На основании чего Эйнштейн высказал теорию о существовании черных дыр?

Ответить
Ответить
Комментировать
1
Подписаться
8
1 ответ
Поделиться

Справедливости ради, скажу, что это сделал не Эйнштейн, а Шварцшильд.

Давайте, во-первых, будем последовательными и не будем произносить этот избитый термин "черная дыра". Я опишу все как есть, а вы в это время откинете все ваши стереотипные (читай, неправильные) знания из попсовых "книжек Хокинга". Я попробую рассказать про черные дыры ни разу не произнеся "черная дыра", чтобы у вас не возникало неправильных стереотипных ассоциаций.

Шварцшильд получил точное решение (вот перевод статьи) уравнения Эйнштейна в предположении, что пространство сферически симметрично относительно некой точки и пусто (т.е. в нем нет вещества).

Что такое решение? Решение уравнения Эйнштейна - это фактически геометрия вашего пространства-времени (помните, что искривление пространства мы называем волшебным словом гравитация).

Так вот, геометрия этого самого пространства-времени у него получилась достаточно странной. За пределами некоего расстояния (т.н. радиуса Шварцшильда) от той самой точки, относительно которой пространство симметрично, пространство-время было искривлено, словно в той точке находится некая масса. Т.е. человеку, который дальше от той самой точки, чем расстояние Шварцшильда, будет казаться, что его притягивает просто какое-то массивное тело. Это весьма странно, так как, если вы не прослушали, пространство у нас было пустое.

Странность происходила и в непосредственной окрестности того самого расстояния Шварцшильда. Оказалось, что если вы находитесь на расстояниях меньше этого радиуса, то никакая мировая линия не ведёт наружу: т.е. если в таком пространстве-времени вы внезапно оказались внутри радиуса Шварцшильда, то наружу уже выйти невозможно.

Ещё раз повторю, нет никакой силы, которая вас удерживает/тянет. Силы гравитации вообще не существует. Нет никакой массы, вещества. Просто так вот устроена геометрия пространства-времени.

Окей. До сих пор была чистейшая математика. У нас было уравнения Эйнштейна, мы его решили с определенными условиями и получили вот такую-вот странную геометрию. Никакой физики пока нет. И заметьте, я ни разу не произнес "черная дыра", пока просто была геометрия Щварцшильда пространства-времени.

Естественно теперь встал вопрос, а вообще реализуется ли такая геометрия в нашей Вселенной? Ведь уравнение Эйнштейна описывает реальный мир, так значит и решения уравнения тоже должны его описывать. Тогда как интерпретировать вот эту странную геометрию?

Эту геометрию начали изучать, и оказалось, что она обладает рядом замечательных свойств. Например, если вы свободно падающее в центральную точку тело, то вы даже не почувствуете, как пересечете ту самую поверхность на расстоянии Шварцшильда (её назвали горизонтом событий). Т.е. никакой бесконечной кривизны пространства-времени там не будет.

Это, плюс то, что снаружи геометрия была схожа с геометрией, создаваемой массивным объектом, навело на мысль, что, возможно, такая геометрия может появиться в результате сильного сжатия вещества. Вся масса этого вещества позже бы определила тот самый радиус Шварцшильда и служила бы как раз чем-то наподобие массы этого странного объекта.

Но, опять же, мы с вами должны помнить, что никакого объекта на самом деле нет, есть просто странная геометрия пространства-времени, характеризуемая одним единственным числом (радиусом Шварцшильда, который мы можем интерпретировать ещё как массу).

Эту странную геометрию потом назвали черной дырой и начали на фоне такой геометрии решать всякие интересные задачки: а-ля "что будет, если мы возьмем кучу плазмы и начнем вращать близко к поверхности горизонта событий?"

Так вот, оказалось, что многие астрофизические явления удалось описать, решая физику на фоне такой странной геометрии. Это навело на мысль, что, скорее всего, такая геометрия где-то во Вселенной реализуется. Или если говорить почти правильно, что "черные дыры существуют".

P.S. Это все уже было сильно после Эйнштейна.

40
-4

ну почему у меня такой скудный мозг?)

0
Ответить

Спасибо

0
Ответить

ну почему у меня такой скудный мозг?)

Буду рад ответить, если что-нибудь не до конца ясно.

+1
Ответить
Ещё 15 комментариев

мне вообще не ясно)) я даже не могу понять, как это можно все теоретически просчитать, постичь и в принципе этими знаниями пользоваться) так что я просто постою и повосхищаюсь)

0
Ответить

Ну в для получения знания и их восприятия нужно прилагать усилия. В этом ничего плохого нет.

0
Ответить

То есть этого явления в понимании Шварцшильда и в понимании коллапсиррующей сверх массивной звезды одновременно не существует?

0
Ответить

Не понял, какого явления не существует?

Как я и написал, если взять кучу нейтрального* вещества и сферически симметрично* сжать в область меньше определённого радиуса, то на выходе у нас будет как раз геометрия Шварцшильда, характеризуемая всего-лишь одним параметром (массой этого облака, которая и будет определять тот самый радиус). Важно сказать, что такая геометрия не зависит от времени**.

Вот такую область пространства-времени решили назвать "чёрной дырой".

  • если у вас будет нарушение сферической симметрии или нейтральности, например, если у этого облака будет момент импульса или заряд, то на выходе у вас будет геометрия не Шварцшильда, а Керра-Ньюмана.

** если не считать медленного излучения.

+1
Ответить

А какие книги порекомендуете почитать на эту тему? (если Хокинг не годится)

0
Ответить

Ну всё зависит от вашего бэкграунда.

0
Ответить

Можно даже учебные пособия

0
Ответить

Как бы очевидно, что чтобы это всё полностью понять, хорошо бы почитать какой-нибудь полный курс общей теории относительности (ещё бы задачки порешать).

Я учился гравитации по книжке Вайнберга "Gravitation and Cosmology". Есть его русская версия где-то в онлайне.

Есть классический трёхтомник-учебник Мизнера, Торна и Уиллера "Гравитация", по нему учится гравитации большинство физиков. 

Есть классный конспект лекций Маттиаса Бартельмана из Хайдельберга "General Relativity", которыми я тоже пользовался.

0
Ответить

Спасибо большое))

0
Ответить

Не упомянули, что сама концепция настолько массивного объекта, что даже свет не может из него вырваться, была предложена ещё в 18 веке Митчелом.

0
Ответить

Аналогия напрашивается, но она в корне не верна. 

То, что я описал выше, это сугубо геометрия. В 18 веке никакой общей теории относительности не было. Как вы, возможно, заметили, про массу я вообще ничего не говорил. 

Ещё раз повторюсь, нет никаких сил, которые удерживают тела, нет никакого воздействия от какой-то там массы. У вас просто так устроена геометрия. 

Поэтому определять чёрную дыру как массивный объект, из которой не может вырваться даже свет - абсолютно некорректно.

+1
Ответить

А куда ж тогда подевалась масса от коллапсирующей звезды? Разве не благодаря этой самой массе геометрия пространства-времени и искривляется?

0
Ответить

Понимаете, после образования горизонта событий, уже никакого смысла произносить слово масса нет. Горизонт событий - это поверхность, на которой для удалённого наблюдателя замораживаются все события. Для него остаётся геометрия пространства-времени (которое принято называть чёрной дырой), определяемая тремя параметрами: M (очень напоминающую по свойствам массу), J (-- угловой момент) и Q (-- заряд).

В принципе, чёрная дыра могла образоваться вообще из коллапсирующей сферы безмассовых фотонов. Поэтому, нет, пространство-время искажается не благодаря массе, а в общем случае благодаря тензору энергии-импульса.

+1
Ответить

А чем тогда является на самом деле М, которая очень напоминает по свойствам массу?

0
Ответить

Это некий параметр метрики (иначе говоря, геометрии пространства-времени), который характеризует главным образом размер горизонта событий* и величину искривления пространства. 

*Для невращающейся незаряженной чёрной дыры это "сфера" радиусом 2GM/c² - радиус Шварцшильда.

0
Ответить
Прокомментировать
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью