«Научная фантастика может быть полезной: она стимулирует воображение и избавляет от страха перед будущим. Однако научные факты могут оказаться намного поразительнее. Научная фантастика даже не предполагала наличия таких вещей, как чёрные дыры» (Стивен Хокинг)Читать полностью »
Чёрные дыры, как показали многочисленные наблюдения, не только физически реальны, но и весьма многочисленны во Вселенной. А как насчёт белых дыр? Что это такое, и существуют ли они физически? В конце концов, это одно из самых захватывающих и необычных явлений, допустимых физикой. Давайте посмотрим на то, что мы знаем по этому поводу.Читать полностью »
Удивительно, насколько сильно наше понимание Вселенной продвинулось и поменялось с начала XX века. В 1900-х годах физики только начинали раскрывать квантовую природу реальности, ещё не вышли за пределы ньютоновского понимания гравитации и не подозревали о таких астрономических объектах, как чёрные дыры. К 1970-м космологи уже представляли себе Вселенную, управляемую принципами Общей теории относительности, начавшую своё существование с Большого взрыва, заполненную галактиками, звёздами и их останками, а также её квантовую природу, удивительно точно описываемую Стандартной моделью.
Читать полностью »
Впервые термин ввели физики для описания состояния жидкостей, в котором действующие на неё силы уравновешиваются. В таком случае жидкость находится в состоянии покоя. На поверхности Земли, например, это может быть равновесие силы тяжести, действующей на жидкость, и силы давления самой жидкости, возникающей из-за межмолекулярных взаимодействий.
Однако в подобных терминах можно описывать не только жидкости. Например, взаимодействие молекул газов, составляющих воздух, препятствует гравитации Земли, стремящейся сплюснуть атмосферу. А гравитация не даёт этому взаимодействию выбросить нашу атмосферу в открытый космос.
Читать полностью »
А разве у них есть поверхность? Ведь все привыкли к представлению о черной дыре как о сингулярности скрытой от нашего взора горизонтом события. Впрочем, исследуя термодинамику черных дыр, физики давно пришли к выводу, что они ведут себя не как трехмерные, а как двухмерные объекты. Например, количество составных частей черной дыры как термодинамической системы, пропорционально квадрату радиуса горизонта события, а не его кубу. Но данный «прозрачный намёк» принято относить скорее к проблемам, таким как: Куда девается информация провалившаяся за горизонт события? Если из двух квантово запутанных частиц одна пересекла горизонт события, то с чем запутана оставшаяся?
Однако показать, что такая поверхность вполне материальна, можно используя известные эффекты теории относительности. Так, с точки зрения неподвижного внешнего наблюдателя, никакой падающий в черную дыру объект никогда не пересечет горизонт события, потому что по мере приближения к нему, время в системе отсчета, связанной с объектом, будет замедляться относительно внешнего наблюдателя из-за того, что в гравитационном поле вблизи массивных тел, время даже для неподвижных тел течет медленнее, чем вне поля. Скорость такого объекта относительно внешнего наблюдателя сначала нарастает, а затем замедляется. При приближении к горизонту события время для такого объекта почти остановится, поэтому для того чтобы преодолеть остаток пути с точки зрения внешнего наблюдателя ему потребуется бесконечно большой промежуток времени.
Читать полностью »
Спроси любого человека на улице, как выглядит черная дыра, и он вам обязательно об этом расскажет. Еще бы, ведь все помнят красочные симуляции этих космических объектов из различных фантастических фильмов. Поэтому в это трудно поверить, что до сих пор никто на самом деле не видел, как же черные дыры выглядят в реальности!
10 апреля ученые показали первое реальное изображение черной дыры. Здесь стоит оговориться, что на самом деле полученный снимок представляет собой изображение аккрецио́нного диска, явления происходящего в непосредственной близи от еще видимых границ материи, притягиваемой черной дырой, у горизонта событий. И полученное изображение удивительно напоминает нам до боли знакомые кадры из фильма Интерстеллар!
Посвященная этому событию пресс-конференция сейчас транслируется в прямом эфире:
«Это легко. Берём метрику Шварцшильда, ищем символы Кристоффеля, вычисляем их производную, записываем геодезическое уравнение, меняем некоторые декартовы координаты (чтобы не страдать), получаем большое многострочное ОДУ — и решаем его. Примерно так».
Теперь ясно, что чёрные дыры меня засосали. Они бесконечно увлекательны. В прошлый раз я разбирался с визуализацией геометрии Шварцшильда. Меня поглотила проблема точного представления, как кривизна такого пространства-времени влияет на внешний вид неба (поскольку фотоны из удалённых источников движутся вдоль геодезических линий, изогнутых чёрной дырой) для создания интерактивного моделирования. Вот результат (работает в браузере). Хитрость в максимально возможном предрасчёте отклонения световых лучей. Всё работает более-менее нормально, но конечно, такая симуляция далека от идеала, потому что в реальности там не производится никакой трассировки (для неспециалистов: восстановление назад во времени местонахождения световых лучей, падающих в камеру).
Мой новый проект исправляет этот недостаток, отказавшись от эффективности/интерактивности самым простым образом: это рейтрейсер чисто на CPU. Трассировка выполняется максимально точно и максимально долго. Рендеринг изображения вверху занял 15 5 минут (спасибо, RK4) на моём ноутбуке.
Читать полностью »
[Этот пост является переводом статьи от Сабины Хоссенфельдер]
«Краткая история времени» Стивена Хокинга была одна из первых научно-популярных книг, прочитанных мною, и я ее возненавидела. Возненавидела, потому что не понимала. Фрустрация от этой книги стала одной из основных причин, почему я стала физиком — ну, по крайней мере, я знаю, кого винить в этом.
Концептуальное изображение аккреционного диска и струй сверхмассивной чёрной дыры
Самая важная особенность чёрной дыры – горизонт событий. Это регион пространства, внутри которого гравитационное поле настолько сильно, что ничто, даже свет, не может оттуда вырваться. Как же объяснить предсказанное нами убегание материи и излучения от чёрных дыр? Это хочет выяснить наш читатель:
Везде, где читаешь информацию о чёрных дырах, написано, что «ничто, даже свет, не может оттуда вырваться». А затем встречаешь информацию об излучении Хокинга, «излучение чёрного тела, которое, как предсказано учёными, испускают чёрные дыры». А ещё есть релятивистские струи, которые «чёрные дыры выстреливают со скоростью, близкой к световой». Очевидно, что-то всё же убегает из чёрных дыр, так ведь?
Материя и излучение, находившиеся вблизи чёрных дыр, действительно могут приходить к нам. Но значит ли это, что что-то убегает из чёрной дыры? Давайте разбираться.
Читать полностью »
У чёрных дыр должны быть аккреционные диски, с которых в них падает материя, и после пересечения горизонта событий у материи уже не должно быть способа выбраться обратно. Может ли что-то повлиять на этот порядок вещей?
Единожды попав за горизонт событий чёрной дыры, выбраться уже не получится. Нет такой скорости, которая помогла бы выбраться оттуда, для этого не хватит даже скорости света. Но, согласно общей теории относительности, пространство в присутствии массы и энергии искривляется, а слияние чёрных дыр – один из наиболее экстремальных вариантов в природе. Есть ли возможность упасть в ЧД, пересечь горизонт событий, а затем убежать оттуда, пока этот горизонт искажается в результате массивного слияния? Такой вопрос возник у нашего читателя:
Если две ЧД объединятся, возможно ли, чтобы материя, находящаяся внутри горизонта событий одной из ЧД, смогла убежать оттуда? Может ли она убежать и переместиться в другую, более массивную ЧД? А убежать сразу за пределы обоих горизонтов?
Идея, конечно, безумная. Но достаточно ли она безумна, чтобы сработать? Давайте выясним.
Читать полностью »
