Теманын татаалдыгына карабастан, Принстон университетинин профессору Стивен Губсер бүгүнкү күндө физиканын эң көп талкууланган багыттарынын бирине кыска, жеткиликтүү жана кызыктуу киришүүнү сунуштайт. Кара тешиктер жөн эле ой эксперименти эмес, реалдуу объекттер! Кара тешиктер теориялык жактан абдан ыңгайлуу, анткени алар жылдыздар сыяктуу астрофизикалык объектилердин көбүнө караганда математикалык жактан алда канча жөнөкөй. Кара тешиктер чындап эле кара эмес экени билингенде, баары кызыктай болуп калат.
Алардын ичинде чынында эмне бар? Кара тешикке түшкөнүңүздү кантип элестете аласыз? Же, балким, биз буга чейин эле түшүп, ал жөнүндө азырынча билбейбиз?
Керр геометриясында толугу менен эргосфера менен курчалган геодезиялык орбиталар бар, алар төмөнкүдөй касиетке ээ: аларды бойлоп кыймылдаган бөлүкчөлөр абсолюттук мааниси боюнча бул бөлүкчөлөрдүн чогуу алынган эс массаларынан жана кинетикалык энергияларынан жогору турган терс потенциалдык энергияга ээ. Бул бул бөлүкчөлөрдүн жалпы энергиясы терс экенин билдирет. Дал ушул жагдай Penrose процессинде колдонулат. Эргосферанын ичинде энергия алып жаткан кеме снарядды терс энергия менен бул орбиталардын биринде кыймылдай тургандай атууда. Энергияны сактоо мыйзамына ылайык, кеме снаряддын энергиясына эквиваленттүү жоголгон эс массасынын ордун толтурууга жана снаряддын таза терс энергиясынын оң эквивалентине кошумча кинетикалык энергияга ээ болот. Снаряд атылгандан кийин кара тешикке кирип жок болуп кетиши керек болгондуктан, аны кандайдыр бир таштандыдан жасаса жакшы болмок. Бир жагынан кара тешик баары бир жейт, бирок экинчи жагынан, ал бизге биз салгандан көбүрөөк энергияны кайтарып берет. Мындан тышкары, биз сатып алган энергия "жашыл" болот!
Керр кара тешигинен алынышы мүмкүн болгон энергиянын максималдуу көлөмү тешик канчалык ылдамдыкта айланып жатканына жараша болот. Эң экстремалдык учурда (мүмкүн болгон максималдуу айлануу ылдамдыгында) мейкиндиктин айлануу энергиясы кара тешиктин жалпы энергиясынын болжол менен 29% түзөт. Бул анча деле көрүнбөшү мүмкүн, бирок бул жалпы эс алуу массасынын бир бөлүгү экенин унутпаңыз! Салыштыруу үчүн, радиоактивдүү ажыроо энергиясы менен иштеген өзөктүк реакторлор эс алуу массасына эквиваленттүү энергиянын ондон бир пайызынан азын колдоноорун унутпаңыз.
Айлануучу кара тешиктин горизонтундагы мейкиндик-убакыттын геометриясы Шварцшильд космостук убактысынан кескин түрдө айырмаланат. Келгиле, иликтөөбүздү ээрчип, эмне болорун көрөлү. Башында баары Шварцшильддин ишине окшош. Мурдагыдай эле, космостук убакыт кыйрай баштайт, аны менен кошо бардыгын кара тешиктин борборуна сүйрөп барат жана толкундуу күчтөр өсө баштайт. Бирок Керр шартында, радиус нөлгө бара электе, кыйроо басаңдап, артка кете баштайт. Тез айланып турган кара тешикте бул толкундун күчү зонддун бүтүндүгүнө коркунуч келтире тургандай күчтүү боло электе болот. Бул эмне үчүн болуп жатканын интуитивдик түшүнүү үчүн, Ньютон механикасында айлануу учурунда борбордон четтөөчү күч деп аталган күч пайда болоорун эстейли. Бул күч негизги физикалык күчтөрдүн бири эмес: ал айлануу абалын камсыз кылуу үчүн зарыл болгон негизги күчтөрдүн биргелешкен аракетинин натыйжасында пайда болот. Жыйынтыгын сыртка багытталган эффективдүү күч — борбордон четтөөчү күч катары кароого болот. Аны тез бара жаткан машинанын чукул бурулушунда сезесиң. Эгерде сиз качандыр бир каруселде болгон болсоңуз, анда ал канчалык ылдам айланса, рельстерди ошончолук катуу кармашыңыз керек экенин билесиз, анткени коё берсеңиз, сизди ыргытып жиберишет. Бул мейкиндик-убакыт үчүн окшоштук идеалдуу эмес, бирок ал ойду туура түшүнөт. Керр кара тешиктин мейкиндигиндеги бурчтук импульс гравитациялык тартылууга каршы эффективдүү борбордон четтөөчү күчтү камсыз кылат. Горизонттун ичиндеги кыйроо мейкиндикти кичине радиустарга тарткан сайын, борбордон четтөөчү күч күчөйт жана акырында адегенде кыйроого каршы турууга, анан аны артка кайтарууга жөндөмдүү болуп калат.
Коллапс токтогон учурда зонд кара тешиктин ички горизонту деп аталган деңгээлге жетет. Бул учурда, толкун күчтөр кичинекей жана зонд окуя горизонтунан өткөндөн кийин, ага жетүү үчүн чектүү гана убакытты талап кылат. Бирок, мейкиндиктин кыйрашы токтоп калганы биздин көйгөйлөрүбүз бүттү дегенди билдирбейт жана айлануу кандайдыр бир жол менен Шварцшильд кара тешигинин ичиндеги өзгөчөлүктү жок кылды. Бул дагы деле алыс! Анткени, 1960-жылдардын орто ченинде Роджер Пенроуз жана Стивен Хокинг сингулярдуулук теоремаларынын системасын далилдешкен, андан гравитациялык кыйроо болсо, ал тургай кыска болсо, натыйжада сингулярдуулуктун кандайдыр бир формасы пайда болушу керек деген жыйынтыкка келген. Шварцшильд окуясында бул горизонттун ичиндеги бардык мейкиндикти өзүнө баш ийдирген бардыгын камтыган жана бардыгын майдалоочу өзгөчөлүк. Керрдин чечими менен сингулярдуулук өзүн башкача алып жүрөт жана, мен күтүлбөгөн жерден айтып коюшум керек. Зонд ички горизонтко жеткенде, Керр сингулярдуулугу анын катышуусун ачып берет, бирок ал зонддун дүйнө сызыгынын себептүү өткөнүндө болуп чыгат. Бул өзгөчөлүк ар дайым болгон сыяктуу эле, бирок зонд анын таасири ага жеткенин эми гана сезди. Сиз бул фантастикалык угулат деп айтасыз жана бул чындык. Ал эми мейкиндик-убакыт картинасында бир нече карама-каршылыктар бар, алардан бул жоопту акыркы деп эсептөөгө болбойт.
Ички горизонтко жеткен байкоочунун өткөндө пайда болгон сингулярдыктын биринчи көйгөйү, ошол учурда Эйнштейндин теңдемелери ал горизонттун тышындагы мейкиндик менен эмне болорун уникалдуу түрдө айта албайт. Башкача айтканда, өзгөчөлүктүн болушу кандайдыр бир нерсеге алып келиши мүмкүн. Балким, чындыгында эмне болорун бизге кванттык тартылуу теориясы менен түшүндүрүүгө болот, бирок Эйнштейндин теңдемелери бизге билүү мүмкүнчүлүгүн бербейт. Кызыкчылык үчүн биз төмөндө сүрөттөлөбүз, эгерде биз мейкиндик горизонтунун кесилишинин математикалык жактан мүмкүн болушунча жылмакай болушун талап кылсак, эмне болорун (эгерде метрикалык функциялар, математиктер айткандай, "аналитикалык" болсо), бирок так физикалык негиз жок. мындай божомол үчүн № Чындыгында, ички горизонт менен болгон экинчи маселе так карама-каршылыгын көрсөтүп турат: кара тешиктердин сыртында материя жана энергия бар болгон чыныгы Ааламда ички горизонтто мейкиндик убакыт өтө одоно болуп, ал жерде укурук сымал сингулярлык пайда болот. Бул Шварцшильд чечиминдеги сингулярдуулуктун чексиз толкундуу күчү сыяктуу кыйратуучу эмес, бирок кандай болгон күндө да анын болушу жылмакай аналитикалык функциялардын идеясынан келип чыккан кесепеттерге шек туудурат. Балким, бул жакшы нерсе - аналитикалык экспансия жөнүндө божомол абдан кызыктай нерселерге алып келет.
Чындыгында, убакыт машинасы жабык убакытка окшош ийри сызыктар аймагында иштейт. Сингулярдуулуктан алыс, жабык убакытка окшош ийри сызыктар жок жана сингулярдуулуктун аймагындагы түртүүчү күчтөрдөн тышкары, мейкиндик убакыт толугу менен кадимкидей көрүнөт. Бирок, траекториялар бар (алар геодезиялык эмес, ошондуктан сизге ракета кыймылдаткычы керек), алар сизди жабык убакытка окшош ийри сызыктар аймагына алып барат. Сиз ошол жерде болгондон кийин, сиз алыскы байкоочунун убактысы болгон t координаты боюнча каалаган багытта жыла аласыз, бирок өз убагында сиз дайыма алдыга жыласыз. Бул сиз каалаган убакта t каалаган убакытка барып, андан кийин мейкиндик-убакыттын алыскы бөлүгүнө кайтып, ал тургай, барардан мурун ал жакка жете аласыз дегенди билдирет. Албетте, азыр убакытка саякат идеясы менен байланышкан бардык парадокстор ишке ашат: мисалы, убакытты басып, сиз мурунку өзүңүздү андан баш тартууга ынандырсаңызчы? Бирок мейкиндик-убакыттын мындай түрлөрү болушу мүмкүнбү жана аны менен байланышкан парадокстор кандайча чечилиши мүмкүнбү деген суроолор бул китептин алкагына кирбейт. Бирок, ички горизонттогу “көк сингулярдуулук” маселеси сыяктуу эле, жалпы салыштырмалуулук да убакыттын жабык ийри сызыктары бар мейкиндик-убакыттын аймактары туруксуз экендигинин көрсөткүчтөрүн камтыйт: сиз кандайдыр бир масса же энергия көлөмүн бириктирүүгө аракет кылганыңызда эле. , бул аймактар сингулярдуу болуп калышы мүмкүн. Анын үстүнө, биздин Ааламда пайда болгон айлануучу кара тешиктерде терс массалардын аймагынын (жана ак тешиктер кирген бардык Керрдин башка ааламдары) пайда болушуна тоскоол боло турган “көк сингулярдуулуктун” өзү. Ошого карабастан жалпы салыштырмалуулуктун мындай таң калыштуу чечимдерге жол берип жатканы кызык. Албетте, аларды патология деп жарыялоо оңой, бирок Эйнштейндин өзү жана анын көптөгөн замандаштары кара тешиктер жөнүндө бир эле нерсени айтышканын унутпайлы.
» Китеп тууралуу кененирээк бул жерден тапса болот
Khabrozhiteley үчүн купонду колдонуу менен 25% арзандатуу - Кара тешиктер
Китептин кагаз түрүндөгү версиясы үчүн төлөм жүргүзүлгөндөн кийин китептин электрондук версиясы электрондук почта аркылуу жөнөтүлөт.
Source: www.habr.com