problema nahuman na ug nga ang rotation sa usa ka paagi nagwagtang sa singularity sulod sa Schwarzschild black hole. Kini layo pa kaayo! Human sa tanan, balik sa tunga-tunga sa 1960, si Roger Penrose ug Stephen Hawking nagpamatuod sa usa ka sistema sa singularity theorems, diin kini misunod nga kung adunay usa ka gravitational collapse, bisan usa ka mubo, nan ang usa ka porma sa singularity kinahanglan nga maporma isip resulta. Sa kaso sa Schwarzschild, kini usa ka naglangkob sa tanan ug nagdugmok sa tanan nga singularidad nga nagsakop sa tanan nga wanang sulod sa kapunawpunawan. Sa solusyon ni Kerr, lahi ang paggawi sa singularidad ug, kinahanglan nako isulti, sa wala damha. Sa diha nga ang probe makaabot sa sulod nga kapunawpunawan, ang Kerr singularity nagpadayag sa iyang presensya-apan kini nahimo nga sa hinungdan nga nangagi sa kalibutanon nga linya sa probe. Morag naa na kanunay ang singularidad, apan karon lang nabati sa probe ang impluwensya niini nga nakaabot niini. Moingon ka nga kini nindot tan-awon, ug kini tinuod. Ug adunay daghang mga panagsumpaki sa litrato sa space-time, diin klaro usab nga kini nga tubag dili maisip nga katapusan.
Ang unang problema sa usa ka singularidad nga makita sa nangagi sa usa ka tigpaniid nga nakaabot sa sulod nga kapunawpunawan mao nga nianang higayuna ang mga equation ni Einstein dili talagsaon nga makatagna kon unsay mahitabo sa spacetime sa gawas sa maong kapunawpunawan. Kana mao, sa usa ka diwa, ang presensya sa usa ka singularidad mahimong mosangpot sa bisan unsa. Tingali kung unsa ang tinuod nga mahitabo mahimong ipatin-aw kanato pinaagi sa teorya sa quantum gravity, apan ang mga equation ni Einstein wala maghatag kanato og kahigayonan nga makahibalo. Tungod lang sa interes, among gihulagway sa ubos kung unsa ang mahitabo kung among gikinahanglan nga ang intersection sa spacetime nga kapunawpunawan mahimong ingon ka hapsay sa mathematically posible (kon ang metric functions, ingon sa giingon sa mga mathematician, "analytic"), apan walay klaro nga pisikal nga basehan. para sa ingon nga assumption No. Sa esensya, ang ikaduha nga problema sa sulod nga kapunawpunawan nagsugyot sa eksakto nga kaatbang: sa tinuud nga Uniberso, diin ang butang ug kusog naglungtad sa gawas sa itom nga mga lungag, ang spacetime sa sulod nga kapunawpunawan mahimong grabe, ug usa ka samag-lingo nga singularidad ang naugmad didto. Dili kini sama ka makadaot sa walay kinutuban nga puwersa sa tidal sa singularidad sa solusyon sa Schwarzschild, apan sa bisan unsang kaso ang presensya niini nagduhaduha sa mga sangputanan nga nagsunod gikan sa ideya sa hapsay nga mga gimbuhaton sa analitiko. Tingali kini usa ka maayo nga butang - ang paghunahuna sa pagpalapad sa analitikal adunay katingad-an nga mga butang.
Sa esensya, ang usa ka makina sa oras naglihok sa rehiyon sa sirado nga mga kurba sa panahon. Halayo sa singularity, walay sirado nga timelike curves, ug gawas sa mga repulsive forces sa rehiyon sa singularity, ang spacetime morag normal. Bisan pa, adunay mga trajectory (dili kini geodesic, busa kinahanglan nimo ang usa ka rocket engine) nga magdala kanimo sa rehiyon sa sirado nga mga kurba sa panahon. Kung naa ka na, mahimo kang molihok sa bisan unsang direksyon subay sa t coordinate, nga mao ang oras sa layo nga tigpaniid, apan sa imong kaugalingon nga oras kanunay ka nga magpadayon. Kini nagpasabot nga makaadto ka sa bisan unsang orasa nga gusto nimo, ug unya mobalik sa layo nga bahin sa space-time - ug makaabot pa didto sa dili ka pa moadto. Siyempre, karon ang tanan nga mga paradox nga nalangkit sa ideya sa pagbiyahe sa oras nabuhi: pananglitan, unsa kaha kung, pinaagi sa paglakaw sa oras, nakombinsir nimo ang imong nangagi nga kaugalingon nga biyaan kini? Apan kung ang ingon nga mga klase sa space-time mahimo nga maglungtad ug kung giunsa ang mga paradox nga nalangkit niini masulbad mga pangutana nga lapas pa sa kasangkaran niini nga libro. Bisan pa, sama sa problema sa "asul nga singularidad" sa sulod nga kapunawpunawan, ang kinatibuk-ang relativity adunay mga timailhan nga ang mga rehiyon sa kawanangan-panahon nga adunay sirado nga mga kurba sa panahon dili lig-on: sa diha nga ikaw mosulay sa paghiusa sa usa ka matang sa gidaghanon sa masa o kusog. , kini nga mga rehiyon mahimong singular. Dugang pa, sa nagtuyok nga itom nga mga lungag nga naporma sa atong Uniberso, kini ang "asul nga singularidad" mismo nga makapugong sa pagporma sa usa ka rehiyon sa negatibo nga mga masa (ug ang tanan nga ubang mga uniberso ni Kerr diin ang puti nga mga lungag nanguna). Bisan pa niana, ang kamatuoran nga ang kinatibuk-ang relativity nagtugot sa maong mga katingad-an nga mga solusyon makapainteres. Siyempre, sayon ang pagdeklarar kanila nga usa ka patolohiya, apan dili nato kalimtan nga si Einstein mismo ug daghan sa iyang mga katalirongan nagsulti sa samang butang mahitungod sa itom nga mga lungag.
» Para sa dugang nga impormasyon bahin sa libro, palihog bisitaha
Alang sa Khabrozhiteli 25% nga diskwento sa kupon - Itom nga mga buho
Sa pagbayad alang sa papel nga bersyon sa libro, usa ka elektronik nga bersyon sa libro ipadala pinaagi sa e-mail.
Source: www.habr.com