Сэдвийн нарийн төвөгтэй байдлыг үл харгалзан Принстоны их сургуулийн профессор Стивен Губсер өнөөдөр физикийн хамгийн их маргаантай чиглэлүүдийн нэг болох товч, хүртээмжтэй, хөгжилтэй танилцуулгыг санал болгож байна. Хар нүх бол зүгээр нэг бодлын туршилт биш бодит биет юм! Хар нүхнүүд нь математикийн хувьд од гэх мэт ихэнх астрофизикийн объектуудаас хамаагүй хялбар байдаг тул онолын үүднээс маш тохиромжтой байдаг. Эцсийн эцэст хар нүхнүүд тийм ч хар биш гэдэг нь тодорхой болоход бүх зүйл хачирхалтай болно.
Тэдний дотор үнэхээр юу байдаг вэ? Та хар нүхэнд унана гэж яаж төсөөлж байна вэ? Эсвэл бид аль хэдийн үүнд орсон ч энэ талаар хараахан мэдэхгүй байна уу?
Керр геометрийн хувьд эргосферт бүрэн хаалттай геодезийн тойрог замууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь дараахь шинж чанартай байдаг: тэдгээрийн дагуу хөдөлж буй тоосонцор нь үнэмлэхүй утгаараа үлдсэн масс болон эдгээр хэсгүүдийн кинетик энергийг нэгтгэсэн сөрөг энергитэй байдаг. Энэ нь эдгээр хэсгүүдийн нийт энерги нь сөрөг байна гэсэн үг юм. Энэ нь Penrose процесст хэрэглэгддэг нөхцөл байдал юм. Эргосфер дотор байхдаа эрчим хүч гаргаж авдаг хөлөг онгоц сөрөг энергитэй эдгээр тойрог замуудын аль нэгээр нь хөдөлж байхаар сум харвадаг. Эрчим хүчний хэмнэлтийн хуулийн дагуу хөлөг онгоц нь сумны энергитэй тэнцэх алдагдсан амрах массыг нөхөхөд хангалттай кинетик энергийг олж авахаас гадна сумны цэвэр сөрөг энергийн эерэг эквивалентыг олж авдаг. Сав харвасан хойноо хар нүх рүү алга болох учиртай тул ямар нэгэн хог хаягдлаар хийвэл зүгээр. Нэг талаас хар нүх юуг ч идсээр байх боловч нөгөө талаас бидний оруулсан хөрөнгөөс илүү их энергийг бидэнд буцааж өгөх болно. Үүнээс гадна бидний худалдан авах эрчим хүч "ногоон" байх болно!
Керрийн хар нүхнээс гаргаж авах энергийн дээд хэмжээ нь нүх хэр хурдан эргэлдэж байгаагаас хамаарна. Хамгийн онцгой тохиолдолд (хамгийн их эргэлтийн хурдаар) орон зайн цаг хугацааны эргэлтийн энерги нь хар нүхний нийт энергийн ойролцоогоор 29% -ийг эзэлдэг. Энэ нь тийм ч их биш юм шиг санагдаж болох ч энэ нь нийт амралтын массын нэг хэсэг гэдгийг санаарай! Харьцуулбал, цацраг идэвхт задралын эрчим хүчээр ажилладаг цөмийн реакторууд нь амрах масстай тэнцэх энергийн аравны нэгээс бага хувийг зарцуулдаг гэдгийг санаарай.
Эргэдэг хар нүхний тэнгэрийн хаяанд байрлах орон зайн геометр нь Шварцшильд огторгуйн цаг хугацаанаас эрс ялгаатай. Шинжилгээгээ дагаж, юу болохыг харцгаая. Эхлээд бүх зүйл Schwarzschild-ийн хэрэг шиг харагдаж байна. Урьдын адил сансар огторгуйн цаг хугацаа сүйрч, бүх зүйлийг хар нүхний төв рүү чирж, түрлэгийн хүч нэмэгдэж эхэлдэг. Харин Керрийн тохиолдолд радиус тэг болохоос өмнө уналт удааширч, урвуу талдаа орж эхэлдэг. Хурдан эргэлддэг хар нүхэнд энэ нь түрлэгийн хүч датчикийн бүрэн бүтэн байдалд заналхийлэх хангалттай хүчтэй болохоос өмнө тохиолдох болно. Яагаад ийм зүйл болдгийг ойлгохын тулд Ньютоны механикт эргэлтийн үед төвөөс зугтах хүч гэж нэрлэгддэг хүч үүсдэг гэдгийг санацгаая. Энэ хүч нь үндсэн физик хүчний нэг биш юм: энэ нь эргэлтийн төлөвийг хангахад шаардлагатай үндсэн хүчний нэгдсэн үйл ажиллагааны үр дүнд үүсдэг. Үүний үр дүнд гадагш чиглэсэн үр дүнтэй хүч буюу төвөөс зугтах хүч гэж үзэж болно. Хурдан хөдөлж буй машины огцом эргэлт дээр та үүнийг мэдэрдэг. Хэрэв та тойруулга дээр сууж байсан бол энэ нь хурдан эргэлдэх тусам төмөр замаас чанга атгах хэрэгтэй болдог, учир нь та түүнийг суллах юм бол хөөгдөнө. Орон зай-цаг хугацааны энэ зүйрлэл нь тийм ч тохиромжтой биш боловч санааг зөв ойлгуулдаг. Керрийн хар нүхний орон зай дахь өнцгийн импульс нь таталцлын хүчийг эсэргүүцэх үр дүнтэй төвөөс зугтах хүчийг өгдөг. Тэнгэрийн хаяа дахь нуралт нь орон зайн цагийг жижиг радиус руу татах үед төвөөс зугтах хүч нэмэгдэж, эцэст нь нуралтыг эсэргүүцэж, дараа нь эргүүлэх чадвартай болдог.
Нуралт зогсох мөчид датчик хар нүхний дотоод давхрага гэж нэрлэгддэг түвшинд хүрдэг. Энэ үед далайн түрлэгийн хүч бага байдаг бөгөөд датчик үйл явдлын давхрагыг давсны дараа түүнд хүрэхийн тулд хязгаарлагдмал хугацаа зарцуулдаг. Гэсэн хэдий ч, сансар огторгуйн цаг хугацаа нурахаа больсон гэдэг нь бидний асуудал дуусч, эргэлт нь Шварцшильдын хар нүхний доторх өвөрмөц байдлыг ямар нэгэн байдлаар арилгасан гэсэн үг биш юм. Энэ хол хэвээр байна! Эцсийн эцэст, 1960-аад оны дундуур Рожер Пенроуз, Стивен Хокинг нар онцгой байдлын теоремуудын системийг нотолсон бөгөөд үүнээс үзэхэд хэрэв таталцлын уналт богино байсан ч гэсэн үр дүнд нь ямар нэгэн онцгой байдлын хэлбэр үүсэх ёстой. Шварцшильдын хувьд энэ нь тэнгэрийн хаяанд байгаа бүх орон зайг захирч буй бүх зүйлийг хамарсан, бүхэлд нь бутлах онцгой шинж чанар юм. Керрийн шийдэлд онцгой байдал нь өөр өөрөөр ажилладаг бөгөөд би үнэхээр гэнэтийн байдлаар хэлэх ёстой. Сорьц дотоод тэнгэрийн хаяанд хүрэхэд Керр өвөрмөц байдал нь түүний оршихуйг илчилдэг боловч энэ нь туршилтын ертөнцийн шугамын учир шалтгааны өнгөрсөн үед болж хувирдаг. Онцлог байдал үргэлж байсаар ирсэн юм шиг боловч датчик одоо л түүнд хүрч байгааг мэдэрсэн. Энэ нь гайхалтай сонсогдож байгаа бөгөөд энэ нь үнэн гэж та хэлэх болно. Орон зай-цаг хугацааны зураг дээр хэд хэдэн зөрчилдөөн байдаг бөгөөд үүнээс энэ хариултыг эцсийн гэж үзэх боломжгүй нь тодорхой байна.
Дотоод тэнгэрийн хаяанд хүрч буй ажиглагчийн өнгөрсөнд онцгой шинж тэмдэг илэрдэгтэй холбоотой хамгийн эхний асуудал бол Эйнштейний тэгшитгэл нь тухайн үед огторгуйн гаднах орон зайд юу тохиолдохыг онцгойлон таамаглаж чадахгүй байгаа явдал юм. Энэ нь нэг ёсондоо онцгой шинж чанар байгаа нь юунд ч хүргэж болно гэсэн үг. Магадгүй бодит байдал дээр юу болохыг квант таталцлын онолоор тайлбарлаж болох ч Эйнштейний тэгшитгэлүүд бидэнд мэдэх боломжийг олгодоггүй. Сонирхлын үүднээс бид сансрын цагийн давхрагын огтлолцлыг математикийн хувьд аль болох гөлгөр (хэрэв хэмжигдэхүүн функцууд нь математикчдийн хэлснээр "аналитик" байсан бол) шаардлагатай бол юу болохыг доор тайлбарласан боловч тодорхой физик үндэслэл байхгүй байна. ийм таамаглалын хувьд №. Үнэн чанартаа, дотоод тэнгэрийн хаяатай холбоотой хоёр дахь асуудал нь яг эсрэгээр байгааг харуулж байна: хар нүхнээс гадуур бодис, энерги оршдог бодит Ертөнцөд дотоод тэнгэрийн хаяанд байрлах орон зай маш бүдүүлэг болж, тэнд гогцоо мэт өвөрмөц байдал үүсдэг. Энэ нь Шварцшилдын уусмал дахь хязгааргүй түрлэгийн хүч шиг хор хөнөөлтэй биш боловч ямар ч тохиолдолд түүний оршихуй нь гөлгөр аналитик функцүүдийн санаанаас гарах үр дагаварт эргэлзээ төрүүлдэг. Магадгүй энэ нь сайн хэрэг байж магадгүй - аналитик өргөтгөлийн таамаглал нь маш хачирхалтай зүйлсийг агуулдаг.
Үндсэндээ цаг хугацааны машин хаалттай цаг хугацааны муруйн бүсэд ажилладаг. Онцлог байдлаас хол, хаалттай цаг хугацааны муруй байхгүй бөгөөд онцгой байдлын бүс дэх түлхэлтийн хүчийг эс тооцвол огторгуйн цаг бүрэн хэвийн харагдаж байна. Гэсэн хэдий ч таныг цаг хугацааны битүү муруйн бүсэд хүргэх замууд байдаг (тэдгээр нь геодезийн шинж чанартай биш тул танд пуужингийн хөдөлгүүр хэрэгтэй). Тэнд очсоны дараа та алсын ажиглагчийн цаг болох t координатын дагуу дурын чиглэлд шилжиж болно, гэхдээ өөрийнхөө цагт үргэлж урагшлах болно. Энэ нь та хүссэн цагтаа очиж, дараа нь орон зай-цаг хугацааны алслагдсан хэсэг рүү буцаж очих, тэр ч байтугай явахаасаа өмнө тэнд хүрч болно гэсэн үг юм. Мэдээжийн хэрэг, одоо цаг хугацаагаар аялах санаатай холбоотой бүх парадоксууд амьдралд гарч ирж байна: жишээлбэл, та цаг хугацаагаар алхаж, өнгөрсөн амьдралаа орхихыг ятгавал яах вэ? Гэхдээ ийм төрлийн орон зай-цаг байж болох уу, түүнтэй холбоотой парадоксуудыг хэрхэн шийдвэрлэх вэ гэдэг нь энэ номын хамрах хүрээнээс гадуур асуултууд юм. Гэсэн хэдий ч дотоод тэнгэрийн хаяанд байгаа "цэнхэр онцгой байдлын" асуудлын нэгэн адил харьцангуйн ерөнхий онол нь цаг хугацааны хаалттай муруй бүхий орон зай-цаг хугацааны мужууд тогтворгүй болохыг илтгэдэг: та ямар нэгэн хэмжээний масс эсвэл энергийг нэгтгэхийг оролдох үед , эдгээр бүсүүд нь ганц бие болж болно. Түүгээр ч зогсохгүй манай Орчлонд үүсдэг эргэдэг хар нүхнүүдэд сөрөг массын бүс (мөн цагаан нүхнүүд ордог Керрийн бусад бүх орчлон ертөнц) үүсэхээс сэргийлж чадах "цэнхэр онцгой байдал" өөрөө юм. Гэсэн хэдий ч харьцангуйн ерөнхий онол ийм хачирхалтай шийдлүүдийг гаргах боломжийг олгодог нь анхаарал татаж байна. Мэдээжийн хэрэг, тэдгээрийг эмгэг гэж тунхаглахад хялбар байдаг, гэхдээ Эйнштейн өөрөө болон түүний үеийн олон хүмүүс хар нүхний талаар ижил зүйлийг хэлж байсныг мартаж болохгүй.
» Номын талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг эндээс авах боломжтой
Khabrozhiteley-ийн хувьд купон ашиглан 25% хөнгөлөлт - Хар нүхнүүд
Номын цаасан хувилбарын төлбөрийг төлсний дараа номын цахим хувилбарыг цахим шуудангаар илгээнэ.
Эх сурвалж: www.habr.com