![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Entry tags:
Об истинных размерах черных дыр на пальцах™
Эпиграф:
Как известно, снаружи институт выглядел двухэтажным. На самом деле в нём было не менее двенадцати этажей. Выше двенадцатого я просто никогда не поднимался, потому что лифт постоянно чинили, а летать я ещё не умел. Фасад с десятью окнами, как и большинство фасадов, тоже был обманом зрения. Вправо и влево от вестибюля институт простирался по крайней мере на километр, и тем не менее решительно все окна выходили на ту же кривоватую улицу и на тот же самый лабаз. Это поражало меня необычайно. Первое время я приставал к Ойре–Ойре, чтобы он мне объяснил,как это совмещается с классическими или хотя бы с релятивистскими представлениями о свойствах пространства. Из объяснений я ничего не понял, но постепенно привык и перестал удивляться. Я совершенно убеждён, что через десять–пятнадцать лет любой школьник будет лучше разбираться в общей теории относительности, чем современный специалист. Для этого вовсе не нужно понимать,как происходит искривление пространства–времени, нужно только, чтобы такое представление с детства вошло в быт и стало привычным.
"Понедельник начинается в субботу" А. и Б. Стругацкие
Интересный и совершенно неинтуитивный факт о черных дырах. Несмотря на то, что при взгляде снаружи черная дыра имеет вполне себе конечный объем, если мы думаем о черной дыре как о некой черной сфере, ограниченной Горизонтом Событий, у которого есть определенный радиус, а, значит, и конечный объем, находящийся под этим Горизонтом Событий, то при взгляде изнутри — черная дыра бесконечна, то есть объем пространства, находящегося под Горизонтом Событий бесконечен, или как минимум очень велик, гораздо больше, чем объем нашей Вселенной.
Сегодня мы не знаем наверняка, что происходит под поверхностью (в смысле, за Горизонтом Событий) черной дыры. Мы можем лишь догадываться и более–менее обоснованно предполагать. Так как непосредственное наблюдение внутренностей черной дыры нам сегодня недоступно (а может так статься, что не будет доступно никогда), самое верное, что остается, это взять лучшую существующую на сегодняшний день теорию, и попытаться предсказать, что внутри черной дыры в принципе может происходить.
Лучшая теория, в которой мы более–менее уверены (потому что она подтверждена непосредственными наблюдениями) на космических масштабах - это Теория Относительности Эйнштейна. Как говорится, это не самое лучшее, что лучшее, но покуда это лучшее из того, что у нас есть.
Сами черные дыры, как экстремальные артефакты пространства–времени, как раз и были вначале теоретически предсказаны в Теории Относительности, и лишь многие десятилетия спустя мы начали наблюдать их в реальности.
Потому, для исследования (а на самом деле — аргументированного теоретизирования) внутренностей черных дыр сам Эйнштейн велел пользоваться математикой Теории Относительности, покуда это лучшее, что мы можем натеоретизировать, полагая, что раз остальные выводы у этой теории подтверждаются наблюдениями, то и на пока неподтвержденные тоже можно кое–как положиться.
Согласно Теории Относительности космос представляет из себя гладкое пространство–время, в некоторых местах искривленное туда–сюда наличием в космосе вещества. Черные дыры делают с пространством–временем особо извращенную пертурбацию, они не просто гнут, а прямо–таки рвут пространство–время в клочья, от чего для описания пространства–времени вблизи черной дыры удобнее пользоваться не привычными нам декартовыми координатами, которые все изучали в пятом классе, а т.н. координатами (или диаграммой) Крускала.
Диаграмма Крускала
Диаграмма Крускала не такой уж и сложный, но все–таки приличный матан, это хорошо видно в английской версии википедии, от чего сразу предлагаю перейти к ее упрощенному варианту, т.н. диаграмме Пенроуза, что по сути одно и тоже (даже визуально сходство заметно), только лишних линий меньше и формул нет совсем.
Диаграмма Пенроуза
Для того, чтобы не взрывать с разбегу неподготовленный мозг, широкой публике обычно демонстрируется только правая половина этой диаграммы, потому как народ начинает возбуждаться и неадекватно реагировать на слова "Параллельная Вселенная", "Антигоризонт", "Белая Дыра" и так далее.
Диаграмма Пенроуза "для бедных"
Упрощенная диаграмма Пенроуза говорит о том, что пространство–время во Вселенной можно и нужно разделить на две части, одна, где находимся мы, наша Вселенная, и другая, которая находится внутри Черной Дыры. Там уже не совсем наша Вселенная, точнее говоря, там тоже часть нашей Вселенной, но в которой пространство–время ведет себя не так, как мы привыкли. Эти две части разделены границей Горизонта Событий, и на рисунке видно, что граница эта односторонняя, внутрь пройти можно (там стрелочка нарисована), а назад уже нет.
Почему так происходит? Потому, что, строго говоря, граница Горизонта Событий не делит одно пространство–время на две части — внутри и снаружи. Она является местом соединения (ученые говорят "местом склейки") двух совершенно разных метрик, двух разных пространств–времен.
Принципиально разных.
Если мы возьмем формулы Теории Относительности, и начнем их решать в пространстве–времени, которое находится в нашей Вселенной (снаружи Горизонта Событий, то есть в квадранте I, там где ромбик с надписью "Вселенная"), то получим знакомые нам три координаты пространства и одну координату времени. Которые как–то там изменяются в процессе, искривляются и закручиваются в зависимости от присутствия массы, но все более–менее в привычных рамочках.
А если мы начнем решать те же самые формулы, но находиться при этом будем внутри черной дыры (внутри Горизонта Событий, в квадранте II, в треугольничке, у которого одна сторона - пила не закусывая), то все решения будут явно говорить нам — чуваки, у вас пространство и время поменялись местами!
Выходит, что там, где мы ожидаем встретить наши знакомые пространственные координаты x, y и z вдруг начинает вылезать временная координата t и наоборот, в части формулы, где мы ждем изменения по оси времени, вдруг появляются x, y и z, точнее, их производные, хотя по большому счету, в нашем случае это одно и то же. То есть можно набраться храбрости и заявить во всеуслышание: "В черной дыре пространство стало временем, а время — пространством!"
NB! Внимание, автор категорически не рекомендует заявлять такого вслух! Это не совсем верно, точнее совсем не верно. Время в черной дыре не становится пространством на самом деле, просто формулы начинают указывать на то, что будто бы происходит что–то подобное.
Получается, что пространство приобретает свойства, которые мы раньше логически связывали со временем, а время в какой–то мере, наделяется свойствами пространства.
Например, всем известно, что три координаты пространства у нас вроде "свободные", мы можем двигаться по ним в любую сторону, а вот координата времени четко указывает вперед, и хочешь не хочешь, а двигаться по ней можно только туда, куда указывает стрелка, то есть из прошлого в будущее.
Внутри черной дыры пространство–время устроено так, что нельзя двигаться куда хочешь. Можно двигаться только в центр, туда, где расположено сердце черной дыры, сингулярность. Которая в данном представлении рисуется не привычной нам точкой, а линией, да еще и специально изображается кровожадно–зубчатой линией, чтобы показать неосторожному путешественнику, собравшемуся вместо Турции на отдых в черную дыру — "там конец, там съедят". Сингулярность черной дыры неизбежна (в данном случае, это, кстати, совсем не каламбур), как для нас неизбежно будущее, потому что она находится вроде как в пространственном будущем. Получается, что единственная судьба любого предмета, упавшего в черную дыру — оказаться в сингулярности. Куда бы ты ни двигался, в какую сторону ни пытался бы лететь, разницы никакой, внутри черной дыры физически нет путей, ведущих куда–либо "в другую сторону", все равно пространство тебя вынесет аккурат к сингулярности и разорвет там перед смертью на атомы.
Вот почему из черной дыры невозможно выбраться. Не потому, что она "так сильно притягивает", хотя и это, конечно, тоже. А потому, что как в нашей привычной жизни, что бы ты ни делал, куда бы ни двигался, все равно в прошлое не попадешь, а будущего не избежать, так и в черной дыре — все дороги ведут только к сингулярности, назад в прошлое, в обычную Вселенную, пути уже нет.
В то же время, получается обратная штука, которую я вынес в начало, собственно. Теоретически у времени нет предела, будущее простирается в бесконечность. А, значит, внутри черной дыры у пространства нет предела, объем черной дыры изнутри — бесконечно огромен. Ну, то есть да, время жизни конкретно нашей Вселенной, скорее всего не бесконечно, ее ждет Тепловая Смерть (или даже Большой Разрыв), но если абстрагироваться, в будущее можно двигаться бесконечно долго, даже при Тепловой Смерти Вселенной время не остановится, просто в космосе перестанут происходить видимые процессы, отчего один момент времени станет неотличим от другого, но это уже начинается софистика, в любом случае ждать этого еще очень–очень–очень–очень долго.
Черная дыра тоже не вечна, из–за излучения Хокинга она должна, вроде бы, потихоньку испаряться. Но это очень–очень небыстрый процесс, черная дыра массой в Солнце будет испаряться ~1066 лет (не забываем, что возраст Вселенной всего только ~1010 лет!), отчего можно с некой долей фантазии и упрощения, заявить, что размеры черной дыры звездной величины изнутри составляют как минимум 1066 световых лет, что внутри она если не бесконечно большая, то как минимум в 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз больше Обозримой Вселенной.
Ну, и еще раз. Естественно, все это пока лишь досужие рассуждения и теоретизирование. Что действительно происходит внутри черной дыры мы не знаем. Скажу больше, мы наверняка знаем, что там скорее всего не совсем то, что мы можем сегодня натеоретизировать. Нам известно, что Теория Относительности не полна, чтобы точно и четко работать в черных дырах, ее обязательно нужно поженить с квантовой механикой, а этого, вот уже почти целый век, не удается сделать никому. И реальность, вероятно, окажется еще более сложной и замороченной штукой, чем мы тут себе думаем и рассуждаем.
no subject
Однако это всего лишь постулат который не доказан.
И если допустить существование частицы, способной двигаться быстрее с то все эти пространства миньковского, световые конусы и прочая лабуда идут лесом.
Черные дыры правда останутся но они трансформируются просто в очень массивные объекты для которых всего навсего вторая космическая скорость больше или равна с
no subject
Такого постулата нет. Это следствие. Сушествование частиц со скоростями выше скорости света ТО, кстати не запрещает.
Ознакомтесь с той самой ТО, что-ли...
Постулаты не доказываются по определению. Это исходные предположения. Независимость скорости света постулируется исходя из уравнений Максвелла и прямых наблюдений. Нет, это не доказательство божественной нерушимости этого постулата. Но для его отбрасывания болтовни недостаточно.
no subject
Что серьезно? И информацию из точки А в точку Б разрешает передавать быстрее скорости света? И как тогда разруливать множество парадоксов которые вытекают из-за невозможности передавать сигнал мгновенно? :-)
>>Ознакомтесь с той самой ТО, что-ли...
Три семестра на физмате. Но за предложение все равно спасибо
>>Постулаты не доказываются по определению.
Был такой пятый постулат Евклида а потом пришел Лобачевский и все испортил )
>>Независимость скорости света постулируется исходя из уравнений Максвелла и прямых наблюдений.
Дык - тут даже и постулаты не нужны. Волновое уравнение и всё. ТО про скорость света пропостулировала то что и так вытекает из уравнений Максвела и их инварианта.
чтобы внести ясность - я не утверждаю что ТО ложна. Я не отрицаю все те прекрасные результаты которые она предсказывает. Я лишь ставлю под сомнение основной базисный постулат данной ТО.
если допустить что существует частица движущаяся быстрее скорости света и с помощью которой можно передавать информацию то очень много "парадоксов" прекращают быть парадоксами.
no subject
Серьезно, хотя не до конца. Тахионы. Их можно втиснуть в аппарат ТО, и оттуда выводить их свойства. Свойства эти будут весьма необычными - например, ускоряясь они будут терять энергию. Соответсвенно, замедляясь энергию приобретать - до бесконечной при замедлении до световой. Так что скорость света с "той стороны" - тоже непреодолимый барьер :) Кстати, у них еще и масса мнимая... :)
В таком "узком" смысле движение со сверхсветовой скоростью ТО не противоречит.
Но вот с парадоксами - плохо, они их создают. Дело в том, что наряду с 2 основными постулатами ТО там есть еще и постулаты "высшего порядка". Они присутсвуют фактически в любой теории, поэтому отдельно в ТО и не упоминаются. Но в ТО роль по крайней мере одного из них уж очень важна. Речь тут о космологичесом принципе, аристотелевой логике, и, самое важное, принципе причинности. Тахионы в ТО нарушают последний. Что с этим делать - решительно не понятно. Поэтому преобладающее мнение что они существовать не могут и что в этом, "широком", смысле ТО сверхсветовое движение запрещает.
А "парадоксов которые вытекают из-за невозможности передавать сигнал мгновенно" - нет таких... парадоксы они лишь с точки зрения т.н. "здравого смысла".
>>Три семестра на физмате. Но за предложение все равно спасибо
Количество семестров... ну, аргумент, но весьма слабый. У меня вот десять, но даже элементарную физику я знаю еле-еле, если быть честным. Вот какие постулаты есть в ТО - знаю. Главный мотив моего комента в том, что утверждение о наличии постулата о максимальности скорости света - неверно. Это весьма распостраненная ошибка в популярном изложении, но ошибка тем не менее.
>>Был такой пятый постулат Евклида а потом пришел Лобачевский и все испортил )
Совсем мимо кассы. Лобачевский не испортил ничего, за исключением наивного, как оказалось, убеждения, что можно строить лишь одну геометрию. Постулат Евклида не опровергает аналогичный у Лобачевского и наоборот; им друг на друга наплевать. Равно как и вся геометрия Евклида не "опровергает" Лобачевского, и наоборот. Это просто разные геометрии, 100% правильные "внутри себя".
В математике о определению нет "опровержимых" постулатов . Берем что угодно за постулаты, и смотрим что там можно из них вывести. Если в системе выводов нет противоречий, вуаля, нормальные были постулаты.
В физике не совсем так, там еще надо бы, чтобы и постулаты, и выводы согласовались бы с наблюдаемыми явлениями.
>>Я лишь ставлю под сомнение основной базисный постулат данной ТО.
Тут только остается повторить - "основной базисный постулат данной ТО" не является ни основным, ни базисным, ни вообще постулатом. Это СЛЕДСТВИЕ из постулатов, которых вы, надо судить, не знаете.
>>если допустить что существует частица движущаяся быстрее скорости света и с помощью которой можно передавать информацию то очень много "парадоксов" прекращают быть парадоксами.
Наверное, наоборот :) только усиливает эти парадоксы.
__________
Ну как бы апдейт, почитал ниже дискуссию про парусника...
"три семестра" точно не аргумент...
no subject
Вроде бы как эти "нарушения" вытекает исключительно из матана ТО в котором с есть максимальная скорость передачи информации.
PS про парусник не аргумент - человек просто не понял что я хотел до него донести.
Хотя я не знал что с помощью косого паруса можно двигаться быстрее ветра - я знал только решение с помощью пропеллера и особой аэродинамической трубы вместо паруса.
PPS и, да, я знаю что ТО прекрасно работает и GPS тому свидетельство и еще куча подтверждений на космологических масштабах
no subject
расстояние от Земли до Проксимы Центавра 4,2 световых года
Кладем цифровую камеру контейнер который создает вокруг себя пузырь Алькубьерре и перемещается к Проксиме, допустим, за пол года.
Там производит фотографирование звезды и возвращается в точку А.
Кейс не противоречит ТО. Однако с точки зрения земного наблюдателя он получает информацию: ответ быстрее скорости света.
Имеет место быть нарушение принципа причинности?
no subject
Как без них.
no subject
Я разве отвергаю определенные следствия из ТО? Причем которые были многократно доказаны эксперементально - та же прецессия Меркурия?
Всего лишь ремарка о том что постоянство с это постулат
И что максимальность с это тоже таки постулат
Ждем своего Лобачевского :-)
Над ним кстати первое время посмеивались.... и где теперь эти шутники, а Лобачевского каждая собака от геометрии знает.
no subject
Ну и заодно уж про движение быстрее скорости света:
СТО не запрещает сверхсветовую скорость.
СТО запрещает переход от досветовой к сверхсветовой скорости.
Про прецессию Меркурия - возникло у меня подозрение, что вы путаете СТО и ОТО. Которые, конечно, связаны, но все же.
no subject
Я это и не оспариваю. Я в курсе что постоянство с и независимость от СО следует из волнового уравнения
Я лишь указал что нет доказательства того что с всегда, простите за тафтологию, была равна с
И что е факт что она предельная в нашей вселенной
>>СТО запрещает переход от досветовой к сверхсветовой скорости.
Она говорит о том что если ускорять частицу электромагнитным полем то потребуется бесконечное кол-во энергии лишь чтобы достичь с
Точно так же как парусное судно не может двигаться быстрее ветра который приводит корабль в движение.
>>Про прецессию Меркурия - возникло у меня подозрение, что вы путаете СТО и ОТО. Которые, конечно, связаны, но все же.
я в курсе что это разные теории но по сути вторая это расширенная первая.
Я лишь хотел показать что я не "лунатик" и прекрасно осознаю что ТО работает и дает правильные предсказания которые можно проверить экспериментально. И что тот же GPS работает потому что матан у ТО правильный.
И кстати от того что будет ( если будет ) обнаружена частица переносящая информацию быстрее с GPS работать не перестанет )
no subject
Ой.
Вы правда так думаете?
Про остальное спорить не хочу, извините.
no subject
>>Про остальное спорить не хочу, извините.
Спорить нам не о чем - я ни разу не отрицаю ТО и все её выводы.
Лишь допускаю что "пятый постулат" может быть нарушен :-)
Надеюсь вы понимаете о чем речь.
no subject
> progman_rus: ммм просветите тогда дилетанта - как парусное судно движение которого придает ветер может двигаться быстрее ветра :-)
===================================
Я прямо в растерянности)))
Попробуйте все же использовать полученный за "три семестра на физмате" багаж знаний, и сообразить самостоятельно.
В принципе, достаточно даже 7 класса средней школы.
no subject
очередной диванный эгзперд сливается.
физику с физкультурой случайно попутали? бывает...
no subject
А ведь все было просто)
Вспомните про буер (парусник на коньках), про сложение векторов, правило паралеллограмма, вот это все)
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%83%D0%B5%D1%80
--------------------------
"Особенностью буера является способность развивать скорость, превышающую скорость ветра от 2 до 5 раз, что достигается за счёт небольшого сопротивления трения стальных коньков о лед."
----------------------------
Я вам еще удивительную вещь открою: из-за этих самых векторов парусник может даже ПРОТИВ ветра идти)))
no subject
PS про хождение галсами я в курсе кэп.
PPS я в курсе что с помощью механических ухищрений можно заставить "парусное" устройство двигаться со скоростью превышающей скорость ветра в два раза.
no subject
Обыкновенные парусные суда могут двигаться быстрее скорости ветра.
Парусная доска, например.
Просто буер с парусом раза в четыре быстрее, а парусная доска раза в два.
P.S.
КАК МОЖЕТ ПАРУСНАЯ ЯХТА ДВИГАТЬСЯ БЫСТРЕЕ ВЕТРА? (http://rutlib.com/book/15916/p/20)
Hydroptere – самый быстрый парусник в мире (5 фото + видео) (http://24gadget.ru/1161053848-hydroptere-samyy-bystryy-parusnik-v-mire-5-foto-video.html)
Разогнаться быстрее ветра — самое быстрое судно под парусом (https://sailing.dirty.ru/razognatsia-bystree-vetra-samoe-bystroe-sudno-pod-parusom-435370/)
Повторю свой совет: освежите в памяти школьную программу, тема: сложение векторов, правило параллелограмма.
no subject
> если допустить существование частицы, способной двигаться быстрее с то все эти пространства миньковского, световые конусы и прочая лабуда идут лесом.
Эксклюзивно для этой частицы.
no subject
Это в том числе и GPS
Я не утверждаю что ТО это лжетеория
no subject
Пока ни у кого не получилось. Но работы ведутся, взять ту же OPERA.
no subject
no subject
no subject
no subject
Если читать постулат Евклида (в переложении Прокла) как:
Через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести одну и только одну прямую, параллельную данной.
то вполне резонно можно возразить - нет, это не верно, это не правда, это не так.
Но это уже действительно выходит за рамки науки, и даже философии, и начинает в софистику ударяться.
Идея в том, что новые системы научных знаний требуют выдвижения новых постулатов. Которые, часто впрямую опровергают принятые на веру постулаты прошлого.
no subject
Вот только вот сейчас вы математику опустили к "софистике". Ну нет.
>>о вполне резонно можно возразить - нет, это не верно, это не правда, это не так.
"резонно" - резонно почему, собственно, по наитию ?
Резонно поискать противоречия в геометрии в результате принятия такого постулата. Например, получить бы прямой вывод об обратном. Или наоборот, найти доказательство его верности. Все подразумевается внутри геометрии Евклида, разумеется.
Ну так люди этим занимались, сотни лет... Результат - ни того, ни другого. Утверждение и не ошибочно, и не верно. Оно не вытекает из остальных постулатов. Обратное утверждение - тоже. Оно просто есть, на то и постулат.
Вот что я подозреваю, это что вы (и другие), сами не замечая, добавляете дополнительный постулат, примерно такой "При заменении пятого постулата другим построить непротиворечивую геометрию невозможно".
Вот такую "расширенную" геометрию Евклида геометрия Лобачевского опровергала бы самым примечательным образом.
Но - такого постулата у Евклида нет. Но "подспудно" он, наверное можно сказать, был у многих в представлении.
И ни за какие рамки никуда ничего не выходит, чистая математика.
>>Идея в том, что новые системы научных знаний требуют выдвижения новых постулатов. Которые, часто впрямую опровергают принятые на веру постулаты прошлого.
"на веру" - это к религии. Постулат в математике вообще нельзя ни принимать "на веру", ни опровергать. Это бессмысленная концепция.
В физике, конечно, не так. Нужно соответствие наблюдениям. Но и в этом случае говорить про постулаты ТО "на веру"... не смешно.