Эта черная дыра вовсе не похожа на Гаргантюа — аналог из фильма Нолана с МакКонахи в главной роли. Да толпы приверженцев теории струн выстроились бы очередями в Нобелевский комитет. Это же новость века! Астрофизики Event Horizon смогли зафиксировать тень черной дыры в галактике М87 — кольцо излучения и материи на краю горизонта событий. Фото: Ton 618 черная дыра. При этом ученые выяснили, что аппетит дыры стабильно выше так называемого предела Эддингтона – количества материи, которую может поглотить черная дыра.
Самая важная вещь во вселенной. Снимок черной дыры стал научным прорывом?
По одной из версий, именно из-за сближения с подобным гравитационным гигантом движение планетарных систем в нашей галактике постоянно ускоряется, а звезды становятся горячее и активнее. Сверхмассивные черные дыры на самом деле белые В самом начале статьи был затронут весьма щекотливый вопрос: цвет, в котором перед нами постают самый мощные квазары, сложно назвать черным. Невооруженным глазом даже на самой простенькой фотографии любой галактики видно, что ее центр - это огромная белая точка. Почему же тогда мы считаем, что это сверхмассивная черная дыра? Фото, сделанные через телескопы, демонстрируют нам огромное скопление звезд, которые притягивает к себе ядро. Планеты и астероиды, которые вращаются рядом, из-за непосредственной близости отражают, тем самым преумножая весь присутствующий рядом свет. Так как квазары не затягивают с молниеносной скоростью все соседние объекты, а лишь удерживают их в своем гравитационном радиусе, они не пропадают, а начинают еще больше пылать, ведь их температура стремительно растет. Что же касается обычных черных дыр, которые существуют в открытом космосе, то их название полностью оправдано. Размеры относительно невелики, но при этом сила гравитации колоссальна. Они попросту «съедают» свет, не выпуская из своих берегов ни единого кванта. Кинематограф и сверхмассивная черная дыра Гаргантюа - этот термин человечество стало широко употреблять по отношению к черным дырам после того, как на экраны вышел фильм «Интерстеллар».
Просматривая эту картину, сложно понять, почему выбрано именно это название и где связь. Но в первоначальном сценарии планировали создать три черных дыры, две из которых носили бы названия Гаргантюа и Пантагрюэль, взятые из сатирического романа После внесенных изменений осталась лишь одна «кроличья нора», для обозначения которой было выбрано первое наименование. Стоит заметить, что в фильме черная дыра изображена максимально реалистично. Так сказать, дизайном ее внешнего вида занимался ученый Кип Торн, который базировался на изученных свойствах данных космических тел. Как мы узнали о черных дырах? Если бы не теория относительности, которая была предложена Альбертом Эйнштейном в начале ХХ века, никто бы, наверное, даже не обратил внимания на эти загадочные объекты. Сверхмассивная черная дыра расценивалась бы как обычное скопление звезд в центре галактики, а рядовые, маленькие, вовсе бы осталась незамеченными. Но сегодня, благодаря теоретическим расчетам и наблюдениям, которые подтверждают их правильность, мы можем наблюдать такой феномен, как искривление пространства-времени. Современные ученые говорят, что найти «кроличью нору» не так уж и сложно. Вокруг такого объекта материя ведет себя неестественно, она не только сжимается, но порой и светится.
Вокруг черной точки образуется яркий ореол, который виден в телескоп. Во многом природа черных дыр помогает нам постичь историю становления Вселенной. В их центре находится точка сингулярности, подобная той, из которой ранее развился весь окружающий нас мир. Доподлинно неизвестно, что может случиться с человеком, который пересечет горизонт событий. Раздавит ли его гравитация, или же он окажется в совершенно ином месте? Единственное, что можно утверждать с полной уверенностью, - гаргантюа замедляет время, и в какой-то момент стрелка часов окончательно и бесповоротно останавливается. В фильме радиус кротовой норы - 1 километр, длина желоба - 10 метров, радиус линзирования на 50 метров больше норы. Кротовая нора нестабильна и очень хочет закрыться и превратиться в две чёрные дыры. Чем длиннее кротовая нора, тем больше в ней будет видно размазанных копий объектов за норой, потому что у света больше путей попадания в глаз под разным углом можно зайти в нору и выйти в одну точку. Чтобы держать кротовую нору открытой, нужно очень много экзотического вещества с отрицательной массой, чтобы оно выталкивало из норы всё на противоположной стороне.
Такое вещество, теоретически, может существовать, но найти его в достаточном количестве, чтобы держать нору - нереально. Но есть второй вариант удержания кротовых нор: нужно использовать гравитационные силы из пятого измерения. Если четырёхмерный объект пронзает наше трёхмерное пространство, он создаёт в нём очень странные силы, которые ни на что не похожи. Вот их и использовать для удержания кротовой норы. Гаргантюа снаружи Такой массы достаточно, чтобы приливные силы на планете Миллер не разорвали её пополам. Изображение дыры: Гаргантюа приплюснута слева, потому что она вращается слева направо относительно камеры и у света, двигающегося в направлении вращения, больше шансов не быть засосанным за горизонт событий. У каждой звезды за чёрной дырой есть два изображения на картинке: обычное, которое далеко от дыры, дано светом, немного согнутым гравитацией. И второе, внутри сферы Эйнштейна , такой сферы, которая всё очень сильно преломляет, потому что близко к дыре. Там ещё несколько особенностей, связанных с вращением дыры, но я это с трудом объясню, потому что оптика не лучшая моя сторона. Чтобы аккреционный диск не зажарил всех заживо всеми возможными лучами, его сделал температурой всего пару тысяч градусов, как Солнце, он излучает свет и совсем чуть-чуть гамма и рентгеновских лучей.
Именно из-за слабости диска из Гаргантюа не вырываются плазменные пучки из южного и северного полюсов, как из квазара. Такое возможно, если дыра не «кушала» другие планеты в течение долгого времени. То, что на картинках светится - это и есть аккреционный газовый диск. А выглядит он как хрен пойми что, потому что, благодаря гравитационному линзированию , над и под чёрной дырой виден кусок диска за этой самой дырой. Очень близко к горизонту событий Гаргантюа есть две критические орбиты, образованные равновесием силы гравитации и центробежной силы. По одной из них движется планета Манна, по другой - Эндюранс в конце фильма. Пространство в Интерстелларе состоит из трёх трёхмерных бран в четырёхмерном пространстве анти-де Ситтера. Над и под нашей браной находятся ограничивающие браны, они нужны для того, чтобы гиперпространство искривлялось между слоями и не нарушались человеческие законы распространения сил, в частности гравитации. Так, в общем, можно сделать пятой измерение развёрнутым, а не скрученным в трубочку. Гиперпространство искривляется между этими бранами и расстояние, измеренное в верхней или нижней бране будет очень сильно короче, чем в нашей бране Расстояние между этими бранами должно быть 1,5 сантиметров - этого достаточно для того, чтобы расстояние по верхней бране между Землёй и Гаргантюа было равно 1АЕ, и в нашей бране соблюдались законы Ньютона о гравитации.
Как это сделать? Это не показывается в фильме , но Кип предполагает, что вокруг Гаргантюа должны вращаться ещё как минимум две маленькие чёрные дыры, размером с Землю. Только попав в гравитацию таких дыр, можно так сильно сбросить скорость и не убить команду корабля. При этом в фильме Купер говорит, что ему нужно сделать менёвр вокруг нейронной звезды, а не чёрной дыры я, честно, не помню этой фразы. Волны на планете Миллер вызваны «покачиванием» планеты туда-сюда, относительно оси, перпендикулярной Гаргантюа. Типа, цунами. Планета Миллер должна располагаться между аккреционным диском и Гаргантюа.
Команда исследователей оценивает, что звезда теряет около трёх масс Земли газа и материала каждый раз, когда она приближается к чёрной дыре. Когда XRT наблюдает определённую часть неба, то данные, собранные прибором, сразу же отправляются на Землю.
Когда данные достигают сервера, программа автоматически сравнивает их с предыдущими наблюдениями XRT этой же части неба. Если программа обнаруживает изменение в рентгеновском излучении, она немедленно оповещает учёных, позволяя им быстро организовать дополнительные наблюдения данного участка неба. Именно этот подход позволил обнаружить Swift J023.
Когда XRT наблюдает определённую часть неба, то данные, собранные прибором, сразу же отправляются на Землю. Когда данные достигают сервера, программа автоматически сравнивает их с предыдущими наблюдениями XRT этой же части неба. Если программа обнаруживает изменение в рентгеновском излучении, она немедленно оповещает учёных, позволяя им быстро организовать дополнительные наблюдения данного участка неба. Именно этот подход позволил обнаружить Swift J023.
Эти волны были образованы из-за слияния двух черных дыр, одна из которых оказалась Гаргантюа. В массовой культуре черная дыра Гаргантюа стала символом невероятной притягательной силы, магической силы, которая может забрасывать людей в другие миры. Полученный снимок представляет изображение аккреционного диска, явления, происходящего в непосредственной близи от еще видимых границ материи, притягиваемой черной дырой, у горизонта событий. Аккреционный диск представляет собой кольцо газа и пыли, вращающееся вокруг черной дыры.
Ее размеры в несколько миллиардов раз больше, чем у Солнца. Представляет собой гигантский воронковидный объект, который путешествует по пространству и поглощает все, что попадает на его пути.
FAQ по Гаргантюа: реальна ли черная дыра в Интерстеллар?
| FAQ по Гаргантюа: реальна ли черная дыра в Интерстеллар? | Термин «черная дыра» появился только в 1969 году с легкой руки физика Джона Уилера. |
| Самая важная вещь во вселенной. Снимок черной дыры стал научным прорывом? | Изучаем свойства чёрных дыр: откуда они берутся, каких размеров бывают и что в реальности сделали бы с планетой Миллер из «Интерстеллара». |
| Гаргантюа: Гигант в малютке | Черная дыра Черные дыры, вероятнее всего, совсем не ограничены никаким горизонтом событий. |
| Самая важная вещь во вселенной. Снимок черной дыры стал научным прорывом? | 360° | Сверхмассивная чёрная дыра — чёрная дыра с массой 105—1011 масс Солнца. Сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая Млечный Путь[2][3]. |
«Интерстеллар» с точки зрения науки
1) Почему черная дыра Гаргантюа в фильме выглядит именно так? Чёрная дыра Гаргантюа – это фантазия создателей «Интерстеллара», которая во многом соответствует реальным космическим объектам. Новости» Новости» Технологий " Изображение Межзвездной Черной дыры Гаргантюа оказалось не слишком Далеко от Реальности. 3-МИНУТНОЕ ЧТЕНИЕ. Чёрная дыра Гаргантюа – это фантазия создателей «Интерстеллара», которая во многом соответствует реальным космическим объектам. Самым известным в массовой культуре изображением черной дыры стал образ Гаргантюа в том же "Интерстелларе".
Зачем ученым фото черной дыры? 10 фактов, которые помогут разобраться в сложном вопросе
С учетом показанных в фильме кадров время на поверхности планеты должно течь медленнее, чем на Земле, всего процентов на двадцать. Это верно в отношении невращающихся черных дыр, но с Гаргантюа все обстоит по-другому. Гаргантюа — сверхмассивная вращающаяся черная дыра, что несколько меняет ее воздействие на окружающее пространство. При определенных условиях, скажем, если она будет вращаться очень быстро, а планета Миллер — располагаться достаточно близко к циркулярной орбите Гаргантюа, такое замедление времени возможно. Правда, у вращающихся черных дыр есть предел скорости вращения, причем максимума они, как правило, не достигают. Чтобы на планете Миллер было такое замедление времени, Гаргантюа должна вращаться лишь чуточку меньше максимума. Это реально, хотя и маловероятно. На планету Миллер должны регулярно падать огромные метеориты. Гаргантюа не всегда сможет поглощать космический мусор, чаще он будет попадать на орбиту и вращаться там. Они возможны, только если разница в гравитационном притяжении черной дыры на разных сторонах планеты очень велика.
Но в таком случае планету просто разорвало бы на части! На самом деле нет. Благодаря гигантским размерам Гаргантюа разница в притяжении черной дыры на разных сторонах планеты Миллер недостаточно велика. Тем не менее силы притяжения должно было хватить для деформирования планеты. Планета Миллер должна была выглядеть как эллипсоид, сжатый по бокам и вытянутый в длину. Кроме того, если бы планета вращалась вокруг своей оси, то силы притяжения Гаргантюа действовали бы в нескольких направлениях в зависимости от положения орбит. По фильму же мы видим, что все гигантские волны движутся примерно в одном направлении. Отсюда следует вывод, что планета Миллер всегда повёрнута к черной дыре одной и той же стороной. Возможно и еще одно объяснение: из-за деформации планеты и притяжения Гаргантюа в определенных районах постоянно проходят землетрясения, вызывающие гигантские цунами.
Неужели нужно было лететь на нее в первую очередь и неужели этой части экспедиции нельзя было избежать? Разумеется, можно было. Планета Миллер никогда бы не стала бы первым кандидатом на место нового дома для человечества, если бы Купер или другие члены экипажа «Эндюранс» догадались использовать по назначению кучу научного оборудования, именно с этой целью доставленного на борт корабля. Информацию о пригодности планеты Миллер для жизни можно было получить прямо с орбиты при помощи телескопов и прочих приборов. Тех самых, которыми Ромили почти четверть века изучал саму чёрную дыру, пока остальные боролись с цунами. Не спускаясь на планету, можно было бы провести ее изучение с безопасного расстояния, где временной лаг минимальный. Простой спектральный анализ здорово сэкономил бы топливо экспедиции и снизил бы накал страстей на экране. Кристоферу Нолану нужно было это замедление времени, чтобы показать, как растёт пропасть между отцом и дочерью. В крайнем случае, если NASA так уж хотелось отправить на планету делегацию из мыслящих существ, вполне можно было бы послать в экспедицию экипаж, состоящий из одних роботов.
Роботы способны выжить почти в любых условиях судя по фильму — даже в черной дыре , они менее требовательны, не так капризны и легче переносят одиночество. Замедления времени он не избежал бы в любом случае — оно возрастает обратно пропорционально расстоянию от черной дыры. Но сэкономить время путем корректировки курса корабля благодаря гравитационному притяжению разных небесных тел еще как можно. В фильме Купер решает избежать притяжения Гаргантюа, разогнавшись до огромной скорости, а затем резко затормозить, попав в зону притяжения нейтронной звезды. На самом деле подобным образом снизить скорость и чтобы корабль и пассажиров при резком торможении не разорвало на кусочки с помощью нейтронной звезды не удалось бы — для этого требуется небольшая черная дыра размером с Землю. Но Нолан был непреклонен насчёт количества черных дыр в фильме: одна, только одна! Действие разворачивается высоко над поверхностью, в небе которой висят гигантские ледяные облака. И почему они не падают под собственным весом? По-видимому, планета Манна вращается вокруг Гаргантюа по крайне сложной орбите и большую часть времени проводит вдали от черной дыры.
Во-первых, до планеты Манна было чуть ли не дольше всего лететь, когда экипаж «Эндюранс» решал, откуда начать. Зато, когда Купер взлетает с планеты, «Рейнджер» оказывается совсем рядом с Гаргантюа. А во-вторых, на это намекают гигантские ледяные облака, которые замерзают на то время, пока планета удалена от аккреционного диска. А не падают они благодаря особому виду магии.
Чтобы сделать этот снимок черной дыры, астрономы вели наблюдение в течение 10 дней в апреле 2017 года, потом еще два года обрабатывали полученные данные, которые хранились на специальных жестких дисках. Поскольку телескопы создавали огромное количество данных — примерно по 350 терабайт в день, — информацию нельзя было передать по интернету, поэтому ученые хранили их на десятках жестких дисков. И это снимок с невероятным масштабом Галактика M87. Для сравнения: масса сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути оценивается в 4,3 миллиона масс Солнца. Но также она находится очень далеко от Земли — в 55 миллионах световых лет для сравнения: расстояние до галактики Андромеда оценивается в 2,52 миллиона световых лет. В итоге расстояние на небе, которое занимает черная дыра в M87, составляет всего 20 микросекунд. Чтобы понять, что это значит, представьте 50-копеечную монету, которую наблюдают с расстояния в 3,5 километра: угол между глазом и краями монеты составит 1 угловую секунду.
Вы разгонитесь по направлению к центру Галактики в течение половины пути, а вторую половину будете замедлять движение с отрицательным ускорением —1 g. Все путешествие длиной 30 100 св. Вы предупреждаете Всемирное географическое общество, что следующее сообщение от вас прийдет из окрестностей галактического центра, после того как вы исследуете находящуюся там черную дыру с массой в 100 тыс. Члены общества должны пребывать в анабиозе около 60 211 лет, если они хотят дождаться повторного сообщения 30 103 года, пока вы доберетесь до центра Галактики, и 30 108 лет, пока сообщение достигнет Земли. К сожалению, это так. Гораздо приятнее Вселенная в фантастических фильмах, где звездолеты переносят путешественников через галактики за времена, непродолжительные с любой точки зрения. Действительно, в 60-е годы XX в. Но более пристальное изучение физических законов привело к заключению, что ни одно из таких путешествий не реализуемо. Самое большее, на что вы можете рассчитывать,— это путешествовать сравнительно недолго по своим часам, но чрезвычайно долго с точки зрения землян. Через 20 лет 7 месяцев ваш звездолет тормозит в центральной части Млечного Пути. Именно здесь, как подтверждают ваши датчики, находится чудовищная черная дыра, всасывающая под свой горизонт смесь газа и звездной пыли. Вы переводите звездолет на тщательно выбранную круговую орбиту над горизонтом черной дыры. Измеряя длину и период своей орбиты и подставляя результаты в формулы Ньютона — Кеплера, вы определяете массу черной дыры. Mслн в точном соответствии с характеристиками, приведенными в атласе черных дыр Уиткомба. Основываясь на безвихревом характере падения газа и пыли, вы заключаете, что у дыры отсутствует заметный момент количества движения. Это подсказывает вам, что ее горизонт имеет форму сферы с длиной большой окружности 1 млн 850 тыс. Детально изучив с помощью приборов падение газа в дыру, вы готовитесь к спуску в окрестности ее горизонта: организуете лазерную связь между спускаемыми аппаратами и компьютером звездолета, после чего выводите спускаемый аппарат из отсека звездолета и постепенно замедляете его, переводя на спиральную орбиту, приближающуюся к горизонту. Все происходит в соответствии с вашими ожиданиями, до тех пор пока вы не достигли орбиты длиной 5 млн 500 тыс. Здесь возникают пугающие перемены! Плавное управление двигателями вместо плавного изменения вашей орбиты приводит к губительному падению по направлению к горизонту. В панике вы разворачиваете аппарат и, резко форсируя двигатели, вновь поднимаетесь на орбиту длиной больше 5 млн 500 тыс. Но этот закон нарушается вблизи горизонта черной дыры и должен быть заменен законами ОТО Эйнштейна. А законы Эйнштейна предсказывают внезапное изменение круговых орбит там, где вы это испытали,— на орбите, длина которой втрое больше длины горизонта. Ниже все орбиты неустойчивы, как карандаш, поставленный на острие. Ничтожный импульс, переданный падающим газом или вызванный неправильным направлением тяги ракетных двигателей, приведет к падению спускаемого аппарата к горизонту; аналогично, такой же импульс, направленный не к дыре, а от нее, приведет к временному нырку назад, к орбите длиной, втрое превышающей длину горизонта, а затем — снова к стремительному падению к горизонту. Любой другой путь невозможен, пока вы не добьетесь тщательнейшей коррекции на случай таких нырков, детально проработав программу управления ракетными двигателями спускаемого аппарата. Вам, человеку, вручную немыслимо столь аккуратно управлять двигателями, но это могу проделать я. Если хотите, я сохраню устойчивость орбиты спускаемого аппарата с помощью коррекции тяги, в то время как вы будете управлять спуском, меняя режим двигателей более грубо». Тем не менее вы принимаете предложение бортового компьютера, который затем объясняет, что неустойчивость — вовсе не единственная особенность вашей орбиты, появляющаяся при длине, втрое превышающей длину горизонта. Возникает также необходимость изменить направление тяги ваших ракетных двигателей. До сих пор, желая приблизиться по спирали к горизонту, вы были вынуждены, включая двигатели, разворачивать аппарат носом назад. Теперь, внутри сферы с длиной большой окружности, втрое превышающей длину горизонта, вы сможете приближаться к горизонту, лишь если при включении двигателей развернете аппарат носом вперед. Последовательно уменьшающиеся орбиты будут требовать все больших моментов количества движения и больших значений орбитальной скорости. Итак, с помощью компьютера вы по спирали приближаетесь к горизонту, переходя от орбиты с длиной, превышающей длину горизонта в 3 раза, к орбите, длиннее горизонта в 2,5 раза, затем в 2; 1,6; 1,55; 1,51; 1,505; 1,501 раза... О, разочарование! По мере того как ваша скорость приближается к скорости света, длина вашей орбиты приближается к величине, в 1,5 раза превышающей длину горизонта. Добраться до самого горизонта этим методом нет никаких надежд. Снова вы обращаетесь за помощью к компьютеру и снова он утешает вас, объясняя, что внутри сферы с длиной большой окружности, превышающей длину горизонта в 1,5 раза, вообще не может быть круговой орбиты. Силы притяжения там настолько сильны, что не могут компенсироваться центростремительными силами, даже если скорость движения по орбите равна скорости света. Если вы хотите еще приблизиться к горизонту, вы вынуждены компенсировать силу притяжения силой тяги ваших ракетных двигателей. Получив это предостережении вы советуетесь с компьютером, как реализовать подобную компенсацию. Объясняете, что хотели бы приблизиться к горизонту настолько, чтобы длина вашей орбиты составляла 1,0001 длины горизонта, где рассчитываете исследовать большинство эффектов, связанных с его влиянием, и откуда вы еще в состоянии выбраться. Но если вы удержите свой аппарат с помощью ракетных двигателей на такой орбите, какие ускоряющие силы вы будете ощущать? Глубоко обескураженный, вы включаете тягу и по спирали возвращаетесь обратно в чрево звездолета. После продолжительного отдыха, пятичасовых расчетов с использованием формул ОТО для черных дыр и трехчасового изучения атласа черных дыр Уиткомба вы, наконец, составляете план следующего этапа путешествия. Затем передаете во Всемирное географическое общество оптимистически полагая, что оно все еще существует отчет о своем исследовании черной дыры с массой 100 тыс. Mслн, а в конце излагаете ваш план. Расчеты показывают, что чем больше черная дыра, тем меньшая сила тяги ракетных двигателей необходима, чтобы удержать вас на орбите длиной 1,0001 длины горизонта. Ближайшая такая дыра под названием Гаргантюа находится далеко за пределами области размерами в 100 тыс. Черная дыра находится возле квазара 8C 2975, отстоящего на 1,2 млрд св. Вы решаете отправиться к ней. Используя укоренив 1 g на первой половине пути и такое же замедление на второй половине, вы затратите на путешествие 1,2 млрд лет по земным часам, но всего лишь 39 лет и 11 месяцев — по вашим. Если члены Всемирного географического общества не желают рисковать и на 2,4 млрд лет погрузиться в анабиоз, они будут вынуждены отказаться от приема вашего следующего сообщения. Гаргантюа И вот через 39 лет и 11 месяцев ваш звездолет тормозит в окрестностях Гаргантюа. Над головой вы видите квазар 8C 2975 с двумя ослепительными голубыми струями, выбрасываемыми из его центра, а под вами простирается черная бездна Гаргантюа. Из этих данных вы определяете длину ее горизонта — около 16 св. Вот, наконец, та черная дыра, чью окрестность вы можете исследовать без невыносимых приливных сил или немыслимого ускорения ракетных двигателей! Перед тем, как начать свой спуск к горизонту, вы тщательно фотографируете гигантский квазар над вами и триллионы звезд, вращающихся вокруг Гаргантюа, а также миллиарды галактик, разбросанных по небу. Особенно тщательно вы фотографируете черный диск Гаргантюа под вами, размеры которого близки к размерам Солнца, наблюдаемого с Земли. На первый взгляд кажется, что этот диск полностью закрывает собой свет звезд и галактик, расположенных за ним. Однако, присмотревшись, вы замечаете, что гравитационное поле черной дыры действует подобно линзе, отклоняя световые лучи вдоль края горизонта и фокусируя их в тонкое яркое кольцо на окружности темного диска. Там, в этом кольце вы видите несколько изображений каждой из загороженных диском звезд: одно, образованное лучами, отклоненными к левому краю диска; другое — лучами, отклоненными к правому краю; третье — лучами, совершившими полный оборот вокруг дыры и затем вышедшими в направлении на вас; четвертое — лучами, совершившими два оборота вокруг дыры... В результате возникает весьма сложная кольцевая структура, которую вы фотографируете во всех деталях для подробного изучения в будущем. Завершив фотосъемку, вы начинаете спускаться к горизонту. Но нужно запастись терпением: дыра настолько огромна, что, ускоряясь и замедляясь с ускорением 1 g, вы будете вынуждены потратить 10 лет по вашим часам, чтобы достичь цели — приблизиться к горизонту настолько, чтобы длина вашей орбиты составляла 1,0001 длины горизонта. Спустившись, вы фотографируете изменения, видимые на небе вокруг вас. Сильнее всего меняется диск под вами: постепенно он вырастает все больше и больше. Вы ожидаете, что он прекратит увеличиваться, когда закроет все небо под вами, оставив верхнюю часть неба чистой, как на Земле. Ничего подобного! Черный диск продолжает расти, поднимаясь по краям вашего звездолета и оставляя лишь непрерывно уменьшающееся отверстие над вами, через которое вы можете наблюдать внешнюю Вселенную. Это выглядит так, словно вы вошли в пещеру и продвигаетесь все глубже и глубже, так что вход представляется светлым пятнышком все меньших размеров. В панике вы снова обращаетесь к компьютеру за помощью: «Неужели я неверно рассчитал траекторию? Не провалились ли мы сквозь горизонт? Неужто мы обречены?! Темнота охватывает почти все небо лишь из-за сильной фокусировки световых лучей, вызванной гравитационным полем черной дыры. Посмотрите на этот «указатель» почти над головой — это галактика 3C 295. Но здесь, у горизонта Гаргантюа, гравитационное поле черной дыры действует на световые лучи, испущенные 3C 295, столь сильно, что они изгибаются, делая кажущееся положение этой галактики вместо горизонтального почти вертикальным, так что 3C 295 оказывается почти над головой». Успокоенный объяснениями компьютера, вы продолжаете свой спуск. На панели перед вами скачут цифры, указывая, сколько всего вы пролетели и длину каждого витка. Но вблизи горизонта с каждым пройденным километром сокращение длины орбиты становится все меньше и меньше: 6,2517... Такие отклонения от формулы Евклида возможны лишь в кривом пространстве — вы воочию наблюдаете кривизну, которая, в соответствии с предсказаниями ОТО Эйнштейна, должна появляться в сильном гравитационном поле черной дыры. На заключительном этапе спуска вы вынуждены все больше увеличивать тягу двигателей, чтобы замедлить падение. Наконец, вы останавливаетесь, оставаясь на орбите, длина которой составляет 1,0001 длины горизонта. Последний километр пройденного пути уменьшил длину вашей орбиты всего лишь на 0,0628 км. С трудом двигая руками из-за причиняющего мучительную боль притяжения, превосходящего земное в 10 раз, вы готовите телескопы и камеры для длительных и детальных съемок. За исключением слабых вспышек вокруг от нагретого при столкновениях падающего газа, единственный доступный съемке источник излучения — это светлое пятно над вами. Но в этом пятне сконцентрированы изображения всех звезд, обращающихся вокруг Гаргантюа, и всех галактик во Вселенной. В самом центре пятна расположены галактики, которые находятся над вами точно в зените. Одинаково необычные, цвета всех звезд и галактик сильно искажены. Галактика, которая, как вам известно, излучает в зеленом диапазоне спектра, кажется испускающей мягкое рентгеновское излучение; длина волны ее электромагнитного излучения уменьшилась с 500 до 5 нм за счет гигантского гравитационного притяжения черной дыры, находящейся под вами. После тщательной регистрации всех деталей светлого пятна над вами вы обращаете внимание на то, что происходит внутри звездолета. Вы почти уверены, что здесь, столь близко от горизонта черной дыры, законы физики тоже изменяются и изменения повлияют на вашу собственную физиологию.
Это означает, что оно течет по-разному для различных систем координат. Когда вы находитесь в сильной гравитационной среде, время течет медленнее для вас по сравнению с людьми, находящимися в слабой гравитационной среде. Если вы находитесь возле черной дыры, как в фильме, ваша система координат, а, следовательно, восприятие времени отличается от восприятия того, кто находится на Земле. Это потому, что гравитационное притяжение черной дыры тем сильнее, чем ближе вы к ней находитесь. Согласно уравнению Эйнштейна время течет медленнее в более высоких гравитационных полях. То же самое происходит на планете, близкой к черной дыре: часы тикают медленнее, чем на космическом корабле, вращающемся дальше. Присутствие массы искривляет мембрану, как резиновый лист. Если достаточно массы концентрируется в одной точке, формируется сингулярность. Объекты приближающиеся к сингулярности проходят через горизонт событий, из которого они никогда не возвращаются. Для вас минута возле черной дыры будет длиться 60 секунд, но если бы вы могли взглянуть на часы на Земле, минута продлилась бы меньше 60 секунд. Это значит, что вы будете стареть медленнее людей на Земле, и чем сильнее гравитационное поле, в котором вы находитесь, тем сильнее замедляется время. Это играет важную роль в фильме, когда исследователи встречаются с черной дырой в центре другой Солнечной системы. Пятимерная Вселенная Альберт Эйнштейн последние 30 лет своей жизни посвятил разработке "теории всего", которая бы сочетала математические понятия гравитации с другими тремя фундаментальными силами природы: сильную силу, слабую силу и электромагнитную силу. Ему, как впрочем, и другим физикам это не удалось. Некоторые физики считают, что единственный способ разгадать эту загадку - это воспринимать нашу Вселенную, как 5-мерную, а не 4-мерную, как предлагал Эйнштейн в теории относительности, где сочетается трехмерное пространство с одномерным временем.
Гаргантюа интерстеллар [82 фото]
Forwarded from ДПС контроль Благовещенск (@dpskontrol_28rus) Сканер портамур амурлайф новости ДТП аварии autoroadblg народный. В Белогорске автомобиль засосало в Гаргантюа (черную дыру). Невероятное приключение автомобиля на ул. Гастелло. Кинематограф и сверхмассивная черная дыра. Гаргантюа – этот термин человечество стало широко употреблять по отношению к черным дырам после того, как на экраны вышел фильм «Интерстеллар». это одно из самых загадочных явлений вселенной. Она представляет собой область космического пространства с крайне высокой плотностью и силой притяжения, из которой ничто, включая свет, не может выбраться. это одно из самых загадочных явлений вселенной. Она представляет собой область космического пространства с крайне высокой плотностью и силой притяжения, из которой ничто, включая свет, не может выбраться.
Фильм «Интерстеллар» секрет концовки раскрыли спустя 9 лет
Иную картину увидит наблюдатель. Для него растягивающийся силуэт звездолёта будет замедляться по мере приближения к чёрной дыре. У самого горизонта событий он и вовсе застынет навеки. Науке неизвестно, что произойдёт со звездолётом после пересечения этой черты. Вероятнее всего, с точки зрения пассажира звездолёта, преодолев световой барьер, он продолжит своё ускорение. Стоит отметить, что вся масса чёрной дыры должна быть сосредоточена в её центре, бесконечно мелкой сингулярности.
Поэтому остальное пространство чёрной дыры является просто областью, ограниченной горизонтом событий. Разный взгляд на пустоту Можно ли увидеть черную дыру? Другими словами, термин «радиус чёрной дыры» не обозначает радиус материального объекта. Это радиус области, внутри которой не действует известная физика. Попав в неё, наш звездолёт не только не сможет вырваться назад, но и неизбежно попадёт в её центр.
В данном случае интересная особенность горизонта событий заключается в том, что с точки зрения наблюдателя никакой сингулярности не существует. Всё то, что попало в чёрную дыру для нашего внешнего мира навсегда останется у края горизонта событий. То есть, с нашей точки зрения, вся масса чёрной дыры сосредоточена не в центре, а по периферии. Звездолёт не только не достигнет центра, но и не пересечёт границы чёрной дыры. Для тех же, кто попал в чёрную дыру, пересечение горизонта событий пролетит со скоростью света.
Путешествие до сингулярности будет проходить при ещё больших нарастающих скоростях, что также нарушает законы нашей физики. В конечном итоге любое тело, угодившее в чёрную дыру, неизбежно станет частью сингулярности. По её меркам пройдёт сравнительно небольшое время, тогда как за пределами дыры, известная для нас, Вселенная может исчезнуть. Ведь, согласно модели Хоккинга, испарения чёрной дыры происходит за невообразимо короткий срок. Масштабы горизонта событий Горизонт событий, наряду с сингулярностью, является основным «атрибутом» чёрной дыры.
Его радиус, называемый также гравитационным радиусом, или радиусом Шварцшильда, линейно зависит от её массы. Можно практически в уме оценить радиус любой чёрной дыры, умножив три километра на отношение её массы к массе солнца. Так чёрная дыра с земной массой будет размером с вишню. В тоже время размер сверхмассивных чёрных дыр будет исчисляться миллионами и даже миллиардами километров.
Получается, теоретически можно допустить путешествие человека вглубь чёрной дыры, о чём было рассказано выше. Самым интересным является то, что размер чёрной дыры с массой наблюдаемой Вселенной в разы меньше размера самой Вселенной. Собственно, тут стоит вспомнить, оговоренную ранее разновидность горизонта событий, как завесу, окутывающую нашу наблюдаемую Вселенную. То есть, то, что, находится за горизонтом событий Вселенной, скрыто от наблюдателя подобно звездолёту, находящемуся в чёрной дыре. Вселенский горизонт событий Горизонт Вселенной и сфера Хаббла Горизонт событий наблюдаемой Вселенной является одним из трёх параметров, характеризующих её границы.
Кроме него также существует сфера Хаббла и горизонт частиц. Радиус сферы Хаббла равен расстоянию, который прошёл свет за время жизни Вселенной — то есть около 14 млрд. Однако, в силу того, что наша Вселенная не статична, сфера Хаббла не является её границей. Реальную границу характеризует горизонт частиц, который учитывает расширение Вселенной. Радиус горизонта частиц примерно в три раза больше горизонта сферы Хаббла. Он равен фактическому расстоянию, который преодолел самый далёкий объект, успевший испустить свет до наблюдателя. Горизонт событий несколько отличен от горизонта частиц. Он отсеивает от нас те события в нашей Вселенной, о которых мы не узнаем никогда. Его радиус на несколько миллиардов световых лет больше радиуса сферы Хаббла.
Все эти три параметра непосредственно зависят от самого наблюдателя. В этом и состоит одно из отличий горизонта событий чёрной дыры от горизонта событий Вселенной. То есть, горизонт событий чёрной дыры не зависит от местоположения различных наблюдателей. Напротив, каждый наблюдатель, в зависимости от своего местоположения, будет видеть границу Вселенной по-своему. Это похоже на то, как будет различаться горизонт с разных точек поверхности планеты. Горизонт Риндлера Горизонт событий также существует для наблюдателя, который находится в состоянии релятивистски равноускоренного движения. Такое тело будут сопровождать два горизонта, которые во многом схожи с горизонтом чёрных дыр. К примеру, этот горизонт будет также обладать излучением, аналогичному излучению испаряющихся чёрных дыр. Этот горизонт также называется горизонтом Риндлера.
Он назван в честь его первооткрывателя Вольфганта Риндлера, который, к слову, придумал сам термин «горизонт событий». Видимый горизонт Черная дыра в представлении художника Итак, теперь мы имеем представление о том, каким видит горизонт событий современная наука.
Как известно, в фильме «Интерстеллар» люди обнаруживают кротовую нору рядом с Сатурном, позволяющую кратчайшим путем отправиться в далекий регион космоса. Благодаря этой норе агентство NASA отправляет 12 астронавтов на исследование 12 миров, потенциально пригодных для жизни. Трое астронавтов отправляют свои сигналы назад на Землю, а потому ученые NASA разрабатывают два плана — «А» и «Б», чтобы спасти все человечество. Первый план заключается в разработке теории гравитационного движения для продвижения человеческих колоний в космосе, тогда как второй план просто подразумевает отправку человеческих эмбрионов для колонизации одной из пригодных для жизни планет. В итоге, главный герой Купер Мэттью Макконахи отправляет на корабле «Эндюрэнс» вместе с остальными членами экипажа на изучение трех сигналов.
Стоит отметить, что агентство NASA рассказывает Куперу о том, что именно некие «неизвестные существа» открыли кротовую нору возле Сатурна для людей. Изначально предполагалось, что эти таинственные существа раскрыли тайны управления измерением и по неизвестной причине почему-то решили помочь человечеству. NASA в фильме «Интерстеллар» считало, что эти неизвестные сущности способно существовать в пятимерном пространстве, тогда как знания людей пока ограничиваются лишь трехмерным пространством.
Зачем, к примеру, показывать грузовые трюмы, где ничего не происходит? Кроме того, на пути к Сатурну члены экспедиции могли экономить топливо при помощи гравитационных манёвров — разгоняться, замедляться или менять направление полета под действием гравитации небесных тел. Каждый такой маневр придавал зонду ускорение. Чтобы добраться от Земли до Сатурна за два года, «Эндюранс» должен преодолевать в среднем 20 километров в секунду. Кип Торн считает, что с помощью маневров и увеличения эффективности ракетного топлива к концу XXI века человечеству будет под силу достичь скорости в 300 километров в секунду. Так что долететь до Сатурна за такое время вполне реально.
Мощи корабельных носовых двигателей тут явно бы не хватило. Самих по себе, может, и не хватило бы, но с помощью очередных коррекций курса на орбите Сатурна — почему нет? Кроме того, не стоить забывать о кротовой норе, которая вполне могла повлиять на расположение гравитационных полей. На съёмочной площадке Кип Торн сам писал на доске, принадлежащей героям, чтобы надписи были осмысленными Жизнь на орбите чёрной дыры Пройдя через кротовую нору, Купер и остальные попадают в конечную точку своего путешествия — планетную систему возле огромной черной дыры Гаргантюа. Это небесное тело — предмет особой гордости как Кипа Торна, так и мастеров по спецэффектам. При изображении дыры использовались вычисления, сделанные Торном специально для фильма. Получившийся результат ошарашил самого Кипа. Он догадывался, как должны в реальности выглядеть черные дыры, но компьютерная анимация превзошла все его ожидания. Откуда планеты Миллер, Эдмундса и Манна черпают тепло и свет?
Из аккреционного диска. Притяжение Гаргантюа так велико, что способно захватить целую звезду. Когда звезда движется прямо на черную дыру, ее судьба плачевна и предсказуема. Если же её орбита пролегает рядом с Гаргантюа, то притяжение черной дыры попросту разрывает небесное тело на части, а большая часть материи, ранее составлявшей тело звезды, попадает на орбиту Гаргантюа и формирует аккреционный диск. Он излучает свет, тепло и радиацию, так что вполне может заменить солнце. Как же экипаж «Эндюранс» не поджарился, просто пролетая мимо? Возможно, с момента, когда последняя звезда попала в гравитационные тиски Гаргантюа, прошло несколько миллионов лет. Тогда газ, составляющий диск, остыл до температуры в несколько тысяч градусов и уже не излучает такой сильной радиации, хотя продолжает давать достаточно света и тепла. Низкой температурой объясняется и блеклость диска.
Гаргантюа — самая достоверная чёрная дыра в истории кино. Но даже она отличается от реальной. Разве их не должно было засосать внутрь дыры? На самом деле наука допускает существование возле гигантских черных дыр зон обычного времени и пространства, даже целых планетных систем, которые вращаются вокруг центральной сингулярности по сложным, но замкнутым орбитам. Он должен быть несколько сплющенным и несимметричным. Кроме того, модель не учитывает эффект Допплера: один край диска должен отливать красным, другой — синим. Да, тут Кристофер Нолан специально пошел против истины, чтобы не смущать зрителей. А еще он специально занизил скорость вращения черной дыры. Кроме того, учитывая расстояние от черной дыры до планеты Миллер, Гаргантюа должна занимать половину небосвода, а планета при таком раскладе находилась бы внутри аккреционного диска, так что он в основном был бы виден только с противоположной дыре стороны планеты.
Планеты Миллер и Манна Первым делом астронавты отправляются на планету Миллер. Время там идёт замедленно — один час на ее поверхности равен семи земным годам. Но нужно находиться совсем рядом с дырой, практически над ее поверхностью. А стабильная орбита вокруг черной дыры должна превышать диаметр Гаргантюа как минимум трижды. Иначе планету Миллер давно бы засосало внутрь. С учетом показанных в фильме кадров время на поверхности планеты должно течь медленнее, чем на Земле, всего процентов на двадцать. Это верно в отношении невращающихся черных дыр, но с Гаргантюа все обстоит по-другому. Гаргантюа — сверхмассивная вращающаяся черная дыра, что несколько меняет ее воздействие на окружающее пространство.
Существует ли чёрная дыра Гаргантюа | Астрономия для начинающих | Федор Бережков
И с тех пор активность черной дыры не ослабевает. Можно сказать, что дыра «обедается» уже более 11 лет остатками разорванных ею звезд, что в 10 раз дольше продолжительности обычного «обеда» черной дыры. При этом ученые выяснили, что аппетит дыры стабильно выше так называемого предела Эддингтона — количества материи, которую может поглотить черная дыра. Челябинск, Юлия Малецкая Челябинск.
Но саму черную дыру все равно не увидеть Поскольку черная дыра ничего не излучает, ее нельзя увидеть просто так. Но зато можно увидеть вещество, которое с большой скоростью падает на черную дыру. Если поставить рядом с ней звезду или поместить черную дыру в облако газа и пыли, то за счет гравитации она начнет притягивать вещество. Оно будет падать на черную дыру, вокруг дыры сформируется аккреционный диск, который разогреется до сотен миллионов градусов и начнет светиться. Это свечение мы и видим».
Светлые участки на фотографии — вещество, которое падает на дыру, а темный участок в центре снимка — тень черной дыры, место, где она находится и откуда не выходит свет. Этот снимок подтверждает теорию Эйнштейна Полученный снимок черной дыры, во-первых, подтверждает понимание общей теории относительности Эйнштейна — например, что у черной дыры должна быть тень, которая находится за светящимся веществом, которое на нее падает, — а во-вторых, говорит о том, что астрономы правильно представляли устройство и работу черных дыр.
При этом замедляться будут не только часы, но и все процессы, включая старение человека. Почему в фильме показана именно водная планета? Здесь можно рассматривать аналогию с Луной. Жидкость способна двигаться за Луной, притягиваясь. Роль Луны очень высока в жизни Земли, она влияет на продолжительность дня, постепенно отдаляется от Земли, если много лет назад у нас было 18 часов в сутках, то сейчас — 24, что не может не радовать.
В то же время Луна защищает Землю от метеоритов, если ее убрать, то вся притягиваемая вода затопит нас, хлынет на сушу, но самое главное, что Земля вращается не вокруг только одной солнечной оси, а вокруг двух, Луна влияет на наклон нашей планеты, а изменение его хотя бы на один градус может вызвать огромные проблемы. Немного подробнее о влиянии Луны на нашу Землю и почему без Луны скорее всего не было бы жизни можно почитать здесь: Влияние Луны на Землю. Еще один простой пример того, что вся эта история с временем не выдумка. Спутники GPS находятся на удалении около 20 200 км от поверхности Земли. Ход часов на GPS спутниках быстрее на приблизительно 40 мкс в день, чем ход ваших часов на Земле. И эта разница учитывается при расчетах ваших GPS координат. Для чтения более подробной и очень интересной информации о взаимосвязи планеты Миллер с черной дырой можно обратиться сюда: Течение времени на планете Миллер.
Гиперсон Большинство фантастических фильмов про космос включают в себя сцены с капсулами, где космонавты засыпают и могут так пролежать в них много лет. Такой процесс носит название анабиоза или гибернации.
Одна обведена красным та же звезда обведена на рисунке 8. Другая - внутри желтого маркера. Мы видим два изображения каждой звезды: одно снаружи розовой окружности, другое внутри. Розовая окружность называется "кольцо Эйнштейна". По мере движения камеры вправо изображения движутся вдоль красной и желтой кривых.
Изображения звезд снаружи кольца Эйнштейна давайте назовем их первичными изображениями движутся так, как и можно было бы ожидать: плавно слева направо, но отклоняясь от черной дыры по мере движения. Можете объяснить, почему отклонение происходит от дыры, а не к ней? Изменение звездного узора, видимого камерой по мере ее движения вправо по орбите на рисунке 8. Это можно понять, вернувшись к верхней картинке на рисунке 8. Правый луч проходит рядом с черной дырой, так что правое изображение звезды находится рядом с ее тенью. В более ранний момент времени, когда камера находилась левее, правому лучу приходилось проходить еще ближе к черной дыре, чтобы изогнуться сильнее и добраться до камеры, так что правое изображение было совсем близко к краю тени. В противоположность этому, в более ранний момент времени левый луч проходил довольно далеко от дыры, так что был почти прямым и создавал изображение довольно далеко от тени.
Теперь, если вы готовы, вдумайтесь в последующее движение изображений, запечатленное на рисунке 8. Линза Быстро Вращающейся Черной Дыры: Гаргантюа Пространственный вихрь, создаваемый быстрым вращением Гаргантюа, меняет гравитационную линзу. Звездные узоры на рисунке 8. В случае Гаргантюа струение рисунок 8. Снаружи от внешнего кольца звезды струятся вправо например, вдоль двух красных кривых , как и в случае невращающейся черной дыры на рисунке 8. Однако пространственный вихрь сосредоточил струящийся поток в узкие высокоскоростные полосы вдоль заднего края тени дыры, резковато изгибающиеся у экватора. Вихрь также создал турбуленции в струении замкнутые красные кривые.
Вторичное изображение каждой звезды видно между двумя кольцами Эйнштейна. Каждое вторичное изображение обращается по замкнутой кривой например, по двум желтым кривым , и обращается оно в направлении, противоположном красному струящемуся движению снаружи от внешнего кольца. Рисунок звездного струения, каким его видит камера рядом с быстро вращающейся черной дырой вроде Гаргантюа. В этой модели команды по визуальным эффектам Double Negative дыра вращается со скоростью 99,9 процентов от максимально возможной, а камера находится на круговой экваториальной орбите с окружностью вшестеро больше окружности горизонта. Есть две совсем особые звезды в небе Гаргантюа с выключенной гравитационной линзой. Одна лежит точно над северным полюсом Гаргантюа, другая - точно под ее южным полюсом. Это аналоги Полярной звезды, которая располагается точно над северным полюсом Земли.
Я разместил пятиконечные звезды на первичных красные и вторичных желтые изображениях полюсных звезд Гаргантюа. Кажется, что все звезды в небе Земли обращаются вокруг Полярной звезды по мере того, как нас влечет по кругу вращение Земли. Сходным образом у Гаргантюа все первичные звездные изображения обращаются вокруг красных изображений полюсных звезд по мере движения камеры по орбите дыры, но траектории их обращения например, две красные кривые-турбуленции сильно искажены пространственным вихрем и гравитационной линзой. Аналогично, все вторичные звездные изображения обращаются вокруг желтых изображений полюсных звезд например, вдоль двух искаженных желтых кривых. Почему в случае невращающейся черной дыры рисунок 8. Вообще-то, они таки обращаются по замкнутой кривой в случае невращающейся черной дыры. Однако, внутренний край этой замкнутой кривой так близко к краю тени, что его невозможно увидеть.
Вращение Гаргантюа создает пространственный вихрь, и этот вихрь отодвигает внутреннее кольцо Эйнштейна наружу, вскрывая рисунок полного обращения вторичных изображений желтые кривые на рисунке 8. Внутри внутреннего кольца Эйнштейна рисунок струения более запутан. Звезды в этой области - это третичные и еще более высокоразрядные изображения всех звезд во Вселенной - тех же, что видны в виде первичных изображений снаружи от внешнего кольца Эйнштейна и в виде вторичных изображений между кольцами Эйнштейна. Луч света несет камере изображение звезды, которое находится на кончике голубой стрелки.
FAQ по Гаргантюа: реальна ли черная дыра в Интерстеллар?
новости Украины, Мир - Черной дыры Гаргантюа обои скачать - обои для рабочего стола. Да толпы приверженцев теории струн выстроились бы очередями в Нобелевский комитет. Это же новость века! К примеру, отмечают Торн и Оливер, наблюдения за виртуальной черной дырой раскрыли необычный эффект, который будет заметен только при приближении к Гаргантюа из Interstellar или его реальным “кузенам”.
Познание тьмы: как наука проникает в тайны черных дыр
Но одна ключевая особенность их поведения ускользнула тогда от физиков, они лишь догадывались о ней. И только гораздо позже, в 2013 г. Чтобы изучить сингулярность, наблюдатель не только вынужден погибнуть — ему даже не удастся накопленный столь дорогой ценой опыт передать обратно, во внешнюю часть Вселенной. Не желая платить столь высокую цену за личное знакомство с сингулярностью, вы решаете ограничиться исследованием окрестностей черных дыр. К счастью, вы припоминаете что большое разнообразие явлений может наблюдаться и снаружи от черной дыры, в непосредственной близости от ее горизонта. Вы решаете изучить эти явления в первую очередь и сообщить о результатах своих исследований на Землю, во Всемирное географическое общество. Черная дыра Гадес обладает слишком большими приливными силами, которые не позволяют приблизиться к ее горизонту, но, согласно законам Эйнштейна, величина приливных сил вблизи горизонта обратно пропорциональна квадрату массы черной дыры. Для черной дыры с массой в 100 тыс. Иными словами, такая дыра должна быть весьма «комфортабельной» — никаких болевых ощущений. Достижим ли горизонт?
Итак, вы начинаете строить планы следующего этапа путешествия: визит к ближайшей черной дыре с массой 100 тыс. Mслн из атласа черных дыр Уиткомба,— к черной дыре, расположенной в центре нашей Галактики — Млечного Пути. Ваш план полета предполагает создание такой тяги ракетных двигателей, которая обеспечивала бы ускорение всего в 1 g, так что вы и ваша команда будете ощущать внутри звездолета силу притяжения, равную земной. Вы разгонитесь по направлению к центру Галактики в течение половины пути, а вторую половину будете замедлять движение с отрицательным ускорением —1 g. Все путешествие длиной 30 100 св. Вы предупреждаете Всемирное географическое общество, что следующее сообщение от вас прийдет из окрестностей галактического центра, после того как вы исследуете находящуюся там черную дыру с массой в 100 тыс. Члены общества должны пребывать в анабиозе около 60 211 лет, если они хотят дождаться повторного сообщения 30 103 года, пока вы доберетесь до центра Галактики, и 30 108 лет, пока сообщение достигнет Земли. К сожалению, это так. Гораздо приятнее Вселенная в фантастических фильмах, где звездолеты переносят путешественников через галактики за времена, непродолжительные с любой точки зрения.
Действительно, в 60-е годы XX в. Но более пристальное изучение физических законов привело к заключению, что ни одно из таких путешествий не реализуемо. Самое большее, на что вы можете рассчитывать,— это путешествовать сравнительно недолго по своим часам, но чрезвычайно долго с точки зрения землян. Через 20 лет 7 месяцев ваш звездолет тормозит в центральной части Млечного Пути. Именно здесь, как подтверждают ваши датчики, находится чудовищная черная дыра, всасывающая под свой горизонт смесь газа и звездной пыли. Вы переводите звездолет на тщательно выбранную круговую орбиту над горизонтом черной дыры. Измеряя длину и период своей орбиты и подставляя результаты в формулы Ньютона — Кеплера, вы определяете массу черной дыры. Mслн в точном соответствии с характеристиками, приведенными в атласе черных дыр Уиткомба. Основываясь на безвихревом характере падения газа и пыли, вы заключаете, что у дыры отсутствует заметный момент количества движения.
Это подсказывает вам, что ее горизонт имеет форму сферы с длиной большой окружности 1 млн 850 тыс. Детально изучив с помощью приборов падение газа в дыру, вы готовитесь к спуску в окрестности ее горизонта: организуете лазерную связь между спускаемыми аппаратами и компьютером звездолета, после чего выводите спускаемый аппарат из отсека звездолета и постепенно замедляете его, переводя на спиральную орбиту, приближающуюся к горизонту. Все происходит в соответствии с вашими ожиданиями, до тех пор пока вы не достигли орбиты длиной 5 млн 500 тыс. Здесь возникают пугающие перемены! Плавное управление двигателями вместо плавного изменения вашей орбиты приводит к губительному падению по направлению к горизонту. В панике вы разворачиваете аппарат и, резко форсируя двигатели, вновь поднимаетесь на орбиту длиной больше 5 млн 500 тыс. Но этот закон нарушается вблизи горизонта черной дыры и должен быть заменен законами ОТО Эйнштейна. А законы Эйнштейна предсказывают внезапное изменение круговых орбит там, где вы это испытали,— на орбите, длина которой втрое больше длины горизонта. Ниже все орбиты неустойчивы, как карандаш, поставленный на острие.
Ничтожный импульс, переданный падающим газом или вызванный неправильным направлением тяги ракетных двигателей, приведет к падению спускаемого аппарата к горизонту; аналогично, такой же импульс, направленный не к дыре, а от нее, приведет к временному нырку назад, к орбите длиной, втрое превышающей длину горизонта, а затем — снова к стремительному падению к горизонту. Любой другой путь невозможен, пока вы не добьетесь тщательнейшей коррекции на случай таких нырков, детально проработав программу управления ракетными двигателями спускаемого аппарата. Вам, человеку, вручную немыслимо столь аккуратно управлять двигателями, но это могу проделать я. Если хотите, я сохраню устойчивость орбиты спускаемого аппарата с помощью коррекции тяги, в то время как вы будете управлять спуском, меняя режим двигателей более грубо». Тем не менее вы принимаете предложение бортового компьютера, который затем объясняет, что неустойчивость — вовсе не единственная особенность вашей орбиты, появляющаяся при длине, втрое превышающей длину горизонта. Возникает также необходимость изменить направление тяги ваших ракетных двигателей. До сих пор, желая приблизиться по спирали к горизонту, вы были вынуждены, включая двигатели, разворачивать аппарат носом назад. Теперь, внутри сферы с длиной большой окружности, втрое превышающей длину горизонта, вы сможете приближаться к горизонту, лишь если при включении двигателей развернете аппарат носом вперед. Последовательно уменьшающиеся орбиты будут требовать все больших моментов количества движения и больших значений орбитальной скорости.
Итак, с помощью компьютера вы по спирали приближаетесь к горизонту, переходя от орбиты с длиной, превышающей длину горизонта в 3 раза, к орбите, длиннее горизонта в 2,5 раза, затем в 2; 1,6; 1,55; 1,51; 1,505; 1,501 раза... О, разочарование! По мере того как ваша скорость приближается к скорости света, длина вашей орбиты приближается к величине, в 1,5 раза превышающей длину горизонта. Добраться до самого горизонта этим методом нет никаких надежд. Снова вы обращаетесь за помощью к компьютеру и снова он утешает вас, объясняя, что внутри сферы с длиной большой окружности, превышающей длину горизонта в 1,5 раза, вообще не может быть круговой орбиты. Силы притяжения там настолько сильны, что не могут компенсироваться центростремительными силами, даже если скорость движения по орбите равна скорости света. Если вы хотите еще приблизиться к горизонту, вы вынуждены компенсировать силу притяжения силой тяги ваших ракетных двигателей. Получив это предостережении вы советуетесь с компьютером, как реализовать подобную компенсацию. Объясняете, что хотели бы приблизиться к горизонту настолько, чтобы длина вашей орбиты составляла 1,0001 длины горизонта, где рассчитываете исследовать большинство эффектов, связанных с его влиянием, и откуда вы еще в состоянии выбраться.
Но если вы удержите свой аппарат с помощью ракетных двигателей на такой орбите, какие ускоряющие силы вы будете ощущать? Глубоко обескураженный, вы включаете тягу и по спирали возвращаетесь обратно в чрево звездолета. После продолжительного отдыха, пятичасовых расчетов с использованием формул ОТО для черных дыр и трехчасового изучения атласа черных дыр Уиткомба вы, наконец, составляете план следующего этапа путешествия. Затем передаете во Всемирное географическое общество оптимистически полагая, что оно все еще существует отчет о своем исследовании черной дыры с массой 100 тыс. Mслн, а в конце излагаете ваш план. Расчеты показывают, что чем больше черная дыра, тем меньшая сила тяги ракетных двигателей необходима, чтобы удержать вас на орбите длиной 1,0001 длины горизонта. Ближайшая такая дыра под названием Гаргантюа находится далеко за пределами области размерами в 100 тыс. Черная дыра находится возле квазара 8C 2975, отстоящего на 1,2 млрд св. Вы решаете отправиться к ней.
Используя укоренив 1 g на первой половине пути и такое же замедление на второй половине, вы затратите на путешествие 1,2 млрд лет по земным часам, но всего лишь 39 лет и 11 месяцев — по вашим. Если члены Всемирного географического общества не желают рисковать и на 2,4 млрд лет погрузиться в анабиоз, они будут вынуждены отказаться от приема вашего следующего сообщения. Гаргантюа И вот через 39 лет и 11 месяцев ваш звездолет тормозит в окрестностях Гаргантюа. Над головой вы видите квазар 8C 2975 с двумя ослепительными голубыми струями, выбрасываемыми из его центра, а под вами простирается черная бездна Гаргантюа. Из этих данных вы определяете длину ее горизонта — около 16 св. Вот, наконец, та черная дыра, чью окрестность вы можете исследовать без невыносимых приливных сил или немыслимого ускорения ракетных двигателей! Перед тем, как начать свой спуск к горизонту, вы тщательно фотографируете гигантский квазар над вами и триллионы звезд, вращающихся вокруг Гаргантюа, а также миллиарды галактик, разбросанных по небу. Особенно тщательно вы фотографируете черный диск Гаргантюа под вами, размеры которого близки к размерам Солнца, наблюдаемого с Земли. На первый взгляд кажется, что этот диск полностью закрывает собой свет звезд и галактик, расположенных за ним.
Однако, присмотревшись, вы замечаете, что гравитационное поле черной дыры действует подобно линзе, отклоняя световые лучи вдоль края горизонта и фокусируя их в тонкое яркое кольцо на окружности темного диска. Там, в этом кольце вы видите несколько изображений каждой из загороженных диском звезд: одно, образованное лучами, отклоненными к левому краю диска; другое — лучами, отклоненными к правому краю; третье — лучами, совершившими полный оборот вокруг дыры и затем вышедшими в направлении на вас; четвертое — лучами, совершившими два оборота вокруг дыры... В результате возникает весьма сложная кольцевая структура, которую вы фотографируете во всех деталях для подробного изучения в будущем. Завершив фотосъемку, вы начинаете спускаться к горизонту. Но нужно запастись терпением: дыра настолько огромна, что, ускоряясь и замедляясь с ускорением 1 g, вы будете вынуждены потратить 10 лет по вашим часам, чтобы достичь цели — приблизиться к горизонту настолько, чтобы длина вашей орбиты составляла 1,0001 длины горизонта. Спустившись, вы фотографируете изменения, видимые на небе вокруг вас. Сильнее всего меняется диск под вами: постепенно он вырастает все больше и больше. Вы ожидаете, что он прекратит увеличиваться, когда закроет все небо под вами, оставив верхнюю часть неба чистой, как на Земле. Ничего подобного!
Черный диск продолжает расти, поднимаясь по краям вашего звездолета и оставляя лишь непрерывно уменьшающееся отверстие над вами, через которое вы можете наблюдать внешнюю Вселенную. Это выглядит так, словно вы вошли в пещеру и продвигаетесь все глубже и глубже, так что вход представляется светлым пятнышком все меньших размеров. В панике вы снова обращаетесь к компьютеру за помощью: «Неужели я неверно рассчитал траекторию? Не провалились ли мы сквозь горизонт? Неужто мы обречены?! Темнота охватывает почти все небо лишь из-за сильной фокусировки световых лучей, вызванной гравитационным полем черной дыры. Посмотрите на этот «указатель» почти над головой — это галактика 3C 295. Но здесь, у горизонта Гаргантюа, гравитационное поле черной дыры действует на световые лучи, испущенные 3C 295, столь сильно, что они изгибаются, делая кажущееся положение этой галактики вместо горизонтального почти вертикальным, так что 3C 295 оказывается почти над головой». Успокоенный объяснениями компьютера, вы продолжаете свой спуск.
На панели перед вами скачут цифры, указывая, сколько всего вы пролетели и длину каждого витка.
Что принять за меру энтропии в искривленном пространстве-времени, то есть как ее посчитать правильно? Например, в случае распределения шара по ящикам см. Но в четырехмерном пространстве-времени объем чего бы то ни было величина не абсолютная помните лоренцево сокращение длин? Ну а понятие "ящика", сами понимаете, несколько выходит за рамки элементарных понятий фундаментальной науки. В общем, необходимо определить меру энтропии через элементарные понятия дифференциальной геометрии, которые были бы ковариантными , то есть значения которых менялись бы в зависимости от положения наблюдателя четко определенным образом. Пусть N - светоподобная гиперповерхность обобщенный световой конус некоторой совокупности пространственных точек S. Грубо говоря, N - это множество фотографий S, сделанных через бесконечно малые промежутки времени. Возьмем два пространственных среза N, сделанных в различные моменты времени две "фотографии" , назовем их S1 и S2.
Тогда принцип ковариантного ограничения на энтропию вещества, находящегося в S, гласит, что поток энтропии через гиперповерхность N между срезами S1 и S2 меньше модуля разности их площадей, деленного на четыре с точностью до размерного коэффициента, равного 1 в планковской системе единиц , или равен ему. Легко видеть, что по сути это та же формула 4 , только сформулированная более корректно с точки зрения геометрии. Второе - так называемое соответствие между пространством анти-де Ситтера adS и Конформной теорией поля CFT - это реализация голографии для некоего частного случая пространств постоянной отрицательной кривизны, тесно связанная с теорией струн. Соответствие гласит, что Конформная теория поля, определенная на границе пространства-времени анти-де Ситтера то есть на пространстве с размерностью на единицу меньше размерности самого adS , эквивалентна квантовой гравитации внутри самого анти-де Ситтера. Фактически это доказанное соответствие между высокоэнергетическими квантовыми состояниями в CFT и квантовыми возмущениями гравитационного поля в пространстве-времени постоянной отрицательной кривизны. Не забудьте, что теория струн - один из частных случаев двухмерной конформной теории поля, так что напрашиваются далеко идущие приложения. Если предположить, что наша четырехмерная Вселенная необязательно анти-деситтеровского типа вложена в, скажем, пятимерное пространство отрицательной кривизны AdS5 , то получаются так называемые космологические модели " мем бранных миров" англ. Последнее означает, что некоторые свойства Вселенной экспериментально проверяемые могут быть предсказаны посредством прямых вычислений, а пункты а и б можно будет подтвердить или опровергнуть экспериментально. Черные дыры и предел делимости материи На заре прошлого века вождь мирового пролетариата, вероятно, находясь под впечатлением открытий Резерфорда и Милликена, рождает знаменитое "электрон так же неисчерпаем, как и атом".
Этот лозунг висел в кабинетах физики почти всех школ Союза. Увы, слоган Ильича так же неверен, как и некоторые его политэкономические воззрения. Действительно, "неисчерпаемость" подразумевает наличие бесконечного количества информации в любом сколь угодно малом объеме вещества V. Однако максимум информации, которую может вместить V, согласно 4 ограничен сверху. Каким же образом существование этого предела "информационной емкости" должно проявляться на физическом уровне? Начнем немного издалека. Что такое современные коллайдеры, то есть ускорители элементарных частиц? По сути, это очень большие микроскопы, задача которых - увеличение разрешения по длинам Dx. А как можно улучшить разрешение?
И вот представим, что некто получил в свое распоряжение коллайдер неограниченной мощности. Сможет ли он, открывая все новые и новые частицы, бесконечно извлекать информацию? Увы, нет: непрерывно увеличивая энергию сталкивающихся частиц, он рано или поздно достигнет стадии, когда расстояние между какими-нибудь частицами из них в области столкновения станет сравнимо с соответствующим радиусом Шварцшильда, что немедленно повлечет рождение черной дыры. Начиная с этого момента вся энергия будет ею поглощаться, и, сколько ни увеличивай мощность, новой информации уже не получишь. Сама же черная дыра при этом станет интенсивно испаряться, возвращая энергию в окружающее пространство в виде потоков субатомных частиц. Таким образом, законы черных дыр, вкупе с законами квантовой механики, неизбежно означают существование экспериментального предела дробления материи. В этом смысле достижение "чернодырного" порога на коллайдерах будущего будет неизбежно означать конец старой доброй физики элементарных частиц - по крайней мере, в том виде, как она понимается сейчас то есть как непрерывное пополнение музея элементарных частиц новыми экспонатами. Но вместо этого откроются новые перспективы. Ускорители будут служить нам уже как инструмент исследования квантовой гравитации и "географии" дополнительных измерений Вселенной против существования которых на данный момент пока не выдвинуто каких-либо убедительных аргументов.
Фабрики черных дыр на Земле? Итак, мы выяснили, что ускорители элементарных частиц в принципе способны производить микроскопические черные дыры. Вопрос: какую они должны развивать энергию, чтобы получать хотя бы одно такое событие в месяц? До недавнего времени считалось, что эта энергия чрезвычайно велика, порядка 1016 тераэлектронвольт для сравнения: LHC сможет дать не больше 15 ТэВ. Однако если окажется, что на малых масштабах менее 1 мм наше пространство-время имеет число измерений больше четырех, порог необходимой энергии значительно уменьшается и может быть достигнут уже на LHC. Причина заключается в усилении гравитационного взаимодействия, когда вступят в игру предполагаемые дополнительные пространственные измерения, не наблюдаемые при нормальных условиях. В случае же существования дополнительных измерений ускоренный рост Fграв экономит значительную часть необходимой энергии. Все вышесказанное никоим образом не означает, что мини-дыры будут получены уже на мощностях LHC - это произойдет лишь при самом благоприятном варианте теории, которую "выберет" Природа. Кстати, не следует преувеличивать их опасность в случае получения 4 - по законам физики они быстро испарятся.
Иначе Солнечная система давно прекратила бы свое существование: в течение миллиардов лет планеты бомбардируются космическими частицами с энергией на много порядков выше достигаемых на земных ускорителях. Черные дыры и космологическая структура Вселенной Теория струн и большинство динамических моделей Вселенной предсказывают существование особого типа фундаментального взаимодействия - глобального скалярного поля ГСП.
Но также она находится очень далеко от Земли — в 55 миллионах световых лет для сравнения: расстояние до галактики Андромеда оценивается в 2,52 миллиона световых лет. В итоге расстояние на небе, которое занимает черная дыра в M87, составляет всего 20 микросекунд. Чтобы понять, что это значит, представьте 50-копеечную монету, которую наблюдают с расстояния в 3,5 километра: угол между глазом и краями монеты составит 1 угловую секунду. А угловая микросекунда в миллиард раз меньше угловой секунды. Образно говоря, это позволило бы читать газету в Нью-Йорке, сидя в кафе в Париже». На то, чтобы его сделать, ушло почти 100 лет Впервые о существовании черных дыр заговорили почти сто лет назад, когда немецкий физик Карл Шварцшильд вывел из общей теории относительности Эйнштейна существование областей, где вещество и энергия сосредоточены так плотно, что гравитация не выпустит свет и искривит пространство.
Несмотря на то что астрономы не могли наблюдать черную дыру непосредственно, в их существовании никто не сомневался.
Потому что изобразить пятимерный мир на двухмерном экране невозможно в принципе. Но это представление было поистине великолепным. Этот пятимерный мир «они» — люди будущего создали для Купера и замкнули его на комнате, чтобы Купер смог отправить своей дочери координаты НАСА и квантовые данные, собранные роботом ТАРС с той стороны черной дыры. Данные Купер передал с помощью гравитации, которая не зависит от пространства и времени, отправив их в двоичном коде на стрелку часов дочери. Эти данные в дальнейшем помогли Мерф решить уравнение гравитации, которое помогло бы связать различные теории в одну и помочь людям познать саму гравитацию.
После передачи данных, «они» отправили Купера в место недалеко от Сатурна в то время, в которое необходимо, чтобы его забрали и отвезли на станцию. Кротовые норы В теории существуют Кротовые норы червоточины — туннели в гиперпространстве, кратчайшим путем соединяющие искривленное пространство. На данный момент известны только такие норы, срок жизни которых меньше, чем требуется свету, чтобы пролететь из одного конца в другой. В фильме представлена Кротовая нора, существующая более 50 земных лет, через которую 12 исследователей и экипаж Эндюранс перемещались в другую галактику за очень малое время. Существование такой норы не доказано и не опровергнуто, а также не изучены ее свойства. Не известно, можно ли на самом деле перелететь через нее, и как бы она взаимодействовала с планетами Солнечной системы.
Черная дыра и необычная система планет. Вымышленная сверхмассивная Черная дыра Гаргантюа имеет массу в 100 миллионов солнц и находится в 10 миллиардах световых лет от Земли. Она вращается со скоростью, близкой к световой, и своей гравитацией затягивает окружающие объекты. Вокруг Гаргантюа образуется аккреционный диск из раскаленного газа и пыли, который из-за трения испускает излучение и свет, обогревающий планеты в ее системе. Одним из главных достижений в фильме было наглядное представление, как выглядит аккреционный диск Черной дыры при линзировании — искривлении гравитационным полем направлений распространения излучения, подобно тому, как искривляется свет, проходя через обычную линзу. Из-за того, что Гаргантюа имеет огромную массу, то действие приливных сил на значительном расстоянии от горизонта событий довольно мало.