Nettsjinsteande de kompleksiteit fan it ûnderwerp biedt professor Stephen Gubser fan Princeton University in beknopte, tagonklike en ûnderhâldende ynlieding oan ien fan 'e meast diskutearre gebieten fan' e natuerkunde hjoed. Swarte gatten binne echte objekten, net allinich in gedachte-eksperimint! Swarte gatten binne út teoretysk eachpunt ekstreem handich, om't se wiskundich folle ienfâldiger binne as de measte astrofysyske objekten, lykas stjerren. Dingen wurde nuver as it docht bliken dat swarte gatten nei alle gedachten net sa swart binne.
Wat is der echt yn harren? Hoe kinne jo yntinke falle yn in swart gat? Of falle wy der miskien al yn en witte wy der noch gewoan net fan?
Yn Kerr-mjitkunde binne d'r geodetyske banen, folslein ynsletten yn 'e ergosfear, mei de folgjende eigenskip: dieltsjes dy't har lâns bewege hawwe negative potinsjele enerzjy dy't yn absolute wearde grutter binne as de restmassa's en kinetyske enerzjy fan dizze dieltsjes tegearre. Dit betsjut dat de totale enerzjy fan dizze dieltsjes negatyf is. It is dizze omstannichheid dy't brûkt wurdt yn it Penrose-proses. Wylst yn 'e ergosfear, it skip dat enerzjy ûntfangt, fjoer in projektyl op sa'n manier dat it mei negative enerzjy lâns ien fan dizze banen beweecht. Neffens de wet fan behâld fan enerzjy krijt it skip genôch kinetyske enerzjy om te kompensearjen foar de ferlerne rêstmassa lykweardich oan de enerzjy fan it projektyl, en neist it positive ekwivalint fan 'e netto negative enerzjy fan it projektyl te krijen. Sûnt it projektyl moat ferdwine yn in swart gat nei it ûntslein, soe it goed wêze om it fan in soarte fan ôffal te meitsjen. Oan de iene kant sil it swarte gat noch alles ite, mar oan de oare kant sil it ús mear enerzjy werombringe as wy ynvestearre hawwe. Dat, boppedat, sil de enerzjy dy't wy keapje "grien" wêze!
De maksimale hoemannichte enerzjy dat kin wurde helle út in Kerr swart gat hinget ôf fan hoe fluch it gat draait. Yn it meast ekstreme gefal (by de maksimale mooglike rotaasjesnelheid) makket de rotaasje-enerzjy fan romtetiid likernôch 29% fan 'e totale enerzjy fan it swarte gat út. Dit liket miskien net folle, mar tink dat it in fraksje is fan 'e totale rêstmassa! Tink derom dat kearnreaktors oandreaun troch radioaktive ferfal-enerzjy minder dan ien tsiende fan ien persint fan 'e enerzjy lykweardich oan rêstmassa brûke.
De mjitkunde fan romtetiid binnen de hoarizon fan in draaiend swart gat is dramatysk oars as Schwarzschild romtetiid. Litte wy ús probe folgje en sjen wat der bart. Earst liket alles op 'e saak fan Schwarzschild. Lykas earder begjint romtetiid te ynstoarten, alles mei him nei it sintrum fan it swarte gat te slepen, en tijkrêften begjinne te groeien. Mar yn it gefal fan Kerr, foardat de straal nei nul giet, ferrint de ynstoarting en begjint te kearen. Yn in rap draaiend swart gat sil dit barre lang foardat de tijkrêften sterk genôch wurde om de yntegriteit fan de sonde te bedrige. Om yntuïtyf te begripen wêrom't dit bart, lit ús betinke dat yn 'e Newtonske meganika, by rotaasje, in saneamde sintrifugale krêft ûntstiet. Dizze krêft is net ien fan 'e fûnemintele fysike krêften: it ûntstiet as gefolch fan' e kombinearre aksje fan fûnemintele krêften, dy't nedich is om in rotaasjestân te garandearjen. It resultaat kin tocht wurde as in effektive krêft dy't nei bûten rjochte is - centrifugale krêft. Jo fiele it op in skerpe bocht yn in fluch bewegende auto. En as jo oait op in karrousel west hawwe, wite jo dat hoe flugger it draait, hoe strakker jo de rails fêsthâlde moatte, want as jo loslitte, wurde jo derút smiten. Dizze analogy foar romte-tiid is net ideaal, mar it komt it punt goed oer. De hoekmomentum yn 'e romtetiid fan in Kerr swart gat soarget foar in effektive sintrifugale krêft dy't de swiertekrêft tsjinkomt. As de ynstoarting binnen de hoarizon de romtetiid nei lytsere strielen lûkt, nimt de sintrifugale krêft ta en kin úteinlik de ynstoarting tsjingean en dan keare.
Op it momint dat it ynstoarten ophâldt, berikt de sonde in nivo neamd de binnenhoarizon fan it swarte gat. Op dit punt binne tijkrêften lyts, en de sonde, as se ienris de horizont fan it barren oerstutsen is, nimt mar in einige tiid om it te berikken. Krekt om't romtetiid lykwols stoppe is mei ynstoarten, betsjuttet net dat ús problemen foarby binne en dat de rotaasje de singulariteit binnen it swarte gat fan Schwarzschild op ien of oare manier hat elimineare. Dit is noch in lange wei fuort! Ommers, yn 'e midden fan' e jierren '1960, Roger Penrose en Stephen Hawking bewiisden in systeem fan singulariteit teorem, dêr't út folge dat as der in gravitasjonele ynstoarting wie, sels in koarte, dan soe der in foarm fan singulariteit foarmje as gefolch. Yn it gefal fan Schwarzschild is dit in alles-omfiemjende en alles-ferpletterjende singulariteit dy't alle romte binnen de hoarizon subjuget. Yn Kerr syn oplossing gedraacht de singulariteit oars en, moat ik sizze, frij ûnferwachts. As de sonde de ynderlike hoarizon berikt, lit de Kerr-singulariteit syn oanwêzigens sjen - mar it docht bliken yn it kausale ferline fan 'e wrâldline fan 'e sonde. It wie as hie de singulariteit der altyd west, mar no pas fielde de sonde syn ynfloed deroan berikken. Jo sille sizze dat dit klinkt fantastysk, en it is wier. En der binne ferskate ynkonsistinsjes yn it byld fan romte-tiid, dêr't ek dúdlik is dat dit antwurd net as definityf beskôge wurde kin.
It earste probleem mei in singulariteit dy't yn it ferline ferskynde fan in waarnimmer dy't de ynderlike hoarizon berikt, is dat op dat stuit de fergelikingen fan Einstein net unyk foarsizze kinne wat der barre sil mei romtetiid bûten dy hoarizon. Dat is, yn in sin kin de oanwêzigens fan in singulariteit ta alles liede. Miskien wat der eins barre sil, kin ús ferklearre wurde troch de teory fan kwantumgravity, mar Einstein syn fergelikingen jouwe ús gjin kâns om te witten. Krekt út ynteresse beskriuwe wy hjirûnder wat der barre soe as wy easkje dat de krusing fan 'e romte-tiidhoarizon sa glêd as wiskundich mooglik is (as de metryske funksjes wiene, lykas wiskundigen sizze, "analytysk"), mar d'r is gjin dúdlike fysike basis foar sa'n oanname No. Yn essinsje suggerearret it twadde probleem mei de ynderlike hoarizon krekt it tsjinoerstelde: yn it echte Universum, dêr't matearje en enerzjy bûten swarte gatten besteane, wurdt romtetiid by de ynderlike hoarizon tige rûch, en ûntjout dêr in lus-achtige singulariteit. It is net sa destruktyf as de ûneinige tij krêft fan 'e singulariteit yn' e oplossing fan Schwarzschild, mar yn alle gefallen syn oanwêzigens lûkt twifel oer de gefolgen dy't folgje út it idee fan glêde analytyske funksjes. Miskien is dit in goede saak - de oanname fan analytyske útwreiding hâldt heul nuvere dingen mei.
Yn essinsje wurket in tiidmasine yn 'e regio fan sletten tiidlike bochten. Fier fan 'e singulariteit binne der gjin sletten tiidlike bochten, en ôfsjoen fan 'e ôfwikende krêften yn 'e regio fan 'e singulariteit sjocht romtetiid folslein normaal. D'r binne lykwols trajekten (se binne net geodetysk, dus jo hawwe in raketmotor nedich) dy't jo sille bringe nei de regio fan sletten tiidlike bochten. Sadree't jo binne dêr, kinne jo bewege yn elke rjochting lâns de t koördinaat, dat is de tiid fan de fiere waarnimmer, mar yn dyn eigen tiid silst noch altyd foarút. Dit betsjut dat jo kinne gean nei elk momint t jo wolle, en dan werom nei in fier diel fan romte-tiid - en sels oankomme dêr foardat jo gean. Fansels komme no alle paradoksen dy't ferbûn binne mei it idee fan tiidreizen ta libben: wat as jo, troch in tiidkuier te nimmen, jo ferline sels oertsjûge om it op te jaan? Mar oft sokke soarten romte-tiid bestean kinne en hoe't de dêrmei ferbûne paradoksen oplost wurde kinne, binne fragen dy't bûten it bestek fan dit boek lizze. Lykwols, lykas by it probleem fan 'e "blauwe singulariteit" oan 'e binnenste hoarizon, befettet algemiene relativiteit oanwizings dat gebieten fan romte-tiid mei sletten tiidlike krommes ynstabyl binne: sa gau as jo besykje in soarte fan hoemannichte massa of enerzjy te kombinearjen , dizze regio's kinne iental wurde. Boppedat, yn 'e rotearjende swarte gatten dy't foarmje yn ús Universe, is it de "blauwe singulariteit" sels dy't de foarming fan in regio fan negative massa's kin foarkomme (en alle oare Kerr's oare universums wêryn wite gatten liede). Dochs is it feit dat de algemiene relativiteitswittenskip sokke nuvere oplossingen mooglik makket, yntrigearjend. Fansels is it maklik om se in patology te ferklearjen, mar lit ús net ferjitte dat Einstein sels en in protte fan syn tiidgenoaten itselde sein hawwe oer swarte gatten.
» Mear details oer it boek is te finen op
Foar Khabrozhiteley 25% koarting mei coupon - Swarte gatten
By betelling foar de papieren ferzje fan it boek wurdt in elektroanyske ferzje fan it boek per e-post ferstjoerd.
Boarne: www.habr.com