Trotz der Komplexitéit vum Thema bitt de Princeton University Professer Stephen Gubser eng succinct, accessibel an erhuelsam Aféierung an ee vun de meescht diskutéierte Beräicher vun der Physik haut. Schwaarz Lächer si richteg Objeten, net nëmmen e Gedankeexperiment! Schwaarz Lächer sinn aus theoretesch Siicht extrem praktesch, well se mathematesch vill méi einfach si wéi déi meescht astrophysik Objeten, wéi zum Beispill Stären. Saache ginn komesch wann et sech erausstellt datt schwaarz Lächer schliisslech net wierklech sou schwaarz sinn.
Wat ass wierklech an hinnen? Wéi kënnt Dir Iech virstellen an e schwaarzt Lach ze falen? Oder vläicht fale mir schonn an et a wëssen just nach net doriwwer?
An der Kerr Geometrie ginn et geodetesch Bunnen, komplett an der Ergosphär zougemaach, mat der folgender Eegenschaft: Partikelen, déi sech laanscht si beweegen, hunn negativ potenziell Energien, déi am absolute Wäert méi wéi d'Reschtmassen an d'kinetesch Energien vun dëse Partikel zesummegeholl hunn. Dëst bedeit datt d'total Energie vun dëse Partikel negativ ass. Et ass dës Ëmstänn déi am Penrose Prozess benotzt gëtt. Wärend an der Ergosphär schéisst d'Schëff dat Energie extrahéiert e Projektil op esou eng Manéier datt et mat negativer Energie laanscht eng vun dëse Bunnen beweegt. Geméiss dem Gesetz vun der Energiekonservatioun kritt d'Schëff genuch kinetesch Energie fir déi verluerene Reschtmass gläichwäerteg mat der Energie vum Projektil ze kompenséieren, an zousätzlech fir de positiven Äquivalent vun der netto negativer Energie vum Projektil ze kréien. Well de Projektil soll an e schwaarzt Lach verschwannen nodeems se gebrannt ginn, wier et gutt et aus iergendenger Offall ze maachen. Engersäits wäert e schwaarzt Lach nach ëmmer alles iessen, awer op der anerer Säit gëtt et eis méi Energie zréck wéi mir investéiert hunn. Also, zousätzlech wäert d'Energie déi mir kafen "gréng" sinn!
Déi maximal Quantitéit un Energie déi aus engem Kerr schwaarze Lach extrahéiert ka ginn hänkt dovun of wéi séier d'Lach dréit. Am extremsten Fall (bei der maximaler méiglecher Rotatiounsgeschwindegkeet) stellt d'Rotatiounsenergie vun der Raumzäit ongeféier 29% vun der Gesamtenergie vum schwaarze Lach aus. Dëst kann net wéi vill schéngen, awer erënnert drun datt et e Bruch vun der totaler Reschtmass ass! Zum Verglach, denkt drun datt Atomreaktoren, déi duerch radioaktiv Zerfallenergie ugedriwwe ginn, manner wéi een Zéngtel vun engem Prozent vun der Energie gläichwäerteg mat der Reschtmass benotzen.
D'Geometrie vun der Raumzäit am Horizont vun engem dréiende schwaarze Lach ass dramatesch anescht wéi d'Schwarzschild Raumzäit. Loosst eis eis Sonde verfollegen a kucken wat geschitt. Am Ufank gesäit alles aus wéi de Schwarzschild Fall. Wéi virdru fänkt d'Raumzäit un ze kollapsen, alles mat sech an d'Mëtt vum schwaarze Lach ze zéien, an d'Gezäitekräften fänken un ze wuessen. Awer am Kerr Fall, ier de Radius op Null geet, verlangsamt den Zesummebroch a fänkt un zréck. An engem séier rotéierende schwaarze Lach geschitt dat laang ier Gezäitekräfte staark genuch ginn fir d'Integritéit vun der Sond ze menacéieren. Fir intuitiv ze verstoen firwat dat geschitt, loosst eis drun erënneren datt an der Newtonescher Mechanik, während der Rotatioun, eng sougenannt Zentrifugalkraaft entsteet. Dës Kraaft ass net eng vun de fundamental kierperlech Kräften: et entsteet als Resultat vun der kombinéiert Aktioun vun fundamental Kräften, déi néideg ass fir engem Zoustand vun Rotatioun ze garantéieren. D'Resultat kann als eng effektiv Kraaft geduecht ginn, déi no bausse geriicht ass - Zentrifugalkraaft. Dir fillt et op engem scharfen Tour an engem séier bewegende Auto. A wann Dir jeemools op enger Karussell war, wësst Dir datt wat méi séier e dréint, wat Dir méi enk d'Schinne muss gräifen, well wann Dir lasslooss, gitt Dir erausgehäit. Dës Analogie fir Raumzäit ass net ideal, awer et kritt de Punkt korrekt. De Wénkelmomentum an der Raumzäit vun engem Kerr Schwaarzt Lach bitt eng effektiv Zentrifugalkraaft, déi de Gravitatiounszuch entgéintwierkt. Wéi den Zesummebroch am Horizont Raumzäit op méi kleng Radien zitt, erhéicht d'Zentrifugalkraaft a kann schlussendlech fäeg sinn den Zesummebroch als éischt entgéintzewierken an duerno ëmgedréint ze ginn.
Am Moment wou den Zesummebroch ophält, erreecht d'Sond en Niveau, deen den bannenzegen Horizont vum schwaarze Lach genannt gëtt. Zu dësem Zäitpunkt sinn d'Gezäitekräfte kleng, an d'Sond, wann se den Eventhorizont gekräizt huet, brauch nëmmen eng endlech Zäit fir se z'erreechen. Wéi och ëmmer, just well d'Raumzäit net méi zesummegebrach ass, heescht net datt eis Probleemer eriwwer sinn an datt d'Rotatioun iergendwéi d'Singularitéit am Schwarzschild schwaarze Lach eliminéiert huet. Dëst ass nach wäit ewech! Ëmmerhin, an der Mëtt vun den 1960er Joren, hunn de Roger Penrose an de Stephen Hawking e System vun Singularitéitstheorem bewisen, aus deem et koum, datt wann et e gravitativen Zesummebroch gëtt, och e kuerzen, da sollt eng Form vun Singularitéit als Resultat entstoen. Am Schwarzschild Fall ass dëst eng alles ëmfaassend an all zerstéierend Singularitéit déi all Raum am Horizont ënnerworf huet. Am Kerr senger Léisung verhält sech d'Singularitéit anescht an, muss ech soen, ganz onerwaart. Wann d'Sond den bannenzegen Horizont erreecht, weist d'Kerr Singularitéit seng Präsenz - awer et stellt sech eraus datt se an der kausaler Vergaangenheet vun der Weltlinn vun der Sonde sinn. Et war wéi wann d'Singularitéit ëmmer do gewiescht wier, awer eréischt elo huet d'Sond gefillt datt hiren Afloss et erreecht huet. Dir wäert soen, datt dëst fantastesch Kläng, an et ass wouer. An et gi verschidde Inkonsistenzen am Bild vun der Raumzäit, aus deenen et och kloer ass datt dës Äntwert net als definitiv ugesi ka ginn.
Den éischte Problem mat enger Singularitéit, déi an der Vergaangenheet vun engem Beobachter erschéngt, deen den bannenzegen Horizont erreecht, ass datt dee Moment dem Einstein seng Equatiounen net eendeiteg viraussoe kënnen, wat mat der Raumzäit ausserhalb deem Horizont geschitt. Dat ass, an engem Sënn, d'Präsenz vun enger Singularitéit kann zu alles féieren. Vläicht, wat tatsächlech wäert geschéien, kann eis duerch d'Theorie vun der Quanteschwéierkraaft erkläert ginn, awer dem Einstein seng Equatioune ginn eis keng Chance fir ze wëssen. Just aus Interessi beschreiwen mir hei drënner wat géif geschéien wa mir verlaangen datt d'Kräizung vum Raumzäithorizont sou glat wéi mathematesch méiglech ass (wann déi metresch Funktiounen, wéi Mathematiker soen, "analytesch" wieren), awer et gëtt keng kloer kierperlech Basis fir esou eng Virgab Nr. Am Wesentlechen suggeréiert den zweete Problem mam bannenzegen Horizont genee de Géigendeel: am reellen Universum, an deem Matière an Energie ausserhalb vun de schwaarze Lächer existéieren, gëtt Raumzäit um bannenzegen Horizont ganz rau, an do entwéckelt sech eng Loopähnlech Singularitéit. Et ass net sou zerstéierend wéi déi onendlech Gezäitekraaft vun der Singularitéit an der Schwarzschild-Léisung, awer op jidde Fall stellt seng Präsenz Zweifel un d'Konsequenzen, déi aus der Iddi vu glat analytesche Funktiounen folgen. Vläicht ass dat eng gutt Saach - d'Annahme vun der analytescher Expansioun enthält ganz komesch Saachen.
Am Wesentlechen operéiert eng Zäitmaschinn an der Regioun vu zouenen Zäitähnleche Kéiren. Wäit vun der Singularitéit ginn et keng zougemaach Zäit-ähnlech Kéiren, an ofgesi vun de repulsive Kräften an der Regioun vun der Singularitéit gesäit d'Raumzäit komplett normal aus. Wéi och ëmmer, et ginn Trajectoiren (si sinn net geodeesch, also braucht Dir e Rakéitemotor) déi Iech an d'Regioun vun zougemaachen zäitleche Kéiren bréngen. Wann Dir do sidd, kënnt Dir an all Richtung laanscht d't Koordinate réckelen, wat d'Zäit vum wäitem Beobachter ass, awer an Ärer eegener Zäit wäert Dir ëmmer nach no vir bewegen. Dat heescht, datt Dir zu all Zäit goen kann t Dir wëllt, an dann zréck an engem wäiten Deel vun Raum-Zäit - an och do ukommen ier Dir gitt. Natierlech kommen elo all d'Paradoxen, déi mat der Iddi vun der Zäitrees verbonne sinn, ëm d'Liewen: zum Beispill, wat wann Dir mat enger Zäit Spazéiergang Är Vergaangenheet iwwerzeegt hutt et opzeginn? Awer ob esou Aarte vu Raumzäit existéiere kënnen a wéi d'Paradoxe, déi domat verbonne sinn, geléist kënne ginn, si Froen iwwer den Ëmfang vun dësem Buch. Wéi och ëmmer, grad wéi mam Problem vun der "bloer Singularitéit" um bannenzegen Horizont, enthält d'allgemeng Relativitéit Indikatiounen datt d'Regioune vun der Raumzäit mat zougemaachen Zäitähnleche Kéiren onbestänneg sinn: soubal Dir probéiert eng Aart vu Mass oder Energie ze kombinéieren , dës Regioune kënnen singular ginn. Ausserdeem, an de rotéierende schwaarze Lächer, déi an eisem Universum bilden, ass et déi "blo Singularitéit" selwer, déi d'Bildung vun enger Regioun vun negativen Massen verhënneren kann (an all dem Kerr seng aner Universum, an déi wäiss Lächer féieren). Trotzdem ass d'Tatsaach, datt d'allgemeng Relativitéitstheorie sou komesch Léisungen erlaabt ass intrigant. Natierlech ass et einfach hinnen eng Pathologie ze deklaréieren, awer loosst eis net vergiessen datt den Einstein selwer a vill vu sengen Zäitgenossen datselwecht iwwer schwaarz Lächer gesot hunn.
» Méi Detailer iwwert d'Buch fannt Dir op
Fir Khabrozhiteley 25% Remise mat Coupon - Schwaarz Lächer
Bei der Bezuelung vun der Pabeierversioun vum Buch gëtt eng elektronesch Versioun vum Buch per E-Mail geschéckt.
Source: will.com