пятница, 23 января 2015 г.

Пятничный пост. Черные дыры и червоточины

Не так давно один человек спросил меня, смотрел ли я фильм "Интерстеллар", на что я ответил:
"Нет, не смотрел". В общем, меня хотели спросить и спросили может ли человек пройти сквозь черную дыру. Тут я призадумался...

Далее следует текст, в котором я пытаюсь ответить на этот вопрос и осветить некоторые аспекты связанные с черными дырами. Я не физик, поэтому, если меня будут читать люди связанные с физикой (а  они читать будут) и заметят ошибки или неточности - поправьте меня, пожалуйста.

Сначала я задействовал свои ресурсы, а после полез в интернет. Тут становится ясно, что нужно разграничить такие понятия, как черные дыры и червоточины. Черной дырой называют  область в пространстве-временигравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света (подсказывает мне Википедия). Основная масса черной звезды заключена в сингулярности - точке с бесконечно малым объемом и бесконечно огромной плотностью, создающей огромную гравитацию. Сингулярность нельзя наблюдать извне, так как она расположена за черным горизонтом событий. Горизонт событий представляет из себя область пространства вокруг сингулярности с таким притяжением, что преодолеть его могут только объекты со сверхсветовой скоростью (например, гипотетические тахионы - частицы, двигающиеся со скоростью, большей скорости света). Тут и начинается самое интересное. Попасть в черную дыру можно, так же как и съесть ядовитые ягоды (ну, может немного сложнее из-за того, что все черные дыры чертовски далеко от нас). Но мы все идеализируем, поэтому наш космонавт при приближении к горизонту событий будет набирать скорость и растягиваться. Может растянуться даже на несколько километров, но в конце концов из-за воздействия экстремальной гравитации его просто разорвет и атомы его тела добавят массу к общей массе черной дыры. То есть, мы не сможем без гибели подобраться к сингулярности.

Это применимо к черным дырам звездной массы. Несколько другая картина будет со сверхмассивными черными дырами. Приливные силы у горизонта событий сверхмассивной черной дыры будут слабее из-за более глубокого положения сингулярности, в сравнении с черными дырами малых размеров. То есть космонавт, летящий к центру сверхмассивной черной дыры почувствует экстремальную гравитацию лишь тогда, когда погрузится достаточно глубоко.



Из-за такого перераспределения сил гравитации в сверхмассивную черную дыру может войти и космический корабль (как в Интерстелларе).

Что будет если тебя еще не разорвало, а сингулярность уже близко? Я не знаю, но, наверное, ничего хорошего.

Теперь немного о червоточинах или кроличьих кротовых норах. Это гипотетическая топологическая особенность пространства-времени, представляющая собой в каждый момент времени «туннель» в пространстве. Червоточина может появиться при слиянии двух сингулярностей, но должно быть одно условие: червоточина должна быть заполнена материей с отрицательной плотностью энергии, что позволит ей создать гравитационное отталкивание. Тогда туннель будет поддерживаться и не захлопнется. Червоточины могут быть проходимыми и непроходимыми. В первом случае туннель стабилен, во втором может захлопнуться до того, как гипотетический космонавт сможет пройти всю нору и выйти с другой стороны.


Что из этого мы получаем? В фильме была сверхмассивная черная дыра с червоточиной, то есть космический корабль способен пройти сквозь дыру, ведь он не испытает такого гравитационного воздействия, как в случае с черной дырой звездной массы. Если бы червоточины не было, то путешествие за горизонт событий ничем хорошим бы не закончилось.

Надеюсь, я смог доступно ответить на твой вопрос и не допустить при этом грубых ошибок.

И на закуску три видео из Академии Хана о черных дырах.







UPD 24.01. В некоторой части рассуждений я был неправ. Однако это не связано с природой черных дыр, это связано с незнанием фильма. Червоточина была рядом с Сатурном и позволила попасть в систему со сверхмассивной черной дырой. Главный герой все же попадает за горизонт событий и выживает. Как мне кажется, он не выжил бы. Космонавта растянуло бы, а после разрушило межмолекулярные связи в его теле.

Вот комментарий президента Королевского астрономического общества профессора Мартина Барстоу насчет выживания главного героя фильма:

Гравитационное поле черной дыры является чрезвычайно сильным и очень быстро меняется. Все, что попадает в нее, растягивается силой тяжести и становится похожим на длинные тонкие макароны. Поэтому у всего, что попадает в черную дыру, нет никаких шансов выжить. Передавать сигналы оттуда тоже нельзя.

Так что ошибка была в том, что я подумал о синтезе черной дыры и червоточины в фильме. Такого не было. Все же пройти сквозь черную дыру невредимым нельзя.

13 комментариев:

  1. У меня вопрос: про людей связанных с физикой, это про меня? Или есть кто-то еще?

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Про тебя и про еще одного моего друга. Плюс Егор, но он пока личинка физика :D

      Удалить
    2. Я студент физфака. В большинстве информации Вова прав, и комментировать я не чего не буду, ибо не эксперт в астрофизике.

      Удалить
    3. xDD Личинка физика, уже что-то же. ^^

      Удалить
  2. Два года профиля. Ну и - то что накопывал позже сам. Проблем нет, но "Однака все же" - стоит исправить

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. "Однака" спасибо за найденную ошибку :D

      Удалить
  3. Спасибо! Интересно было почитать :3

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Не за что) Рад, что вам понравилось)

      Удалить
  4. Надо мне все-таки добраться до книги Хокинга, больше года на полке пылится)

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. "Кратчайшая история времени" или что-то другое? В любом случае советую прочесть, у Хокинга талант доступно объяснять природу физических явлений.

      Удалить
    2. У меня три в одной: "Краткая история времени", "Черные дыры и молодые вселенные" и "Теория всего"

      Удалить
    3. Тем более) Это явно стоит прочесть

      Удалить