связаться
все курсы
Школам
полезное
школа астрономии
Не с той ноги
Сегодня явно не ваш день - проснувшись не с той ноги, вы разрушаете все вокруг и ничего не успеваете. Выход один - построить машину времени и разобраться со всеми проблемами как следует - в прошлом или будущем. К счастью, у вас есть знакомый ученый. Но к такому же несчастью - астрофизик. И как только вы озвучили свой план по спасению своего дня, он гордо воскликнул - черные дыры!
Какие еще черные дыры?
Да, именно черные дыры. Черной дырой является все что угодно, обладающее значительной массой в очень ограниченном участке пространства. Притяжение настолько сильно, что даже свет не может покинуть ее. Область, откуда свет уже не может вырваться, называют горизонтом событий. А точку в центре с бесконечно сильным притяжением - сингулярностью. Солнце, Земля и ваш сосед - все может стать черной дырой, если его немного потеснить. К примеру - чтобы Земля стала черной дырой, необходимо всего-то сжать ее в участке пространства меньше одного сантиметра. Все, что когда-либо мы видели теперь находится в одном сантиметре. Удобно, однако!
Время -
неотъемлемая часть реальности
Эйнштейн, создавая теорию относительности, обнаружил, что пространство куда хитрее, чем оно казалось до этого. Он заключил, что мы живем не в трехмерном пространстве, а в так называемом четырёхмерном пространстве-времени Минковского. Три координаты более чем знакомы - длина, ширина и высота - но в нашем мире все они не имеют никакого смысла, пока не добавим самую важную - время. Люди в разное время находятся в разных точках пространства и трех чисел для описания происходящего явно недостаточно! Эйнштейн выпустил две теории относительности: специальную (для движения тел на больших скоростях, но без ускорений) и общую - обобщающую все представления о пространстве, скоростях и энергии. Именно общая теория относительности (далее ОТО) дает ключ к пониманию притяжения, времени и черных дыр.
А где же тогда время?
Как уже отметил, время - полноправная координата в пространстве-времени. Чем больше масса, возле которой вы находитесь, тем медленнее тикают ваши собственные часы. Эти эффекты слабо заметны при небольших массах, небольших ускорениях. Например - ядро Земли, где сила притяжения будет максимальна, "моложе" коры примерно на 2 года. Но когда речь идет уже о по-настоящему сильных ускорениях, больших массах - например, в черных дырах - ситуация начинает принимать интересные обороты.
Полное погружение
Общая теория относительности вращается вокруг доминантного уравнения - уравнения Эйнштейна. Записывалось оно из общих соображений теории и объясняло, как пространство связано с энергией. Чтобы применить общую теорию относительности на практике нужно это уравнение решить и подставить необходимые условия задачи. Одним из первых умельцев оказался Шварцшильд. Он решил рассмотреть самый простой случай черной дыры - симметричной, без заряда и вращения.
Общая теория относительности во многом чисто геометрическая теория. Так что искривление пространства-времени в упрощенном виде напоминают провалы в нем.
Решение Шварцшильда

Тут-то и начинаются игры со временем. Чем больше кривизна пространства - тем медленнее течет время. Все из-за того, что двигаться по кривым траекториям заметно дольше, чем по прямым. Для человека падающего в черную дыру время будет идти все так же, тогда как для внешнего наблюдателя он будет падать экстремально медленно. Внешний наблюдатель просто не видит истинную траекторию в четырехмерном пространстве. Вот и происходит замедление времени для внешнего наблюдателя. Черные дыры являются чемпионами по искривлению пространства-времени. Эффекты замедления времени возле них так же наиболее заметны.

Чтобы ощутить всю странность этого решения предлагаю отправится в путешествие. Для простоты восприятия мы немного схитрим - предположим, что мы можем выбраться из черной дыры. Путешествие следующее - мы просто выпрыгиваем из черной дыры. Покидаем центральную область(сингулярность), преодолеваем горизонт событий, а затем - падаем обратно.
Выглядеть это схематично будет как-то так:

На диаграмме С - сингулярность, ГС - горизонт событий. Кривая линия получается из решения задачи.

Путешествие состоит из 5 пунктов.

  1. Вырываемся из сингулярности и устремляемся к горизонту событий(как мы это сделали, вопрос открытый)
  2. Тут можно заметить, что по мере приближения к горизонту событий время начинает идти в обратную сторону. Звучит странно, но такое уж решение!
  3. Потом мы возвращаемся из абсолютного прошлого в настоящее и лицезреем черную дыру. Можно даже помахать ручкой!
  4. Наш прыжок все же прыжок и мы начинаем приближаться обратно к черной дыре. Время для нас течет все так же, но для остального мира мы безумно замедлились и будем падать целую вечность.
  5. Добро пожаловать домой!
Выглядеть это схематично будет как-то так:

На диаграмме С - сингулярность, ГС - горизонт событий. Кривая линия получается из решения задачи.

Путешествие состоит из 5 пунктов.

  1. Вырываемся из сингулярности и устремляемся к горизонту событий(как мы это сделали, вопрос открытый)
  2. Тут можно заметить, что по мере приближения к горизонту событий время начинает идти в обратную сторону. Звучит странно, но такое уж решение!
  3. Потом мы возвращаемся из абсолютного прошлого в настоящее и лицезреем черную дыру. Можно даже помахать ручкой!
  4. Наш прыжок все же прыжок и мы начинаем приближаться обратно к черной дыре. Время для нас течет все так же, но для остального мира мы безумно замедлились и будем падать целую вечность.
  5. Добро пожаловать домой!
Траектории 1 и 2 мы ввели на половину искусственно. Как уже говорилось - выбраться из под горизонта событий не представляется возможным. Но общее решение выглядит именно так. Все дело в том, что в общем виде существуют и белые дыры. Если черную дыру невозможно покинуть, то в белую невозможно попасть. Предполагается, что белые дыры могут существовать из экзотической материи с противоположными гравитирующими свойствами. Иными словами - такая материя бы отталкивала все от себя, а не скапливалась бы воедино. И в нашей задачке мы сначала вылетали из белой дыры, а падали обратно на черную. Глядя на графический вид решения можно заключить, что черные и белые дыры - машины времени. Белые - для путешествия в прошлое, а черные - в будущее.
Машина времени в гараже.
После 20 минут каких-то безумных изречений от астрофизика он все же выписывает рецепт. Собственно, он:
  • Много массы в одной точке.
    1
  • Мощные движки, чтобы не оказаться по ту сторону горизонта событий
    2
  • Оптимизм и вера в свои действия.
    3
Выжидаем определенное количество времени - вуаля, вы в будущем!
Ваши пра-пра-правнуки (количество "пра" зависит от того, сколько вы сможете вглядываться в пугающую черноту возле горизонта событий) смотрят и завидуют вам - ведь вы все так же молоды, как про Вас и говорили. По вкусу - если вы хотите посмотреть на своих пра-пра-пра-отцов, следует раздобыть где-то специфического рода материю, что имеет обратное притяжение и проделать тот же самый фокус, только не убегать от этого объекта, а наоборот - пытаться его настигнуть.
О Школе астрономииКурсы по астрономииКалендарь мероприятий