Нова парадигма в астрономії: чорна діра - це особливий набір подій простору-часу

Чорна діра - це не астрономічний об'єкт, як його розуміють у сучасній науці. Швидше, це певний набір подій, який зрештою набуває форми математичного об'єкта. Саме він служить "плацдармом" для подальших досліджень.

Для ясності, подія - це місце в просторі-часі, задане як (x0,x1,x2,x3), де компонент x0 найчастіше приймається за компонент часу.

Чорна діра - це особливий набір подій, а нетехнічно чорна діра - це набір усіх подій, які приховані за горизонтом.

Чорна діра за визначенням є абсолютно порожньою ділянкою простору-часу; у ній немає матерії і нема до чого доторкнутися, тому вона не є об'єктом у цьому сенсі, але може бути в тому значенні, що має властивості, які можуть бути об'єктом вивчення. [1]

Наближаємося до визначення:

Чорна діра, B , це точно будь-яка область простору-часу, що не міститься в причинному минулому майбутнього нульової нескінченності. Математично це можна сформулювати так:

B≡M-I-(J+)

Простір-час може бути представлено таким чином, що межі відображаються на діаграмі цього простору-часу, як показано нижче на прикладі простого всесвіту, що містить одну вічну чорну діру Шварцшильда. [2]

Простий всесвіт, що містить одну вічну чорну діру Шварцшильда

Фото: Getty Images
Простий всесвіт, що містить одну вічну чорну діру Шварцшильда

 

Тут світло рухається вздовж ліній 45∘, званих нульовими лініями (нульовими поверхнями), а час орієнтований знизу вгору.

Наша ділянка спостережуваного Всесвіту розташована в ділянці I, а чорна діра - у всій ділянці II.

Усі масивні об'єкти, що не потрапили в чорну діру, опиняються в майбутній часовій нескінченності, ι+ , а всі безмасові частинки опиняються в майбутній нульовій нескінченності, J+ .

Горизонт подій чорної діри - це нульова лінія (поверхня), позначена r=2M, де r і m - гравітаційний радіус і геометрична маса, відповідно. [3]

Чорна діра визначається шляхом розгляду всього простору-часу, [M,g], і віднімання всього, що не міститься всередині чорної діри, тобто всього, що перебуває за або в причинному минулому нульової лінії (поверхні), майбутньої нульової нескінченності J+.

Така область простору-часу і є чорною дірою, а межа, що розділяє внутрішню і зовнішню області ЧД - горизонт подій даного об'єкта.

Примітки:

[1] Згідно з теоремою Пенроуза-Хокінга про сингулярність, уся матерія, що падає в чорну діру, має зникнути після досягнення сингулярності.

[2] Діаграми цих конформних відображень називаються діаграмами Картера-Пенроуза. Два виміри пригнічені, тому точки насправді є 3-сферами, а лінії - поверхнями.

[3] Області III і IV проявляються тут у максимальному розширенні конформно зв'язаного простору Шварцшильда та вважаються нефізичними через глобальні міркування (ми живемо в асимптотичному просторі Де Сіттера з іншими граничними умовами).

Поділитися:

Написати коментар

Популярні статті

Також читають