0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатели гравитации как черные дыры управляют галактиками

26. Сингулярности и квантовая гравитация

26. Сингулярности и квантовая гравитация

В «Интерстеллар» Купер и ТАРС ищут внутри Гаргантюа квантовые данные – данные, которые помогли бы профессору решить его уравнение и эвакуировать человечество с Земли. Они считают, что эти данные должны быть в сингулярности, которая находится внутри Гаргантюа – в «мягкой сингулярности», как выражается Ромилли. Что же такое квантовые данные? Чем они способны помочь профессору? И что такое мягкая сингулярность?

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Квантовая гравитация во Вселенной 1916 года

Квантовая гравитация во Вселенной 1916 года Спустя несколько месяцев после триумфального завершения своей теории гравитации Эйнштейн понял, что она… неверна. Изучая следствия новой теории, он обнаружил, что гравитация не только искривляет лучи света — любая планетная

Гравитация как упругость вакуума

Гравитация как упругость вакуума Распад протона, который ищут экспериментаторы, волнует также и теоретиков, ищущих так называемое Великое объединение — теорию, объединяющую все фундаментальные силы природы, за исключением гравитации. А вторая идея, которую судьба

«…Квантовая гравитация физически бессмысленна»?

«…Квантовая гравитация физически бессмысленна»? В 2004 году в издательствах Кембриджского и Оксфордского университетов вышли две солидные монографии с одинаковым лаконичным названием «Quantum Gravity». Монографию обычно пишут, чтобы подытожить исследования, изложенные в

Глава 8. Сингулярности

Глава 8. Сингулярности В то время как большая часть аудитории на Техасском симпозиуме 1963 года слушала выступление Джона Уиллера с непониманием, один молодой математик восторженно следил за речью, произносимой на фоне тщательно выписанных на доске уравнений и графиков.

Приливная гравитация

Приливная гравитация Теория относительности Эйнштейна утверждает, что планеты, звезды и космические аппараты с отключенными двигателями движутся в окрестностях черной дыры по траекториям настолько прямым, насколько это позволяют искривленные дырой пространство

Гравитация червоточины и искривление времени

Гравитация червоточины и искривление времени Кристофер Нолан хотел, чтобы червоточина обладала умеренной гравитацией. Достаточно сильной, чтобы удерживать «Эндюранс» на своей орбите, но достаточно слабой, чтобы «Эндюранс», замедлившись, мог безопасно упасть

Природа сущностей из балка и их гравитация

Природа сущностей из балка и их гравитация и Если сущности из балка вообще есть, то из чего они состоят? Определенно не из той же материи с атомным строением, что и мы, – атомы могут существовать лишь в трех пространственных измерениях, а не в четырех. То же можно

Сингулярности: область квантовой гравитации

Сингулярности: область квантовой гравитации Источник сингулярности – это место, где искривление пространства и искривление времени возрастают неограниченно, где они становятся бесконечно большими.Если мы представим, что искривленное пространство нашей Вселенной

Голые сингулярности?

Голые сингулярности? Было бы чудесно, если бы мы могли найти или создать сингулярность вне черной дыры – сингулярность, которая не скрывалась бы за горизонтом событий. Голую сингулярность. Тогда задача профессора Брэнда была бы куда проще. Он мог бы извлечь

Падающие и вылетающие сингулярности

Падающие и вылетающие сингулярности В восьмидесятых годах мы с моими коллегами-физиками были вполне уверены (в рамках обоснованного предположения), что в черной дыре находится всего одна сингулярность и что это БХЛ-сингулярность. Мы ошибались.В 1991 году Эрик

Глава 26. Сингулярности и квантовая гравитация

Глава 26. Сингулярности и квантовая гравитация Для первого знакомства с квантовыми флуктуациями и вообще квантовой физикой я рекомендую книгу The Ghost in the Atom: A Discussion of the Mysteries of Quantum Physics [Davies, Brown 1986]. Я не знаю книг или статей для неспециалистов о квантовом поведении

ТОП-20: Факты о черных дырах, которые взорвут ваш мозг

Мы еще многого не знаем о Вселенной. И еще меньше мы знаем о черных дырах, но нам удалось найти для вас эти 20 фактов о них. Почти сто лет ученые строили теории относительно черных дыр. С течением времени мы все больше и больше узнаем о них, что подтверждает многие теории, предложенные такими известными учеными, как Альберт Эйнштейн и Стивен Хокинг. Хотя нам предстоит еще многое узнать, технологические достижения позволяют ближе подобраться к окружающей их тайне. Итак, без дальнейших церемоний, вот 20 фактов о черных дырах, которые взорвут ваш мозг.

20. Массивная звезда обрушивается сама в себя


Фото: astronomytrek.com

Черные дыры образуются, когда у больших звезд заканчивается топливо и они разрушаются внутрь себя. Если звезда достаточно велика, она будет сжиматься до размеров атома, это называется гравитационной сингулярностью. Термин «черная дыра» относится к гравитационному притяжению, которым обладает эта сингулярность.

19. Черные дыры бывают разных размеров


Фото: thrillist.com

Черные дыры бывают разных размеров. Самые мелкие — первичные черные дыры. Затем следуют черные дыры звездной массы, это самый распространенный вид черных дыр. Самые крупные — сверхмассивные черные дыры, они, как правило, в четыре миллиона раз больше солнца и расположены в центре галактик.

18. Есть разные типы черных дыр

Читать еще:  Где находиться датчик температуры двигателя в фольксваген бора


Фото: interactive.wttw.com

Черные дыры отличаются не только своими размерами, астрономы обнаружили, что существуют также различные типы черных дыр. Существуют вращающиеся черные дыры, электрические черные дыры и их комбинации. Тип определяется количеством энергии, выделяемой черной дырой.

17. Аккреционный диск


Фото: space-facts.com

Область вокруг черной дыры, где на орбите вращается газ, пыль, звезды и планеты, называется аккреционным диском. В этой области объекты движутся быстрее по мере приближения к центру черной дыры.

16. Горизонт событий


Фото: space-facts.com

Горизонт событий — это область черной дыры, где для любого объекта гравитация становится непреодолимой. Любая материя, пересекшая горизонт событий, не имеет шансов вырваться из черной дыры. По этой причине, горизонт событий также называют «точкой невозврата».

15. Черные дыры практически невидимы


Фото: thrillist.com

Черные дыры практически невидимы. Это происходит потому, что их гравитационное притяжение настолько велико, что свет не может вырваться из центра черной дыры, в результате чего получается абсолютная черная центральная точка, которую мы знаем и боимся.

14. Слишком много, чтобы сосчитать


Фото: facts.net

Только в нашей галактике есть около 100 миллионов черных дыр звездной массы. И это не считая маленьких черных дыр.

13. Солнце никогда не станет черной дырой


Фото: facts.net

Однажды наша звезда, Солнце, взорвется, но превратится ли она в черную дыру? Не бойтесь, хотя для нас Солнце огромно, оно относительно мало по сравнению с другими звездами во Вселенной. Наше Солнце недостаточно велико, чтобы образовать черную дыру.

12. Черные дыры в центре галактик


Фото: science alеrt .com

По мнению ученых, черные дыры удерживают вместе целые галактики. Они также считают, что в каждой галактике есть сверхмассивная черная дыра в центре, которая удерживает ее компоненты вместе. Черная дыра в центре нашей галактики известна как Стрелец А, она находится на расстоянии 30 000 световых лет о нас и в четыре миллиона раз больше нашего Солнца.

11. Черные дыры не засасывают


Фото: science alеrt .com

Хотя на многих изображениях черная дыра выглядит как воронка, это не так. Черные дыры, как и любой другой объект в космосе, обладают чрезвычайно сильным гравитационным притяжением. И объекты проваливаются в нее.

10. Спагеттификация


Фото: science alеrt .com

Чем ближе объекты находятся к центру черной дыры, тем быстрее они будут двигаться к нему. Например, если ваши ноги приблизятся к центру, они будут притянуты к нему, но верхняя часть вашего тела останется нетронутой. Это воздействие заставляет объект вытягиваться или «спагеттифицироваться».

9. Первая известная черная дыра


Фото: space-facts.com

Первым объектом, признанным черной дырой, является черная дыра Лебедь X-1. В 1971 году ученые обнаружили радиоизлучение, исходящее от Лебедя Х-1, в результате чего был обнаружен массивный скрытый объект, идентифицированный как черная дыра.

8. Дружеское пари


Фото: space-facts.com

Лебедь Х-1 стала предметом дружеского пари, которое в 1974 году заключили Стивен Хокинг и его коллега-физик Кип Торном (Kip Thorne). Хокинг поспорил, что источником излучения была не черная дыра, а Торн считал иначе. Десятилетия спустя, в 1990 году, Хокинг наконец признал, что был неправ.

7. Черные дыры могут исчезнуть


Фото: facts.net

«Излучение Хокинга» — это созданная Стивеном Хокингом теория, которая описывает процесс испарения. Считается, что из-за того, что черные дыры излучают мелкие частицы, со временем они теряют массу. Если данная теория верна, черная дыра перестанет существовать после того, как потеряет всю свою массу.

6. Мы находимся в 20 000 световых лет от ближайшей черной дыры


Фото: facts.net

Ранние исследования показывали, что ближайшая черная дыра находится всего в 1600 световых лет от Земли. Однако более поздние исследования показали, что ближайшая черная дыра находится на расстоянии 20 000 световых лет от Земли.

5. Они могут порождать новые вселенные


Фото: zmescience.com

Среди ученых распространена теория, что черные дыры способны порождать новые вселенные. Эта теория исходит из знания, что черные дыры создают элементы, необходимые для поддержания жизни.

4. Они не всегда разрушительны


Фото: tonsoffacts.com

Мы знаем, что большинство черных дыр действительно разрушительны, но есть много теорий, которые предполагают обратное. Некоторые ученые считают, что мы можем использовать энергию черной дыры для космических путешествий.

3. Шаткое-ваткое, временное-швременное


Фото: science.howstuffworks.com

Гравитационные временные искривления вызваны влиянием черной дыры на гравитацию. Такие искривления заставляют время двигаться быстрее, чем на Земле, а они довольно распространены во Вселенной.

2. Мы можем их слышать


Фото: facts.net

В 2015 году лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория «услышала» слабый чирикающий звук, который возник из точки в пространстве, где столкнулись две черные дыры. Считается, что это столкновение произошло около 1,3 миллиарда лет назад.

1. Видеть невидимое


Фото: nytimes.com

Первая фотография черной дыры была опубликована 10 апреля 2019 года. То, что когда-то считалось невидимым, наконец удалось заснять. Черная дыра, сфотографированная доктором Кэти Боумен (Katie Bouman), известна как Мессье 87. Она находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли и считается одной из самых больших существующих черных дыр.

Читать еще:  Двигатель 3 фазы схем

Halo Drive: лазеры и черные дыры помогут ускорять космические корабли почти до скорости света

Будущие космические корабли могут использовать черные дыры в качестве мощных стартовых площадок для изучения звезд. Новое исследование предусматривает запуск лазерных лучей с корабля по краю черной дыры, которые будут изгибаться вокруг последней из-за ее мощной гравитации и возвращаться с добавленной энергией. После этого корабль будет «ловить» такие лучи, тем самым бесплатно получая энергию, которую можно тратить на его разгон вплоть до скорости света. Астрономы могли бы искать признаки того, что инопланетные цивилизации используют такой «гало-драйв», как его называют исследователи, наблюдая за тем, как пары черных дыр сливаются быстрее, чем ожидалось по расчетам.

Автор исследования Дэвид Киппинг, астрофизик из Колумбийского университета в Нью-Йорке, выдвинул идею о гало-драйве используя то, что он называет «мышлением игрока».

«Иногда в компьютерной игре вы обнаруживаете эксплойт, хак, который позволяет вам сделать что-то сверхнормативное, что в обычных условиях невозможно по правилам игры», — сказал Киппинг. «В данном случае игра — это физический мир, и я попытался подумать о концепциях, которые позволили бы цивилизации совершить релятивистский полет туда-сюда по галактике без огромных затрат энергии, которые понадобятся для этого сейчас».

Основная проблема использования ракет для полета в космосе заключается в том, что топливо, которое они несут с собой, имеет массу. В дальних поездках нужно много топлива, что делает ракеты тяжелыми, что, в свою очередь, требует еще большего количества топлива, что делает ракеты еще тяжелее и так далее. Эта проблема экспоненциально ухудшается, чем больше становится ракета.

Однако вместо того, чтобы нести топливо для ускорения, космический корабль, оборудованный зеркальными парусами, мог бы полагаться на лазеры, чтобы двигаться вперед. Инициатива «Breakthrough Starshot» стоимостью в 100 миллионов долларов, объявленная в 2016 году, планирует использовать мощные лазеры для доставки большого количества маленьких космических кораблей к звезде Альфа Центавра, находящейся в ближайшей к нам звездной системе в 4 световых годах от нас, с достижением 20% скорости света.

Каждый космический корабль, который запустят в рамках проекта «Breakthrough Starshot», по размерам сопоставим с микрочипом. Чтобы разогнать большие космические корабли до релятивистских скоростей — до значительной доли скорости света — Киппинг ищет помощи у гравитации.


Пример гравитационного маневра с помощью Луны (серый кружок). Желтая стрелка показывает направление на Солнце.

Космические корабли в настоящее время регулярно используют «космические рогатки» — маневры, при которых они, пролетая рядом с массивными космическими объектами, такими как планеты, по определенной траектории, получают дополнительное ускорение благодаря огромной силе тяжести последних. В 1963 году знаменитый физик Фриман Дайсон (тот, кто придумал сферу Дайсона — мегаструктуру, в которой заключена звезда, что позволяет получить от нее максимум энергии для нужд развитой цивилизации), предположил, что космические корабли любого размера могут полагаться на маневры с «рогаткой» вокруг компактных пар белых карликов или нейтронных звезд для полета на релятивистских скоростях.

Тем не менее, «рогатка Дайсона» рискует повредить космический корабль из-за экстремальных гравитационных сил и опасного излучения от этих пар мертвых звезд. Вместо этого Киппинг предполагает, что гравитация может помочь космическим кораблям, увеличивая энергию лазерных лучей, пускаемых по краям черных дыр.

Черные дыры обладают гравитационными полями, настолько мощными, что ничто не может ускользнуть от них, даже свет. Их гравитационные поля могут также искажать пути фотонов света, которые пролетают рядом с ней. В 1993 году физик Марк Стакей предположил, что черная дыра, в принципе, может действовать как «гравитационное зеркало», поскольку гравитация черной дыры может закрутить фотон вокруг себя так, чтобы он полетел назад к своему источнику. Киппинг подсчитал, что если черная дыра движется к источнику фотонов, то «бумеранговый фотон» получит часть энергии черной дыры.

Рассчитывая физику того, что он назвал «гало-драйвом» — название происходит от кольца света, гало, который создал бы луч лазера вокруг черной дыры — Киппинг обнаружил, что космические корабли даже с массой Юпитера могут достигать релятивистских скоростей. «Цивилизация может использовать черные дыры в качестве галактических путевых точек», — написал он в исследовании, принятом журналом Британского межпланетного общества.

Чем быстрее движется черная дыра, тем больше энергии можно извлечь из нее. Таким образом, Киппинг в основном сфокусировался на использовании пар черных дыр, закручивающихся навстречу друг другу вплоть до слияния.

Астрономы могут искать признаки того, что инопланетные цивилизации используют пары черных дыр для путешествий с таким двигателем. Например, гало-двигатели будут эффективно «воровать» энергию у двойных систем черных дыр, делая скорость их слияния выше той, которую можно было бы ожидать увидеть естественным образом, сказал Киппинг.

Его выводы были основаны на импульсах от пар черных дыр, вращающихся вокруг друг друга на релятивистских скоростях. Хотя в Млечном Пути насчитывается около 10 миллионов пар черных дыр, Киппинг отметил, что лишь немногие из них, вероятно, вращаются на релятивистских скоростях в течение длительного времени, так как при таких скоростях слияние обычно происходит довольно быстро.

Читать еще:  Двигатель бмв как это сделано

Тем не менее, он отметил, что изолированные вращающиеся черные дыры могут также ускорить корабль с гало-приводом до релятивистских скоростей, «и мы уже знаем о многочисленных примерах вращающихся с релятивистской скоростью сверхмассивных черных дырах».

Главный недостаток гало-драйва заключается в том, что «нужно ехать до ближайшей черной дыры», сказал Киппинг. «Это похоже на единовременную плату за проезд по платному участку шоссе. Вы должны потратить немного энергии, чтобы добраться до ближайшей точки доступа, но после этого вы можете ездить бесплатно столько, сколько захотите».

Гало-привод работает только в непосредственной близости от черной дыры, на расстоянии примерно в пять-пятьдесят раз превышающем ее диаметр. «Вот почему вы должны сначала отправиться к ближайшей черной дыре, и [почему вы] не можете просто сделать это за световые годы от нее», — сказал Киппинг. «Для начала нам все еще нужны средства, чтобы добраться до ближайшей черной дыры».

«Если мы хотим достичь релятивистского полета, требуются огромные энергетические затраты, независимо от того, какую двигательную установку вы используете», — добавил он. «Один из способов обойти это — использовать астрономические объекты в качестве источников энергии, поскольку они обладают буквально астрономическими запасами энергии внутри себя. В этом случае пара черных дыр — это, по сути, гигантская батарея, ожидающая, когда мы используем ее. Идея в том, чтобы работать с природой, а не против нее».

Киппинг сейчас исследует способы использования других астрономических систем для релятивистского полета. Такие методы «могут быть не такими эффективными или быстрыми, как полет с гало-драйвом, но эти системы обладают большими энергетическими запасами, необходимыми для этих путешествий», сказал Киппинг.

«Абсолютный монстр»: ученым впервые удалось сфотографировать горизонт событий черной дыры

Автор фото, EHT Collaboration

Масса этой черной дыры превышает солнечную в 6,5 млрд раз

Сенсационное заявление сделали европейские ученые: им удалось впервые сделать фотографию черной дыры — сверхмассивного коллапсара в далекой галактике Messier 87, находящейся в скоплении Девы.

Расстояние до этой черной дыры — около 50 млн световых лет, или почти 500 квинтиллионов (500 миллионов триллионов) километров. Чтобы ее сфотографировать, потребовалась сеть из восьми телескопов, расположенных на разных континентах.

«То, что мы видим [на снимке], — больше по размеру, чем вся наша Солнечная система, — пояснил Би-би-си профессор Университета Неймгена в Нидерландах Хейно Фальке. — Масса этой черной дыры превышает солнечную в 6,5 млрд раз».

«Это одна из самых массивных черных дыр, которые в принципе могут существовать, — добавил профессор. — Абсолютный монстр, чемпион Вселенной в сверхтяжелом весе».

Ученые впервые сфотографировали черную дыру

Это настолько важная новость для всего научного мира, что журналистам объявили о ней на пресс-конференции, которую одновременно провели сразу в шести городах: в Брюсселе, Вашингтоне, Сантьяго-де-Чили, Тайбэе, Токио и Шанхае — на четырех языках.

Дело в том, что до сегодняшнего дня все наши представления о черных дырах были исключительно теоретическими. Само их реальное существование было лишь научной гипотезой — пусть и очень убедительной.

Русская служба Би-би-си постаралась (как можно проще) ответить на самые очевидные возникающие вопросы.

Ученые что, не знали, существуют ли черные дыры на самом деле?

Автор фото, DR JEAN LORRE/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Астрономы давно подозревали, что в центре галактики М87 находится супермассивная черная дыра, однако черное пятно в центре этого снимка — не сам коллапсар, а массивное скопление быстро движущихся звезд

Строго говоря, да, не знали — точнее, не были уверены. И уж точно ни одной не видели — до сегодняшнего дня. Существовали лишь убедительные косвенные доказательства.

На бытовом уровне это можно сравнить с громом и молнией. Мы знаем, что разряд молнии порождает мощную ударную волну, которую мы воспринимаем как гром, и одно без другого существовать не может.

Однако молния может быть скрыта за толстым слоем облаков или высотными зданиями, и тогда мы слышим только удар грома, а самой молнии не видим — но можем с уверенностью предположить, что она была. Хотя и не можем полностью исключить другие объяснения.

Примерно так же и с черными дырами. Их существование было предсказано более общими научными теориями (впервые — еще в конце XVIII века) и с тех пор многократно подтверждено расчетами. Но «вещественных доказательств» у ученых не было — а теперь есть.

Кстати, ровно по такому же принципу физики десятилетиями прицельно искали предсказанные ранее гравитационные волны и бозон Хиггса. И в итоге — после десятилетий поисков — нашли и то и другое.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector