Pelu idiju ti koko-ọrọ naa, Ọjọgbọn Yunifasiti Princeton Stephen Gubser nfunni ni ṣoki, iraye si, ati ifihan idanilaraya si ọkan ninu awọn agbegbe ariyanjiyan julọ ti fisiksi loni. Black iho ni o wa gidi ohun, ko o kan kan ero ṣàdánwò! Awọn iho dudu jẹ irọrun lalailopinpin lati oju wiwo imọ-jinlẹ, nitori wọn jẹ mathematiki rọrun pupọ ju awọn ohun elo astrophysical pupọ julọ, gẹgẹbi awọn irawọ. Awọn nkan jẹ ajeji nigbati o ba han pe awọn iho dudu kii ṣe dudu gaan lẹhinna.
Kí ló wà nínú wọn gan-an? Bawo ni o ṣe le fojuinu ja bo sinu iho dudu kan? Tabi boya a ti ṣubu sinu rẹ tẹlẹ ati pe a ko mọ nipa rẹ sibẹsibẹ?
Ni Kerr geometry, awọn orbits geodesic wa, ti paade patapata ni ergosphere, pẹlu ohun-ini atẹle: awọn patikulu ti n lọ pẹlu wọn ni awọn agbara agbara odi ti o ju ni iye pipe awọn ọpọ eniyan isinmi ati awọn agbara kainetik ti awọn patikulu wọnyi ti a mu papọ. Eyi tumọ si pe apapọ agbara ti awọn patikulu wọnyi jẹ odi. O jẹ ipo yii ti a lo ninu ilana Penrose. Lakoko ti o wa ninu ergosphere, ọkọ oju omi ti n jade agbara ina ina iṣẹ akanṣe ni ọna ti o le gbe lọ si ọkan ninu awọn yipo wọnyi pẹlu agbara odi. Ni ibamu si awọn ofin ti itoju ti agbara, awọn ọkọ anfani to kainetik agbara lati isanpada fun awọn ti sọnu ibi-isinmi deede si awọn agbara ti awọn projectile, ati ni afikun lati jèrè awọn rere deede ti awọn net odi agbara ti awọn projectile. Niwon awọn projectile yẹ ki o farasin sinu kan dudu iho lẹhin ti a lenu ise, o yoo jẹ dara lati ṣe awọn ti o lati diẹ ninu awọn iru egbin. Ni apa kan, iho dudu yoo tun jẹ ohunkohun, ṣugbọn ni apa keji, yoo pada si wa ni agbara diẹ sii ju ti a fi sii. Nitorina, ni afikun, agbara ti a ra yoo jẹ "alawọ ewe"!
Iwọn agbara ti o pọ julọ ti o le fa jade lati inu iho dudu Kerr da lori bi iho naa ṣe yara to. Ninu ọran ti o ga julọ (ni iyara yiyi ti o pọju ti o ṣeeṣe), agbara iyipo ti aaye akoko ṣe iroyin fun isunmọ 29% ti agbara lapapọ ti iho dudu. Eyi le ma dabi pupọ, ṣugbọn ranti pe o jẹ ida kan ti ibi-isinmi lapapọ! Fun lafiwe, ranti pe awọn olupilẹṣẹ iparun ti o ni agbara nipasẹ agbara ibajẹ ipanilara lo o kere ju ida kan ninu idamẹwa ti ida kan ti agbara deede si ibi isinmi.
Awọn geometry ti spacetime inu awọn ipade ti a alayipo iho dudu jẹ bosipo o yatọ si Schwarzschild spacetime. Jẹ ki a tẹle iwadi wa ki o wo ohun ti o ṣẹlẹ. Ni akọkọ, ohun gbogbo dabi iru ọran Schwarzschild. Gẹgẹ bi tẹlẹ, akoko aaye bẹrẹ lati ṣubu, fifa ohun gbogbo pẹlu rẹ si aarin iho dudu, ati awọn ipa-ipa omi bẹrẹ lati dagba. Ṣugbọn ninu ọran Kerr, ṣaaju ki redio naa lọ si odo, iṣubu naa fa fifalẹ ati bẹrẹ lati yiyipada. Ninu iho dudu ti o yiyi ni iyara, eyi yoo ṣẹlẹ ni pipẹ ṣaaju ki awọn ipa okun to lagbara to lati halẹ mọ iduroṣinṣin ti iwadii naa. Lati loye ni oye idi ti eyi fi ṣẹlẹ, jẹ ki a ranti pe ni awọn ẹrọ Newtonian, lakoko yiyi, ohun ti a pe ni agbara centrifugal dide. Agbara yii kii ṣe ọkan ninu awọn ipa ti ara ipilẹ: o dide bi abajade ti apapọ igbese ti awọn ipa ipilẹ, eyiti o jẹ dandan lati rii daju ipo yiyi. Abajade naa ni a le ronu bi ipa ti o munadoko ti a darí si ita—agbara centrifugal. O rilara rẹ ni titan didasilẹ ni ọkọ ayọkẹlẹ ti o nyara. Ati pe ti o ba ti wa lori carousel kan, o mọ pe bi o ba ṣe yara yiyara, yoo ni ihamọra ti o ni lati di awọn irin-irin nitori ti o ba jẹ ki o lọ, iwọ yoo da ọ sita. Apejuwe yii fun akoko-aaye ko bojumu, ṣugbọn o gba aaye naa kọja ni deede. Agbara angula ni akoko aaye ti iho dudu Kerr n pese ipa centrifugal ti o munadoko ti o koju fifa agbara walẹ. Bi iṣubu ti o wa laarin ipade ti n fa akoko aaye si awọn rediosi ti o kere ju, agbara centrifugal n pọ si ati nikẹhin di anfani lati kọkọ koju iṣubu ati lẹhinna yi pada.
Ni akoko ti iṣubu ba duro, iwadii naa de ipele ti a pe ni ipade inu ti iho dudu. Ni aaye yii, awọn ipa okun ti o wa ni kekere, ati pe iwadii naa, ni kete ti o ti kọja ibi ipade iṣẹlẹ naa, gba akoko to lopin lati de ọdọ rẹ. Bí ó ti wù kí ó rí, níwọ̀n bí àkókò àyè ti dáwọ́ ìwópalẹ̀ dúró kò túmọ̀ sí pé àwọn ìṣòro wa ti dópin àti pé yíyípo lọ́nà kan ṣáá ti mú ẹyọkan kúrò nínú ihò dúdú Schwarzschild. Eleyi jẹ ṣi kan gun ona pa! Lẹhin gbogbo ẹ, pada ni aarin awọn ọdun 1960, Roger Penrose ati Stephen Hawking ṣe afihan eto ti awọn ilana isọdọkan, lati inu eyiti o tẹle pe ti o ba wa isubu gravitational, paapaa kukuru kan, lẹhinna diẹ ninu awọn ẹya ti singularity yẹ ki o dagba bi abajade. Ninu ọran Schwarzschild, eyi jẹ gbogbo-apapọ ati ẹyọkan ti o fọ gbogbo ti o tẹri gbogbo aaye laarin ibi ipade. Ni ojutu Kerr, awọn singularity huwa otooto ati, Mo gbọdọ sọ, oyimbo lairotẹlẹ. Nigbati iwadii ba de ibi ipade inu, ẹyọkan Kerr ṣe afihan wiwa rẹ—ṣugbọn o wa ni idi ti o ti kọja ti aye ti iwadii naa. O dabi ẹnipe iyasọtọ ti wa nibẹ nigbagbogbo, ṣugbọn ni bayi ni iwadii naa ni imọlara ipa rẹ de ọdọ rẹ. Iwọ yoo sọ pe eyi dun ikọja, ati pe o jẹ otitọ. Ati pe ọpọlọpọ awọn aiṣedeede wa ni aworan ti akoko-aaye, lati eyi ti o tun han pe idahun yii ko le ṣe akiyesi ipari.
Iṣoro akọkọ pẹlu ẹyọkan ti o farahan ni igba atijọ ti oluwoye ti o de ibi ipade inu ni pe ni akoko yẹn awọn idogba Einstein ko le ṣe asọtẹlẹ ohun ti yoo ṣẹlẹ si akoko aye ni ita ibi ipade naa. Iyẹn ni, ni ọna kan, wiwa ti ẹyọkan le ja si ohunkohun. Boya ohun ti yoo ṣẹlẹ ni otitọ le ṣe alaye fun wa nipasẹ imọ-jinlẹ ti agbara walẹ, ṣugbọn awọn idogba Einstein ko fun wa ni aye lati mọ. Laisi iwulo, a ṣe apejuwe ni isalẹ ohun ti yoo ṣẹlẹ ti a ba beere pe ikorita ti aaye akoko aaye jẹ dan bi o ti ṣee ṣe mathematiki (ti o ba jẹ pe awọn iṣẹ metric jẹ, bi awọn mathimatiki ṣe sọ, “analytic”), ṣugbọn ko si ipilẹ ti ara ti o han gbangba. fun iru arosinu No. Ni pataki, iṣoro keji pẹlu iwoye inu ni imọran gangan idakeji: ni Agbaye gidi, ninu eyiti ọrọ ati agbara wa ni ita awọn ihò dudu, akoko aaye ni ibi-ipamọ inu ti o ni inira pupọ, ati pe ẹyọkan ti o dabi ẹyọkan dagba nibẹ. Ko ṣe iparun bi agbara ailopin ailopin ti iyasọtọ ni ojutu Schwarzschild, ṣugbọn ni eyikeyi ọran wiwa rẹ ṣe iyemeji lori awọn abajade ti o tẹle lati imọran ti awọn iṣẹ itupalẹ didan. Boya eyi dara - arosinu ti imugboroja itupalẹ ni awọn nkan ajeji pupọ.
Ni pataki, ẹrọ akoko kan n ṣiṣẹ ni agbegbe ti awọn iha akoko ti o ni pipade. Jina si isokan, ko si awọn iyipo ti o jọra akoko, ati yato si awọn ipa ipakokoro ni agbegbe ti singularity, aaye aaye dabi deede deede. Bibẹẹkọ, awọn itọpa wa (wọn kii ṣe geodesic, nitorinaa o nilo ẹrọ rocket) ti yoo mu ọ lọ si agbegbe ti awọn iyipo ti akoko pipade. Ni kete ti o ba wa nibẹ, o le gbe ni eyikeyi itọsọna pẹlu ipoidojuko t, eyiti o jẹ akoko ti oluwo ti o jinna, ṣugbọn ni akoko tirẹ iwọ yoo tun tẹsiwaju nigbagbogbo. Eyi tumọ si pe o le lọ si igbakugba t ti o fẹ, ati lẹhinna pada si apakan ti o jinna ti akoko aaye - ati paapaa de ibẹ ṣaaju ki o to lọ. Nitoribẹẹ, ni bayi gbogbo awọn paradoxes ti o ni nkan ṣe pẹlu imọran ti irin-ajo akoko wa si igbesi aye: fun apẹẹrẹ, kini ti o ba jẹ pe, nipa gbigbe akoko kan, o gba ara rẹ ti o kọja lati fi silẹ? Ṣugbọn boya iru awọn iru akoko-aaye le wa ati bi awọn paradoxes ti o nii ṣe pẹlu rẹ ṣe le yanju jẹ awọn ibeere ti o kọja opin ti iwe yii. Bibẹẹkọ, gẹgẹ bi pẹlu iṣoro ti “alakan buluu” lori ipade inu, ifaramọ gbogbogbo ni awọn itọkasi pe awọn agbegbe ti aaye-akoko pẹlu awọn iyipo ti o jọra akoko jẹ riru: ni kete ti o ba gbiyanju lati darapo diẹ ninu iye iwọn tabi agbara. , awọn agbegbe wọnyi le di ẹyọkan. Pẹlupẹlu, ninu awọn iho dudu ti n yiyi ti o dagba ni Agbaye wa, o jẹ “alakankan buluu” funrararẹ ti o le ṣe idiwọ dida agbegbe ti awọn ọpọ eniyan odi (ati gbogbo awọn agbaye miiran ti Kerr eyiti awọn ihò funfun ṣe itọsọna). Síbẹ̀síbẹ̀, òtítọ́ náà pé ìbátan gbogbogbòò ń yọ̀ọ̀da fún irú àwọn ojútùú àjèjì bẹ́ẹ̀ jẹ́ ohun tí ń fani lọ́kàn mọ́ra. Nitoribẹẹ, o rọrun lati sọ wọn ni Ẹkọ-ara, ṣugbọn jẹ ki a maṣe gbagbe pe Einstein funrararẹ ati ọpọlọpọ awọn ẹlẹgbẹ rẹ sọ ohun kanna nipa awọn iho dudu.
» Awọn alaye diẹ sii nipa iwe le ṣee ri ni
Fun Khabrozhiteley 25% ẹdinwo nipa lilo kupọọnu - Iho dudu
Ni isanwo fun ẹya iwe ti iwe naa, ẹya ẹrọ itanna ti iwe naa yoo firanṣẹ nipasẹ imeeli.
orisun: www.habr.com