Қара шұңқырға түсу қалай көрінеді? Қара тесіктер. сіздің көзқарасыңыз
Суретшінің жұлдыздың орталық аса массивті қара құрдымның оқиға көкжиегін кесіп өтуі туралы интерпретациясы
Қара құрдым керемет күшті гравитациямен сипатталады, тіпті жарық шығармайды. Оқиға көкжиегі оның төңірегінде шоғырланған. Бұл «сызықты» кесіп өтсеңіз жеткілікті және сіз құрдымға кетесіз. Бұл туралы бәрі біледі, бірақ мұндай «сызықтардың» болуы дәлелденген жоқ.
Сондықтан ғалымдар эксперимент жүргізуге шешім қабылдады. Барлық ірі галактикалардың орталықтарында аса массивті қара тесіктер орналасқан деп есептеледі. Бірақ тағы бір нысан бар деген пікір бар. Бұл құлдырау мен ерекшеліктен құтыла алған ерекше супермассивті нәрсе. Оның айналасында оқиғалар көкжиегі де бар.
Егер сингулярлық бетінің ауданы болмаса, онда нысанда оның тұтас болады. Сондықтан жұлдыз қара тесікке түспейді, бетінде жарылады.
Бұл галактикалық орталықтағы орасан зор шар. Біз жұлдызды қатты бетке соғып, қоқыстарды шашыратқанын көреміз
Теорияның шынайылығын ашу үшін ғалымдар жаңа сынақ ойлап тапты. Мәселе қатты беттің не екенін анықтау болып табылады. Бұл оқиға көкжиегімен мәселені шешуге көмектеседі.
Алдымен олар зат қатты бетке соғылған кезде жұлдыздық газ оны орап, бірнеше ай немесе жылдар бойы жарқырап тұратынын анықтады. Телескоп оны алуы керек. Ғалымдар нені табу керектігін түсінгенде, олар өз дәлелдерін растады.
Олар жұлдыздардың қара тесіктерге түсу жылдамдығын есептеді. Ол үшін массасы күн массасынан 100 миллион есе асатын ең массалары ғана қарастырылды. Бізден бірнеше миллиард жыл қашықтықта миллионға жуық осындай нысандар бар екені белгілі болды.
Содан кейін 3,5 жыл бойы солтүстік жарты шарды «уақытша жарқырау» үшін зерттеген 1,8 метрлік Pan-STARRS телескопының мұрағат деректерін ақтаруға тура келді. Егер болжам дұрыс болса, онда барлық деректерді ескере отырып, телескоп осындай 9-10 оқиғаны анықтауы керек еді.
Ал... ол ештеңе таппады.
Барлық қара тесіктердің оқиға көкжиегі болуы керек екен. Сонымен, Эйнштейн тағы да дұрыс болды. Қазір команда сынақты жақсартуға және оны сезімталырақ 8,4 метрлік Үлкен шолу телескопында (Large Synoptic Survey Telescope) сынауға тырысуда.
Оқылған: 0
Қара құрдым - бұл тіпті жарықтың одан құтыла алмайтын тартымдылығы бар ғарыш аймағы. Мұндай заттардың болуы туралы идея 18 ғасырдың аяғында пайда болды, ағылшын табиғат зерттеушісі Джон Митчелл жұлдыздың өлшемі өте кішкентай және массасы өте үлкен болса, онда ол жарқырамайды, өйткені оның тартымдылығы жарықтың қашып кетуіне жол бермейді (Митчелл өзін бөлшектерден тұратын жарық деп елестеткен).
Заманауи ғылымда қара тесіктердің болуы салыстырмалылық теориясымен болжамдалады. Бұл теорияға сәйкес гравитация көрнекі түрде келесідей: матаны, дәлірек айтсақ, резеңке парақты елестетіңіз, оған тастар салынған. Тастар салмағына қарай оны қаттырақ немесе әлсіретеді, ал жеңілірек ауырлар тесікті тереңірек итеріп жіберген жерге қарай домалайды. Сондықтан планеталар серіктерді, Күн планеталарды «тартады» және т.б.
Қара тесіктер мен сарқырамалардан сақ болыңыз
Осы метафораны пайдалана отырып, Стивен Хокинг қара тесіктерді былай түсіндіреді: біз резеңкеге өте ауыр және ықшам тас қоямыз деп елестетіңіз, ол түбі жоқ шұңқырды итереді, оған зат қайтымсыз түседі.
Қара құрдымның шекарасы оқиға горизонты деп аталады, осы көкжиектен тысқары жерде қара құрдымнан қашу үшін қозғалу жылдамдығы жарық жылдамдығынан асуы керек – мүмкін емес тапсырма. Сіз мұны қайықпен сарқырамаға құлау ретінде елестете аласыз: сарқырамаға жақындаған сайын, ол сүйреп кетпеуі үшін соғұрлым қиынырақ есу керек, бірақ бір сәтте сіз қанша тырыссаңыз да, сіз жеңесіз' қашып құтыла алмайсың, құлайсың, бірақ түбінде қара тесік болған жағдайда сіз өткір тастарды емес, жұмбақ ерекшелікті күтесіз.
Ерекшелік аймағында материяның тығыздығы шексіз болады. Тіпті басқа ғаламға туннель пайда болуы мүмкін дейді. Бірақ мұның бәрі қауесет және ол жерде не болып жатқанын ешкім білмейді.
Мұның бәрі оғаш және жұмбақ естіледі, бірақ қара тесіктердің бар екендігі, астрофизиктер: мысалы, екі қара дырдың соқтығысуы нәтижесінде пайда болған көптен күткен жаңалық олардың бар екендігінің салмақты дәлелі болып табылады.
Қара тесіктер қайдан пайда болады
Жұлдыздық-массалық қара тесіктер массасы күннен 3-5 есе үлкен жұлдыздардан түзіледі (сондықтан біздің Күн қара құрдымға айналмайды, миллиардтаған жылдар ішінде ақ ергежейліге айналады). Жұлдыздардағы термоядролық реакциялардың «отыны» шексіз емес, ол таусылғанда жұлдыз «құлап», суперноваға айналады.
Бірақ супермассивті қара тесіктердің қайдан келетіні белгісіз. Бұл көрсеткіш бойынша галактиканың қалыптасуының бастапқы кезеңдеріндегі массивтік газ бұлттарының құлауы, заттың жұтылуына байланысты жұлдыздық-массалық қара тесіктердің өсуі немесе осындай көптеген тесіктердің бір супермассивке қосылуы сияқты болжамдар ғана бар. бір. Болжамдардың жетіспеушілігі жоқ, бірақ бақылау қиынырақ.
Қара тесікті қалай көруге болады
Қара құрдымның өзін көру мүмкін емес, оның аты айтып тұрғандай, бірақ оған зат түсуі мүмкін. Көптеген галактикалардың орталықтарында массасы күннен миллиондаған артық қара тесіктер орналасқан. Олар шаңды, газды және жұлдыздарды тартады. Бұл материал қара құрдымның айналасында аккреция дискісін құрайды. Онда материя қара шұңқырға түсіп кетпес бұрын шұңқыр сияқты айналады және үйкеліс әсерінен ол қызады, соның арқасында ол бүкіл спектрде жарқырай бастайды. Зат қара тесікке түскенде, радиациялық қысым мен қара тесік шекарасына жақын магнит өрісінің әсері одан материяның бір бөлігін лақтырып жібереді.
Біздің Галактиканың ортасында орналасқан аса массивті қара тесік Sagittarius A* деп аталады. «Біздің Галактика» деген тіркес әйтеуір бір үйге жақын естіледі, ол орталыққа оңай жететіндей, бірақ іс жүзінде қара құрдым бізден 25 мың жарық жылы қашықтықта орналасқан, оның массасы күннен 4 миллион есе үлкен.
Оны мұндай қашықтықта көру өте қиын – бұл Айда теннис добын көруге тырысу сияқты, ал бұл үшін қажетті «көру» өткірлігі телескоптарды біріктіруге мүмкіндік беретін техниканың арқасында тек радиотелескоптарға ғана қол жетімді. Жер шарының әртүрлі бөліктерінде бір үлкен виртуалды телескопқа. Осылайша, Event Horizon Telescope жобасы АҚШ, Испания, Мексика, Чили және тіпті Антарктидадағы телескоптардың бақылауларын біріктіреді.
Бақыланатын екінші нысан – M 87 галактикасының орталығындағы қара дыры.Ол массасы Күннен шамамен 6 миллион есе үлкен, бірақ ол сонымен бірге әлдеқайда алыс – бізден 53 миллион жарық жылы.
Қара құрдым неге ұқсайды
Бақылау нәтижелері келесі жылға дейін жарияланбайды, бірақ әзірге телескоптар нені көретінін елестету үшін, жасаушылары суретті ғылыми тұрғыдан дұрыс етіп көрсетуге тырысқан Interstellar фильміндегі қара дырға таңдануға болады. мүмкіндігінше.
Бұл суреттің дұрыстығы мынада: қара құрдымның артындағы аккрециялық диск Сатурн сақиналарына ұқсамайды, бірақ қара құрдымның арғы жағынан көрінеді, өйткені оның күшті гравитациялық өрісі аккрециялық дискінің сәулеленуі жүріп өтетін жолды бұрмалайды. Дегенмен, Interstellar-дан айырмашылығы бар: бір жағынан, аккрециялық диск айналуына байланысты жарқынырақ көрінуі керек.
Нәтижесінде, сурет астрофизик Жан-Пьер Люмине 1978 жылы перфокарталармен жұмыс істейтін IBM 7040 компьютерінде модельдеген және оны журнал мақаласы үшін қолмен салған суретке ұқсас болуы керек. Астрономия және астрофизика.
Қара тесіктер, мүмкін, ғаламдағы ең жұмбақ нысандар. Олардың тығыздығы соншалық, тартылыс күші ешнәрсені, тіпті жарықты да қара тесіктен қашып шығуға мүмкіндік бермейді. Физиктер кішкентайдан аса массивке дейін миллиондаған немесе миллиардтаған күн массасына дейінгі көптеген қара тесіктерді ашты. Оқиғалар көкжиегінің маңызды қасиеті - жарық оны кесіп өте алмайды - кеңістікте шекара жасайды: сіз оны кесіп өткеннен кейін, сіз өзіңізді ерекшелікте таба аласыз. Бірақ қара тесікке түскенде не көресіз? Жарық сөнеді ме, қала ма? Физиктер жауабын біледі, бұл сізге ұнайды.
Өз галактикамыздың орталығында біз жұлдыздардың жарық шығармайтын, массасы 4 миллион күн массасы болатын орталық нүктенің айналасында қозғалатынын көрдік. Бұл нысан, Sagittarius A*, оның орбитасындағы жұлдыздарды өлшеу арқылы тікелей анықтай алатын айқын қара құрдым үміткері.
Бірақ қара құрдымның көкжиегіне жақындағанда болатын өте оғаш нәрселер бар және олар одан өткен сайын одан да оғаш болады. Бұл көзге көрінбейтін тосқауылдан өткеннен кейін, одан ешқашан шыға алмайтыныңыздың себебі бар. Қара құрдымның қай класы сізді сорғаны, қандай ғарыш кемесі сізді одан алып шығуға тырысқаны немесе басқа нәрсе маңызды емес. Жалпы салыстырмалылық маңызды нәрсе, әсіресе қара тесіктерге қатысты. Мұның себебі Эйнштейннің ең үлкен жетістігімен байланысты: бұл қара құрдымның кеңістік уақытын ҚАЛАЙ қисайтуымен байланысты.
Сіз қара тесіктен өте алыс болғанда, ғарыш матасы аз иілген. Шын мәнінде, сіз қара тесіктен өте алыс болсаңыз, оның ауырлық күші нейтрондық жұлдыз, қарапайым жұлдыз немесе жай ғана диффузиялық газ бұлты болсын, кез келген басқа массадан ерекшеленбейді. Кеңістік-уақыт қисық болуы мүмкін, бірақ сіз бұл массаның таралуын білмей-ақ, массаның болуын алыстан айта аласыз. Бірақ егер сіз өз көзіңізбен қарасаңыз, онда газ бұлтының, жұлдыздың немесе нейтрондық жұлдыздың орнына орталықта ешқандай жарық шығармайтын толығымен қара шар болады.
Оқиға горизонты деп аталатын бұл сфералық аймақ физикалық нәрсе емес, ол ешқандай жарық шыға алмайтын белгілі бір өлшемдегі кеңістік аймағы. Алыстан қара құрдымның өлшемі шын мәнінде қандай болып көрінеді деп болжауға болады. Басқаша айтқанда, егер сіз қара тесікке жақындасаңыз, ол кеңістіктің фонында толығымен қара тесікке ұқсайды, оның шекарасында жарық бұрмаланады.
Жер массасы бар қара дыры үшін бұл сфера кішкентай болар еді: радиусы 1 сантиметрге дейін; ал Күннің массасы бар қара тесік үшін бұл шар радиусы бойынша шамамен 3 километр болады. Егер сіз массаны (және өлшемін) біздің галактиканың орталығындағы сияқты аса массивті қара тесікке дейін масштабтасаңыз, сіз планеталық орбитаның немесе Бетельгейзе сияқты алып қызыл жұлдыздың өлшемін аласыз.
Жақындап, ақырында қара тесікке түсіп кеткенде не болады?
Алыстан сіз көрген геометрия сіздің күткеніңіз бен есептеулеріңізге сәйкес келеді. Бірақ сіз өзіңіздің тамаша жобаланған және бұзылмайтын ғарыш кемесімен алға жылжып келе жатқанда, сіз қара тесікке жақындаған кезде біртүрлі нәрсені байқай бастайсыз. Егер сіз және жұлдыз арасындағы қашықтықты екіге бөлсеңіз, жұлдыздың бұрыштық өлшемі екі есе үлкен болып көрінеді. Қашықтықты төрттен біріне қысқартсаңыз, ол төрт есе үлкен болады. Бірақ қара тесіктер басқаша.
Сіз үйреніп қалған, жақындаған сайын үлкейетіндей көрінетін барлық басқа нысандардан айырмашылығы, қара дыры кеңістіктің керемет қисаюының арқасында мөлшері әлдеқайда жылдамырақ өседі.
Біздің Жердегі көзқарасымыз бойынша, галактикалық орталықтағы қара тесік микродоғалық секундтармен өлшенетін радиусы бар кішкентай болып көрінеді. Бірақ сіз GR-де есептейтін аңғал радиуспен салыстырғанда, ол кеңістіктің қисаюына байланысты 150% үлкен болып көрінеді. Егер сіз оған жақындасаңыз, оқиға көкжиегі аспандағы толық айдың өлшеміне жеткенде, ол төрт есе көп болады. Мұның себебі, әрине, сіз қара тесікке жақындаған сайын ғарыштық уақыт көбірек қисық болады.
Керісінше, қара құрдымның бақыланатын ауданы үлкейіп, үлкейеді; Сіз оның бірнеше Шварцшильд радиусында болған кезде, қара дыры кеменің алдыңғы көрінісін түгелдей дерлік жасыратындай өлшемге дейін өседі. Қарапайым геометриялық нысандар бұлай әрекет етпейді.
Оқиғалар көкжиегі радиусының 150% -ын құрайтын ең ішкі тұрақты дөңгелек орбитаға жақындаған кезде, кемеңіздегі алдыңғы көрініс толығымен қара түске айналатынын байқайсыз. Сіз дәл осы жерден өткенде, тіпті сіздің артыңызда бәрі қараңғылыққа бата бастайды. Тағы да, бұл әртүрлі нүктелерден келетін жарық жолдары осы жоғары қисық кеңістік-уақыт арқылы қалай қозғалатынына байланысты.
Осы кезде оқиға көкжиегін кесіп өтпеген болсаңыз, әлі де шығуға болады. Оқиғалар горизонтынан жеткілікті жеделдету қолдансаңыз, оның ауырлығынан құтылып, қара тесіктен алыс жерде қауіпсіз кеңістік-уақытқа оралуға болады. Гравитация сенсорлары орталыққа қарай төмен қарай градиенттің қай жерде жұлдыз жарығы көрінетін тегістікке өзгеретінін айтады.
Бірақ егер сіз оқиға көкжиегіне қарай құлай берсеңіз, ақырында жұлдыз жарығы гравитациялық көгілдір жылжу салдарынан түсі көкке өзгеріп, артыңызда кішкентай нүктеге дейін кішірейгенін көресіз. Оқиғалар көкжиегін кесіп өткен соңғы сәтте бұл нүкте ғарыштық микротолқынды пеш пен радиотолқын фондары көрінетін спектрге ауысқанда қызыл, ақ, содан кейін көк түске айналады.
Сосын... қараңғылық болады. Ештеңе. Оқиғалар көкжиегі ішінде сыртқы ғаламнан ешқандай жарық сіздің кемеңізге жете алмайды. Енді сіз өзіңіздің кемеңіздің қуатты қозғалтқыштарын еске түсіресіз және оларды осы тұзақтан құтылу үшін қалай қолдануға болатынын ойлайсыз. Сіз сингулярлық қай бағытта жатқанын есте сақтайсыз және оған қарай гравитациялық градиентті анықтауға тырысасыз. Бұл сіздің алдыңызда немесе артыңызда басқа зат немесе жарық болмауы шартымен жүзеге асырылады.
Таңқаларлық нәрсе, тіпті сізбен бірге көптеген жарық оқиғалар көкжиегінен асып кетсе де - сіз көрінетін Әлемнің «жартысын» көресіз - сізбен бірге гравитациялық сенсорлар да болады. Оқиғалар көкжиегін жарықпен немесе жарықсыз кесіп өткенде, біртүрлі нәрсе болады.
Сенсорлар сингулярлылыққа қарай жүретін гравитациялық градиент барлық жерде, барлық бағытта болатынын айтады. Тіпті сингулярлыққа қарама-қарсы бағытта.
Бұл қалай мүмкін?
Және бұл сияқты, өйткені сіз оқиға көкжиегінен тыс, дәл сол жердесіз. Сіз қазір шығаратын кез келген жарық сәулесі ерекшелік бағытында өтеді; Сіз қара құрдымның ішінде тым тереңдесіз, ол басқа жерге бара алмайды.
Аса массивті қара дыры көкжиектен өткеннен кейін оның ортасында болу үшін қанша уақыт қажет? Сенсеңіз де, сенбесеңіз де, оқиға көкжиегі біздің анықтамалық шеңберімізде диаметрі бір жарық сағатты құраса да, ерекшелікке жету үшін бар болғаны 20 секунд қажет. Қатты қисық кеңістік - бұл қорқынышты нәрсе.
Ең сорақысы, кез келген жеделдету сізді ерекшелікке тезірек жақындатады. Бұл кезеңде өмір сүру уақытын арттыру мүмкін емес. Ерекшелік барлық бағытта, қайда қарасаңыз да бар. Қарсылық бекер.
2018 жылғы 31 қаңтар Геннадий
Суреттің авторлық құқығы Thinkstock
Бәлкім, сіз қара құрдымға құлаған адам лезде өлімді күтіп отыр деп ойлайтын шығарсыз. Шындығында оның тағдыры бұдан да таңғаларлық болуы мүмкін, дейді тілші.
Егер сіз қара тесікке түссеңіз, сізге не болады? Мүмкін сіз жаншылады деп ойлайсыз ба - немесе, керісінше, ұсақталады? Бірақ іс жүзінде бәрі біртүрлі.
Сіз қара тесікке түскен сәтте шындық екіге бөлінеді. Бір шындықта сіз әп-сәтте өртеніп кетесіз, екіншісінде сіз қара тесікке тірі және еш зиянсыз сүңгисіз.
Қара құрдымның ішінде бізге таныс физика заңдары қолданылмайды. Альберт Эйнштейннің айтуынша, тартылыс күші кеңістікті иеді. Осылайша, жеткілікті тығыздықтағы объект болған жағдайда, оның айналасындағы кеңістік-уақыт континуумының деформациялануы сонша, шындықтың өзінде тесік пайда болады.
Жанармайын түгел пайдаланған массивтік жұлдыз ғаламның осындай қисық бөлігінің пайда болуына қажетті өте тығыз материяның дәл түріне айналуы мүмкін. Өз салмағының әсерінен құлаған жұлдыз айналасындағы кеңістік-уақыт континуумы бойымен сүйрейді. Гравитациялық өрістің күшті болғаны сонша, тіпті жарық одан әрі қашып құтыла алмайды. Нәтижесінде жұлдыз бұрын орналасқан аймақ абсолютті қараға айналады - бұл қара тесік.
Суреттің авторлық құқығы ThinkstockСуреттің тақырыбы Қара құрдымның ішінде не болып жатқанын ешкім білмейді.Қара құрдымның сыртқы беті оқиға горизонты деп аталады. Бұл гравитациялық өрістің күші мен қара тесіктен қашуға тырысатын жарық күштері арасындағы тепе-теңдікке қол жеткізілетін сфералық шекара. Оқиғаның көкжиегін кесіп өтсеңіз, одан құтылу мүмкін емес.
Оқиғалар көкжиегі энергияны таратады. Кванттық әсерлердің арқасында оған ыстық бөлшектердің ағындары Ғаламға түседі. Бұл құбылыс Хокинг сәулеленуі деп аталады - оны сипаттаған британдық физик-теоретик Стивен Хокингтің құрметіне. Материя оқиғалар көкжиегінен шыға алмайтынына қарамастан, қара құрдым, соған қарамастан, «буланып кетеді» - уақыт өте келе ол өзінің массасын жоғалтады және жоғалады.
Біз қара тесікке тереңірек жылжыған сайын, кеңістік-уақыт қисықтыра береді және орталықта шексіз қисық болады. Бұл нүкте гравитациялық ерекшелік деп аталады. Кеңістік пен уақыт ондағы ешқандай мағынаға ие болуды тоқтатады және сипаттау үшін осы екі ұғым қажет болатын бізге белгілі физиканың барлық заңдары енді қолданылмайды.
Қара құрдымның ортасына түскен адамды нақты не күтіп тұрғанын ешкім білмейді. Басқа ғалам? Ұмыту? Американдық «Жұлдыздар аралық» фантастикалық фильміндегідей кітап шкафының артқы қабырғасы? Бұл жұмбақ.
Мысалыңызды қолданып, егер сіз кездейсоқ қара тесікке түсіп қалсаңыз не болатынын түсінейік. Бұл экспериментте сізбен бірге сыртқы бақылаушы болады - оны Анна деп атайық. Сондықтан Анна, қауіпсіз қашықтықта, сіз қара тесіктің шетіне жақындағаныңызды қорқынышпен бақылайды. Оның көзқарасы бойынша, оқиғалар өте біртүрлі түрде дамиды.
Оқиға көкжиегіне жақындаған сайын, Анна сізге алып ұлғайтқыш әйнек арқылы қарап тұрғандай, ұзындықта созылып, ені тарылғаныңызды көреді. Сонымен қатар, оқиға көкжиегіне қаншалықты жақын ұшсаңыз, Анна жылдамдығыңыз төмендеп бара жатқанын сезеді.
Суреттің авторлық құқығы ThinkstockСуреттің тақырыбы Қара құрдымның ортасында кеңістік шексіз қисық.Сіз Аннаға айқайлай алмайсыз (өйткені вакуумда ешқандай дыбыс берілмейді), бірақ сіз iPhone-ның фонарының көмегімен оған Морзе әрпімен сигнал беруге болады. Дегенмен, сіздің сигналдарыңыз оған ұлғайған аралықтармен жетеді және фонарь шығаратын жарық жиілігі спектрдің қызыл (ұзын толқын ұзындығы) бөлігіне қарай жылжиды. Ол былай болады: «Тәртіп, құжаттар ретімен, ретімен...».
Оқиға көкжиегіне жеткенде, Аннаның көзқарасы бойынша, біреу ойнатуды тоқтатқандай, сіз орнында қатып қаласыз. Сіз қозғалыссыз қаласыз, оқиға көкжиегінің бетінде созыласыз және үнемі өсіп келе жатқан жылу сізді ала бастайды.
Аннаның көзқарасы бойынша, сіз кеңістіктің созылуынан, уақыттың тоқтап қалуынан және Хокинг радиациясының қызуынан баяу өлесіз. Оқиғалар көкжиегін кесіп өтіп, қара құрдымның тереңдігіне түспес бұрын, сіз күлмен қаласыз.
Бірақ мемориалдық қызметке тапсырыс беруге асықпаңыз - Аннаны біраз уақытқа ұмытып, осы қорқынышты көріністі сіздің көзқарасыңыздан көрейік. Ал сіздің көзқарасыңыз бойынша, тіпті бөтен нәрсе болады, яғни мүлдем ерекше ештеңе жоқ.
Сіз ғарыштың созылуын, уақыттың кеңеюін немесе радиацияның қызуын айтпағанда, шамалы сілкініссіз-ақ ғаламның ең қорқынышты нүктелерінің біріне тікелей ұшасыз. Себебі сіз еркін құлап жатырсыз, сондықтан өз салмағыңызды сезінбейсіз - Эйнштейн өз өмірінің «ең жақсы идеясы» деп атаған.
Шынында да, оқиға көкжиегі кеңістіктегі кірпіш қабырға емес, бақылаушының көзқарасымен шартталған құбылыс. Қара құрдымның сыртында қалған бақылаушы оқиға көкжиегі арқылы ішін көре алмайды, бірақ бұл оның мәселесі, сенікі емес. Сіздің көзқарасыңыз бойынша, көкжиек жоқ.
Егер біздің қара дырығымыздың өлшемдері кішірек болса, сіз шынымен проблемаға тап болар едіңіз - ауырлық күші сіздің денеңізге біркелкі әсер етпейді және сіз макаронға тартылар едіңіз. Бақытымызға орай, бұл қара тесік үлкен - Күннен миллиондаған есе үлкен, сондықтан тартылыс күші шамалы болатындай әлсіз.
Суреттің авторлық құқығы ThinkstockСуреттің тақырыбы Ешқайсымыз уақытты кері саяхаттай алмайтынымыз сияқты, қайтып оралып, қара дырыдан шыға алмайсыз.Жеткілікті үлкен қара тесіктің ішінде сіз гравитациялық ерекшелікте өлгенше өміріңіздің қалған бөлігін қалыпты түрде өткізе аласыз.
Сіз сұрақ қоюыңыз мүмкін: адамның өмірі оның еркіне қарамастан, кеңістік-уақыт континуумындағы тесікке ешқашан шығуға мүмкіндік бермей жатып, қаншалықты қалыпты болуы мүмкін?
Бірақ ойланып қарасаңыз, бұл сезімді бәріміз білеміз – кеңістікке емес, уақытқа қатысты ғана. Уақыт тек алға жылжиды және ешқашан артқа кетпейді және ол бізді өз еркімізге қарсы сүйреп, өткенге оралуға мүмкіндік бермейді.
Бұл тек аналогия емес. Қара дырылар кеңістік-уақыт континуумын оқиға көкжиегі ішінде уақыт пен кеңістік кері бұрылатындай дәрежеде бүгеді. Бір мағынада, сізді ерекшелікке тартатын кеңістік емес, уақыт. Ешқайсымыз өткенге саяхат жасай алмайтынымыз сияқты, сіз қайтып оралып, қара тесіктен шыға алмайсыз.
Мүмкін сіз қазір Аннаға не болды деп ойлайтын шығарсыз. Сіз қара құрдымның бос кеңістігіне ұшып барасыз және сізде бәрі жақсы, ол сізді оқиға көкжиегі сыртынан Хокинг сәулеленуімен өртеп жіберді деп жоқтайды. Ол галлюцинация жасай ма?
Шын мәнінде, Аннаның мәлімдемесі мүлдем дұрыс. Оның көзқарасы бойынша, сіз шынымен де оқиға көкжиегінде қуырылғансыз. Және бұл иллюзия емес. Анна тіпті күліңізді жинап, отбасыңызға жібере алады.
Суреттің авторлық құқығы ThinkstockСуреттің тақырыбы Оқиға көкжиегі кірпіш қабырға емес, ол өткізгішӨйткені, кванттық физика заңдарына сәйкес, Аннаның көзқарасы бойынша, сіз оқиға көкжиегін кесіп өте алмайсыз және қара құрдымның сыртында қалуыңыз керек, өйткені ақпарат ешқашан қайтарылмайтын түрде жоғалмайды. Сіздің өмір сүруіңізге жауап беретін әрбір ақпарат оқиға көкжиегінің сыртқы бетінде қалуы керек - әйтпесе, Аннаның көзқарасы бойынша физика заңдары бұзылады.
Екінші жағынан, физика заңдары сондай-ақ оқиға көкжиегі арқылы жолыңызда ыстық бөлшектерге немесе басқа да ерекше құбылыстарға тап болмай, тірі және зиянсыз ұшуды талап етеді. Әйтпесе жалпы салыстырмалылық теориясы бұзылады.
Сонымен, физика заңдары сіздің бір уақытта қара тесіктің сыртында (күл үйіндісі сияқты) және оның ішінде (қауіпсіз және қауіпсіз) болуыңызды қалайды. Тағы бір маңызды мәселе: кванттық механиканың жалпы принциптеріне сәйкес ақпаратты клондау мүмкін емес. Сіз бір уақытта екі жерде болуыңыз керек, бірақ бір жағдайда ғана.
Физиктер мұндай парадоксалды құбылысты «қара құрдымдағы ақпараттың жоғалуы» термині деп атайды. Бақытымызға орай, 1990 жылдары ғалымдар бұл парадоксты шеше алды.
Американдық физик Леонард Сасскинд шын мәнінде ешқандай парадокс жоқ екенін түсінді, өйткені сіздің клондауыңызды ешкім көрмейді. Анна сіздің үлгілеріңіздің біріне қарайды, ал сіз екіншісіне қарайсыз. Сіз Анна екеуіңіз енді ешқашан кездеспейсіз және бақылауларыңызды салыстыра алмайсыз. Қара құрдымның сыртынан да, ішінен де сізді бір уақытта бақылай алатын үшінші бақылаушы жоқ. Осылайша физика заңдары бұзылмайды.
Егер сіз өзіңіздің мысалдарыңыздың қайсысы нақты және қайсысы жоқ екенін білгіңіз келмесе. Сіз шынымен тірісіз бе, әлде өлісіз бе?
Суреттің авторлық құқығы ThinkstockСуреттің тақырыбы Адам оқиға көкжиегі арқылы еш зиянсыз ұшып кете ме, әлде от қабырғасына соғыла ма?Мәселе мынада: «шындық» жоқ. Шындық бақылаушыға байланысты. Аннаның көзқарасы бойынша «шынымен» және сіздің көзқарасыңыз бойынша «шынымен» бар. Осымен болды.
Барлығы дерлік. 2012 жылдың жазында физиктер Ахмед Альмхеири, Дональд Марольф, Джо Полчински және Джеймс Салли, олардың фамилияларымен бірге AMPS ретінде белгілі, біздің қара тесіктер туралы түсінігімізді жақсартуға қауіп төндіретін ойлау экспериментін ұсынды.
Ғалымдардың пікірінше, Зюсскинд ұсынған қайшылықтың шешімі Анна екеуіңнің арасында болып жатқан оқиғаны бағалаудағы келіспеушілік оқиға көкжиегі арқылы жүзеге асатынына негізделген. Анна сіздің екі үлгіңіздің біреуінің Хокинг радиациясының өртінде өлгенін шынымен көргені маңызды емес, өйткені оқиға көкжиегі оған сіздің екінші үлгіңіздің қара тесікке терең ұшып бара жатқанын көруге мүмкіндік бермеді.
Ал егер Аннаның оқиға көкжиегінің арғы жағында не болып жатқанын кесіп өтпестен білуге болатын жолы болса ше?
Жалпы салыстырмалылық бұл мүмкін емес екенін айтады, бірақ кванттық механика қатаң ережелерді аздап бұлдыратады. Анна Эйнштейннің «ұзақ қашықтықтағы қорқынышты әрекеті» деп атаған нәрсемен оқиға көкжиегінен тысқары қарай алар еді.
Кеңістікпен бөлінген екі немесе одан да көп бөлшектердің кванттық күйлері жұмбақ түрде өзара тәуелді болатын құбылыс – кванттық түйісу туралы айтып отырмыз. Бұл бөлшектер енді біртұтас және бөлінбейтін бүтінді құрайды және осы тұтастықты сипаттау үшін қажетті ақпарат осы немесе басқа бөлшекте емес, олардың арасындағы қатынаста болады.
AMPS ұсынған идея келесідей. Анна оқиға горизонтына жақын бөлшекті алды делік - оны А бөлшек деп атаймыз.
Егер оның сізбен болған оқиғасы туралы нұсқасы рас болса, яғни сіз қара құрдымның сыртынан Хокинг сәулеленуінен өлген болсаңыз, онда А бөлшегі басқа бөлшекпен - В-мен байланысқан болуы керек, ол да оның сыртында орналасуы керек. оқиға көкжиегі.
Суреттің авторлық құқығы ThinkstockСуреттің тақырыбы Қара тесіктер жақын жұлдыздардан заттарды тарта аладыЕгер сіздің оқиғалар туралы көзқарасыңыз шындыққа сәйкес келсе және сіз іштей тірі және жақсы болсаңыз, онда А бөлшектері қара құрдым ішінде бір жерде орналасқан С бөлшекпен өзара байланысты болуы керек.
Бұл теорияның сұлулығы бөлшектердің әрқайсысы тек бір басқа бөлшекпен ғана байланыса алады. Бұл А бөлшектің бір уақытта екеуіне емес, В немесе С бөлшектеріне қосылатынын білдіреді.
Осылайша, Анна өзінің А бөлшегін алып, оны шифрлаушы машинасы арқылы жүргізеді, ол оған бұл бөлшектің В немесе С бөлшекке қатысты екенін айтады.
Жауап С болса, кванттық механика заңдарын бұза отырып, сіздің көзқарасыңыз басым болды. Егер А бөлшектері қара құрдымның тереңдігінде орналасқан С бөлшекке қосылса, онда олардың өзара тәуелділігін сипаттайтын ақпарат Аннаға мәңгілікке жоғалады, бұл кванттық заңға қайшы келеді, оған сәйкес ақпарат ешқашан жоғалмайды.
Егер жауап В болса, онда жалпы салыстырмалылық принциптеріне қайшы, Анна дұрыс. Егер А бөлшектері В бөлшектерімен байланысқан болса, сіз шынымен Хокинг сәулеленуімен өртендіңіз. Салыстырмалылық талап еткендей, оқиға көкжиегі арқылы ұшып өтудің орнына сіз от қабырғасына соғылдыңыз.
Сонымен, біз бастаған сұраққа қайта оралдық - қара тесікке кірген адаммен не болады? Ол бақылаушыға таңқаларлықтай тәуелді шындықтың арқасында оқиға көкжиегі арқылы еш зиянсыз ұшып өте ме, әлде ол өрт қабырғасына соғыла ма ( қаратесіктербрандмауэр, компьютер терминімен шатастырмау керекбрандмауэр, «брандмауэр», желідегі компьютерді рұқсатсыз енуден қорғайтын бағдарламалық құрал - Ред.)?
Теориялық физикадағы ең даулы мәселелердің бірі – бұл сұрақтың жауабын ешкім білмейді.
Ғалымдар 100 жылдан астам уақыт бойы жалпы салыстырмалылық пен кванттық физика принциптерін сәйкестендіруге тырысып, ақыр соңында біреуі немесе екіншісі жеңеді деген үмітпен келеді. «Отты қабырға» парадоксының шешімі қай қағида басым болды деген сұраққа жауап беріп, физиктерге жан-жақты теория жасауға көмектесуі керек.
Суреттің авторлық құқығы ThinkstockСуреттің тақырыбы Немесе келесі жолы Аннаны қара тесікке жіберуі мүмкін бе?Ақпараттың жоғалып кетуі парадоксының шешімі Аннаның шифрды шешу машинасында болуы мүмкін. Қандай басқа бөлшек А бөлшектің өзара байланысы бар екенін анықтау өте қиын. Нью-Джерсидегі Принстон университетінің физиктері Дэниел Харлоу мен қазір Калифорниядағы Стэнфорд университетінде оқитын Патрик Хэйден бұған қанша уақыт кететінін ойлады.
2013 жылы олар физикалық заңдарға сәйкес мүмкін болатын ең жылдам компьютердің өзінде Аннаға бөлшектер арасындағы қатынасты ашу үшін өте ұзақ уақыт қажет болатынын есептеді - сондықтан ол жауап алған кезде қара тесік ұзақ уақыт буланып кетеді. уақыт бұрын.
Олай болса, Аннаға кімнің көзқарасы шындыққа жанасатынын білмейтін шығар. Бұл жағдайда екі оқиға да бір уақытта ақиқат болып қалады, шындық бақылаушыға тәуелді болады және физика заңдарының ешқайсысы бұзылмайды.
Сонымен қатар, өте күрделі есептеулер (біздің бақылаушымыз, шамасы, мүмкін емес) және кеңістік-уақыт континуумының арасындағы байланыс физиктерді кейбір жаңа теориялық ойларға итермелеуі мүмкін.
Осылайша, қара тесіктер жұлдызаралық экспедициялар жолындағы қауіпті нысандар ғана емес, сонымен қатар физикалық заңдардағы ең аз өзгерістер олар енді назардан тыс қалмайтындай мөлшерге дейін өсетін теориялық зертханалар болып табылады.
Егер шындықтың шынайы табиғаты бір жерде болса, оны іздеудің ең жақсы жері - қара тесіктер. Бірақ біз оқиғалар көкжиегі адамдар үшін қаншалықты қауіпсіз екенін нақты түсінбесек те, іздеулерді сырттан қарау қауіпсізрек. Төтенше жағдайларда сіз Аннаны келесі жолы қара тесікке жібере аласыз - енді оның кезегі.
