Malgre konpleksite sijè a, pwofesè Inivèsite Princeton Stephen Gubser ofri yon entwodiksyon kout, aksesib e amizan nan youn nan domèn fizik ki pi diskite jodi a. Twou nwa yo se objè reyèl, pa sèlman yon eksperyans panse! Twou nwa yo trè pratik nan yon pwen de vi teyorik, paske yo se matematikman pi senp pase pifò objè astrofizik, tankou zetwal. Bagay yo vin etranj lè li sanble ke twou nwa yo pa reyèlman ki nwa apre tout.
Ki sa ki vrèman anndan yo? Ki jan ou ka imajine tonbe nan yon twou nwa? Oswa petèt nou deja tonbe nan li epi jis pa konnen sou li ankò?
Nan jeyometri Kerr, gen òbit jeodezi, konplètman fèmen nan ergosfè a, ak pwopriyete sa a: patikil k ap deplase ansanm yo gen enèji potansyèl negatif ki depase nan valè absoli mas rès yo ak enèji sinetik nan patikil sa yo pran ansanm. Sa vle di ke enèji total patikil sa yo negatif. Li se sikonstans sa a ki itilize nan pwosesis Penrose la. Pandan ke andedan ergosfè a, bato a k ap fè ekstraksyon enèji tire yon pwojektil yon fason ke li deplase sou youn nan òbit sa yo ak enèji negatif. Dapre lwa konsèvasyon enèji, bato a genyen ase enèji sinetik pou konpanse pou mas rès ki pèdi ekivalan a enèji pwojektil la, epi anplis pou jwenn ekivalan pozitif enèji negatif pwojektil la. Depi pwojektil la ta dwe disparèt nan yon twou nwa apre yo te tire, li ta bon pou fè li soti nan kèk kalite fatra. Sou yon bò, yon twou nwa ap toujou manje anyen, men nan lòt men an, li pral retounen nan nou plis enèji pase nou envesti. Se konsa, anplis de sa, enèji nou achte a pral "vèt"!
Kantite maksimòm enèji ki ka ekstrè nan yon twou nwa Kerr depann de konbyen vit twou a ap vire. Nan ka ki pi ekstrèm (nan vitès wotasyon maksimòm posib), enèji wotasyon espas tan an reprezante apeprè 29% enèji total twou nwa a. Sa a ka pa sanble anpil, men sonje ke li se yon fraksyon nan mas la rès total! Pou konparezon, sonje ke reyaktè nikleyè ki mache ak enèji dekonpozisyon radyo-aktif yo itilize mwens pase yon dizyèm nan yon pousan nan enèji ki ekivalan a mas rès.
Jeyometri espas tan anndan orizon yon twou nwa k ap vire a diferan anpil de espas tan Schwarzschild. Ann swiv sondaj nou an epi gade sa k ap pase. Okòmansman, tout bagay sanble ak ka Schwarzschild la. Menm jan anvan, espas tan kòmanse tonbe, trennen tout bagay ansanm ak li nan direksyon sant twou nwa a, ak fòs mare yo kòmanse grandi. Men, nan ka Kerr la, anvan reyon an ale nan zewo, efondreman an ralanti epi li kòmanse ranvèse. Nan yon twou nwa k ap vire rapidman, sa pral rive lontan anvan fòs mare yo vin fò ase pou menase entegrite sond la. Pou konprann entwitivman poukisa sa rive, se pou nou sonje ke nan mekanik Newtonian, pandan wotasyon, yon sa yo rele fòs santrifujeur rive. Fòs sa a se pa youn nan fòs fizik fondamantal yo: li rive kòm yon rezilta aksyon konbine fòs fondamantal yo, ki nesesè pou asire yon eta wotasyon. Rezilta a ka konsidere kòm yon fòs efikas dirije deyò-fòs santrifujeur. Ou santi li nan yon vire byen file nan yon machin k ap deplase rapid. Men, si ou te janm sou yon Carousel, ou konnen ke pi vit li vire, se pi sere ou dwe kenbe ray yo paske si ou kite ale, ou pral jete deyò. Analoji sa a pou espas-tan pa ideyal, men li vin pwen an kòrèkteman. Motant angilè a nan espas tan yon twou nwa Kerr bay yon fòs santrifujeur efikas ki kontrekare rale gravitasyonèl la. Kòm efondreman nan orizon an rale espas tan nan pi piti reyon, fòs santrifujeur la ogmante epi evantyèlman vin kapab debat premye efondreman an epi answit ranvèse li.
Nan moman efondreman an sispann, sond la rive nan yon nivo yo rele orizon enteryè twou nwa a. Nan pwen sa a, fòs mare yo piti, epi sond la, yon fwa li te travèse orizon evènman an, pran sèlman yon kantite tan fini pou rive jwenn li. Sepandan, jis paske espas tan sispann efondre pa vle di ke pwoblèm nou yo fini e ke wotasyon an te yon jan kanmenm elimine singularité anndan twou nwa Schwarzschild la. Sa a se toujou byen lwen! Apre yo tout, tounen nan mitan ane 1960 yo, Roger Penrose ak Stephen Hawking te pwouve yon sistèm nan teyorèm singularité, ki soti nan ki te swiv ke si te gen yon efondreman gravitasyonèl, menm yon sèl kout, Lè sa a, kèk fòm sengularite ta dwe fòme kòm yon rezilta. Nan ka a Schwarzschild, sa a se yon singularité tout-anglobe ak tout-kraze ki subjugates tout espas nan orizon an. Nan solisyon Kerr a, sengularite a konpòte yon fason diferan e, mwen dwe di, byen san atann. Lè sond la rive nan orizon enteryè a, sengularite Kerr la revele prezans li—men li vire soti nan pase kozatif nan mond lan sond la. Se te kòmsi singularité a te toujou la, men se sèlman kounye a pwofonde a te santi enfliyans li rive nan li. Ou pral di ke sa a son kokenn, epi li se vre. Epi gen plizyè enkonsistans nan foto espas-tan, ki soti nan ki li klè tou ke repons sa a pa ka konsidere kòm final.
Premye pwoblèm ak yon singularité parèt nan tan pase yon obsèvatè ki rive nan orizon enteryè a se ke nan moman sa a ekwasyon Einstein yo pa ka inikman predi sa ki pral rive nan espas tan deyò orizon sa a. Sa se, nan yon sans, prezans nan yon singularité ka mennen nan anyen. Petèt sa ki pral rive aktyèlman ka eksplike nou pa teyori gravite pwopòsyon an, men ekwasyon Einstein yo pa ba nou okenn chans pou nou konnen. Jis pa enterè, nou dekri pi ba a sa ki ta rive si nou mande pou entèseksyon orizon espas tan an dwe osi lis ke matematik posib (si fonksyon metrik yo te, jan matematisyen yo di, "analitik"), men pa gen okenn baz fizik klè. pou yon sipozisyon konsa Non. Nan sans, dezyèm pwoblèm nan ak orizon enteryè a sijere egzakteman opoze a: nan Linivè reyèl la, nan ki matyè ak enèji egziste deyò twou nwa, espas tan nan orizon enteryè a vin trè ki graj, ak yon sengularite ki tankou bouk devlope la. Li pa tankou destriktif tankou fòs la mare enfini nan sengularite a nan solisyon an Schwarzschild, men nan nenpòt ka prezans li jete dout sou konsekans yo ki soti nan lide a nan fonksyon lis analitik. Petèt sa a se yon bon bagay - sipozisyon an nan ekspansyon analyse enplike bagay trè etranj.
Nan sans, yon machin tan opere nan rejyon an nan koub timelike fèmen. Byen lwen singularité a, pa gen okenn koub fèmen ki sanble ak tan, epi apa de fòs repouse nan rejyon an nan sengularite a, espas tan sanble konplètman nòmal. Sepandan, gen trajectoire (yo pa jeodezi, kidonk ou bezwen yon motè fize) ki pral mennen ou nan rejyon an nan koub tan fèmen fèmen. Yon fwa ou la, ou ka deplase nan nenpòt direksyon sou kowòdone t la, ki se tan an nan obsèvatè a byen lwen, men nan pwòp tan ou a ou ap toujou toujou avanse pou pi devan. Sa vle di ke ou ka ale nan nenpòt ki lè w vle, epi retounen nan yon pati byen lwen nan espas-tan - e menm rive la anvan ou ale. Natirèlman, kounye a tout paradoks ki asosye ak lide vwayaj nan tan an vin nan lavi: pou egzanp, e si, lè w pran yon ti mache nan tan, ou konvenk pwòp tèt ou sot pase ou a abandone li? Men, si kalite espas-tan sa yo ka egziste ak ki jan paradoks ki asosye ak li yo ka rezoud se kesyon ki depase limit liv sa a. Sepandan, menm jan ak pwoblèm nan "sengularite ble" sou orizon enteryè a, relativite jeneral gen endikasyon ke rejyon nan espas-tan ak koub tan fèmen yo se enstab: le pli vit ke ou eseye konbine kèk kalite kantite mas oswa enèji. , rejyon sa yo ka vin sengilye. Anplis de sa, nan twou nwa wotasyon ki fòme nan Linivè nou an, se "singularite ble" li menm ki ka anpeche fòmasyon yon rejyon mas negatif (ak tout lòt linivè Kerr nan kote twou blan mennen). Men, lefèt ke relativite jeneral pèmèt solisyon etranj sa yo se curieux. Natirèlman, li fasil pou deklare yo yon patoloji, men se pou nou pa bliye ke Einstein li menm ak anpil nan kontanporen li te di menm bagay la sou twou nwa.
» Ou ka jwenn plis detay sou liv la nan
Pou Khabrozhiteley 25% rabè lè l sèvi avèk koupon - Twou nwa
Lè w peye pou vèsyon an papye nan liv la, yo pral voye yon vèsyon elektwonik nan liv la pa imel.
Sous: www.habr.com