Licha ya utata wa mada hiyo, profesa wa Chuo Kikuu cha Princeton Stephen Gubser anatoa utangulizi mfupi, unaoweza kufikiwa na wa kuburudisha kwa mojawapo ya maeneo yanayojadiliwa sana kuhusu fizikia leo. Mashimo meusi ni vitu halisi, sio tu jaribio la mawazo! Mashimo meusi yanafaa sana kutoka kwa mtazamo wa kinadharia, kwani ni rahisi zaidi kihisabati kuliko vitu vingi vya anga, kama vile nyota. Mambo huwa ya ajabu inapotokea kwamba shimo nyeusi sio nyeusi kabisa.
Ni nini hasa ndani yao? Unawezaje kufikiria kuanguka kwenye shimo nyeusi? Au labda tayari tunaanguka ndani yake na hatujui tu juu yake bado?
Katika jiometri ya Kerr, kuna obiti za kijiografia, zilizofungwa kabisa katika ergosphere, na sifa ifuatayo: chembe zinazosonga kando yao zina nguvu mbaya ambazo zinazidi kwa thamani kamili misa iliyobaki na nguvu za kinetic za chembe hizi zilizochukuliwa pamoja. Hii ina maana kwamba jumla ya nishati ya chembe hizi ni hasi. Ni hali hii ambayo hutumiwa katika mchakato wa Penrose. Ikiwa ndani ya angahewa, meli inayochimba nishati huwasha projectile kwa njia ambayo inasogea kwenye mojawapo ya njia hizi kwa nishati hasi. Kwa mujibu wa sheria ya uhifadhi wa nishati, meli hupata nishati ya kinetic ya kutosha kufidia misa iliyopotea iliyopotea sawa na nishati ya projectile, na kwa kuongeza kupata sawa sawa na nishati hasi ya projectile. Kwa kuwa projectile inapaswa kutoweka ndani ya shimo nyeusi baada ya kuchomwa moto, itakuwa nzuri kuifanya kutoka kwa aina fulani ya taka. Kwa upande mmoja, shimo nyeusi bado itakula chochote, lakini kwa upande mwingine, itarudi kwetu nishati zaidi kuliko tuliyowekeza. Kwa hiyo, kwa kuongeza, nishati tunayonunua itakuwa "kijani"!
Kiwango cha juu cha nishati ambacho kinaweza kutolewa kutoka kwa shimo jeusi la Kerr inategemea jinsi shimo linazunguka kwa kasi. Katika hali mbaya zaidi (kwa kasi ya juu iwezekanavyo ya mzunguko), nishati ya mzunguko wa muda wa nafasi huchukua takriban 29% ya jumla ya nishati ya shimo nyeusi. Hii inaweza isionekane kuwa nyingi, lakini kumbuka kuwa ni sehemu ya jumla ya misa ya kupumzika! Kwa kulinganisha, kumbuka kwamba vinu vya nyuklia vinavyoendeshwa na nishati ya kuoza kwa mionzi hutumia chini ya moja ya kumi ya asilimia moja ya nishati inayolingana na uzito wa kupumzika.
Jiometri ya muda wa anga katika upeo wa macho ya shimo jeusi linalozunguka ni tofauti sana na muda wa anga za juu wa Schwarzschild. Wacha tufuate uchunguzi wetu na tuone kitakachotokea. Mara ya kwanza, kila kitu kinaonekana sawa na kesi ya Schwarzschild. Kama hapo awali, muda wa angani huanza kuporomoka, ukiburuta kila kitu pamoja nacho kuelekea katikati ya shimo jeusi, na nguvu za mawimbi huanza kukua. Lakini katika kesi ya Kerr, kabla ya radius kwenda kwa sifuri, kuanguka kunapungua na huanza kurudi nyuma. Katika shimo jeusi linalozunguka kwa kasi, hii itafanyika muda mrefu kabla ya nguvu za mawimbi kuwa na nguvu za kutosha kutishia uadilifu wa uchunguzi. Ili kuelewa kwa kweli kwa nini hii inatokea, hebu tukumbuke kwamba katika mechanics ya Newton, wakati wa kuzunguka, kinachojulikana kama nguvu ya centrifugal hutokea. Nguvu hii sio mojawapo ya nguvu za kimsingi za kimwili: hutokea kutokana na hatua ya pamoja ya nguvu za msingi, ambayo ni muhimu ili kuhakikisha hali ya mzunguko. Tokeo laweza kufikiriwa kuwa ni nguvu ifaayo inayoelekezwa nje—nguvu ya katikati. Unaisikia kwa zamu kali kwenye gari linalotembea kwa kasi. Na ikiwa umewahi kupanda jukwa, unajua jinsi linavyozunguka kwa kasi ndivyo unavyolazimika kushika reli kwa sababu ukiachia utatupwa nje. Ulinganisho huu wa muda wa nafasi sio bora, lakini unapata uhakika kwa usahihi. Kasi ya angular katika muda wa nafasi ya shimo jeusi la Kerr hutoa nguvu bora ya katikati ambayo inakabiliana na mvuto. Kuporomoka ndani ya upeo wa macho kunapovuta muda hadi kwenye radii ndogo, nguvu ya katikati huongezeka na hatimaye inakuwa na uwezo wa kwanza kukabiliana na kuporomoka na kisha kuigeuza.
Wakati kuanguka kunasimama, uchunguzi hufikia kiwango kinachoitwa upeo wa ndani wa shimo nyeusi. Katika hatua hii, nguvu za mawimbi ni ndogo, na uchunguzi, mara tu unapovuka upeo wa tukio, huchukua muda mfupi tu kuifikia. Hata hivyo, kwa sababu tu muda wa angani umeacha kuporomoka haimaanishi kwamba matatizo yetu yameisha na kwamba mzunguko umeondoa kwa namna fulani umoja ndani ya shimo nyeusi la Schwarzschild. Hii bado ni mbali sana! Baada ya yote, nyuma katikati ya miaka ya 1960, Roger Penrose na Stephen Hawking walithibitisha mfumo wa nadharia za umoja, ambayo ilifuata kwamba ikiwa kulikuwa na kuanguka kwa mvuto, hata kwa muda mfupi, basi aina fulani ya umoja inapaswa kuunda kama matokeo. Katika kisa cha Schwarzschild, huu ni umoja unaojumuisha yote na unaoponda wote ambao unatiisha nafasi yote ndani ya upeo wa macho. Katika suluhisho la Kerr, umoja una tabia tofauti na, lazima niseme, bila kutarajia. Uchunguzi unapofikia upeo wa ndani, umoja wa Kerr hufichua uwepo wake—lakini inaonekana kuwa katika siku za nyuma za mfumo wa ulimwengu wa uchunguzi. Ilikuwa ni kana kwamba umoja huo umekuwepo kila wakati, lakini ni sasa tu ndipo uchunguzi ulipohisi ushawishi wake kuufikia. Utasema kwamba hii inaonekana ya ajabu, na ni kweli. Na kuna kutofautiana kadhaa katika picha ya muda wa nafasi, ambayo pia ni wazi kwamba jibu hili haliwezi kuchukuliwa kuwa la mwisho.
Tatizo la kwanza la umoja kuonekana katika siku za nyuma za mtazamaji anayefikia upeo wa ndani ni kwamba wakati huo milinganyo ya Einstein haiwezi kutabiri kipekee kitakachotokea kwa muda wa anga nje ya upeo huo. Hiyo ni, kwa maana, uwepo wa umoja unaweza kusababisha chochote. Labda kile kitakachotokea kinaweza kuelezewa kwetu na nadharia ya mvuto wa quantum, lakini milinganyo ya Einstein haitupi nafasi ya kujua. Kwa kupendezwa tu, tunaelezea hapa chini kile ambacho kingetokea ikiwa tungehitaji kwamba makutano ya upeo wa macho wa anga ya juu iwe laini iwezekanavyo kihisabati (ikiwa kazi za metriki zingekuwa, kama wanahisabati wanasema, "changanuzi"), lakini hakuna msingi wazi wa kimwili. kwa dhana kama hiyo No. Kimsingi, tatizo la pili la upeo wa macho wa ndani linapendekeza kinyume kabisa: katika Ulimwengu halisi, ambamo maada na nishati zipo nje ya mashimo meusi, muda wa anga kwenye upeo wa ndani huwa mbaya sana, na umoja unaofanana na kitanzi hukua hapo. Sio uharibifu kama nguvu isiyo na kikomo ya mawimbi ya umoja katika suluhisho la Schwarzschild, lakini kwa hali yoyote uwepo wake unatia shaka juu ya matokeo yanayofuata kutoka kwa wazo la kazi laini za uchanganuzi. Labda hili ni jambo zuri - dhana ya upanuzi wa uchambuzi inahusisha mambo ya ajabu sana.
Kwa kweli, mashine ya saa hufanya kazi katika eneo la mikondo iliyofungwa ya wakati. Mbali na umoja, hakuna mikondo iliyofungwa ya wakati, na mbali na nguvu za kuchukiza katika eneo la umoja, muda wa anga unaonekana wa kawaida kabisa. Walakini, kuna trajectories (sio za kijiografia, kwa hivyo unahitaji injini ya roketi) ambayo itakupeleka kwenye eneo la mikondo iliyofungwa ya wakati. Unapokuwa hapo, unaweza kusonga kwa mwelekeo wowote kando ya uratibu wa t, ambayo ni wakati wa mwangalizi wa mbali, lakini kwa wakati wako bado utaendelea mbele kila wakati. Hii ina maana kwamba unaweza kwenda wakati wowote unaotaka, na kisha kurudi sehemu ya mbali ya muda wa anga - na hata kufika huko kabla ya kwenda. Kwa kweli, sasa vitendawili vyote vinavyohusiana na wazo la kusafiri kwa wakati vinakuja: kwa mfano, vipi ikiwa, kwa kutembea kwa muda, ulishawishi ubinafsi wako wa zamani kuacha? Lakini kama aina kama hizi za muda wa anga zinaweza kuwepo na jinsi vitendawili vinavyohusishwa nayo vinaweza kutatuliwa ni maswali yaliyo nje ya upeo wa kitabu hiki. Walakini, kama ilivyo kwa shida ya "umoja wa bluu" kwenye upeo wa ndani, uhusiano wa jumla una dalili kwamba maeneo ya wakati wa nafasi na curves zilizofungwa za wakati sio thabiti: mara tu unapojaribu kuchanganya aina fulani ya wingi au nishati. , maeneo haya yanaweza kuwa ya umoja. Zaidi ya hayo, katika mashimo meusi yanayozunguka yanayounda Ulimwengu wetu, ni "upweke wa bluu" yenyewe ambayo inaweza kuzuia uundaji wa eneo la raia hasi (na ulimwengu mwingine wote wa Kerr ambao mashimo meupe huongoza). Walakini, ukweli kwamba uhusiano wa jumla huruhusu suluhisho za kushangaza kama hizo ni ya kufurahisha. Bila shaka, ni rahisi kuwatangaza patholojia, lakini tusisahau kwamba Einstein mwenyewe na wengi wa wakati wake walisema kitu kimoja kuhusu mashimo nyeusi.
» Maelezo zaidi kuhusu kitabu yanaweza kupatikana
Kwa Khabrozhiteley punguzo la 25% kwa kutumia kuponi - Mashimo nyeusi
Baada ya malipo ya toleo la karatasi la kitabu, toleo la elektroniki la kitabu litatumwa kwa barua pepe.
Chanzo: mapenzi.com