Названия нейтронной звезды и черной дыры, скорее всего, взяты из «Жизни Гаргантюа и Пантагрюэля», пентологии романов, написанных в XVI веке Франсуа Рабле и повествующих о приключениях двух гигантов: Гаргантюа и его сына Пантагрюэля.
Астрофизики впервые показали изображение черной дыры
черная дыра. Черные дыры могут быть дружелюбнее, чем принято считать. Фото: Ton 618 черная дыра. огромной чёрной дырой. Почему в случае невращающейся черной дыры (рис. 8.4) кажется, что вторичные изображения звезд возникают из-за тени черной дыры, огибают ее и возвращаются обратно к тени, а не циркулируют вдоль замкнутых кривых, как в случае Гаргантюа (рис. 8.5)? Гаргантюа — сверхмассивная вращающаяся чёрная дыра с аккреционным диском. Находится в 10 миллиардах световых лет от Земли. Черная дыра Черные дыры, вероятнее всего, совсем не ограничены никаким горизонтом событий.
Гаргантюа интерстеллар [82 фото]
| Наука в фильме "Интерстеллар": кротовые норы, черные дыры, пространство-время :: Инфониак | Обои 3840x2160 черная дыра, Гаргантюа, темный. Скачать. |
| Вращающиеся черные дыры могут служить удобными порталами для гиперпространственных путешествий | Черная дыра, которая была названа Гаргантюа, является одной из самых массивных известных нам черных дыр во Вселенной. Её название происходит от персонажа французской литературы — Гаргантюа, которого описывали как огромного человека с необычайно большими размерами. |
| Быстро вращающаяся чёрная дыра по имени Гаргантюа | Черная дыра Гаргантюа, частично скрытая планетой Миллер; на переднем плане — модуль «Рейнджер», идущий на снижение. |
«Интерстеллар» с точки зрения науки
Черные дыры являются, возможно, самыми загадочными объектами во Вселенной. Они — результат гравитационного коллапса сверхмассивных звезд, приводящего к созданию настоящей сингулярности — объекта бесконечной плотности, появившегося вследствие сжатия целой звезды до крошечной точки. Эти горячие точки бесконечной плотности обладают настолько мощной гравитацией, что способны в буквальном смысле разрывать пространство-время. Согласно предположениям, этот факт открывает возможность использовать эти объекты для гиперпространственных путешествий. Конечно же, более ранние научные исследования на этот счет говорили о том, что любой объект, например, космический корабль, или живое существо, которые решат использовать черную дыру в качестве портала, очень быстро об этом пожалеют. Бесконечная гравитационная сингулярность и высокие температуры приведут к тому что объект будет растягиваться и сжиматься до тех пор, пока полностью не испарится. Путешествие сквозь черную дыру Научная команда профессора физики Гаурава Ханна из Университета штата Массачусетс в Дортмунде США и их коллеги из Колледжа Гвиннетт в штате Джорджия смогли показать, что не все черные дыры одинаковы. Объясняется это тем, что у больших и вращающихся черных дыр сингулярность действует несколько иначе, «нежнее» или «слабее» и поэтому имеется вероятность того, что она не будет повреждать те объекты, которые будут с ней взаимодействовать. На первый взгляд этот может показаться бредом, однако ученые приводят в качестве объясняющей аналогии простой эксперимент с быстрым перемещением руки над горящей свечей. Попробуйте сами и увидите, что огонь вас не будет обжигать.
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. Вы смотрите на своих спутников и спутниц — они выглядят обычно. Вы ощупываете друг друга — все нормально. Вы выпиваете стакан воды — за исключением влияния ускорения в 10 g, которое вы можете устранить, если решитесь нырнуть под горизонт, — вода льется нормально. Вы запускаете аргоновый лазер — он испускает такой же яркий пучок зеленого цвета, как и всегда. Вы берете импульсный рубиновый лазер, зеркало, детектор излучения и высокоточные часы; включая и выключая лазер, вы измеряете время прохождения импульса от лазера до зеркала и обратно к детектору, вычисляя из результатов экспериментов скорость света. Все в звездолете выглядит нормально: так, словно вы стоите на поверхности планеты Гиперион, где сила притяжения вдесятеро больше земной. Если не смотреть через иллюминаторы звездолета наружу и не видеть странного пятна над головой и все поглощающей темноты вокруг, нельзя понять, где вы находитесь: возле горизонта черной дыры или на поверхности Гипериона. Кривизна пространства, обусловленная черной дырой, естественно, сохраняется и внутри корабля, так что, располагая достаточно точными инструментами, вы сможете обнаружить ее здесь. Вы ищете добровольцев для самоубийственного спуска в дыру. Робот R4D5 с его пристрастием к приключениям и опасности вызывается с готовностью.
Так что диаметр дыры просто нельзя рассчитать на основе той убогой информации, которая имеется в вашем распоряжении. Получив эти результаты, вы можете исследовать окрестности горизонта черной дыры. Не желая рисковать человеческой жизнью, вы отправляете десятисантиметровый робот по имени R3D3 со встроенным передатчиком, который должен передать результаты своих исследований на корабль. Робот получает довольно простое задание: с помощью ракетного двигателя он должен сойти с круговой орбиты вашего звездолета и начать падать к черной дыре. Падая, R3D3 будет передавать на корабль информацию о состоянии своих электронных систем и о пройденном расстоянии. Для этого может быть использован ярко-зеленый луч лазера. Вы рассчитываете принять лазерный сигнал, расшифровать его для определения состояния аппаратуры и пройденного расстояния, а также измерить цвет длину волны излучения. Вы знаете, что, хотя лазер все время испускает зеленый луч, вы будете видеть его все более красным по мере приближения робота к горизонту черной дыры. Отчасти излучение «покраснеет» за счет того, что ему придется затратить энергию на преодоление сильного гравитационного поля черной дыры, и отчасти — из-за доплеровского смещения, связанного с удалением источника излучения от вас. Измеряя «покраснение» лазерного излучения, вы сможете рассчитать скорость падения робота. Итак, эксперимент начинается. R3D3 сходит с круговой орбиты и падает по радиальной траектории. Как только он начинает падать, вы пускаете часы, по которым фиксируется время прихода лазерных импульсов. По истечении 10 с вы получаете от него сообщение, что все системы функционируют нормально и он уже опустился на 2600 км. Здесь и далее прим. Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт — на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость — 30 тыс. А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено — лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом. По мере того как возбуждение спадает и вы подавляете налет сожаления по поводу участи робота, ваше внимание вновь обращается к записанным данным. В них зафиксированы подробности изменения окраски лазерного излучения. Вы знаете, что свет представляет собой колебания электромагнитного поля и что каждый цвет характеризуется своей собственной длиной волны. Там, в записях — история этого удлинения. Из них следует, что пока R3D3 падал, длина волны принимаемого вами излучения сначала менялась очень медленно, а затем все быстрее и быстрее. Следует предположить, однако, что длина волны продолжала все так же удваиваться и после этого, так что после огромного числа удвоений длина волны стала бесконечной и возле горизонта все еще испускались чрезвычайно слабые и длинноволновые сигналы. Означает ли это, что R3D3 так и не пересек горизонт и никогда не сможет сделать этого? Вовсе нет. Эти последние сигналы с многократно удваивавшейся длиной волны будут бесконечно долго «выбираться» из «тисков» гравитационного поля черной дыры. Но слабые сигналы от него будут продолжать приходить, поскольку время их пребывания в пути оказалось бесконечно велико. Они — следы далекого прошлого. Подчеркнем, что реализовать такую систему отсчета на самом горизонте и внутри него невозможно. Поэтому никаких нарушений принципа причинности, конечно, не происходит. После многочасового изучения данных, полученных от робота, и продолжительного сна, необходимого для восстановления сил, вы приступаете к следующему этапу исследований. На этот раз вы решаете самостоятельно обследовать окрестности горизонта событий, правда, рассчитываете сделать это с большей предосторожностью, чем ваш посланник: вместо свободного падения к горизонту, вы собираетесь снижаться постепенно. Попрощавшись с командой, вы влезаете в спускаемый аппарат и покидаете корабль, оставаясь сначала на той же круговой орбите. Затем, включая ракетный двигатель, слегка тормозите, чтобы замедлить свое орбитальное движение. При этом вы начинаете по спирали приближаться к горизонту, переходя с одной круговой орбиты на другую. Ваша цель — выйти на круговую орбиту с периметром, слегка превышающим длину горизонта. Поскольку вы движетесь по спирали, длина вашей орбиты постепенно сокращается: от 1 млн км до 500 тыс. Находясь в состоянии невесомости, вы подвешены в своем аппарате, предположим, ногами — к черной дыре, а головой — к орбите вашего корабля и звездам. Но постепенно вы начинаете ощущать, что кто-то тянет вас за ноги вниз и вверх — за голову. Вы соображаете, что причина — притяжение черной дыры: ноги ближе к дыре, чем голова, поэтому они притягиваются сильнее. То же самое справедливо, конечно, и на Земле, но разница в притяжении ног и головы там ничтожна — меньше 10—6, так что никто этого не замечает. Двигаясь же по орбите длиной 80 тыс. Несколько озадаченный вы продолжаете движение по закручивающейся спирали, но удивление быстро сменяется беспокойством: по мере уменьшения размеров орбиты, силы, растягивающие вас, будут нарастать все стремительнее. При длине орбиты 64 тыс. Скрипя зубами от натуги, вы продолжаете движение по спирали. При длине орбиты 25 тыс. Больше вы не в состоянии выдержать в вертикальном положении. Пытаетесь решить эту проблему, свернувшись калачиком и подтянув ноги к голове, уменьшив тем самым разность сил. Но они уже настолько велики, что не дадут вам согнуться — снова вытянут вертикально вдоль радиального по отношению к черной дыре направления. Что бы вы ни предпринимали, ничто не поможет. И если движение по спирали будет продолжаться, ваше тело не выдержит — его разорвет на части. Итак, достичь окрестности горизонта нет никакой надежды... Разбитый, преодолевая чудовищную боль, вы прекращаете свой спуск и переводите аппарат сначала на круговую орбиту, а затем начинаете осторожно и медленно двигаться по расширяющейся спирали, переходя на круговые орбиты все большего размера, пока не доберетесь до звездолета. В изнеможении добравшись до капитанской рубки, вы изливаете свои беды бортовому компьютеру. Вам рассказывали о растяжении в направлении от головы к ногам в процессе подготовки к полету. Это ведь те же самые силы, что вызывают океанские приливы на Земле». Но почему же робот R3D3 оказался столь стойким к действию приливных сил? Вы догадываетесь, что это произошло по двум причинам: он был изготовлен из сверхпрочного титанового сплава и имел размеры, значительно меньшие, чем ваши. Его высота, помнится, равнялась 10 см и, стало быть, приливная сила, действующая на него, была, соответственно, гораздо слабее. Но затем вы приходите к неутешительному выводу: даже проткнув горизонт, R3D3 должен был продолжать падать в область со все возрастающими приливными силами. Вы вспоминаете, что еще в 1965 г. Пенроуз использовал законы ОТО Эйнштейна для доказательства того, что такая сингулярность «проживает» внутри любой черной дыры, а в 1969 г. Лившицем, И. Халатниковым и В. Это были «золотые годы» теоретических исследований 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 30100 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 60211 лет, если они хотят дождаться повторного сообщения 30103 года, пока вы доберетесь до центра Галактики, и 30108 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.
Наука и магия Интерстеллара, или почему фильм Криса Нолана является научной фантастикой Самая громкая картина 2014 года, фильм «Интерстеллар» режиссера Криса Нолана с первого дня показа завоевал огромную популярность среди широких кругов зрителей и продолжает набирать обороты. Главных достоинств Интерселлара очень много — это великолепная визуализация, отличный саундтрек на протяжении всего фильма, прекрасная игра актеров, философские рассуждения на тему человечества, тема семьи и любви, мощная эмоциональная составляющая и немного юмора. И все это сливается воедино, идеально дополняя картину так, что 3 часа просмотра пролетают на одном дыхании. Каждый может найти в этой картине что-то для себя. Не обязательно углубляться в законы физики и науки или знать все тонкости космических полетов, чтобы получить удовольствие от его просмотра. Конечно, фильм, претендующий на звание лучшего научного кино, вызвал мощный резонанс в обществе — нашлась большая толпа критиков, осуждающих науку Интерстеллара, а обсуждения и споры на форумах насчитывают десятки тысяч сообщений. Действительно, космические полеты через Кротовую нору, позволяющие преодолевать расстояния в миллиарды световых лет за считанные минуты, полеты возле Черной дыры со скоростями, близкими к скорости света, гигантские волны на необычной планете, чудовищное замедление времени, перемещение в пяти измерениях, вне времени и пространства — все это выходит за рамки привычного представления об окружающем мире и больше походит на фантастику. Но весь фильм построен на научных исследованиях астрофизика Кипа Торна — крупнейшего в мире специалиста в области Черных дыр, Кротовых нор, гравитации и квантовой физики, и снят под его руководством. Несмотря на то, что для придания фильму зрелищности и преподнесения зрителю сложнейших теорий в приятной и понятной форме, приходилось прибегать к некоторым условностям и допущениям, оспаривать научную составляющую Интерстеллара — все равно, что спорить с самим Кипом Торном. Многие моменты фильма подробно объяснены в его книге «Наука Интерстеллара», которую он выпустил вскоре после съемок фильма. Рассмотрим ключевые спорные моменты и постараемся их описать простыми словами: Замедление времени Из теории общей относительности Эйнштейна следует, что гравитация деформирует пространство и время. Поэтому вблизи горизонта событий сверхмассивной Черной дыры Гаргантюа, время замедляется настолько сильно, что когда экипаж Рейнджера высаживается на планету Миллер, один час, проведенный там равен 7 годам, проведенным на Земле. А так как космическая станция Эндюранс в это время оставалась на значительном расстоянии от горизонта событий, то на ней время текло почти так же медленно, как на Земле. Поэтому при возвращении с планеты, спустя 3 часа, оказалось, что Ромилли, оставшийся на станции, постарел на 23 года. Гигантские волны планеты Миллер На планете Миллер, наверно, было бы возможно зарождение жизни, если бы не гигантские волны, с которыми столкнулись Купер и его команда. Возникают они, опять же, из-за близости к горизонту событий Черной дыры. На планету действует огромная приливная сила, которая вытягивает планету вдоль силовых линий, а также создает мощный прилив со стороны Гаргантюа.
Зачем ученым фото черной дыры? 10 фактов, которые помогут разобраться в сложном вопросе
3. Черные дыры и сингулярности. В научно-фантастической литературе и фильмах черная дыра обычно представляется этаким космическим Гаргантюа, безжалостно пожирающим пролетающие корабли с отважными блондинками и даже целые планеты. Похожие. Следующий слайд. космос гаргантюа / чёрная дыра / Интерстеллар Creative Land. Изучаем свойства чёрных дыр: откуда они берутся, каких размеров бывают и что в реальности сделали бы с планетой Миллер из «Интерстеллара». Эти снимки неожиданным образом показали, что черная дыра-"гаргантюа" и сама W2246-0526 были соединены толстыми линиями из холодного газа и пыли с тремя спутниками этого "звездного мегаполиса". Звездный узор на рис. 8.1 (Гаргантюа) заметно отличается от изображенного на рис. 8.4 (невращающаяся черная дыра), а эффект при движении камеры отличается еще больше. Изучаем свойства чёрных дыр: откуда они берутся, каких размеров бывают и что в реальности сделали бы с планетой Миллер из «Интерстеллара».
Челябинск. Другие новости 07.02.17
- Гаргантюа черная дыра - фото и картинки: 57 штук
- Черная дыра, Гаргантюа, темный Обои 3840x2160 4K Ultra HD
- ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
- Telegram: Contact @Blagoveshchensk_28
- Почему первое изображение черной дыры не похоже на то, что было в "Интерстеллар"
- Гаргантюа черная дыра - 85 фото
Тайны черных дыр: 6 занимательных вопросов астрофизикам
Чтобы представить это в перспективе, нашему Солнцу требуется всего около 225 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг галактики Млечный Путь. Также возможно, что во Вселенной могут быть еще более крупные солнечные системы, которые только и ждут, чтобы их открыли. В заключение отметим, что система Гаргантюа — поистине впечатляющее открытие, и нетрудно понять, почему ученые решили назвать ее в честь вымышленной черной дыры в «Интерстеллар». С массивной звездой, меньшей звездой-компаньоном и двумя планетами-гигантами, вращающимися вокруг них, Гаргантюа является крупнейшей солнечной системой, о которой мы знаем во Вселенной. И кто знает, какие еще удивительные открытия ждут нас там, среди звезд?
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. В масштабах планеты и Солнечной системы его эффекты крайне малы и труднообнаружимы, однако в космологических масштабах влияние ГСП возрастает неизмеримо, так как его удельная доля в средней плотности энергии во Вселенной может превышать 72 процента! Например, от него зависит, будет ли наша Вселенная расширяться вечно или в конце концов сожмется в точку.
Глобальное скалярное поле - один из вероятнейших кандидатов на роль "темной энергии", о которой так много пишут в последнее время. Черные дыры появляются в этой связи весьма неожиданным образом. Можно показать, что необходимость их сосуществования с глобальным скалярным полем накладывает взаимные ограничения на свойства черных дыр. В частности, наличие черных дыр накладывает ограничение на верхний предел эффективной космологической постоянной параметра ГСП, ответственного за расширение Вселенной , тогда как ГСП ограничивает нижний предел их масс а значит, энтропии и обратной температуры T-1 некой положительной величиной. Иными словами, черные дыры, будучи "локальными" 5 и, по меркам Вселенной, крошечными объектами, тем не менее самим фактом своего существования влияют на ее динамику и другие глобальные характеристики опосредованно, через глобальное скалярное поле.
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. В масштабах планеты и Солнечной системы его эффекты крайне малы и труднообнаружимы, однако в космологических масштабах влияние ГСП возрастает неизмеримо, так как его удельная доля в средней плотности энергии во Вселенной может превышать 72 процента! Например, от него зависит, будет ли наша Вселенная расширяться вечно или в конце концов сожмется в точку.
Глобальное скалярное поле - один из вероятнейших кандидатов на роль "темной энергии", о которой так много пишут в последнее время. Черные дыры появляются в этой связи весьма неожиданным образом. Можно показать, что необходимость их сосуществования с глобальным скалярным полем накладывает взаимные ограничения на свойства черных дыр.
В частности, наличие черных дыр накладывает ограничение на верхний предел эффективной космологической постоянной параметра ГСП, ответственного за расширение Вселенной , тогда как ГСП ограничивает нижний предел их масс а значит, энтропии и обратной температуры T-1 некой положительной величиной. Иными словами, черные дыры, будучи "локальными" 5 и, по меркам Вселенной, крошечными объектами, тем не менее самим фактом своего существования влияют на ее динамику и другие глобальные характеристики опосредованно, через глобальное скалярное поле. Эпилог Эйнштейн однажды сказал, что человеческий разум, однажды "расширенный" гениальной идеей, уже никогда не сможет сжаться до первоначального состояния 6.
Это прозвучит немного парадоксально, но исследование предельно сжатого состояния материи было, есть и долгое время будет одним из главных путей и стимулов расширения границ человеческого интеллекта и познания фундаментальных законов мироздания.
За этой оболочкой скрыто то, что неподвластно взгляду стороннего наблюдателя и даже существующим законам физики. Однако, горизонт событий в контексте чёрных дыр является лишь его частным проявлением. Другими словами, горизонт событий есть не только у чёрных дыр.
Общее определение горизонта событий представляет нам его как некую условную границу, которая разделят две совокупности событий. Существуют две разновидности горизонта событий — горизонт событий прошлого и будущего. Горизонт прошлого разделяет совокупности изменяемых и неизменяемых событий. Горизонт будущего разделяет несколько иные совокупности.
Обо всех событиях первой совокупности наблюдатель может узнать когда-либо. Вторая же совокупность содержит события, о которых наблюдатель не узнает никогда. Чёрная дыра обладает горизонтом событий прошлого. Подобный горизонт также будет наблюдать тот, кто движется с релятивистки равномерным ускорением.
Горизонтом событий будущего обладает наблюдаемая часть Вселенной. Подробнее об этих «разновидностях» горизонта событий будет рассказано ниже. Путешествие в бездну Горизонт Событий черной дыры Чёрные дыры являются крайне удобной площадкой для изысканий физиков теоретиков и иллюстрации многих труднообъяснимых явлений. Так в популярной науке известен классический пример, описывающий падение выдуманного звездолёта на чёрную дыру и наблюдение за ним стороннего наблюдателя.
Этот пример наглядно описывает некоторые особенности горизонта событий. Согласно теории относительности, для пассажира звездолёта путь до горизонта событий ничем не будет примечателен. Он будет двигаться с нарастающим ускорением, пока не достигнет скорости света на горизонте событий. 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.
Зачем ученым фото черной дыры? 10 фактов, которые помогут разобраться в сложном вопросе
На рисунке 8.1 показана быстро вращающаяся черная дыра (назовем ее Гаргантюа) на фоне звездного поля, какой она предстала бы перед вами, находись вы в экваториальной плоскости Гаргантюа. Кстати, общепризнанный в кругах многих астрономов, тот факт, что изображение чёрной дыры "Гаргантюа" из к/a "Интерстеллар" наиболее точно и достоверно передаёт внешний вид свермассивной чд в галактике М87 (точнее её тени). “Черные дыры, называемые IMBH (Intermediate-Mass Black Holes) – в десять тысяч раз меньше, чем Гаргантюа, но в тысячу раз тяжелее, чем обычные черные дыры. Для планеты черная дыра в этом случае может выступать в роли холодного светила. Группа международных астрономов, используя космический телескоп Gaia, обнаружила огромную черную дыру, расположенную относительно недалеко от Земли.
Тайны черных дыр: 6 занимательных вопросов астрофизикам
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». 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”. Обои 3840x2160 черная дыра, Гаргантюа, темный. Скачать. Группа международных астрономов, используя космический телескоп Gaia, обнаружила огромную черную дыру, расположенную относительно недалеко от Земли. это название одной из чёрных дыр в фильме "Интерстеллар", то есть это не физический термин, а, тысызыть, литературный (сценарий фильма - это всё ж литературное произведение. Мда). Черная дыра Гаргантюа — это огромный астрономический объект, который находится в центре галактики M87 в созвездии Девы.
Что же такое квазар
- Interstellar Gargantua "Space Engine" | Пикабу
- Познание тьмы: как наука проникает в тайны черных дыр
- Фильм «Интерстеллар» секрет концовки раскрыли спустя 9 лет |
- Челябинск. Другие новости 07.02.17
- Путешествие среди чёрных дыр
Даже прическу не помнет?
- Осторожно, спойлеры!
- Что же такое квазар
- ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
- Горизонт событий
Живые обои «Черная дыра Гаргантюа»
8 апреля 2022 в 13:54. $ASTR-US. это настоящая черная дыра, сверхмассивная чёрная дыра Гаргантюа. Поздравления. ДТП. Новости. Сериалы. Существует ли чёрная дыра Гаргантюа | Астрономия для начинающих | Федор Бережков. Гаргантюа черная дыра обои Самые крутые картинки на сайте