ProHoster > Blogs > interneta ziņas > "Mazā melno caurumu grāmata"

"Mazā melno caurumu grāmata"

"Mazā melno caurumu grāmata" Neskatoties uz tēmas sarežģītÄ«bu, Prinstonas universitātes profesors StÄ«vens Gubsers piedāvā Ä«su, pieejamu un izklaidējoÅ”u ievadu vienā no mÅ«sdienās visvairāk apspriestajām fizikas jomām. Melnie caurumi ir reāli objekti, nevis tikai domu eksperiments! Melnie caurumi ir ārkārtÄ«gi ērti no teorētiskā viedokļa, jo matemātiski tie ir daudz vienkārŔāki nekā vairums astrofizisku objektu, piemēram, zvaigznes. Lietas kļūst dÄ«vainas, kad izrādās, ka melnie caurumi patiesÄ«bā nav tik melni.

Kas tajos Ä«sti ir iekŔā? Kā jÅ«s varat iedomāties iekrist melnajā caurumā? Vai varbÅ«t mēs jau esam tajā iekļuvuÅ”i un vienkārÅ”i par to vēl nezinām?

Kerra Ä£eometrijā ir Ä£eodēziskās orbÄ«tas, kas ir pilnÄ«bā slēgtas ergosfērā ar Ŕādu Ä«paŔību: daļiņām, kas pārvietojas pa tām, ir negatÄ«va potenciālā enerÄ£ija, kas absolÅ«tā vērtÄ«bā pārsniedz Å”o daļiņu atlikuŔās masas un kinētisko enerÄ£iju kopā. Tas nozÄ«mē, ka Å”o daļiņu kopējā enerÄ£ija ir negatÄ«va. TieÅ”i Å”is apstāklis ā€‹ā€‹tiek izmantots Penrose procesā. Atrodoties ergosfērā, kuÄ£is, kas iegÅ«st enerÄ£iju, izÅ”auj Ŕāviņu tā, ka tas pārvietojas pa vienu no Ŕīm orbÄ«tām ar negatÄ«vu enerÄ£iju. Saskaņā ar enerÄ£ijas nezÅ«damÄ«bas likumu kuÄ£is iegÅ«st pietiekamu kinētisko enerÄ£iju, lai kompensētu zaudēto miera masu, kas ir ekvivalenta Ŕāviņa enerÄ£ijai, un papildus iegÅ«t lādiņa neto negatÄ«vās enerÄ£ijas pozitÄ«vo ekvivalentu. Tā kā Ŕāviņam pēc izÅ”auÅ”anas vajadzētu pazust melnajā caurumā, bÅ«tu labi to izgatavot no kaut kādiem atkritumiem. No vienas puses, melnais caurums joprojām apēdÄ«s jebko, bet, no otras puses, tas atgriezÄ«s mums vairāk enerÄ£ijas, nekā mēs ieguldÄ«jām. Tātad, turklāt mÅ«su iegādātā enerÄ£ija bÅ«s ā€œzaļaā€!

Maksimālais enerÄ£ijas daudzums, ko var iegÅ«t no Kerra melnā cauruma, ir atkarÄ«gs no tā, cik ātri caurums griežas. Ekstrēmākajā gadÄ«jumā (pie maksimālā iespējamā grieÅ”anās ātruma) telpas laika rotācijas enerÄ£ija veido aptuveni 29% no kopējās melnā cauruma enerÄ£ijas. Tas var neŔķist daudz, taču atcerieties, ka tā ir daļa no kopējās atpÅ«tas masas! SalÄ«dzinājumam atcerieties, ka kodolreaktori, kurus darbina ar radioaktÄ«vās sabrukÅ”anas enerÄ£iju, patērē mazāk nekā vienu desmito daļu no viena procenta enerÄ£ijas, kas ekvivalenta miera masai.

Telplaika Ä£eometrija rotējoÅ”a melnā cauruma horizontā krasi atŔķiras no Å varcÅ”ilda laiktelpas. Sekosim mÅ«su izmeklÄ“Å”anai un redzēsim, kas notiks. Sākumā viss izskatās lÄ«dzÄ«gi kā Å varcÅ”ilda gadÄ«jumā. Tāpat kā iepriekÅ”, telpa laiks sāk sabrukt, velkot visu sev lÄ«dzi melnā cauruma centra virzienā, un sāk pieaugt plÅ«dmaiņu spēki. Bet Kerra gadÄ«jumā, pirms rādiuss sasniedz nulli, sabrukums palēninās un sāk mainÄ«ties. Strauji rotējoŔā melnajā caurumā tas notiks ilgi pirms plÅ«dmaiņu spēki kļūs pietiekami spēcÄ«gi, lai apdraudētu zondes integritāti. Lai intuitÄ«vi saprastu, kāpēc tas notiek, atcerēsimies, ka Ņūtona mehānikā rotācijas laikā rodas tā sauktais centrbēdzes spēks. Å is spēks nav viens no fundamentālajiem fiziskajiem spēkiem: tas rodas pamatspēku kopējās darbÄ«bas rezultātā, kas ir nepiecieÅ”ams, lai nodroÅ”inātu rotācijas stāvokli. Rezultātu var uzskatÄ«t par efektÄ«vu spēku, kas vērsts uz āru ā€” centrbēdzes spēku. JÅ«s to jÅ«tat straujā pagriezienā ātri braucoŔā automaŔīnā. Un, ja jÅ«s kādreiz esat bijis karuselÄ«, jÅ«s zināt, ka jo ātrāk tas griežas, jo cieŔāk jums ir jāsatver sliedes, jo, ja jÅ«s atlaidÄ«sit, jÅ«s tiksit izmests. Å Ä« lÄ«dzÄ«ba telpai-laikam nav ideāla, taču tā pareizi saprot bÅ«tÄ«bu. Leņķiskais impulss Kerra melnā cauruma laiktelpā nodroÅ”ina efektÄ«vu centrbēdzes spēku, kas neitralizē gravitācijas spēku. Tā kā sabrukums horizontā pavelk telpas laiku uz mazākiem rādiusiem, centrbēdzes spēks palielinās un galu galā kļūst spējÄ«gs vispirms neitralizēt sabrukumu un pēc tam to mainÄ«t.

BrÄ«dÄ«, kad sabrukums apstājas, zonde sasniedz lÄ«meni, ko sauc par melnā cauruma iekŔējo horizontu. Å ajā brÄ«dÄ« paisuma spēki ir nelieli, un zondei, kad tā ir Ŕķērsojusi notikumu horizontu, ir nepiecieÅ”ams tikai ierobežots laiks, lai to sasniegtu. Tomēr tas, ka telpas laiks ir pārstājis sabrukt, nenozÄ«mē, ka mÅ«su problēmas ir beiguŔās un ka rotācija ir kaut kādā veidā likvidējusi singularitāti Å varcÅ”ilda melnā cauruma iekÅ”ienē. Tas vēl ir tālu! Galu galā 1960. gadu vidÅ« Rodžers Penrouzs un StÄ«vens Hokings pierādÄ«ja singularitātes teorēmu sistēmu, no kuras izrietēja, ka, ja notiek gravitācijas sabrukums, pat Ä«ss, tad tā rezultātā jāveidojas kādai singularitātes formai. Å varcÅ”ilda gadÄ«jumā tā ir visaptveroÅ”a un visu graujoÅ”a singularitāte, kas pakļauj visu telpu horizontā. Kera risinājumā singularitāte uzvedas savādāk un, jāsaka, diezgan negaidÄ«ti. Kad zonde sasniedz iekŔējo horizontu, Kerra singularitāte atklāj savu klātbÅ«tni, bet izrādās, ka tā atrodas zondes pasaules lÄ«nijas cēloņsakarÄ«bā. It kā singularitāte vienmēr bÅ«tu bijusi, bet tikai tagad zonde juta savu ietekmi, kas to sasniedza. JÅ«s teiksiet, ka tas izklausās fantastiski, un tā ir taisnÄ«ba. Un telpas-laika attēlā ir vairākas neatbilstÄ«bas, no kurām arÄ« ir skaidrs, ka Å”o atbildi nevar uzskatÄ«t par galÄ«gu.

Pirmā problēma ar singularitāti, kas parādās novērotāja pagātnē, kurÅ” sasniedz iekŔējo horizontu, ir tāda, ka tajā brÄ«dÄ« EinÅ”teina vienādojumi nevar viennozÄ«mÄ«gi paredzēt, kas notiks ar telpas laiku ārpus Ŕī horizonta. Tas ir, savā ziņā singularitātes klātbÅ«tne var novest pie jebko. VarbÅ«t to, kas patiesÄ«bā notiks, mums var izskaidrot ar kvantu gravitācijas teoriju, taču EinÅ”teina vienādojumi nedod mums nekādu iespēju to zināt. Intereses pēc mēs tālāk aprakstam, kas notiktu, ja pieprasÄ«tu, lai telpas un laika horizonta krustpunkts bÅ«tu pēc iespējas vienmērÄ«gāks matemātiski (ja metriskās funkcijas bÅ«tu, kā matemātiÄ·i saka, "analÄ«tiskas"), taču nav skaidra fiziska pamata. Ŕādam pieņēmumam Nr. BÅ«tÄ«bā otrā problēma ar iekŔējo horizontu liecina tieÅ”i pretējo: reālajā Visumā, kurā matērija un enerÄ£ija eksistē ārpus melnajiem caurumiem, telpas laiks pie iekŔējā horizonta kļūst ļoti raupjÅ”, un tur veidojas cilpai lÄ«dzÄ«ga singularitāte. Tas nav tik destruktÄ«vs kā singularitātes bezgalÄ«gais plÅ«dmaiņas spēks Å varcÅ”ilda risinājumā, taču jebkurā gadÄ«jumā tā klātbÅ«tne rada Å”aubas par sekām, kas izriet no vienmērÄ«gu analÄ«tisko funkciju idejas. VarbÅ«t tas ir labi ā€“ pieņēmums par analÄ«tisko paplaÅ”ināŔanos ietver ļoti dÄ«vainas lietas.

"Mazā melno caurumu grāmata"
BÅ«tÄ«bā laika maŔīna darbojas slēgto laika lÄ«kņu reÄ£ionā. Tālu no singularitātes, nav slēgtu laika lÄ«kņu, un, ja neskaita atgrÅ«doÅ”os spēkus singularitātes reÄ£ionā, telpas laiks izskatās pilnÄ«gi normāls. Tomēr ir trajektorijas (tās nav Ä£eodēziskas, tāpēc jums ir nepiecieÅ”ams raÄ·eÅ”u dzinējs), kas jÅ«s aizvedÄ«s uz slēgto laika lÄ«kņu reÄ£ionu. Kad esat tur, jÅ«s varat pārvietoties jebkurā virzienā pa t koordinātu, kas ir attālā novērotāja laiks, bet savā laikā jÅ«s vienmēr virzÄ«sities uz priekÅ”u. Tas nozÄ«mē, ka jÅ«s varat doties uz jebkuru laiku, kuru vēlaties, un pēc tam atgriezties tālā laiktelpas daļā un pat tur ierasties pirms doÅ”anās. Protams, tagad atdzÄ«vojas visi paradoksi, kas saistÄ«ti ar ideju par ceļoÅ”anu laikā: piemēram, ja jÅ«s, pastaigājoties laikā, pārliecinātu savu pagātni no tās atteikties? Bet vai Ŕādi laiktelpas veidi var pastāvēt un kā var atrisināt ar to saistÄ«tos paradoksi, ir jautājumi, kas neietilpst Ŕīs grāmatas ietvaros. Tomēr, tāpat kā ā€œzilās singularitātesā€ problēma iekŔējā horizontā, vispārējā relativitāte satur norādes, ka laiktelpas reÄ£ioni ar slēgtām laika lÄ«knēm ir nestabili: tiklÄ«dz jÅ«s mēģināt apvienot kaut kādu masas vai enerÄ£ijas daudzumu. , Å”ie reÄ£ioni var kļūt vienskaitlÄ«. Turklāt rotējoÅ”ajos melnajos caurumos, kas veidojas mÅ«su Visumā, pati ā€œzilā singularitāteā€ var novērst negatÄ«vu masu reÄ£iona veidoÅ”anos (un visus pārējos Keras Visumus, kuros ved baltie caurumi). Tomēr fakts, ka vispārējā relativitāte pieļauj Ŕādus dÄ«vainus risinājumus, ir intriģējoÅ”s. Protams, tos ir viegli pasludināt par patoloÄ£iju, taču neaizmirsÄ«sim, ka pats EinÅ”teins un daudzi viņa laikabiedri par melnajiem caurumiem teica to paÅ”u.

Ā» SÄ«kāku informāciju par grāmatu var atrast vietnē izdevēja vietne

Par Khabrozhiteley 25% atlaide, izmantojot kuponu - Melnie caurumi

Apmaksājot grāmatas papīra versiju, uz e-pastu tiks nosūtīta grāmatas elektroniskā versija.

Avots: www.habr.com

Pievieno komentāru