статья Первые звезды душило темное вещество

Максим Борисов, 05.12.2007

Группа физиков высказала предположение, что первые звезды в нашей Вселенной оказывались столь глубоко "завязшими" в облаках из темного вещества, что не способны были зажечься. Если эта гипотеза подтвердится, то современной космологии грозит радикальный пересмотр прежних теорий о звездном развитии и формировании черных дыр вскоре после Большого взрыва.


Комментарии
Eesti 05.12.2007 14:05 (#)

Действительно, то, что тёмная материя играла до сих лишь второстепенную роль в космологии, вы

imho: Тёмная материя должна была оказать решающее воздействие и на процесс формирования галактик.

Госдеп 05.12.2007 15:02 (#)

Эсти, даю новую установку: темное вещество - это галактическая кровавая гэбня, она душит звезды!

вот так

Eesti 05.12.2007 15:07 (#)

Под ником Госдеп писал болван путиноид.

***

(написано анонимно) 05.12.2007 15:20 (#)

а болван Эсти на это повелся :)))

...

Eesti 05.12.2007 16:24 (#)

Открытые на кончике карандаша новуе частицы "нейтралино" в качестве темной материи - э

a eto stranno.

User likadlavadzade, 06.12.2007 19:22 (#)

to Eesti

У меня к Вам 2-вопроса-1по теме ,а на 2-й ,если не хотите,можете не отвечать-1объясните ,мне полной профанше,что такое нейтролино и,как оно связано с"тёмной материей",а 2-почему Вы подписываетесь-"эстонец"?-,я вот еврейка и зарегистрировав свой компьютер ,иду под фамилией мужа и своим именем-но я не регистрировалась бы,как "жидовка", или Израель,впрочем ээто уже Ваше дело ,не моё

Eesti 06.12.2007 19:50 (#)

neutralino

http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

Ja luchshe vse ravno ne ob'jasnju na forume.

2. vstrechnyj vopros: izrail'tjane i iudei sebja nazyvajut zhidami? lol esli by ja vybral drugoj nik po-estonski, on ne byl by uznavaem. logichno?

User likadlavadzade, 06.12.2007 20:10 (#)

огромное спасибо Вам ,"эстонец"-как минимум от этого народа у Вас то ,что Вы очень приятный человек,что касаеться Ваших ответов ,то я будуче хирургом-ортопедом плохо помню квантовую физику ,но то ,что Вы мне дали ,я обязательно прочту,что касаеться 2-го ответа,то Вы ,пожалуй правы ,я тоже не люблю когда меня называют "жидовкой"-но против анегдотов про представителей своего народа я не возражаю-шутки никому не вредят.

Eesti 06.12.2007 21:35 (#)

эти вопросы, связанные с суперсим

По-этому я лично с раздражением отношусь когда эти математические теории начинают представлять массовой публике как новейшие достижения физики. Я могу быть не прав, но имхо эта деятельность в некотором смысле похожа на массовую истерику в фундаментальной физике, которая по сути убивает другие возможные направления развития. Так что я лично не стал бы рекоммендовать это в качестве хорошей и полезной для популярного чтения науки. Но это не относится к большинству других статей на этом сайте.

User likadlavadzade, 07.12.2007 10:09 (#)

Вообщето мне недавно объясняли что-то похожее,но мне кажеться(я так поняла из объяснений),что всё ,что связано с исследованием дальнего космоса ,как раз и являеться"математическими теориями", а не окончательным"новейшим" достижением физики- поэтому ни одна из теорий не способна до конца вытеснить другую,предшествующую ей,поэтому и споров много...Но научно-популярная литература обычно стараеться преподнести читателя все эти гипотезы(пока они не опровергнуты они имеют равное право на существование)в доступном виде,чтоб люди вроде ,меня например, к чему-то преобщились

(написано анонимно) 05.12.2007 18:27 (#)

Вы все идиоты, занятые обсуждением идиотизма. Вас всех надо загнать в психушку и колоть вам психотропные средства, пока вы все не подохните.

Eesti 05.12.2007 21:19 (#)

Вас с Вашим умом надо послать пленарным докладчиком на международный астрономический Конгресс в составе делегации Путинской России.

LOL

User likadlavadzade, 07.12.2007 08:42 (#)

Валерию-1

а Вы,как я вижу ,возомнили себя великим психиатором-ну ну...Да конечно,поведение большинства участников этого форума нельзя назвать даже просто хулиганством,что можно было бы ещё простиь-но и Вы господин хороший на психиатора не тянете,раз считаете то ,что тут пишут(статьи,я имею ввиду)идиотизмом-Вам на "Кремлиан ru"тогда надо.

(написано анонимно) 06.12.2007 03:21 (#)

столь ошибочных пониманий терминов я ещё не видел. Наука на гранях деградирует

..

(написано анонимно) 06.12.2007 03:22 (#)

пойду лучше membrana.ru почитаю

..

Eesti 06.12.2007 03:53 (#)

a astro-ph slabo?

***

ksyusha sobchak 06.12.2007 17:43 (#)

to Eesti

таким ,как они ,интересно никогда ничьего не будет,разве ,что про мои похождения читать.И только попробуйте хоть что-то издеательское про мой Nik написать:1 мужчин не судьят о том,что они думают о женщинах-потому ,что это их отношение к собственным мамам и сёстрам,2судья по поведению на форуме (за искльюченьем 2-х участников)-как минимум воспитание и манера поведения ниже плинтуса...

User likadlavadzade, 11.12.2007 21:02 (#)

ты правильно поступаешь ,что защищаешь собою Etzel

Кстати ,свой NIK ты нацепила ,чтоб досадить мне,эта кикимора нам обеим была противна...

User etzel, 06.12.2007 17:20 (#)

Лучше сходите:

www.hioctane.com
ДемокГатам понГавица!

User likadlavadzade, 07.12.2007 10:36 (#)

Edzel и "Ксюша"-я к вам обеим (обоим?) присоединяюсь-всех "энтих великих вумников" именно туда и надо послать,их уровень порядочности(о знаниях помолчу)явно не поднялся выше уровня геникологии,да и то суперпримитивного уровня-,а Вы ,Ксюша, до смерти мне кажетесь чем-то знакомой ...

User likadlavadzade, 06.12.2007 18:21 (#)

хорошая статья ,стыдно должно быть -вам здесь свинячить.

А эта рок группа ,как и Ваши статьи ,очень нравились моей американской тётке-я неочень понимаю ,в отличии от неё в астрофизике,поэтому воздержусь от коментариев,но читая Ваши статьи,Максим Борисов,я получаю колосальное удовольствие,как от хорошей фантастики ,котрой очень увлекаюсь.

User likadlavadzade, 06.12.2007 18:46 (#)

Максим ,простите за безцеремонность,можно у Вас спросить-Вы когда нибудь читали такого писателя ,как Дэн Сименс?-дело ,в том ,что судя по тому ,что у вас так много статей ,про астрономию-Вы помоему по образованию астрофизик-Вам фантастика должна нравиться.

Vip borisov, 06.12.2007 22:35 (#)
60

Я закончил ФизФак МГУ, кафедра космических лучей и физики космоса. Так что космик. У Дэна Симмонса читал его "гиперионский" цикл (его переводила моя хорошая знакомая), написал рецензию, которая опубликована в "Сверхновой американской фантастике".

User likadlavadzade, 07.12.2007 07:54 (#)

я вспомнила ,что читала эту лицензию тоже,"Гиперионовский цикл" мне очень нравиться только очень уж грустно его читать.

Eesti 07.12.2007 22:10 (#)

grust' etoj epopei otrazhet grust' zhizni cheloveka. A ved' kakuju al'ternativu predlagaet avtor! Razve eto ne

odin iz vozmozhnyh otvetov na vospors o smysle nashego suschestvovanija?!

User likadlavadzade, 06.12.2007 21:15 (#)

эстонцу

индивидуума можно спутать только сродственником и то если характеры совпадают

Eesti 06.12.2007 21:40 (#)

I haven't got it.

***

User pointofnoreturn, 23.07.2008 18:07 (#)

Можно и перекомментировать и посмотреть, что получиться:

Êàê îáðàçóþòüñÿ ÂÍ ñåãîäíÿ ( -îäèí èç ïðèìåðîâ-äíà èç ñòàäèé ýâîëþöèè çâ¸çä)Íó åñëè ïðè âçðûâå SN(Ñí)ñîõðàíÿåòñÿ îñòàòîê ìàññû M > 3Mî , òî îí íå ìîæåò ñóùåñòâîâàòü â âèäå óñòîé÷èâîé íåéòðîííîé çâåçäû. ßäåðíûå ñèëû îòòàëêèâàíèÿ íà ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ íå â ñîñòîÿíèè ïðîòèâîñòîÿòü äàëüíåéøåìó ãðàâèòàöèîííîìó ñæàòèþ çâåçäû.Ñàìûì ôóíäàìåíòàëüíûì ñâîéñòâîì ÷åðíîé äûðû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ýòî àñèìïòîòè÷åñêîå ðàâíîâåñíîå ðåøåíèå çàâèñèò òîëüêî îò òðåõ ïàðàìåòðîâ - ìàññû, ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà è óãëîâîãî ìîìåíòà.Êàê ñëåäñòâèå, åñòü òîëüêî 4 òî÷íûõ ðåøåíèÿ óðàâíåíèé Ýéíøòåéíà, îïèñûâàþùèõ ÷åðíûå äûðû, èìåþùèå èëè íå èìåþùèå çàðÿä è óãëîâîé ìîìåíò. Âîçíèêàåò íåîáû÷íûé îáúåêò - ÷åðíàÿ äûðà. Çâåçäà ìàññû M, êîëëàïñèðóÿ â ÷åðíóþ äûðó, äîñòèãàåò ñôåðû ðàäèóñà rg (ñôåðû �âàðöøèëüäà):rs = 2GM/c2, (Ôîðìàëüíî ê ýòîìó ñîîòíîøåíèþ ìîæíî ïðèéòè, ïîëàãàÿ â èçâåñòíîé ôîðìóëå äëÿ âòîðîé êîñìè÷åñêîé ñêîðîñòè vk2 = (2GM/R)1/2 ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå ýòîé ñêîðîñòè, ðàâíîå ñêîðîñòè ñâåòà). Ïðè äîñòèæåíèè îáúåêòîì ðàçìåðà ñôåðû �âàðöøèëüäà, åãî ãðàâèòàöèîííîå ïîëå ñòàíîâèòñÿ ñòîëü ñèëüíûì, ÷òî ïîêèíóòü ýòîò îáúåêò íå ìîæåò äàæå ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå.1) Ðåøåíèå �âàðöøèëüäà (1916)(Schwarzschild) èìååò òîëüêî ìàññó ; îíî ñòàòè÷íî è ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íî . Ýòî ðåøåíèå îêàçàëîñü ïðîñòðàíñòâîì-âðåìåíåìÌ ñ òîïîëîãèåé èR(2)S(2) ìåòðèêîé ds(2)=-(1-rs/r)c(2)dt(2)+(1-rs/r)(-1)dr(2)+r(2)(dteta(2)+sin(2)tetadô( 2))¹1 Çäåñü êîîðäèíàòàr ïðèíèìàåò òîëüêî çíà÷åíèÿ, áîëüøèårs. Âàæíî, ÷òî çíà÷åíèå ïàðàìåòðà r , â îòëè÷èå îò ëàïëàñîâñêîãî ñëó÷àÿ, íå ÿâëÿåòñÿ ðàññòîÿíèåì äî öåíòða,òàêîãî ïîíÿòèÿ,êàê "öåíòð" â øâàðöøèëüäîâñêîì ðåøåíèè âîîáùå íåò. Ãåîìåòðè÷åñêèé ñìûñë ýòîãî çíà÷åíèÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè ñôåðû {t,r,teta,ô)|t=to,r=ro} åñòü4ïro(2). �ç îñíîâíûõ ïðèíöèïîâ ÎÒÎ ñëåäóåò, ÷òî òàêóþ ìåòðèêó ñîçäàñò (ñíàðóæè îò ñåáÿ) ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íîå òåëî ñ ðàäèóñîì>rs è ìàññîéM=c(2)rs/2G, ãäå G — ãðàâèòàöèîííàÿ ïîñòîÿííàÿ, à c — ñêîðîñòü ñâåòà. Çàìå÷àòåëüíî, ÷òî âåëè÷èíà ãðàâèòàöèîííîãî ðàäèóñà — ðàäèóñ �âàðöøèëüäà rs— cîâïàäàåò ñ ãðàâèòàöèîííûì ðàäèóñîì rg, âû÷èñëåííûì ðàíåå Ëàïëàñîì äëÿ òåëà ìàññû Ì .  òåîðèè ÷¸ðíûõ äûð, îäíàêî, ïðîñòðàíñòâî M âàæíî ñàìî ïî ñåáå, áåç äîïîëíèòåëüíîãî ïðåäïîëîæåíèÿ, ÷òî åãî ìåòðèêà èìååò âèä ¹1ëèøü äëÿ áîëüøèõ r .  ýòîì ñëó÷àå M-îêàçûâàåòñÿ âñåãî ëèøü ÷àñòüþ áîëüøåãî ïðîñòðàíñòâà-âðåìåíèM~, ê-ðîå è íàçûâàåòñÿ îáû÷íî (ìàêñèìàëüíî ïðîäîëæåííûì) ïðîñòðàíñòâîì �âàðöøèëüäà èëè (ðåæå) ïðîñòðàíñòâîì Êðóñêàëà. Ìåòðèêà ýòîãî ïðîñòðàíñòâà èìååò âèä ds(2)=-F(u,v)(2)dudv+r(2)(u,v)(dTeta(2)+sin(2)Tetadô(2))¹2ãäå F=4rs(3)/r*e(-r/rs), à ôóíêöèÿr(u,v) îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì (1-r/rs)e(r/rs)=uv....Ðåøåíèåì �âàðöøèëüäà îïèñûâàåòñÿ èçîëèðîâàííàÿ íåâðàùàþùàÿñÿ, íåçàðÿæåííàÿ è íå èñïàðÿþùàÿñÿ ÷¸ðíàÿ äûðà (ýòî ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íîå ðåøåíèå óðàâíåíèé ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ (óðàâíåíèé Ýéíøòåéíà) â âàêóóìå). Ÿ ãîðèçîíò ñîáûòèé — ýòî ñôåðà, ðàäèóñ ê-ðîé íàçûâàåòñÿ ãðàâèòàöèîííûì ðàäèóñîì èëè ðàäèóñîì �âàðöøèëüäà. Âñå õàðàêòåðèñòèêè ðåøåíèÿ �âàðöøèëüäà îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿþòñÿ îäíèì ïàðàìåòðîì — ìàññîé. Òàê, ãðàâèòàöèîííûé ðàäèóñ ÷¸ðíîé äûðû ìàññû M ðàâåí rs=2GM/c(2) ãäå G — ãðàâèòàöèîííàÿ ïîñòîÿííàÿ, à c — ñêîðîñòü ñâåòà.Âñå ýòè ýôôåêòû äîñòàòî÷íî î÷åâèäíî ñëåäóþò èç óðàâíåíèé.  îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ â ïóñòîòå âîêðóã ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî òåëà îïèñûâàåòñÿ ìåòðèêîé �âàðöøèëüäà (Schwarzschild) ds(2)=-(1-2M/r)dt(2)+(1-2M/r)(-1)dr(2)+r(2)d*omega(áîëüøàÿ)(2) ãäåd*omega(2) = d*teta(2)+sin(2)tetadô(2)- ìåòðèêà íà åäèíè÷íîé äâóìåðíîé ñôåðå, è ìû ïîëîæèëè ïîñòîÿííóþ òÿãîòåíèÿ Gè ñêîðîñòü ñâåòà c ðàâíûìè åäèíèöå. Ýòî ðåøåíèå îïèñûâàåò âíåøíåå ãðàâèòàöèîííîå ïîëå âîêðóã ïðîèçâîëüíîãî ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî (íå îáÿçàòåëüíî ñòàòè÷åñêîãî òåëà )....Ñàìûì ôóíäàìåíòàëüíûì ñâîéñòâîì ÷åðíîé äûðû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ýòî àñèìïòîòè÷åñêîå ðàâíîâåñíîå ðåøåíèå çàâèñèò òîëüêî îò òðåõ ïàðàìåòðîâ - ìàññû, ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà è óãëîâîãî ìîìåíòà. 2) Ðåøåíèå Ðåéññíåðà-Íîðäñòðåìà (1918)ñòàòè÷åñêîå è ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîå, çàâèñèò îò ìàññû è ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäàQ .Ýòî ñòàòè÷íîå ðåøåíèå óðàâíåíèé Ýéíøòåéíà äëÿ ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîé ÷¸ðíîé äûðû ñ çàðÿäîì, íî áåç âðàùåíèÿ. ׸ðíàÿ äûðà Ðàéññíåðà — Íîðäñòð¸ìà îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì:c(2)dtau(2)=[1-rs+r(2)Q/r(2)]c(2)dt(2)-dr(2)/1-[rs/r+r(2)Q/ r(2)]-r(2)dTeta(2)-r(2)sin(2)Tetada(2)ãäå, tau� ñîáñòâåííîå âðåìÿ (âðåìÿ êîòîðîå áû øëî íà íàðó÷íûõ ÷àñàõ ÷àñòèöû), â ñåêóíäàõ c � ñêîðîñòü ñâåòà, ì/ñ t � âðåìåííàÿ êîîðäèíàòà (èñòèííîå âðåìÿ, èçìåðÿåìîå íà áåñêîíå÷íî óäàëåííûõ ÷àñàõ), â ñåêóíäàõ r � ðàäèàëüíàÿ êîîðäèíàòà (äëèíà «ýêâàòîðà», ñîñðåäîòî÷åííîãî íà äûðå, ðàçäåëåííûé 2ï), â ìåòðàõ Teta � ãåîãðàôè÷åñêàÿ øèðîòà (óãîë îò ñåâåðà), â ðàäèàíàõ ô � äîëãîòà, â ðàäèàíàõ, è rs � ðàäèóñ �âàðöøèëüäà (â ìåòðàõ) òåëà, ñ ìàññîé M îïðåäåëÿåìûé êàê: rs=2GM/c(2) ãäå G � ýòî ãðàâèòàöèîííàÿ ïîñòîÿííàÿ, è rQ � ìàñøòàá äëèíû (â ìåòðàõ), ñîîòâåòñòâóþùèé ýëåêòðè÷åñêîìó çàðÿäó Q (àíàëîã ðàäèóñà �âàðöøèëüäà, òîëüêî íå äëÿ ìàññû, à äëÿ çàðÿäà) îïðåäåëÿåìûé êàê: rQ=Q(2)G/4ïý0ñ(4),1/4ïý0ñ(4) ýòî Ïîñòîÿííàÿ Êóëîíà.3) Ðåøåíèå Êåððà (Kerr, 1963), ñòàöèîíàðíîå, îñåñèììåòðè÷íîå, çàâèñèò îò ìàññû è óãëîâîãî ìîìåíòà.4) Ðåøåíèå Êåððà-Íüþìåíà (Kerr-Newman1965), ñòàöèîíàðíîå è îñåñèììåòðè÷íîå, çàâèñèò îò âñåõ òðåõ ïàðàìåòðîâ.Ì,J,QÒðåõïàðàìåòðè÷åñêîå ñåìåéñòâî Êåððà-Íüþìåíà - íàèáîëåå îáùåå ðåøåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå êîíå÷íîìó ñîñòîÿíèþ ðàâíîâåñèÿ ÷åðíîé äûðû.  êîîðäèíàòàõ Áîéåðà-Ëèíäêâèñòà (Boyer-Lindquist) ìåòðèêà Êåððà-Íüþìåíà äàåòñÿ âûðàæåíèåì ds(2)=-(1-2Mr/ ñóììà)dt(2)-4Mra*(sin(2)teta/ñèãìà (áîëüøàÿ))dtdô+(r(2)+a(2)+2Mra(2)sin(2)teta/ñèãìà áîëüøàÿ(ýòî åù¸ êàê çíàê ñóììû èçîáðàæàþò))sin(2)tetad ô(2)+(cóììà/delta)*dr(2)+ cóììàdteta(2) (ãäå, deltaÊñèr(2)-2Mr+a(2)+Q(2), ñèãìà Êñèr(2)+a(2)cos(2)teta,a=J/M)- óãëîâîé ìîìåíò íà åäèíèöó ìàññû. Ãîðèçîíò ñîáûòèé íàõîäèòñÿ íà ðàäèóñå r=M+ êâàäðàòíûé êîðåíü èçM(2)-Q(2)-a(2) �ç ýòîé ôîðìóëû âèäíî, îäíàêî, ÷òî ïàðàìåòðû ÷åðíîé äûðû íå ìîãóò áûòü ïðîèçâîëüíûìè. Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä è óãëîâîé ìîìåíò íå ìîãóò áûòü áîëüøå çíà÷åíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ èñ÷åçíîâåíèþ ãîðèçîíòà ñîáûòèé. Äîëæíû âûïîëíÿòüñÿ ñëåäóþùèå îãðàíè÷åíèÿ:. a(2)+Q(2)<or=M(2) ýòî îãðàíè÷åíèå Êåððà—Íüþìåíà. Êîãäà ýòè îãðàíè÷åíèÿ íàðóøàþòñÿ, ãîðèçîíò ñîáûòèé èñ÷åçàåò, è ðåøåíèå âìåñòî ÷åðíîé äûðû îïèñûâàåò "ãîëóþ" ñèíãóëÿðíîñòü. Òàêèå ñòðàííûå îáúåêòû íå äîëæíû ñóùåñòâîâàòü â ðåàëüíîé âñåëåííîé, (ýòî òàê íàçûâàåìûé Ïðèíöèï Êîñìè÷åñêîé Öåíçóðû, ñòðîãî äî ñèõ ïîð, ê ñîæàëåíèþ, íå äîêàçàííûé) Ê ïðèìåðó, äëÿ íåçàðÿæåííîé âðàùàþùåéñÿ ÷åðíîé äûðû óñëîâèå Jmax=M(2) ñîîòâåòñòâóåò èñ÷åçíîâåíèþ òÿãîòåíèÿ íà ãîðèçîíòå ñîáûòèé èç-çà ïðèëèâíûõ ñèë; ñîîòâåòñòâóþùàÿ ìåòðèêà íàçûâàåòñÿ ïðåäåëüíûì ðåøåíèåì Êåððà. Àíàëîãè÷íî, ìàêñèìàëüíûé çàðÿä ðàâåí Qmax=M~10(40)eM/Mo, ãäå - çàðÿä ýëåêòðîíà; îäíàêî ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî â ðåàëèñòè÷íûõ ñèòóàöèÿõ ÷åðíûå äûðû íå äîëæíû áûòü ñêîëü ëèáî çíà÷èòåëüíî çàðÿæåíû. Ýòî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ïðåäåëüíîé ñëàáîñòè ãðàâèòàöèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ýëåêòðîìàãíèòíûì. Ïðåäñòàâüòå ÷åðíóþ äûðó, îáðàçîâàâøóþñÿ ñ ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì QïîðÿäêàM .  ðåàëèñòè÷íîé ñèòóàöèè ÷åðíàÿ äûðà íå íàõîäèòñÿ â ïóñòîòå, íî îêðóæåíà çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè ìåæçâåçäíîé ñðåäû, ïðîòîíàìè è ýëåêòðîíàìè. ×åðíàÿ äûðà áóäåò ïðåèìóùåñòâåííî ïðèòÿãèâàòü ýëåêòðîíû è îòòàëêèâàòü ïðîòîíû çàðÿäà ñâîèì ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëåì, è ïðåèìóùåñòâåííî ïðèòÿãèâàòü ïðîòîíû ìàññîé mpãðàâèòàöèîííûì. Ñèëà ýëåêòðîìàãíèòíîãî îòòàëêèâàíèÿ äëÿ ïðîòîíà áîëüøå ñèëû ãðàâèòàöèîííîãî ïðèòÿæåíèÿ â.eQ/mpM~e/mp~10(18) ðàç. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷åðíàÿ äûðà ïî÷òè ìãíîâåííî òåðÿåò ñâîé çàðÿä, è ðåøåíèå Êåððà, ïîëó÷àåìîå ïðèQ=0ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ îïèñàíèÿ ëþáîé àñòðîôèçè÷åñêîé ÷åðíîé äûðû. Òàêæå îíî ÿâëÿåòñÿ õîðîøèì ïðèáëèæåíèåì äëÿ ìåòðèêè îáû÷íîé (íåñêîëëàïñèðîâàâøåé) çâåçäû íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ, õîòÿ îíî è íå ñøèâàåòñÿ íè ñ îäíèì èçâåñòíûì ðåøåíèåì äëÿ åå âíóòðåííèõ ÷àñòåé. Ìåòðèêà Êåððà â êîîðäèíàòàõ Áîéåðà-Ëèíäêâèñòà ñèíãóëÿðíà íà îñè ñèììåòðèè (teta=0)(ýòî î÷åâèäíàÿ êîîðäèíàòíàÿ ñèíãóëÿðíîñòü) è ïðè delta=0 . Ìîæíî çàïèñàòüdelta=(r-r+)(r-r-) ãäå r+=M+ àðèô. êâ êîð èçÌ(2)-à(2). Íà ðàäèóñå r+íàõîäèòñÿ âíåøíèé ãîðèçîíò ñîáûòèé (ïîâåðõíîñòü âðàùàþùåéñÿ ÷åðíîé äûðû), à r -îïðåäåëÿåò âíóòðåííèé ãîðèçîíò. Êàê è â ìåòðèêå �âàðöøèëüäà,(ãäå r+ & r- ñõîäÿòñÿ ê2M) ñèíãóëÿðíîñòè íàr=r+ èr=r- ÿâëÿþòñÿ êîîðäèíàòíûìè, è èõ ìîæíî èçáåæàòü íàäëåæàùèì ïðåîáðàçîâàíèåì ñèñòåìû êîîðäèíàò ïî àíàëîãèè ñ êîîðäèíàòàìè Ýääèíãòîíà-Ôèíêåëüøòåéíà äëÿ ìåòðèêè �âàðöøèëüäà(êîîðäèíàòû Ýäèíãòîíà-Ôèíêåëüøòåéíà:Ââîäÿ ïàäàþùóþ êîîðäèíàòó:v=t+r+2Mln(r/2M)ïðåîáðàçóåì ìåòðèêó �âàðöøèëüäà ê âèäó :ds(2)=-(1-2M/r)dv(2)+2dvdr+r(2)domega(2)Òåïåðü ñâåòîâûå êîíóñû îïðåäåëåíû âåçäå. Íàïðàâëåííûå âíóòðü ëó÷è ñâåòà äàþòñÿ âûðàæåíèåì dv=0 à èäóùèå íàðóæó :dv=2dr/1-2M/r.Ìåòðèêà ìîæåò áûòü àíàëèòè÷åñêè ïðîäîëæåíà íà âñår>o è áîëåå íå èìååò ñèíãóëÿðíîñòè ïðèr=2M ...

User pointofnoreturn, 23.07.2008 21:07 (#)

Это действительно была интересная тема, не надо было от не отмахиваться9впрочем она сложная и поп

Природа и состав скрытой массы:Она не испускает электромагнитное излучение достаточной для наблюдений интенсивности, но наблюдаемым косвенно по гравитационным эффектам, оказываемым на наблюдаемые объекты.Природа и состав скрытой массы...По современным представлениям, только около 4,4 % массы Вселенной составляет обычная барионная материя. Приблизительно 23 % приходится на небарионную тёмную материю, не участвующую в сильном и электромагнитном взаимодействии. Она наблюдается только в гравитационных эффектах. В зависимости от скорости частиц различают горячую и холодную тёмную материю. Горячая тёмная материя состоит из частиц, движущихся с околосветовыми скоростями( во времена ранней вселенной её было много)..... Горячей тёмной материи недостаточно, по современным представлениям, для формирования галактик. Исследование структуры реликтового излучения показало, что существовали очень мелкие флуктуации плотности вещества. Быстро движущаяся горячая тёмная материя не могла бы сформировать такую тонкую структуру. Холодная тёмная материя должна состоять из массивных медленно движущихся (и в этом смысле «холодных») частиц или сгустков вещества. Экспериментально такие частицы не обнаружены. В качестве кандидатов на роль холодной тёмной материи выступают слабо взаимодействующие массивные частицы (Weakly Interactive Massive Particles, WIMP), такие как аксионы и суперсимметричные партнёры-фермионы лёгких бозонов — фотино, нейтролино и др. Впервые предположение о существовании материи, взаимодействующей с обычным веществом только через гравитацию..... Кроме прямых наблюдений гравитационных эффектов скрытой массы существует ряд объектов, прямое наблюдение к-рых затруднено, но к-рые могут вносить вклад в состав скрытой массы.Рассматриваються гипотетические элементарные частицы, следующие из классической квантовой хромодинамики (аксионы) и суперсимметричных расширений квантовых теорий поля.Есть два способа расчёта плотности тёмной материи.Напомним, что структура "вакуума" имеет экспериментальное основание в твердо установленном факте преобразования энергии фотона более ~1,022 МэВ в пару электрон–позитрон.Это не выдумка, а имеют физическое обоснование, должно способствовать признанию новых взглядов на природу распространения света и гравитации–инерции.Равенство сил предельной деформации структуры вакуума: fmax=bg(deltar r(как индекс)br)(2)=epsilon alfa(2)e(2)/deltar rbr(2)=mkgmax~118Ньютон -Максимальная сила тяжести на поверхности минимальной «чёрной» дыры, масса к-рой mk и предельное ускорение gmax mk=mplsq.root from alfa~1,9*10(-9)кг, альфа~1/137,03 – константа тонкой структуры,е~1,6*10(-19)элементарный заряд электрона(Кулон),gmax-предельное ускорение , дельта рбр предельное растяжение элемента структуры вакуума.Величина упругости средыb(a,g) имеет в физике название коэффициента продольного растяжения–сжатия или модуля Юнга,она измеряеться[кг*м-1*с-2]:- b(a,g) =epsilona(2)e(2)/дельта рбр(4):Скорость распространения гравитации cg=sqroot frombg/pопределяется выбором плотности среды вакуума для области классического радиуса электрона 4пRe(8)и плотность будет: p=3me/4пRe(8)[кг.м-3] .При расчёте скорость продольных волн в среде вакуума-сg-[м/с], вомного превышала скорость света!!!!Явление света происходит с помощью поперечных векторов Е и Н к направлению распространения. Определим модуль поперечного сдвига среды. Этот модуль рассчитывается через амплитуду сдвига, умноженную на угол, образованный нормалью к плоскости сдвига и прямой, соединяющей полный сдвиг до точки пересечения нормали в том месте, в котором сдвиг равен нулю.Теперь введём следущие показатели:– модуль сдвигаbcros[кг.м-1.с-2],р – плотность среды вакуума,магнитнe. константe вакуума (обратная величина магнитной проницаемости)"этта" напише n=10(7)[а(2).м(-1).кг(-1)с(2)]Ф=Фq/п*альфа(-1)~4,8*10(-18)Вебер,выведе м n(2)*Ф(2)/еo(2)=n*epsilon=c(2) и скорость света: c=nn*Ф/еo=sq root frombcros/p Фq– квант потока магнитной индукции, принятый в физике . Плотность выводиться:- p=bcros*e(2)/n(2)*Ф(2)Остается узнать модуль сдвига среды. Он определяется из максимальной силы для растяжения структуры среды на предельную величину: fmax=bcros*re( deltarmax)=epsilon*eo(2)/re(2)ф~118*ф Ньютон. Угол ф получиться из наклона четверти синусоиды максимально короткой волны ф=2delta rmax/flfa(-1)~10(-4)радиан. Модуль сдвига b cros~8,8*10(29) [кг.м(-1).с(2)] и, соответственно, плотность среды космоса: p~9,8*10(12)[кг.м-3]. Рассчитана «плотность» «тёмной» материи, которая не соответствует нашим представлениям о плотности вещества. Можно так определить: это аналог плотности вещества, инертность которой ограничивает скорость света в открытом космосе. Полученная плотность практически равна плотности, определенной в расчете скорости распространения гравитации. ...(Цифры не очень точны....)

User pointofnoreturn, 23.07.2008 22:07 (#)

Ещё небольшое дополнение к тёмной материи:

Темная материя сродни в чём-то сродни обычному вещ-ву,т.е она способна собираться в сгустки (размером, скажем, с галактику или скопление галактик) и участвует в гравитационных взаимодействиях так же, как обычное вещество.Помимо космологических данных, в пользу существования темной материи служат измерения гравитационного поля в скоплениях галактик и в галактиках. Имеется несколько способов измерения гравитационного поля в скоплениях галактик, один из к-рых — гравитационное линзирование...Гравитационное поле скопления искривляет лучи света, испущенные галактикой, находящейся за скоплением, т. е. гравитационное поле действует как линза.При этом иногда появляются несколько образов этой удаленной галактики они имеют голубой цвет. Искривление света зависит от распределения массы в скоплении, независимо от того, какие частицы эту массу создают. Измеренные подобным образом массы скоплений галактик согласуются с тем, что темная материя вкладывает около 25% в полную плотность энергии во Вселенной.Темная материя имеется и в галактиках это опять-таки следует из измерений гравитационного поля, теперь уже в галактиках и их окрестностях. Чем сильнее гравитационное поле, тем быстрее вращаются вокруг галактики звезды и облака газа, так что измерения скоростей вращения в зависимости от расстояния до центра галактики позволяют восстановить распределение массы в ней.(правда есть ещё галактики сферической формы, как бы лишённые этой материи).Предположительно,что частицы из к-рых состоит тёмная не должны распадаться?иначе бы они распались за время существования Вселенной.Напрашиваеться аналогия(как и все аналогии неполная)с законом сохранения электрического заряда: электрон — это легчайшая частица с электрическим зарядом, и именно поэтому он не распадается на более легкие частицы (например, нейтрино и фотоны). Далее, частицы темной материи чрезвычайно слабо взаимодействуют с нашим веществом, иначе они были бы уже обнаружены в земных экспериментах. Дальше начинается область гипотез. Наиболее правдоподобной (но далеко не единственной!) представляется гипотеза о том, что частицы темной материи в 100–1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино. Именно в рамках этой гипотезы современная плотность темной материи находит простое объяснение: частицы темной материи интенсивно рождались и аннигилировали в очень ранней Вселенной при сверхвысоких температурах (порядка 10(15) градусов), и часть их дожила до наших дней. При указанных параметрах этих частиц их современное количество во Вселенной получается как раз такое, какое нужно....Вообщем эту "субстанцию " вполне справедливо называют "загадочной"...Ну а если вспомнить,что "горячей тёмной материи" во времена юности Вселенной было много, то .... сценарий возникновения ВН, описанный в тексте, может вполне иметь место быть....Наконец, еще один путь связан с регистрацией продуктов аннигиляции частиц темной материи между собой. Эти частицы должны скапливаться в центре Земли и в центре Солнца (вещество для них практически прозрачно, и они способны проваливаться внутрь Земли или Солнца). Там они аннигилируют друг с другом, и при этом образуются другие частицы, в том числе нейтрино...Эти нейтрино свободно проходят сквозь толщу Земли или Солнца, и могут быть зарегистрированы специальными установками — нейтринными телескопами....... Реликтовоe излучениe и “конец” спектра космических лучей: Г. Гамов и Р. Алфер, и в 1948 г. Р. Герман предсказали, что одним из следствий Большого взрыва должен быть остаточный радиошум с температурой ~5К. Появление этого излучения относится к концу радиационной фазы развития Вселенной, когда излучение и материя находились в термодинамическом равновесии. Эта фаза привела к объединению нуклонов и электронов в атомы водорода. Электроны всё в большей степени оказывались связанными в атомы и “подвижность” фотонов увеличивалась – начался процесс отделения излучения от материи. Можно показать, что распределение потоков фотонов в этот период времени действительно должно соответствовать температуре абсолютно чёрного тела. Затем наступила фаза материи, продолжающаяся до настоящего времени. После образования атомов вещество становится прозрачным для света – фотонов, и они начинают своё блуждание по Вселенной, продолжающееся до сегодняшнего дня. Но этот свет претерпевает существенные изменения...Как результат – излучение фотонов становится микроволновым, невидимым для глаза. Но оно может быть зарегистрировано с помощью радиотелескопов. Это удалось сделать сотрудникам фирмы “Bell“ из США В. Пензиасу и К. Вильсону в 1961 г. Впоследствии начались поиски этого радиоизлучения: на воздушных шарах, на высотах 30-40 км и выше на спутниках. Трудность измерений заключалась в нежелательных эффектах атмосферы – взаимодействиями излучения с молекулами газа, а также температурных колебаний. В 1989 г. был запущен спутник СОВЕ (Cosmic Background Explorer) специально для исследований космического фонового излучения. Излучение со спектром, полностью совпадающим со спектром излучения при температуре 2.7К, действительно обнаружили. Это – изотропное коротковолновое излучение в диапазоне длин волн (лямда) от миллиметров до сантиметров с максимумом на лямда = 0.1 см .Его открытие сыграло решающую роль в подтверждении модели горячей Вселенной, изотропии её расширения и однородности. Авторы открытия, В. Пензиас и К. Вильсон, в 1976 г получили за него Нобелевскую премию. Средняя энергия фотонов этого излучения очень мала – в 3000 раз меньше энергии фотонов видимого света. Поток реликтового излучения велик: его плотность около 400 фотонов/см3 или 109 фотонов на каждый атом во Вселенной. Так было обнаружено остаточное, после Большого взрыва, излучение Вселенной – продукта горячей Вселенной на её ранней фазе развития. Отсюда его другое название – реликтовое. В 1966 г. К. Грейзен, Г. Зацепин и В. Кузьмин, рассматривая процесс взаимодействия космических лучей с этим излучением, приходят к выводу о существовании “обрезания” потока частиц при ультравысоких энергиях. Этот эффект получил название “GZK- механизма”, по первым буквам фамилий авторов. Его суть вкратце сводится к следующему. Взаимодействие протонов космических лучей с реликтовым излучением приводит к появлению новых частиц, например, -мезонов, электрон-позитронных пар и др.: р+у2,7к->N+пПодобный процесс дезинтеграции должен наблюдаться и для тяжёлых ядер: их взаимодействие с реликтовым излучением приводит к расщеплению ядер:А+у2,7к->(А-1)+n В результате энергия протонов (ядер) быстро уменьшается до величины, ниже которой рождение новых частиц уже становится невозможным. Оценки, сделанные К. Грейзеном, В. Кузьминым и Г. Зацепиным, дают значение Emax~5*10(9)эВ для максимальной энергии протонов и расстояния dmax>50Мпк , за пределами которого не могут находиться источники этих частиц. Подобные оценки, проведённые Ф. Стекером и П. Соломоном в 1999 г. для ядер, дают значение E~10(20)эВ и dmax > 100 Мпк.Область размером в 50-100 Мпк – это очень малая часть всей Вселенной. И это значит, что частицы с энергией, превышающей GZK-предел, могут прилететь только из ближайших (< 100 Мпк) ее областей...

User pointofnoreturn, 24.07.2008 14:07 (#)

Всего известны 4 типа взаимодействий - гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Гравитационное взаимодействие наиболее универсальное, оно существует между любыми формами материи - частицами и полями и не требует существования каких-либо специфических свойств (например, электрического или цветового заряда). Второе по распространненности в природе - электрослабое взаимодействие. Электомагнитное взаимодействие осуществляется между электрически заряженными лептонами и кварками с помощью квантов электромагнитного поля - фотонов, безмассовых частиц, движущихся со скоростью света. Слабое взаимодействие (т.е. процессы с участием нейтрино) происходит между лептонами (электронами, мюонами, нейтрино) и кварками, составляющими адроны (протоны, нейтроны, мезоны и т.д.). Это взаимодействие имеет место на малых расстояниях~10(-13) см, т.к. переносчиком слабого взаимодействия служат массивные промежуточные частицы - электрически заряженные W(+or-) и нейтральный Z-бозоны примерно 1/10 массы покоя протона. Наконец, сильное взаимодействие осуществляется в ядрах атомов между кварками с помощью промежуточных частиц - глюонов, обладающих цветовым зарядом (красный, зеленый, голубой). Характерный масштаб сильного взаимодействия 10(-15) см. В отличие от остальных сил, ядерное взаимодействие между кварками растет с увеличением расстояния между ними (явление конфайнмента), поэтому в обычных условиях свободных кварков не существует. Основные взаимосвязи между силами в природе описываются с помощью физических законов и принципов. К ним относятся: 1) Принцип общей относительности (все законы физики должны быть одинаковы в любых системах отсчета) 2) Принцип постоянства скорости света в вакууме в любых системах отсчета 3) Принцип эквивалентности (никакими экспериментами невозможно отличить движение с ускорением от нахождения в однородном поле тяжести) К этому списку следует добавить фундаментальные соотношения квантовой механики, описывающие микромир. К наиболее важным относится: 4) принцип неопределенности Гайзенберга, запрещающий одновременное точное измерение положения частицы в пространстве и ее импульса (количества движения) 5) принцип Паули, запрещающий иметь в одном и том же месте пространства более двух частиц с полуцелым спином (т.н. фермионов - электронов, нейтронов, нейтрино) с одним и тем же импульсом.Фундаментальные взаимодействия:Закон всемирного тяготения Ньютона используется вплоть до настоящего времени для изучения движения естественных и искусственных космических тел в Солнечной системе, так как поправки к движению тела со скоростью vB более точной релятивистской теории тяготения к закону Ньютона имеют порядок (v/c(2)) . Для характерных скоростей тел в Солнечной системе в десятки км/с эти поправки малы.. В 19 в. триумфом теории тяготения Ньютона и математических методов аналитической механики стало предсказание существования новой планеты - Нептуна - Адамсом и Ле Верье. В 1916 г. А.Эйнштейн, используя принципы эквивалентности и относительности, сформулировал релятивистское обобщение теории тяготения Ньютона - общую теорию относительности (ОТО). Согласно ОТО, любая форма материи и ее движение являются источником гравтиации, к-рая математически интерпретируется как "искривление" пространства-времени. Кривизна плоской кривой по определению обратно пропорциональна радиусу окружности, касающейся кривой в данной точке. Так, кривизна прямой линии равна нулю, а кривизна правильной окружности радиуса R есть просто : 1/RАналогично, кривизна n-мерной поверхности определяется обратным радиусом (n+1)-мерной сферы, касающейся поверхности в данной точке, и т.д. В общей теории относительности роль "поверхности" играет 4-мерное пространство-время. Всякое свободное движение тела в поле тяжести происходит по траекториям, называемым геодезическими линиями. В плоском пространстве-времени (т.е. без гравитации или вдали от тяготеющего центра) геодезические являются прямыми линиями. Чем сильнее поле тяготения, тем больше кривизна геодезической. Движение тела по кривой линии соответствует движению с ускорением, направленным внутрь кривизны траектории (ускорение силы тяжести). Движение с ускорением вдоль прямой возможно если это геодезическая, проходящая через центр тяжести тела (случай со свободным падением тел вблизи поверхности Земли). Этот случай реализуется, когда момент импульса тела (векторное произведение импульса тела на радиус-вектор) относительно центра тяжести системы точно равен нулю. Если есть составляющая вектора скорости, препендикулярная направлению вектора свободного падения, тело начинает двигаться по одному из конических сечений (эллипсу, параболе или гиперболе) с фокусом в центре притяжения (первый закон Кеплера) в соответствии с тем, отрицательна, равна нулю или положительна полная энергия (кинетическая плюс потенциальная) системы взаимодейтсвующих гравитационно тел. Правильность представлений ОТО о тяготении стала подтверждаться уже вскоре после ее создания.Англ. астрофизик А.Эддингтон провел наблюдения отклонения лучей света звезд в поле тяготения Солнца во время полного солнечного затмения. Измеренный угол оказался около 2 угловых секунд, как следовало по теории Эйнштейна (по Ньютоновской теории этот угол должен быть вдвое меньшим). Интересен пример - объяснение смещения перигелия орбиты Меркурия на 43 угловых секунды в столетие. В рамках теории Ньютона такое смещение не удавалось объяснить сколь-нибудь естественным образом - так, например, для этого предлагалось искать еще одну внутренюю планету к-рой нет. Этот эффект носит чисто релятивистский характер. Он связан с тем, что в ОТО сила тяготения убывает с расстоянием несколько медленнее, чем по закону обратных квадратов. Возрастание роли релятивистских эффектов наглядно видно при уменьшении радиуса R сферического тела постоянной массы M (т.е. при увеличении плотности тела). Как уже отмечалось, эффекты ОТО становятся важными при скоростях тел, приближающихся к скорости света. Естественной скоростью для нашего тела служит вторая космическая скорость (параболическая скорость, или скорость убегани):v(p)=sq.root from2GM/R,к-рую надо придать пробной частице на поверхности, чтобы она смогла уйти от тела на произвольно большое расстояние. Так как эффекты ОТО пропорциональны v/c(2) , получаем, что для любого тела существует характерный радиус (называемый гравитационным радиусом), начиная с к-рого формально v(p)>or=cВеличина гравитационного радиусаR=2GM/c(3)~3 км. Пока R>>Rg,можно во всех практически важных случаях пользоваться тяготением Ньютона. По мере приближения радиуса тела к Rg значение релятивистских эффектов возрастает, и при R=Rg возникает качественно новая ситуация - удаленный наблюдатель перестает получать с поверхности тела любую информацию, т.к. иначе ее следовало бы передавать со скоростью больше скорости света. Для удаленного наблюдателя образуется как говорят горизонт событий....Появление горизонта характеризует образование черной дыры. Падение частиц и полей в черную дыру всегда увеличивает размер ее горизонта (за исключением черных дыр очень малой массы, когда существенными становятся эффекты квантовомеханического испарения). Из современных астрофизических наблюдений следует существование очень массивных (в 100 млн. масс Солнца) черных дыр в ядрах активных галактик и квазарах. Известно также около 10 черных дыр с массой около 10 солнечных, входящих в состав тесных рентгеновских двойных звезд в нашей Галактике. Из ОТО вытекает существование гравитационных волн - распространяющихся со скоростью света малых возмущений пространства-времени. Доказано, что гравитационнные волны переносят энергию и момент импульса.... Считаеться,что из-за уноса энергии гравитационными волнами орбитальный период двойных систем должен постоянно уменьшаться. Этот эффект был обнаружен у ряда двойных пульсаров ....А.А.Фридман показал, что уравнения ОТО Эйнштейна не имеют независящих от времени решений. В применении ко Вселенной это означало, что расстояние между любыми удаленными объектами, не связанными гравитационно (например, удаленными галактиками) должно непрерывно изменяться во времени. Этот революционный вывод вскоре был подтвержден наблюдениями красных смещений( вызванных искривлением) в спектрах далеких галактик, проводеденных Э.Хабблом. Хаббл обнаружил, что существует прямая зависимость между красным смещением галактики и расстоянием до нее: z=Hor,Ho - постоянная Хаббла. Закон Хаббла прямо следует из теории Фридмана и т.о. релятивистская теория тяготения прямо подтверждается в метагаликтических масштабах. Современное значение постоянной Хаббла H=75(+or-)10 км/с/Мпк. Уточненеие этой величины, опаределяющей современную скорость расширения Вселенной, - одна из основных задач наблюдательной космологии.

User pointofnoreturn, 24.07.2008 16:07 (#)

Тем не менее ОТО ,как таковая( в отличие от СТО)до 1963 года занимала,как бы обособленное положение в физике и астрономии, будучи с ними почти не связанной. Это объяснялось тем,что величины поправок вносимые ею в ньютонову теорию гравитации были ничтожно малы.В самом деле, эти поправки по порядку величины равны отношению ньютоновского гравитационного потенциала к квадрату скорости света, т. е. GM/c(2)R Можно убедиться, что почти для всех объектов Галактики эти поправки меньше, чем 10(-6), и только для белых карликов с их сравнительно высоким гравитационным потенциалом поправки достигают 3 10(-4). В то же время применение эффектов общей теории относительности к космологии (Фридман) не могло контролироваться адекватными наблюдениями галактик, так как эти наблюдения ограничивались красными delta л/л смещениями=z~10(-2).ОТО в сущности опиралось на 3 предсказаных эффекта,к-рые были настолько малы, что что измерялись только на пределе возможности тогдашней измерительной техники. Речь идет об отклонении светового луча в поле солнечного тяготения, о гравитационном красном смещении и об очень медленном движении перигелия Меркурия. Диспропорция между величием теоретических построений и ничтожностью конкретных приложений была разительной,но после открытия квазаров,с их огромным красным смещением, несомненно, космологической природы, ситуация изменилась.Где-то в 1964-65году. было открыто реликтовое излучение Вселенной, отражающее ее физическое состояние, когда она была в десятки тысяч раз моложе, чем сейчас. Так релятивистская космология получила настоящий фундамент, основывающийся на конкретных астрономических наблюдениях. Еще через два года после этого., были открыты пульсары.Для них поправки, вносимые общей теорией относительности в ньютонову теорию гравитации, уже нельзя считать малыми. Наконец, в 1971 г. были открыты рентгеновские звезды, к-рые сделали вполне реальной проблему обнаружения черных дыр ….. Эти открытия наблюдательной астрономии сделали ОТО необходимой для изучения и понимания фундаментальных свойств Вселенной.Ещё началось бурное развитие техники физических измерений, являющееся следствием научно-технической революции, резко увеличило возможности наблюдательной проверки эффектовОТО. Если раньше экспериментальным основанием теории относительности было измерение известных трех эффектов ,то сейчас можно указать по крайней мере на 20 различных опытов, из которых 15 уже выполнены. Для выполнения этих весьма важных экспериментов широко используются достижения радиоастрономии, лазерной и космической техники, радиолокации. Например, ожидаемое различие в ходе часов на поверхности Земли и на спутнике, движущемся по синхронной орбите, равно дельта Р/P~5*10(46), в то время как стабильность водородных мазерных часов составляет дельта Р/P~5*10(43) за много месяцев. Еще один пример. Согласно общей теории относительности, расстояние между Землей и Луней должно периодически меняться с амплитудой около 1 м, в то время как современная лазерная техника позволяет измерить это расстояние с точностью до 15 см..... А сейчас будем разбирать на эффектах ОТО,к-рые следует ожидать на заключительной стадии эволюции некоторых звезд. Звёзды ,исчерпав запас "топлива", должны сжиматься в"точку", так как никакая сила уже не может противодействовать сжимающей такую звезду силе гравитации.....Так как во время гравитационного коллапса механическое равновесие звезды нарушается резко (т. е. сила тяготения на конечную величину превосходит силу, вызванную перепадом газового давления), то сжатие звезды происходит практически со скоростью свободного падения. Через время t~1/sq.r.f 6пGp звезда сожмется достаточно сильно для того, чтобы гравитационный потенциал стал таким большим, что необходимость учета поправок общей теории относительности становится очевидной. Если, например, средняя плотность звезды при начале коллапса ~10(6)г/см3 (что близко к плотности изотермического вырожденного ядра у проэволюционировавшей звезды), то t1~1c Задача о характере поля тяготения в сферически-симметричном случае с учетом эффектов общей теории относительности сразу же после опубликования классической работы Эйнштейна была точно решена выдающимся немецким астрофизиком К. Шварцшильдом(1916 г),им было выписанны решения уравнений для пустого пространства в сферически симметричном статическом (позднее Биркхоф показал, что последнее предположение излишне) случае. Это решение оказалось пространством-временем М с топологией иR(2)S(2) метрикой :ds(2)=-(1-rs/r)c(2)dt(2)+(1-rs/r)(-1)dr(2)+r(2)(dteta(2)+sin(2)tetadф (2))Здесь координата принимает только значения, большие rs.Важно, что значение параметраr, в отличие от лапласовского случая, не является "растоянием до центра" ,его в шварцшильдовском решении вообще нет. Геометрический смысл этого значения состоит в том, что площадь поверхности сферы {t,r,teta,ф)|t=to,r=ro} есть4пro(2). Из основных принципов ОТО следует, что такую метрику создаст (снаружи от себя) сферически симметричное тело с радиусом>rs и массойM=c(2)rs/2G, где G — гравитационная постоянная, а c — скорость света. Замечательно, что величина гравитационного радиуса — радиус Шварцшильда rs— cовпадает с гравитационным радиусом rg, вычисленным ранее Лапласом для тела массы М )..... Пользуясь решением К. Шварцшильда, можно найти зависимость радиуса коллапсирующей звезды от времени так, как это представляется по часам "внешнего"(например, земного) наблюдателя:r=rg+(r1-rg)e([-t-t1]/2rg),гдеr g(грав рад)=2GM/c(2). Напр. для Земли rs=0,44 см, а для Сол.= 2,96 км.r1радиус звезды в момент t1предполагается, что (r1-rs)<<rg.Радиусы нейтронных звёзд .только в несколько раз больше их гравитационного радиуса. Применение решения К. Шварцшильда к проблеме коллапса маловращающеся звезды(фактически стационарной)вполне законно,там можно рассматривать движение каждой точки на поверхности коллапсирующей звезды как свободное падение в сферически-симметричном поле тяготения.С точки зрения внешнего наблюдателя при r-->rs скорость сжатия асимптотически замедлится практически до нуля. Внешний наблюдатель никогда не зафиксирует переход сжимающейся звезды под сферу Шварцшильда — ведь по его часам для этого сжимающейся звезде потребуется бесконечно большое время. А между тем воображаемый наблюдатель, находящийся на сжимающейся звезде и коллапсирующий вместе с ней, никаких особенностей, связанных с пересечением сферы Шварцшильда, не заметит. По его часам пройдут считанные секунды, в течение к-рых звезда и он сам сожмутся в точку. Здесь эффекты общей теории относительности проявляют себя самым разительным образом. Грубо говоря, смысл этих эффектов состоит в том, что в очень сильном гравитационном поле скорость течения всех процессов (по часам внешнего наблюдателя) крайне замедляется. С точки зрения внешнего наблюдателя в процессе гравитационного коллапса светимость звезды при приближении ее радиуса к гравитационному будет катастрофически быстро падать. Это падение светимости обусловлено совместным действием гравитационного красного смещения, эффекта Доплера и аберрации света.На основе теории К. Шварцшильда можно получить следующее выражение для зависимости светимости коллапсирующей звезды от времени:L=Loe(-2c*(t1-t2)3sq.r.f.3rg.В пределе при t--> к бесконечности светимостьL стремиться к 0.С точки зрения же внешнего наблюдателя коллапсирующая звезда практически перестанет излучать и прекратит свое сжатие у r~rs.Сказанное относится не только к фотонному, но и к нейтринному излучению коллапсирующей звезды. Магнитное поле коллапсирующей звезды при r-->rs.также как бы исчезает для внешнего наблюдателя. Таким образом, для внешнего наблюдателя за очень короткое время коллапсирующая звезда как бы пропадает для стороннего наблюдателя.Никакое изл.— из ВН уже не выходит. Единственное, что остается от этой звезды для внешнего мира,— это ее гравитационное поле, определяемое массой.Учет вращения звезды осложняет картину гравитационного коллапса, но качественно ее не меняет. Следует, однако, подчеркнуть, что никакое вращение не может предотвратить коллапс. ...

User pointofnoreturn, 24.07.2008 20:16 (#)

Не знаю, может это опять не пройдёт, впрочем всё-равно ,какая разница:

Одним из фундаментальных свойст ВН яв-ся,то,что это асимптотическое равновесное решение зависит только от трех параметров - массы, электрического заряда и углового момента. Остальные особенности падающего вещества забываются. Доказательство следует из результатов пятнадцатилетней работы полудюжины ученых, но само это свойство изначально было высказано как предположение Джоном Уилером (John Wheeler), к-рый использовал наглядную формулировку: "черные дыры не имеют волос",т.е. наблюдаеться"стирание"индивидуальных характеристик коллапсирующих звезд при их асимптотическом приближении к гравитационному радиусу . Как следствие, есть только 4 точных решения уравнений Эйнштейна, описывающих черные дыры, имеющие или не имеющие заряд и угловой момент: 1)Решение Шварцшильда (Schwarzschild, 1917) имеет только массуM; оно статично и сферически симметрично. 2)Решение Рейсснера-Нордстрема ( , 1918) статическое и сферически-симметричное, зависит от массы Mи электрического зарядаQ. 3)Решение Керра (Kerr, 1963), стационарное, осесимметричное, зависит от массы и углового момента. 4)Решение Керра-Ньюмена (Kerr-Newman, 1965), стационарное и осесимметричное, зависит от всех трех параметров.М,J,Q.. В общей теории относительности, пространство-время в пустоте вокруг сферически-симметричного тела описывается метрикой Шварцшильда (Schwarzschild) ds(2)=-(1-2M/r)dt(2)+(1-2M/r)(-1)dr(2)+r(2)d*omega(большая)(2) гдеd*omega(2) = d*teta(2)+sin(2)tetadф(2)- метрика на единичной двумерной сфере, и мы положили постоянную тяготения Gи скорость света равными единице. Это решение описывает внешнее гравитационное поле вокруг произвольного сферически-симметричного не обязательно статического тела (теорема Биркгофа, Birkhoff's theorem, 1923; естественно, допустимые движения должны быть также сферически-симметричными, то есть чисто радиальными) Когда радиус тела больше критического 2Mсуществует внутреннее решение, зависящее от уравнения состояния вещества, к-рое не имеет сингулярности в центре и сшивается с внешним решением на поверхности. Однако, как только тело коллапсирует под сферу критического радиуса, метрика Шварцшильда становится единственным решением для гравитационного поля образовавшейся сферической черной дыры. Горизонт событий, сфера радиусаr=2M, является координатной сингулярностью, которой можно избежать надлежащим выбором системы координат. Истинная же сингулярность (в смысле расходимости инвариантов кривизны) находится в центре (r=0) и не может быть устранена преобразованием координат. Однако сингулярность сама по себе не принадлежит пространственно-временному континууму. ..Внутри горизонта событий радиальная координата rстановится времениподобной, и следовательно каждая частица, пересекшая горизонт, неизбежно захватывается центральной сингулярностью. Для радиального свободного падения вдоль траектории с r->, собственное время (измеряемое падающими часами) дается выражением тау=тау0-4М/3( r/2M)(3/2)и не имеет особенностей на горизонте событий. Истинное время (измеряемое удаленным наблюдателем) имеет вид :t=tau-4M(r/2M)(1/2)+2Mln[( кВ кор из r/2M)+1] /[ кВ кор из r/2M)-1]и расходится приr->2M, Координаты Шварцшильда, покрывающие только2M<or=r< бесконечности,-бесконечность <t<бесконечности, не вполне пригодны для анализа причинной структуры пространства-времени вблизи горизонта, так как световые цилиндры, описываемые как dr=+(-)(1-2M/r)*dt, не определены на горизонте. Потому лучше использовать так называемые координаты Эддингтона-Финкельштейна (Eddington-Finkelstein coordinates) - открытые, однако, еще Леметром в 1933 году, но оставшиеся незамеченными. Вводя "падающую" координату v=t+r+2Mln(r/2M-1) преобразуем метрику Шварцшильда к виду ds(2)=-(1-2M/r)dv(2)+2dvdr+r(2)d omega(большая)(2)Метрика может быть аналитически продолжена на все r>0и более не имеет сингулярности при.r=2M Действительно, на рисунке 4 эта координатная система была использована для всего пространства... Решение Решение Рейсснера-Нордстрема -статичное решение ур-ния Энштейна для сферически симметричной ВН с зарядом но без вращения:с(2)dtau(2)=[1-rs+rQ(2)/r(2)]c(2)dt(2)-dr(2)/1-[rs/r+rQ(2)/r( 2)]-r(2)dTeta(2)-r(2)sin(2)Tetada(2):-тау-собственное время(на часах набл.)t-время координат-истинное время,к-рое измер. на бесконечно удалённых часах,r-радиальная координата( "длина экватора"/п ВН)в метрах,Тета--географическая широта(угол от севера) в радианах,rs=2GM/c(2)-адиус Шварцильда в метрах, -G грав. пост. rQ- массштаб длины в метрах, соответствующий электрическому заряду Q(налог радиуса Шварцильда)это опеделяться так:rQ=Q(2)G/4пэ0с(4),1/4пэ0с(4)-постоянная Кулона...Трехпараметрическое семейство Керра-Ньюмена - наиболее общее решение, соответствующее конечному состоянию равновесия черной дыры. В координатах Бойера-Линдквиста (Boyer-Lindquist) метрика Керра-Ньюмена дается выражением ds(2)=-(1-2Mr/ сумма)dt(2)-4Mra*(sin(2)teta/сигма (большая))dtdф+(r(2)+a(2)+2Mra(2)sin(2)teta/сигма большая(это ещё как знак суммы изображают))sin(2)tetad ф(2)+(cумма/delta)*dr(2)+ cуммаdteta(2) (где, deltaКсиr(2)-2Mr+a(2)+Q(2), сигма Ксиr(2)+a(2)cos(2)teta,a=J/M)- угловой момент на единицу массы. Горизонт событий находится на радиусе r=M+ квадратный корень изM(2)-Q(2)-a(2) Из этой формулы видно, однако, что параметры черной дыры не могут быть произвольными. Электрический заряд и угловой момент не могут быть больше значений, соответствующих исчезновению горизонта событий. Должны выполняться следующие ограничения:. a(2)+Q(2)<or=M(2) это ограничение Керра—Ньюмена. Когда эти ограничения нарушаются, горизонт событий исчезает, и решение вместо черной дыры описывает "голую" сингулярность. Такие странные объекты не должны существовать в реальной вселенной, (это так называемый Принцип Космической Цензуры, строго до сих пор, к сожалению, не доказанный) К примеру, для незаряженной вращающейся черной дыры условие Jmax=M(2) соответствует исчезновению тяготения на горизонте событий из-за приливных сил; соответствующая метрика называется предельным решением Керра. Аналогично, максимальный заряд равен Qmax=M~10(40)eM/Mo, где Qmax - заряд электрона; однако следует заметить, что в реалистичных ситуациях черные дыры не должны быть сколь либо значительно заряжены. Это является следствием предельной слабости гравитационного взаимодействия по сравнению с электромагнитным. Представьте черную дыру, образовавшуюся с положительным зарядом QпорядкаM.В реалистичной ситуации черная дыра не находится в пустоте, но окружена заряженными частицами межзвездной среды, протонами и электронами. Черная дыра будет преимущественно притягивать электроны и отталкивать протоны заряда своим электромагнитным полем, и преимущественно притягивать протоны массой mpгравитационным. Сила электромагнитного отталкивания для протона больше силы гравитационного притяжения в.eQ/mpM~e/mp~10(18) раз. Следовательно, черная дыра почти мгновенно теряет свой заряд, и решение Керра, получаемое приQ=0может быть использовано для описания любой астрофизической черной дыры. Также оно является хорошим приближением для метрики обычной (несколлапсировавшей) звезды на больших расстояниях, хотя оно и не сшивается ни с одним известным решением для ее внутренних частей. Метрика Керра в координатах Бойера-Линдквиста сингулярна на оси симметрии (teta=0)(это очевидная координатная сингулярность) и при delta=0.Можно записатьdelta=(r-r+)(r-r-) где r+=M+ ариф. кв кор изМ(2)-а(2). На радиусе r+находится внешний горизонт событий (поверхность вращающейся черной дыры), а r -определяет внутренний горизонт. Как и в метрике Шварцшильда,(где r+ & r- сходятся к2M) сингулярности наr=r+ иr=r- являются координатными, и их можно избежать надлежащим преобразованием системы координат по аналогии с координатами Эддингтона-Финкельштейна для метрики Шварцшильда. Строгое математическое исследование метрики Керра можно найти в работах Чандрасекара (Chandrasekhar, 1992) и О'Нейла (O'Neill, 1995)

User pointofnoreturn, 24.07.2008 17:07 (#)

Íåñôåðè÷åñêèé êîëëàïñ ×åðíûå äûðû ìîãóò òàêæå îáðàçîâûâàòüñÿ è ïðè àñèììåòðè÷íîì ãðàâèòàöèîííîì êîëëàïñå. Îäíàêî äåôîðìàöèè ãîðèçîíòà ñîáûòèé áûñòðî äèññèïèðóþò è óíîñÿòñÿ èçëó÷åíèåì ãðàâèòàöèîííûõ âîëí; ãîðèçîíò ñîáûòèé êîëåáëåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ òàê íàçûâàåìûìè "êâàçèíîðìàëüíûìè ìîäàìè", è ÷åðíàÿ äûðà ýâîëþöèîíèðóåò ê êîíå÷íîìó îñåñèììåòðè÷íîìó ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ.Ñàìûì ôóíäàìåíòàëüíûì ñâîéñòâîì ÷åðíîé äûðû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ýòî àñèìïòîòè÷åñêîå ðàâíîâåñíîå ðåøåíèå çàâèñèò òîëüêî îò òðåõ ïàðàìåòðîâ - ìàññû, ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà è óãëîâîãî ìîìåíòà.Êàê ñëåäñòâèå, åñòü òîëüêî 4 òî÷íûõ ðåøåíèÿ óðàâíåíèé Ýéíøòåéíà, îïèñûâàþùèõ ÷åðíûå äûðû, èìåþùèå èëè íå èìåþùèå çàðÿä è óãëîâîé ìîìåíò: 1) Ðåøåíèå �âàðöøèëüäà (Schwarzschild16-17ã.) èìååò òîëüêî ìàññó ; îíî ñòàòè÷íî è ñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íî.Äâå âàæíåéøèå ÷åðòû, ïðèñóùèå ÷¸ðíûì äûðàì â ìîäåëè �âàðöøèëüäà — ýòî íàëè÷èå ãîðèçîíòà ñîáûòèé (îí ïî îïðåäåëåíèþ åñòü ó ëþáîé ÷¸ðíîé äûðû) è ñèíãóëÿðíîñòè, ê-ðàÿ îòäåëåíà ýòèì ãîðèçîíòîì îò îñòàëüíîé âñåëåííîé.  îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ â ïóñòîòå âîêðóã ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî òåëà îïèñûâàåòñÿ ìåòðèêîé �âàðöøèëüäà (Schwarzschild) ds(2)=-(1-2M/r)dt(2)+(1-2M/r)(-1)dr(2)+r(2)d*omega(áîëüøàÿ)(2) ãäåd*omega(2) = d*teta(2)+sin(2)tetadô(2)- ìåòðèêà íà åäèíè÷íîé äâóìåðíîé ñôåðå, è ìû ïîëîæèëè ïîñòîÿííóþ òÿãîòåíèÿ Gè ñêîðîñòü ñâåòà ðàâíûìè åäèíèöå. Ýòî ðåøåíèå îïèñûâàåò âíåøíåå ãðàâèòàöèîííîå ïîëå âîêðóã ïðîèçâîëüíîãî ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîãî íå îáÿçàòåëüíî ñòàòè÷åñêîãî òåëà (òåîðåìà Áèðêãîôà, Birkhoff's theorem, 1923; åñòåñòâåííî, äîïóñòèìûå äâèæåíèÿ äîëæíû áûòü òàêæå ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íûìè, òî åñòü ÷èñòî ðàäèàëüíûìè) Êîãäà ðàäèóñ òåëà áîëüøå êðèòè÷åñêîãî 2Mñóùåñòâóåò âíóòðåííåå ðåøåíèå, çàâèñÿùåå îò óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà, ê-ðîå íå èìååò ñèíãóëÿðíîñòè â öåíòðå è ñøèâàåòñÿ ñ âíåøíèì ðåøåíèåì íà ïîâåðõíîñòè. Îäíàêî, êàê òîëüêî òåëî êîëëàïñèðóåò ïîä ñôåðó êðèòè÷åñêîãî ðàäèóñà, ìåòðèêà �âàðöøèëüäà ñòàíîâèòñÿ åäèíñòâåííûì ðåøåíèåì äëÿ ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ îáðàçîâàâøåéñÿ ñôåðè÷åñêîé ÷åðíîé äûðû. Ãîðèçîíò ñîáûòèé, ñôåðà ðàäèóñàr=2M, ÿâëÿåòñÿ êîîðäèíàòíîé ñèíãóëÿðíîñòüþ, êîòîðîé ìîæíî èçáåæàòü íàäëåæàùèì âûáîðîì ñèñòåìû êîîðäèíàò. �ñòèííàÿ æå ñèíãóëÿðíîñòü (â ñìûñëå ðàñõîäèìîñòè èíâàðèàíòîâ êðèâèçíû) íàõîäèòñÿ â öåíòðå (r=0) è íå ìîæåò áûòü óñòðàíåíà ïðåîáðàçîâàíèåì êîîðäèíàò. Îäíàêî ñèíãóëÿðíîñòü ñàìà ïî ñåáå íå ïðèíàäëåæèò ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîìó êîíòèíóóìó.Âíóòðè ãîðèçîíòà ñîáûòèé ðàäèàëüíàÿ êîîðäèíàòà ñòàíîâèòñÿ âðåìåíèïîäîáíîé, è ñëåäîâàòåëüíî êàæäàÿ ÷àñòèöà, ïåðåñåêøàÿ ãîðèçîíò, íåèçáåæíî çàõâàòûâàåòñÿ öåíòðàëüíîé ñèíãóëÿðíîñòüþ. Äëÿ ðàäèàëüíîãî ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ âäîëü òðàåêòîðèè ñ r-->o, ñîáñòâåííîå âðåìÿ (èçìåðÿåìîå ïàäàþùèìè ÷àñàìè) äàåòñÿ âûðàæåíèåì òàó=òàó0-4Ì/3( r/2M)(3/2) 2) Ðåøåíèå Ðåéññíåðà-Íîðäñòðåìà(18ã) ñòàòè÷åñêîå è ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íîå, çàâèñèò îò ìàññû è ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäàQ .׸ðíàÿ äûðà Ðàéññíåðà — Íîðäñòð¸ìà îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì:c(2)dtau(2)=[1-rs+r(2)Q/r(2)]c(2)dt(2)-dr(2)/1-[rs/r+r(2)Q/ r(2)]-r(2)dTeta(2)-r(2)sin(2)Tetada(2) ãäå tau� ñîáñòâåííîå âðåìÿ (âðåìÿ êîòîðîå áû øëî íà íàðó÷íûõ ÷àñàõ ÷àñòèöû), â ñåêóíäàõ c � ñêîðîñòü ñâåòà, ì/ñ t � âðåìåííàÿ êîîðäèíàòà (èñòèííîå âðåìÿ, èçìåðÿåìîå íà áåñêîíå÷íî óäàëåííûõ ÷àñàõ), â ñåêóíäàõ r � ðàäèàëüíàÿ êîîðäèíàòà (äëèíà «ýêâàòîðà», ñîñðåäîòî÷åííîãî íà äûðå, ðàçäåëåííûé 2ï), â ìåòðàõ Teta � ãåîãðàôè÷åñêàÿ øèðîòà (óãîë îò ñåâåðà), â ðàäèàíàõ ô � äîëãîòà, â ðàäèàíàõ, è rs � ðàäèóñ �âàðöøèëüäà (â ìåòðàõ) òåëà, ñ ìàññîé M îïðåäåëÿåìûé êàê: rs=2GM/c(2) ãäå G � ýòî ãðàâèòàöèîííàÿ ïîñòîÿííàÿ, è rQ � ìàñøòàá äëèíû (â ìåòðàõ), ñîîòâåòñòâóþùèé ýëåêòðè÷åñêîìó çàðÿäó Q (àíàëîã ðàäèóñà �âàðöøèëüäà, òîëüêî íå äëÿ ìàññû, à äëÿ çàðÿäà) îïðåäåëÿåìûé êàê: rQ=Q(2)G/4ïý0ñ(4),1/4ïý0ñ(4) ýòî Ïîñòîÿííàÿ Êóëîíà. 3) Ðåøåíèå Êåððà (Kerr, 1963), ñòàöèîíàðíîå, îñåñèììåòðè÷íîå, çàâèñèò îò ìàññû è óãëîâîãî ìîìåíòà. 4) Ðåøåíèå Êåððà-Íüþìåíà (Kerr-Newman1963-65), ñòàöèîíàðíîå è îñåñèììåòðè÷íîå, çàâèñèò îò âñåõ 3-x ïàðàìåòðîâ M,J,Q .Òðåõïàðàìåòðè÷åñêîå ñåìåéñòâî Êåððà-Íüþìåíà - íàèáîëåå îáùåå ðåøåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå êîíå÷íîìó ñîñòîÿíèþ ðàâíîâåñèÿ ÷åðíîé äûðû.Òðåõïàðàìåòðè÷åñêîå ñåìåéñòâî Êåððà-Íüþìåíà - íàèáîëåå îáùåå ðåøåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå êîíå÷íîìó ñîñòîÿíèþ ðàâíîâåñèÿ ÷åðíîé äûðû.  êîîðäèíàòàõ Áîéåðà-Ëèíäêâèñòà (Boyer-Lindquist) ìåòðèêà Êåððà-Íüþìåíà äàåòñÿ âûðàæåíèåì ds(2)=-(1-2Mr/ ñóììà)dt(2)-4Mra*(sin(2)teta/ñèãìà (áîëüøàÿ))dtdô+(r(2)+a(2)+2Mra(2)sin(2)teta/ñèãìà áîëüøàÿ(ýòî åù¸ êàê çíàê ñóììû èçîáðàæàþò))sin(2)tetad ô(2)+(cóììà/delta)*dr(2)+ cóììàdteta(2).(ãäå, deltaÊñèr(2)-2Mr+a(2)+Q(2), ñèãìà Êñèr(2)+a(2)cos(2)teta,a=J/M)- óãëîâîé ìîìåíò íà åäèíèöó ìàññû. Ãîðèçîíò ñîáûòèé íàõîäèòñÿ íà ðàäèóñå r=M+ êâàäðàòíûé êîðåíü èçM(2)-Q(2)-a(2) �ç ýòîé ôîðìóëû âèäíî, îäíàêî, ÷òî ïàðàìåòðû ÷åðíîé äûðû íå ìîãóò áûòü ïðîèçâîëüíûìè. Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä è óãëîâîé ìîìåíò íå ìîãóò áûòü áîëüøå çíà÷åíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ èñ÷åçíîâåíèþ ãîðèçîíòà ñîáûòèé. Äîëæíû âûïîëíÿòüñÿ ñëåäóþùèå îãðàíè÷åíèÿ:. a(2)+Q(2)<or=M(2) ýòî îãðàíè÷åíèå Êåððà—Íüþìåíà. Êîãäà ýòè îãðàíè÷åíèÿ íàðóøàþòñÿ, ãîðèçîíò ñîáûòèé èñ÷åçàåò, è ðåøåíèå âìåñòî ÷åðíîé äûðû îïèñûâàåò "ãîëóþ" ñèíãóëÿðíîñòü. Òàêèå ñòðàííûå îáúåêòû íå äîëæíû ñóùåñòâîâàòü â ðåàëüíîé âñåëåííîé, (ýòî òàê íàçûâàåìûé Ïðèíöèï Êîñìè÷åñêîé Öåíçóðû, ñòðîãî äî ñèõ ïîð, ê ñîæàëåíèþ, íå äîêàçàííûé) Ê ïðèìåðó, äëÿ íåçàðÿæåííîé âðàùàþùåéñÿ ÷åðíîé äûðû óñëîâèå Jmax=M(2) ñîîòâåòñòâóåò èñ÷åçíîâåíèþ òÿãîòåíèÿ íà ãîðèçîíòå ñîáûòèé èç-çà ïðèëèâíûõ ñèë; ñîîòâåòñòâóþùàÿ ìåòðèêà íàçûâàåòñÿ ïðåäåëüíûì ðåøåíèåì Êåððà. Àíàëîãè÷íî, ìàêñèìàëüíûé çàðÿä ðàâåí Qmax=M~10(40)eM/Mo, ãäå å- çàðÿä ýëåêòðîíà; îäíàêî ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî â ðåàëèñòè÷íûõ ñèòóàöèÿõ ÷åðíûå äûðû íå äîëæíû áûòü ñêîëü ëèáî çíà÷èòåëüíî çàðÿæåíû. Ýòî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ïðåäåëüíîé ñëàáîñòè ãðàâèòàöèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ýëåêòðîìàãíèòíûì. Ïðåäñòàâüòå ÷åðíóþ äûðó, îáðàçîâàâøóþñÿ ñ ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì QïîðÿäêàM. ðåàëèñòè÷íîé ñèòóàöèè ÷åðíàÿ äûðà íå íàõîäèòñÿ â ïóñòîòå, íî îêðóæåíà çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè ìåæçâåçäíîé ñðåäû, ïðîòîíàìè è ýëåêòðîíàìè. ×åðíàÿ äûðà áóäåò ïðåèìóùåñòâåííî ïðèòÿãèâàòü ýëåêòðîíû è îòòàëêèâàòü ïðîòîíû çàðÿäà ñâîèì ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëåì, è ïðåèìóùåñòâåííî ïðèòÿãèâàòü ïðîòîíû ìàññîé mpãðàâèòàöèîííûì. Ñèëà ýëåêòðîìàãíèòíîãî îòòàëêèâàíèÿ äëÿ ïðîòîíà áîëüøå ñèëû ãðàâèòàöèîííîãî ïðèòÿæåíèÿ â.eQ/mpM~e/mp~10(18) ðàç. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷åðíàÿ äûðà ïî÷òè ìãíîâåííî òåðÿåò ñâîé çàðÿä, è ðåøåíèå Êåððà, ïîëó÷àåìîå ïðèQ=0ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ îïèñàíèÿ ëþáîé àñòðîôèçè÷åñêîé ÷åðíîé äûðû. Òàêæå îíî ÿâëÿåòñÿ õîðîøèì ïðèáëèæåíèåì äëÿ ìåòðèêè îáû÷íîé (íåñêîëëàïñèðîâàâøåé) çâåçäû íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ, õîòÿ îíî è íå ñøèâàåòñÿ íè ñ îäíèì èçâåñòíûì ðåøåíèåì äëÿ åå âíóòðåííèõ ÷àñòåé. Ìåòðèêà Êåððà â êîîðäèíàòàõ Áîéåðà-Ëèíäêâèñòà ñèíãóëÿðíà íà îñè ñèììåòðèè (teta=0)(ýòî î÷åâèäíàÿ êîîðäèíàòíàÿ ñèíãóëÿðíîñòü) è ïðè delta=0 . Ìîæíî çàïèñàòüdelta=(r-r+)(r-r-) ãäå r+=M+ àðèô. êâ êîð èçÌ(2)-à(2). Íà ðàäèóñå r+íàõîäèòñÿ âíåøíèé ãîðèçîíò ñîáûòèé (ïîâåðõíîñòü âðàùàþùåéñÿ ÷åðíîé äûðû), à r -îïðåäåëÿåò âíóòðåííèé ãîðèçîíò. Êàê è â ìåòðèêå �âàðöøèëüäà,(ãäå r+ & r- ñõîäÿòñÿ ê2M) ñèíãóëÿðíîñòè íàr=r+ èr=r- ÿâëÿþòñÿ êîîðäèíàòíûìè, è èõ ìîæíî èçáåæàòü íàäëåæàùèì ïðåîáðàçîâàíèåì ñèñòåìû êîîðäèíàò ïî àíàëîãèè ñ êîîðäèíàòàìè Ýääèíãòîíà-Ôèíêåëüøòåéíà äëÿ ìåòðèêè �âàðöøèëüäà. Ñòðîãîå ìàòåìàòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ìåòðèêè Êåððà ìîæíî íàéòè â ðàáîòàõ ×àíäðàñåêàðà (Chandrasekhar, 1992) è Î'Íåéëà (O'Neill, 1995) ... Ñàìûì ôóíäàìåíòàëüíûì ñâîéñòâîì ÷åðíîé äûðû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ýòî àñèìïòîòè÷åñêîå ðàâíîâåñíîå ðåøåíèå çàâèñèò òîëüêî îò òðåõ ïàðàìåòðîâ - ìàññû, ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà è óãëîâîãî ìîìåíòà. Îñòàëüíûå îñîáåííîñòè ïàäàþùåãî âåùåñòâà çàáûâàþòñÿ. Äîêàçàòåëüñòâî ñëåäóåò èç ðåçóëüòàòîâ ïÿòíàäöàòèëåòíåé ðàáîòû ïîëóäþæèíû ó÷åíûõ, íî ñàìî ýòî ñâîéñòâî èçíà÷àëüíî áûëî âûñêàçàíî êàê ïðåäïîëîæåíèå Äæîíîì Óèëåðîì (John Wheeler), ê-ðûé èñïîëüçîâàë íàãëÿäíóþ ôîðìóëèðîâêó: "÷åðíûå äûðû íå èìåþò âîëîñ". ......

User pointofnoreturn, 24.07.2008 18:08 (#)

Можно заметить глубокое сходство вращающейся черной дыры и известного эффекта вихря - например, гигантского водоворота, порождения морских течений.Если "посмотреть" на срез светового конуса в фиксированный момент времени полученное сечение будет "навигационным эллипсом", определяющим пределы возможных траекторий. Если световой конус значительно наклонится в гравитационном поле, точка излучения оказывается за пределами навигационного эллипса. Разрешенные траектории ограничены касательными к окружности, и возврат назад становится невозможен. Гравитационное поле ВН напоминает космический водоворот,"любой предмет будет затянут".Но пока он находится вне так называемого предела статичности он еще может двигаться куда захочет. В области между пределом статичности и горизонтом событий он уже вынужден вращаться в том же направлении, что и черная дыра; его возможность свободного перемещения все более уменьшается при дальнейшем засасывании, но он еще может выбраться наружу, двигаясь по раскручивающейся спирали.Предел статичности - это гиперповерхность вращения, определяемая уравнением.r=M+ ар. кв. кор изМ(2)-a(2)cos(2)teta . . Область между пределом статичности и горизонтом называют эргосферой. Любой находящийся там стационарный наблюдатель должен вращаться с положительной угловой скоростью. В эргосфере лежат траектории с отрицательной полной энергией. Это свойство породило идею извлечения энергии из вращающейся черной дыры. Роджер Пенроуз (Roger Penrose, 1969) предложил следующий механизм. Удаленный экспериментатор запускает снаряд в эргосферу по соответствующей траектории,а в эргосфере снаряд разделяется на две части, одна из которых падает в черную дыру, а вторая вылетает из эргосферы обратно к экспериментатору. Пенроуз показал, что можно выбрать такую траекторию для снаряда, что вернувшаяся половинка будет обладать большей энергией, чем исходный целый снаряд. Это возможно, если захваченная черной дырой половина снаряда падает по траектории с удельным моментом меньшим, чем у черной дыры, и, упав, уменьшает ее момент. В результате черная дыра теряет часть своей вращательной энергии, к-рая уносится второй половинкой снаряда.Количество энергии, которую можно извлечь из черной дыры, было посчитано Кристодулу и Руффини (Christodolou and Ruffini, 1971). Полная масса-энергия черной дыры есть M(2)=J(2)+(Q(2)/4Mir+Mir)(2),Mir=1/2 square root from[M+s.r.f.M(2)-Q(2)-a(2)](2)+a(2) , Первый член соответствует вращательной энергии, второй - кулоновской, а третий описывает "неприводимую" энергию черной дыры. Вращательная и кулоновская энергии могут быть извлечены, например, процессом Пенроуза, суперрадиацией (аналогом индуцированного излучения в атомной физике) или электродинамическими процессами, тогда как неприводимая часть не может быть уменьшена классическими (не квантовыми) процессами.Термодинамика черных дыр Заметим, что неприводимая масса черной дыры связана с площадью горизонта черной дыры AкакMir= square root from A/16 п Соответственно, площадь горизонта событий не может уменьшаться со временем при любом классическом процессе. Это было впервые отмечено Стивеном Хокингом (Stephen Hawking), предложившим замечательную аналогию с обычной термодинамикой, в рамках которой энтропия системы никогда не уменьшается со временем....Эволюция черных дыр управляется четырьмя законами, соответствующими четырем началам классической термодинамики: 1) Нулевое начало.В термодинамике: все части системы при термодинамическом равновесии имеют одинаковую температуру . В механике черных дыр: все участки горизонта событий равновесной черной дыры имеют одинаковую поверхностную гравитацию gПоверхностная гравитация определяется формулой Смарра (Smarr)M=gA/4п+2омега большаяНJ+ФнQ, где омега большаяН - угловая скорость на горизонте и Фн- электрический потенциал в синхронно с горизонтом вращающейся системе отсчета. Это достаточно интересное свойство по сравнению с обычными небесными телами, для которых поверхностная гравитация зависит от широты. Но, так как черная дыра немного сплющивается под действием центробежных сил, для нее эта величина постоянна во всех точках поверхности. 2) Первое начало. В термодинамике: бесконечно малая вариация внутренней энергии системы с температурой Tи давлением Pсвязана с вариациями энтропии dSи давления dPкак. dU=TdS-PdV В динамике черных дыр: бесконечно малая вариация массыM, заряда Qи углового момента Jпри возмущении стационарной черной дыры связаны как dM=y/8п dA+omega(большая)HdJ+ ФнdQ. 3) Второе начало .В термодинамике, энтропия системы не может уменьшаться: dS>or=0. В динамике черных дыр, площадь поверхности черной дыры не может уменьшаться: dA.>or0. Это начало говорит, например, что площадь поверхности черной дыры, получающейся при слиянии двух меньших, больше суммы их площадей . Отсюда также следует, что черная дыра не может фрагментировать, то есть ее нельзя разделить на 2 части. 4)Третье начало.В термодинамике, оно отражает недостижимость абсолютного нуля температуры, точнее - невозможность снизить температуру системы до нуля в конечном числе процессов. В механике черных дыр, невозможно снизить поверхностную гравитацию до нуля конечным числом операций. Для керровских черных дыр, равенство нулю поверхностной гравитации соотсвтствует "предельному" решению.J=M(2).Площадь поверхности ВН Видно, что площадь поверхности черной дыры играет формально роль энтропии, в то время как поверхностная гравитация - роль температуры. Однако, как впервые заметил Бекенштейн (Bekenstein), если бы у черной дыры была температура, как у обычной термодинамической системы, она должна была бы терять энергию на излучение, в противоречии со сформулированными выше основными свойствами. Эта загадка была решена Стивеном Хокингом, когда он открыл испарение черных дыр в результате квантовых процессов. Хоукинговское излучение можно обяснить так: - Квантовое испарение аналогично процессу рождения пар в сильном магнитном поле за счет поляризации вакуума. В море Ферми пар частиц-античастиц, постоянно рождающихся и аннигилирующих, возможны четыре процесса:Некоторые пары частиц, родившись из квантовых флюктуаций, просто аннигилируют вне горизонта (процесс I).Другие же разделяются - одна из частиц захватывается черной дырой, в то время как другая улетает прочь (процессы II и III). Расчеты показывают, что преимущественно реализуется процесс II, так как (классический) гравитационный потенциал поляризует квантовый вакуум. Другие, возникшие слишком близко к нему, безвозвратно исчезают в черной дыре (процесс IV).. Как следствие, черная дыра излучает частицы с тепловым спектром, причем характеристическая температура точно описывается формулой, следующей из термодинамической аналогии: T=hg/2п=10(-7)Mo/MK где h- постоянная Планка. Легко видеть, что температура пренебрежимо мала для любой астрофизической черной дыры с массой порядка солнечной. Однако для "миниатюрных" черных дыр с массами 10(15)Kграмм (типичная величина для астероида) хокинговская температура становится порядка10(12)K. Время "испарения" черной дыры за счет излучения примерно определяется выражением te~10(10)years(M/10(15)grams)(3) Соответственно, черные дыры с массой, меньшей типичной массы астероида (и размером меньше 10(-13)см) испаряются на временах, меньших время жизни вселенной. Некоторые из них должны испаряться прямо сейчас, давая огромные всплески жесткого излучения. Но ничего подобного до сих пор не наблюдалось (гамма-всплески объясняются совершенно по-другому). Такое наблюдательное ограничение дает верхний предел на плотность мини-черных дыр. 100( св.год)(3) Энтропия черной дыры определяется как S=kB/hxA/4 (где kB- постоянная Больцмана), что в числах даетS~10(77)kB(M/Mo)(2) для шварцшильдовской черной дыры. Так как энтропия несколлапсировавшей звезды типа Солнца по порядку величины равна10(58)kB, можно отметить глубокий смысл "теоремы об отсутствии волос" у черной дыры - черная дыра является огромным резервуаром энтропии. Из-за хокинговского излучения уменьшается неприводимая масса, или, что то же самое, площадь горизонта черной дыры, что нарушает Второе Начало термодинамики черных дыр. Оно должно быть обобщено - в него надо добавить учет энтропии во внешнем пространстве-времени. Тогда полной энтропией излучающей черной дыры будет S=SBH+Sext, где Sext,, так как хокинговское излучение является тепловым, растет, и в конечном счете Sвсегда будет неубывающей функцией....

Анонимные комментарии не принимаются.

Войти | Зарегистрироваться | Войти через:

Комментарии от анонимных пользователей не принимаются

Войти | Зарегистрироваться | Войти через: