"ब्लॅक होल्सचे छोटे पुस्तक"

विषयाची जटिलता असूनही, प्रिन्स्टन युनिव्हर्सिटीचे प्राध्यापक स्टीफन गुब्सर आज भौतिकशास्त्रातील सर्वात वादग्रस्त क्षेत्रांपैकी एक संक्षिप्त, प्रवेशयोग्य आणि मनोरंजक परिचय देतात. कृष्णविवर ही वास्तविक वस्तू आहेत, केवळ एक विचारप्रयोग नाही! कृष्णविवर सैद्धांतिक दृष्टिकोनातून अत्यंत सोयीस्कर आहेत, कारण ते ताऱ्यांसारख्या बहुतेक खगोल भौतिक वस्तूंपेक्षा गणितीयदृष्ट्या खूपच सोपे आहेत. जेव्हा असे दिसून येते की ब्लॅक होल खरोखर इतके काळे नसतात तेव्हा गोष्टी विचित्र होतात.

त्यांच्या आत खरोखर काय आहे? आपण ब्लॅक होलमध्ये पडण्याची कल्पना कशी करू शकता? किंवा कदाचित आपण आधीच त्यात पडलो आहोत आणि अद्याप त्याबद्दल माहित नाही?

केर भूमितीमध्ये, एर्गोस्फियरमध्ये पूर्णतः बंदिस्त असलेल्या भौगोलिक कक्षा आहेत, ज्यामध्ये खालील गुणधर्म आहेत: त्यांच्या बाजूने फिरणाऱ्या कणांमध्ये नकारात्मक संभाव्य ऊर्जा असते जी या कणांच्या उर्वरित वस्तुमान आणि गतिज ऊर्जा यांच्यापेक्षा पूर्ण मूल्यापेक्षा जास्त असते. याचा अर्थ या कणांची एकूण ऊर्जा ऋण आहे. ही परिस्थिती पेनरोज प्रक्रियेत वापरली जाते. एर्गोस्फियरच्या आत असताना, ऊर्जा काढणारे जहाज अशा प्रकारे प्रक्षेपण करते की ते नकारात्मक उर्जेसह यापैकी एका कक्षेत फिरते. उर्जेच्या संवर्धनाच्या कायद्यानुसार, जहाजाला प्रक्षेपणास्त्राच्या उर्जेच्या समतुल्य गमावलेल्या विश्रांती वस्तुमानाची भरपाई करण्यासाठी पुरेशी गतिज ऊर्जा मिळते आणि त्याव्यतिरिक्त प्रक्षेपणाच्या निव्वळ नकारात्मक उर्जेच्या सकारात्मक समतुल्य प्राप्त होते. प्रक्षेपणास्त्र गोळीबारानंतर ब्लॅक होलमध्ये अदृश्य व्हायला हवे म्हणून, ते एखाद्या प्रकारच्या कचऱ्यापासून बनवणे चांगले होईल. एकीकडे, ब्लॅक होल अजूनही काहीही खाईल, परंतु दुसरीकडे, ते आम्हाला गुंतवलेल्यापेक्षा जास्त ऊर्जा परत करेल. तर, याव्यतिरिक्त, आम्ही खरेदी केलेली ऊर्जा "हिरवी" असेल!

केर ब्लॅक होलमधून जास्तीत जास्त ऊर्जा काढली जाऊ शकते हे छिद्र किती वेगाने फिरत आहे यावर अवलंबून असते. अत्यंत टोकाच्या स्थितीत (जास्तीत जास्त संभाव्य रोटेशन वेगाने), स्पेसटाइमची रोटेशनल एनर्जी कृष्णविवराच्या एकूण उर्जेच्या अंदाजे 29% आहे. हे फारसे वाटणार नाही, परंतु लक्षात ठेवा की तो एकूण विश्रांती वस्तुमानाचा एक अंश आहे! तुलनेसाठी, लक्षात ठेवा की किरणोत्सर्गी क्षय ऊर्जेद्वारे समर्थित अणुभट्ट्या उर्वरित वस्तुमानाच्या समतुल्य उर्जेच्या एक दशांश पेक्षा कमी वापरतात.

फिरणाऱ्या कृष्णविवराच्या क्षितिजाच्या आतील अंतराळ वेळेची भूमिती श्वार्झचाइल्ड स्पेसटाइमपेक्षा नाटकीयरित्या वेगळी आहे. चला आमच्या तपासणीचे अनुसरण करू आणि काय होते ते पाहूया. सुरुवातीला, सर्व काही श्वार्झचाइल्ड केससारखेच दिसते. पूर्वीप्रमाणे, स्पेसटाइम कोसळू लागतो, कृष्णविवराच्या मध्यभागी सर्वकाही खेचतो आणि भरतीची शक्ती वाढू लागते. पण केरच्या बाबतीत, त्रिज्या शून्यावर जाण्यापूर्वी, संकुचित होणे कमी होते आणि उलटे होऊ लागते. वेगाने फिरणाऱ्या कृष्णविवरामध्ये, भरती-ओहोटीची शक्ती तपासाच्या अखंडतेला धोका निर्माण होण्याआधी हे घडेल. हे का घडते हे अंतर्ज्ञानाने समजून घेण्यासाठी, आपण हे लक्षात ठेवूया की न्यूटोनियन यांत्रिकीमध्ये, रोटेशन दरम्यान, एक तथाकथित केंद्रापसारक शक्ती उद्भवते. हे बल मूलभूत भौतिक शक्तींपैकी एक नाही: ते मूलभूत शक्तींच्या एकत्रित क्रियेच्या परिणामी उद्भवते, जे रोटेशनची स्थिती सुनिश्चित करण्यासाठी आवश्यक आहे. परिणामाचा विचार बाह्य-केंद्रापसारक शक्ती म्हणून एक प्रभावी शक्ती म्हणून केला जाऊ शकतो. वेगवान कारमध्ये तीक्ष्ण वळणावर तुम्हाला ते जाणवते. आणि जर तुम्ही कधीही कॅरोसेलवर गेला असाल, तर तुम्हाला माहित आहे की ते जितक्या वेगाने फिरेल तितक्या वेगाने तुम्हाला रेल पकडणे अधिक घट्ट करावे लागेल कारण तुम्ही सोडले तर तुम्हाला बाहेर फेकले जाईल. स्पेस-टाइमसाठी हे साधर्म्य आदर्श नाही, परंतु ते योग्यरित्या बिंदू प्राप्त करते. केर ब्लॅक होलच्या स्पेसटाइममधील कोनीय संवेग एक प्रभावी केंद्रापसारक शक्ती प्रदान करते जी गुरुत्वाकर्षणाच्या पुलाचा प्रतिकार करते. क्षितिजाच्या आत कोसळल्याने स्पेसटाइमला लहान त्रिज्याकडे खेचले जात असताना, केंद्रापसारक शक्ती वाढते आणि शेवटी संकुचित होण्यास प्रथम प्रतिकार करण्यास सक्षम होते आणि नंतर ते उलट करण्यास सक्षम होते.

ज्या क्षणी संकुचित होणे थांबते, त्या क्षणी, प्रोब ब्लॅक होलच्या आतील क्षितिज नावाच्या पातळीवर पोहोचते. या टप्प्यावर, भरती-ओहोटीची शक्ती लहान असते आणि प्रोबने घटना क्षितीज ओलांडल्यानंतर, त्याच्यापर्यंत पोहोचण्यासाठी केवळ मर्यादित वेळ लागतो. तथापि, स्पेसटाइम संकुचित होणे थांबले आहे याचा अर्थ असा नाही की आपल्या समस्या संपल्या आहेत आणि रोटेशनने श्वार्झचिल्ड ब्लॅक होलमधील एकलता कशीतरी दूर केली आहे. हे अजून खूप दूर आहे! शेवटी, 1960 च्या दशकाच्या मध्यात, रॉजर पेनरोज आणि स्टीफन हॉकिंग यांनी एकलता प्रमेयांची एक प्रणाली सिद्ध केली, ज्यावरून असे घडले की जर गुरुत्वाकर्षण संकुचित झाले असेल, अगदी लहान असेल, तर परिणामी एकवचनाचे काही प्रकार तयार झाले पाहिजेत. श्वार्झस्चाइल्ड प्रकरणात, ही एक सर्वसमावेशक आणि सर्व-चिकित्सा करणारी एकलता आहे जी क्षितिजातील सर्व जागा वश करते. केरच्या सोल्यूशनमध्ये, एकवचन वेगळ्या पद्धतीने वागते आणि, मला म्हणायचे आहे, अगदी अनपेक्षितपणे. जेव्हा प्रोब आतील क्षितिजापर्यंत पोहोचते, तेव्हा केर सिंग्युलॅरिटी तिची उपस्थिती प्रकट करते-परंतु ते प्रोबच्या जगाच्या भूतकाळात असल्याचे दिसून येते. जणू काही एकवचन नेहमीच होते, पण आता फक्त तपासाचा प्रभाव तिच्यापर्यंत पोहोचल्याचे जाणवले. तुम्ही म्हणाल की हे विलक्षण वाटते आणि ते खरे आहे. आणि अवकाश-काळाच्या चित्रात अनेक विसंगती आहेत, ज्यावरून हे देखील स्पष्ट होते की हे उत्तर अंतिम मानले जाऊ शकत नाही.

आतल्या क्षितिजापर्यंत पोहोचलेल्या निरीक्षकाच्या भूतकाळात दिसणाऱ्या अविवाहिततेची पहिली समस्या ही आहे की त्या क्षणी आइन्स्टाईनची समीकरणे त्या क्षितिजाच्या बाहेरील अवकाशकाळाचे काय होईल याचा अंदाज लावू शकत नाहीत. म्हणजेच, एका अर्थाने, एकलतेची उपस्थिती काहीही होऊ शकते. कदाचित प्रत्यक्षात काय घडेल हे क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धांताद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते, परंतु आइनस्टाईनचे समीकरण आपल्याला जाणून घेण्याची संधी देत ​​नाही. केवळ स्वारस्य म्हणून, आम्ही खाली वर्णन करतो की स्पेसटाइम क्षितिजाचे छेदनबिंदू गणितीयदृष्ट्या शक्य तितके गुळगुळीत असणे आवश्यक असल्यास काय होईल (जर मेट्रिक फंक्शन्स, गणितज्ञ म्हणतात, "विश्लेषणात्मक" असतील तर), परंतु कोणताही स्पष्ट भौतिक आधार नाही. अशा गृहीतकासाठी क्र. थोडक्यात, आतील क्षितिजाची दुसरी समस्या अगदी उलट सूचित करते: वास्तविक विश्वात, ज्यामध्ये कृष्णविवरांच्या बाहेर पदार्थ आणि ऊर्जा अस्तित्वात आहे, आतील क्षितिजावरील अवकाशकाळ खूप खडबडीत बनतो आणि तेथे लूपसारखी एकलता विकसित होते. हे श्वार्झचाइल्ड सोल्यूशनमधील एकलतेच्या अनंत ज्वारीय शक्तीइतके विध्वंसक नाही, परंतु कोणत्याही परिस्थितीत त्याची उपस्थिती गुळगुळीत विश्लेषणात्मक कार्यांच्या कल्पनेतून उद्भवणाऱ्या परिणामांवर शंका निर्माण करते. कदाचित ही चांगली गोष्ट आहे - विश्लेषणात्मक विस्ताराच्या गृहीतकामध्ये खूप विचित्र गोष्टींचा समावेश आहे.

थोडक्यात, टाईम मशीन बंद वेळेसारख्या वक्रांच्या प्रदेशात कार्य करते. विलक्षणतेपासून दूर, कोणतेही बंद वेळेसारखे वक्र नाहीत आणि एकलतेच्या प्रदेशात तिरस्करणीय शक्तींशिवाय, अवकाश काळ पूर्णपणे सामान्य दिसतो. तथापि, तेथे मार्ग आहेत (ते जिओडेसिक नाहीत, म्हणून तुम्हाला रॉकेट इंजिनची आवश्यकता आहे) जे तुम्हाला बंद वेळेप्रमाणे वक्र प्रदेशात घेऊन जातील. एकदा तुम्ही तिथे गेल्यावर, तुम्ही टी समन्वयाच्या बाजूने कोणत्याही दिशेने जाऊ शकता, जो दूरच्या निरीक्षकाची वेळ आहे, परंतु तुमच्या स्वत: च्या वेळेनुसार तुम्ही नेहमीच पुढे जाल. याचा अर्थ असा की तुम्ही तुम्हाला पाहिजे तेव्हा कधीही जाऊ शकता आणि नंतर स्पेस-टाइमच्या दूरच्या भागात परत जाऊ शकता - आणि तुम्ही जाण्यापूर्वी तिथे पोहोचू शकता. अर्थात, आता वेळ प्रवासाच्या कल्पनेशी संबंधित सर्व विरोधाभास जिवंत झाले आहेत: उदाहरणार्थ, जर वेळ फिरून, आपण आपल्या भूतकाळातील स्वतःला ते सोडून देण्यास पटवून दिले तर? परंतु अशा प्रकारचे अवकाश-काळ अस्तित्वात असू शकतात का आणि त्याच्याशी संबंधित विरोधाभास कसे सोडवता येतील हे या पुस्तकाच्या व्याप्तीबाहेरचे प्रश्न आहेत. तथापि, आतील क्षितिजावरील "ब्लू सिंग्युलॅरिटी" च्या समस्येप्रमाणेच, सामान्य सापेक्षतेमध्ये असे संकेत आहेत की बंद वेळेसारखे वक्र असलेले स्पेस-टाइमचे क्षेत्र अस्थिर आहेत: आपण काही प्रकारचे वस्तुमान किंवा ऊर्जा एकत्र करण्याचा प्रयत्न करताच , हे प्रदेश एकवचन होऊ शकतात. शिवाय, आपल्या ब्रह्मांडात तयार होणाऱ्या फिरत्या कृष्णविवरांमध्ये, ही “ब्लू सिंग्युलॅरिटी” स्वतःच नकारात्मक वस्तुमानाचा प्रदेश (आणि केरची इतर सर्व विश्वे ज्यामध्ये पांढरी छिद्रे जातात) तयार होण्यास प्रतिबंध करू शकतात. असे असले तरी, सामान्य सापेक्षता अशा विचित्र उपायांना परवानगी देते ही वस्तुस्थिती विचित्र आहे. अर्थात, त्यांना पॅथॉलॉजी घोषित करणे सोपे आहे, परंतु आपण हे विसरू नये की स्वतः आइन्स्टाईन आणि त्याच्या समकालीनांनी कृष्णविवरांबद्दल असेच म्हटले आहे.

» पुस्तकाबद्दल अधिक तपशील येथे आढळू शकतात प्रकाशकाची वेबसाइट

Khabrozhiteley साठी कूपन वापरून 25% सूट - ब्लॅक होल

पुस्तकाच्या कागदी आवृत्तीसाठी पैसे दिल्यानंतर, पुस्तकाची इलेक्ट्रॉनिक आवृत्ती ई-मेलद्वारे पाठविली जाईल.

स्त्रोत: www.habr.com