Sanajan pajeulitna topik, profésor Universitas Princeton Stephen Gubser nawiskeun bubuka anu ringkes, tiasa diaksés, sareng ngahibur kana salah sahiji daérah anu paling didebatkeun dina fisika ayeuna. liang hideung objék nyata, teu ngan hiji percobaan pamikiran! Black hole pisan merenah tina sudut pandang téoritis, sabab sacara matematis leuwih basajan ti kalolobaan objék astrofisika, kayaning béntang. Hal-hal janten anéh nalika tétéla yén black hole sanés leres-leres hideung.
Naon sabenerna di jero aranjeunna? Kumaha anjeun tiasa ngabayangkeun ragrag kana black hole? Atawa meureun urang geus ragrag kana eta na ngan teu nyaho ngeunaan eta acan?
Dina géométri Kerr, aya orbit géodésik, lengkep diwengku dina ergosfir, mibanda sipat di handap ieu: partikel nu gerak sapanjang aranjeunna mibanda énergi poténsi négatip nu outweigh dina nilai mutlak massa sésana jeung énergi kinétik partikel ieu dicokot babarengan. Ieu ngandung harti yén total énergi partikel ieu négatip. Kaayaan ieu anu dianggo dina prosés Penrose. Bari di jero ergosphere nu, kapal extracting énergi seuneu projectile dina cara sapertos nu ngalir sapanjang salah sahiji orbit ieu kalawan énergi négatip. Nurutkeun kana hukum konservasi énergi, kapal gains énergi kinétik cukup pikeun ngimbangan massa sésana leungit sarimbag jeung énergi projectile nu, sarta salian mangtaun sarua positif net énergi négatif projectile nu. Kusabab projectile kudu ngaleungit kana black hole sanggeus dipecat, éta hadé pikeun nyieun tina sababaraha jenis runtah. Di hiji sisi, black hole masih bakal ngahakan nanaon, tapi di sisi séjén, éta bakal balik deui ka urang leuwih énergi ti urang invested. Janten, salian ti éta, énergi anu urang mésér bakal "héjo"!
Jumlah maksimum énergi nu bisa sasari tina black hole Kerr gumantung kana kumaha gancang liang spinning. Dina kasus paling ekstrim (dina kagancangan rotasi maksimum mungkin), énergi rotasi spasi-waktu kira 29% tina total énergi black hole. Ieu bisa jadi teu sigana kawas loba, tapi inget yen eta mangrupakeun fraksi ti total massa sésana! Pikeun babandingan, émut yén réaktor nuklir anu didamel ku énérgi buruk radioaktif ngagunakeun kirang ti sapersapuluh hiji persén énergi anu sami sareng massa sésana.
Géométri spasi-waktu di jero cakrawala liang hideung spinning téh nyirorot béda ti Schwarzschild spacetime. Hayu urang tuturkeun panyilidikan urang sareng tingali naon anu kajantenan. Dina awalna, sagalana Sigana sarupa kasus Schwarzschild. Sapertos sateuacanna, spacetime mimiti ambruk, nyered sadayana sareng éta nuju ka tengah liang hideung, sareng kakuatan pasang ngawitan tumbuh. Tapi dina kasus Kerr, sateuacan radius ka nol, runtuhna ngalambatkeun sareng mimiti ngabalikeun. Dina black hole puteran gancang, ieu bakal kajadian lila saméméh gaya pasang surut jadi cukup kuat pikeun ngancem integritas usik. Pikeun intuitif ngartos naha ieu kajadian, hayu urang inget yen dina mékanika Newtonian, salila rotasi timbul disebut gaya centrifugal. Gaya ieu sanés salah sahiji gaya fisik dasar: éta timbul salaku hasil tina aksi gabungan tina gaya dasar, anu dipikabutuh pikeun mastikeun kaayaan rotasi. Hasilna bisa dianggap salaku gaya éféktif diarahkeun kaluar-gaya centrifugal. Anjeun ngarasa eta dina péngkolan seukeut dina mobil pindah gancang. Tur upami Anjeun salah geus kungsi on carousel a, anjeun terang yén gancang spins, nu tighter anjeun kudu cekelan rel sabab lamun ngantep balik, anjeun bakal dialungkeun kaluar. Ieu analogi pikeun spasi-waktu teu idéal, tapi meunang titik di sakuliah leres. Moméntum sudut dina spasi-waktu liang hideung Kerr nyadiakeun gaya centrifugal éféktif nu counteracts tarikan gravitasi. Nalika runtuhna dina cakrawala narik spasi-waktu ka radii nu leuwih leutik, gaya centrifugal naek sarta ahirna jadi bisa mimiti counteract runtuhna lajeng ngabalikeun eta.
Dina momen nalika runtuhna eureun, usik ngahontal tingkat disebut cakrawala jero tina black hole. Dina titik ieu, gaya pasang surut anu leutik, sarta usik, sakali geus meuntas cakrawala acara, nyokot ngan jumlah wates waktu pikeun ngahontal eta. Sanajan kitu, ngan kusabab spacetime geus dieureunkeun runtuhna teu hartosna yén masalah urang geus réngsé sarta yén rotasi geus kumaha bae ngaleungitkeun singularity jero black hole Schwarzschild. Ieu masih jauh! Barina ogé, dina pertengahan taun 1960-an, Roger Penrose jeung Stephen Hawking ngabuktikeun sistem téoréma singularitas, ti mana éta dituturkeun yén lamun aya runtuhna gravitasi, sanajan hiji pondok, lajeng sababaraha bentuk singularity kudu dibentuk salaku hasilna. Dina kasus Schwarzschild, ieu mangrupikeun singularitas sadaya-ngawengku sareng sadaya-ngancurkeun anu subjugates sadaya rohangan dina cakrawala. Dina solusi Kerr, singularitas kalakuanana béda-béda sareng, kuring kedah nyarios, teu disangka-sangka. Nalika usik ngahontal cakrawala batin, singularitas Kerr nembongkeun ayana-tapi tétéla aya dina kaliwat kausal tina garis dunya usik urang. Saolah-olah singularitas geus salawasna aya, tapi ngan ayeuna usik ngarasa pangaruhna ngahontal eta. Anjeun bakal disebutkeun yen ieu hurung hebat, tur éta leres. Tur aya sababaraha inconsistencies dina gambar spasi-waktu, ti mana eta oge jelas yén jawaban ieu teu bisa dianggap final.
Masalah anu munggaran ngeunaan singularitas anu muncul dina jaman baheula ngeunaan pengamat anu ngahontal cakrawala batin nyaéta yén dina waktos éta persamaan Einstein henteu tiasa sacara unik ngaduga naon anu bakal kajadian ka ruang-waktu di luar cakrawala éta. Hartina, dina harti, ayana singularitas bisa ngakibatkeun nanaon. Panginten naon anu bakal kajadian tiasa dijelaskeun ka urang ku téori gravitasi kuantum, tapi persamaan Einstein henteu masihan kasempetan pikeun terang. Ngan kusabab dipikaresep, urang ngajelaskeun handap naon anu bakal kajadian lamun urang diperlukeun yén simpang cakrawala spasi-waktu jadi mulus sakumaha matematis mungkin (lamun fungsi métrik éta, sakumaha ceuk matematikawan, "analitik"), tapi euweuh dasar fisik jelas. pikeun asumsi sapertos No. Intina, masalah kadua jeung cakrawala batin nunjukkeun persis sabalikna: di Alam Semesta nyata, nu zat jeung énergi aya di luar black hole, spasi-waktu di cakrawala batin jadi kasar pisan, sarta singularity kawas loop tumuwuh di dinya. Teu sakumaha destructive salaku kakuatan pasang surut tanpa wates of singularity dina solusi Schwarzschild, tapi dina sagala hal ayana casts ragu kana konsékuansi nu nuturkeun ti pamanggih fungsi analitik lemes. Panginten ieu mangrupikeun hal anu saé - anggapan ékspansi analitis nyababkeun hal-hal anu anéh.
Intina, mesin waktos beroperasi di daérah kurva timelike katutup. Jauh tina singularitas, teu aya kurva mirip waktos katutup, sareng sajaba ti gaya tolak bala di daérah singularitas, ruang-waktu katingalina normal. Sanajan kitu, aya lintasan (aranjeunna henteu geodesic, jadi Anjeun kudu mesin rokét) nu bakal mawa anjeun ka wewengkon kurva timelike ditutup. Sakali anjeun aya, anjeun tiasa ngalih ka arah mana waé sapanjang koordinat t, anu mangrupikeun waktos panitén anu jauh, tapi dina waktos anjeun nyalira anjeun masih bakal maju. Ieu ngandung harti yén anjeun bisa indit ka iraha wae nu Anjeun hoyongkeun, terus balik ka bagian jauh tina spasi-waktu - komo anjog ka dinya saméméh anjeun indit. Tangtosna, ayeuna sadaya paradoks anu aya hubunganana sareng ideu perjalanan waktos hirup: contona, kumaha upami, ku jalan-jalan, anjeun ngayakinkeun diri anu baheula pikeun nyerah? Tapi naha rupa-rupa ruang-waktu tiasa aya sareng kumaha paradoks anu aya hubunganana sareng éta tiasa direngsekeun mangrupikeun patarosan saluareun ruang lingkup buku ieu. Nanging, sapertos masalah "singularitas biru" dina cakrawala batin, rélativitas umum ngandung indikasi yén daérah rohangan-waktos sareng kurva timelike ditutup teu stabil: pas anjeun nyobian ngagabungkeun sababaraha jinis jumlah massa atanapi énergi. , wewengkon ieu bisa jadi tunggal. Leuwih ti éta, dina liang hideung puteran nu ngabentuk di Alam Semesta urang, éta "biru singularity" sorangan nu bisa nyegah formasi wewengkon massa négatip (jeung sakabeh universes séjén Kerr urang kana nu liang bodas ngakibatkeun). Tapi, kanyataan yén rélativitas umum ngamungkinkeun pikeun solusi aneh sapertos anu intriguing. Tangtu, éta gampang dibewarakeun aranjeunna Patologi a, tapi hayu urang poho yén Einstein dirina jeung loba contemporaries na ceuk hal anu sarua ngeunaan black hole.
» Rincian langkung seueur ngeunaan buku tiasa dipendakan di
Pikeun Khabrozhiteley diskon 25% ngagunakeun kupon - liang hideung
Saatos mayar kanggo versi kertas buku, versi éléktronik buku bakal dikirim ku e-mail.
sumber: www.habr.com