Стивен Габсер, Франс Преториус - Маленькая книга о черных дырах

Маленькая книга о черных дырах
Название: Маленькая книга о черных дырах
Авторы:
Жанры: Физика | Астрономия | Научно-популярная литература
Серия: New Science
ISBN: Нет данных
Год: 2019
О чем книга "Маленькая книга о черных дырах"

Несмотря на сложность рассматриваемой темы, профессор Принстонского университета Стивен Габсер предлагает емкое, доступное и занимательное введение в эту одну из наиболее обсуждаемых сегодня областей физики. Черные дыры – это реальные объекты, а не просто мысленный эксперимент! Черные дыры исключительно удобны с точки зрения теории, так как математически они гораздо проще большинства астрофизических объектов, например звезд. Странности начинаются, когда выясняется, что черные дыры в действительности не такие уж черные.

Что же в действительности находится внутри них? Как можно представить себе падение в черную дыру? А может быть, мы уже падаем в нее и просто еще не знаем об этом?

Бесплатно читать онлайн Маленькая книга о черных дырах


Издание подготовлено в партнерстве с Фондом некоммерческих инициатив «Траектория» (при финансовой поддержке Н. В. Каторжнова).


Права на издание получены по соглашению с Princeton University Press. Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.


© 2017 by Steven S. Gubser and Frans Pretorius

© Перевод на русский язык ООО Издательство «Питер», 2019

© Издание на русском языке, оформление ООО Издательство «Питер», 2019

© Серия «New Science», 2019

© Масленников К. Л., пер. с англ. яз., 2018

© Стивен Габсер, 2019

* * *

Предисловие

Это произошло 14 сентября 2015 года, почти ровно через 100 лет после того, как Альберт Эйнштейн сформулировал свою общую теорию относительности. Два огромных приемника – один в штате Луизиана, другой в штате Вашингтон – проходили последнее тестирование перед научным экспериментом, результатом которого должна была стать регистрация гравитационных волн. Совершенно неожиданно записывающие устройства приемников зарегистрировали необычный сигнал. Если бы этот сигнал можно было услышать, он прозвучал бы как слабый глуховатый стук.

Спустя пять месяцев, после тщательного исследования данных, зафиксированных в тот день приемниками, сотрудники лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) опубликовали свое открытие. Оказалось, что зарегистрированный во время испытаний импульс и был именно одним из тех сигналов, ради приема которых была построена гигантская установка и который физики так надеялись принять в результате наблюдений, – далеким эхом слияния двух черных дыр в одну, более массивную. Мировое физическое сообщество было взволновано. Представьте, если бы мы всю жизнь жили, не воспринимая красного цвета, и вдруг пелена упала с наших глаз и мы в первый раз увидели розу.

И какую розу! Количественные оценки, выполненные по данным LIGO, показали, что слабый «стук», записанный приемниками, был порожден происшедшим более миллиарда лет назад слиянием двух черных дыр, каждая из которых была раз в тридцать массивнее Солнца. Во время столкновения в форме гравитационного излучения выделилась энергия, соответствующая примерно трем солнечным массам.

И черные дыры, и гравитационные волны давно уже были предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна. На регистрацию именно таких гравитационных волн, какие теория предсказывает в случае слияния черных дыр, был настроен детектор LIGO, и именно им соответствовал сигнал, записанный 14 сентября. Но то, что произошло, было не просто доказательством правильности долго вынашиваемых теоретических идей. Первая регистрация гравитационных волн открыла эру гравитационно-волновой астрономии. Детектору LIGO посчастливилось «увидеть» событие, о котором физики грезили десятилетиями. Теперь мы будем исследовать открывшийся нам чудесный сад гравитационно-волновых явлений.

Большие события в науке редко бывают однозначными, поэтому сначала следует спросить: а насколько мы убеждены, что группа LIGO правильно истолковала принятый слабый импульс как дальнее эхо слияния черных дыр, случившегося миллиард лет назад? Если говорить коротко, то ответ будет: «На сто процентов». Сходится все. Сигнал зарегистрировали оба детектора. Поблизости не происходило ничего такого, что могло бы позволить объяснить его как-то иначе. Он был достаточно сильным, чтобы новый детектор LIGO смог его почувствовать, и при этом слишком слабым, чтобы он мог наблюдаться прежней аппаратурой. Гипотеза слияния черных дыр, случившегося миллиард лет назад, не противоречит общим представлениям астрофизики и космологии. И главное: вскоре подтвердились надежды на то, что и другие такие же события не заставят себя ждать. На рождество 2015 года LIGO объявила о регистрации второго сигнала, а 4 января 2017 года – третьего. В целом эти новые события похожи на первое, и это укрепляет нашу уверенность в том, что LIGO действительно наблюдает слияния черных дыр. В общем, мы полны уверенности, что находимся на пороге новой эры наблюдательной астрофизики – эры, в которой черные дыры будут играть первую скрипку.

В этой книге мы описываем черные дыры и как астрофизические объекты, существование которых уже почти не вызывает сомнений, и как лаборатории для теоретиков, где последние могут отточить свое понимание не только тяготения, но также и квантовой механики, и теплофизики. В главах 1 и 2 мы поговорим о специальной и общей теории относительности. В последующих главах мы продолжим наше изложение: обсудим шварцшильдовские черные дыры, вращающиеся черные дыры, столкновения черных дыр, гравитационное излучение, излучение Хокинга и потерю информации в черной дыре.

Что же такое черная дыра? В сущности, это область пространства-времени, которая стягивает в себя вещество и из которой невозможно выбраться. Сначала мы сосредоточим обсуждение на самых простых черных дырах, называемых шварцшильдовскими в честь их первооткрывателя Карла Шварцшильда. Есть старая поговорка: «Чем выше поднимаешься, тем больнее падать». Внутри шварцшильдовской черной дыры действует более сильное утверждение: подниматься некуда, можно только падать. Мы, правда, не вполне уверены, куда мы в конце концов упадем. Самая простая гипотеза, соответствующая математическим уравнениям, которые описывают шварцшильдовскую черную дыру, заключается в том, что в ее центре лежит чудовищно плотное, бесконечно сжатое материальное ядро. Столкновение с ним означает конец всего, даже времени. Проверить эту гипотезу довольно трудно, так как ни один наблюдатель, который рискнул бы отправиться в черную дыру, не мог бы даже сообщить нам о том, что он видит.

Но прежде, чем мы продолжим исследовать черные дыры Шварцшильда более глубоко, давайте сделаем шаг назад и рассмотрим тяготение в более слабых формах. Например, если мы запустим с поверхности Земли объект с достаточно большой вертикальной скоростью, он сможет двигаться вверх вечно. Минимальная скорость, для которой это верно, называется скоростью убегания, или второй космической скоростью, и если пренебречь трением о воздух, она составляет примерно 11,2 километра в секунду. Для сравнения вспомним, что человек вряд ли способен бросить мяч со скоростью большей, чем 45 метров в секунду, а это меньше, чем полпроцента скорости убегания. Скорость пули, вылетающей из боевого ружья, примерно 1,2 километра в секунду, что немного выше 10 % скорости убегания. Так что, говоря: «Чем выше поднимаешься, тем больнее падать», мы обычно имеем в виду, что, швыряя объект вверх обычными средствами, притяжение Земли мы вряд ли преодолеем.


С этой книгой читают
«Карло Ровелли – это человек, который сделал физику сексуальной, ученый, которого мы называем следующим Стивеном Хокингом». – The Times MagazineЧто есть время и пространство? Откуда берется материя? Что такое реальность?«Главный парадокс науки состоит в том, что, открывая нам твердые и надежные знания о природе, она в то же время стремительно меняет ею же созданные представления о реальности. Эта парадоксальность как нельзя лучше отражена в книге
Познакомьтесь с историей генетической революции, рассказанной Джеймсом Д. Уотсоном, лауреатом Нобелевской премии. Гениальный ученый отправляет нас в величайшее научное путешествие, охватывающее все вехи генетической революции – от открытия двойной спирали до открытий последнего десятилетия. Открытие человечеством двойной спирали ДНК по значимости можно сравнить только со свершениями эпохи Просвещения. Естественный отбор все еще действует, но генн
«Гарвардский Некромант» рассказывает о том, как вели бы себя ученые, если бы магия реально существовала. Это научная фантастика с акцентом на первом слове. Автор пишет как о реальных, так и о вымышленных научных исследованиях, но вымышленные описывает так, чтобы они удовлетворяли всем критериям настоящих научных работ. Этим книга немного напоминает таинственный «Манускрипт Войнича» – кодекс, написанный на неизвестном, скорее всего, несуществующем
Фантастические масштабы и диапазон тем, которыми занимается современная физика, поражают воображение. Мы знаем, из чего состоит всё (или почти всё), что нас окружает, видим невидимое, исследуем связи всех кубиков мироздания, можем проследить эволюцию Вселенной чуть ли не с момента зарождения пространства и времени, а законы физики позволяют создавать технологии, которые меняют нашу жизнь.Всё, что окружает вас в настоящий момент, всё, что создало
Книга рассказывает о Луне: о ее наблюдениях с помощью телескопа, об изучении ее поверхности и недр автоматическими аппаратами и о пилотируемых экспедициях астронавтов по программе «Аполлон». Приведены исторические и научные данные о Луне, фотографии и карты ее поверхности, описание космических аппаратов и детальный рассказ об экспедициях. Обсуждаются возможности изучения Луны научными и любительскими средствами, перспективы ее освоения.Книга пред
Настоящая работа посвящена описанию способов поступления к сознанию любителя природы понятий всего цикла истинных процессов и явлений преобразования материи Вселенной от всеобщей мыслительной системы природы (Всевышнего Разума), которые Он выполняет беспредельной энергией разумного эфира. Поэтому автором настоящей работы является Всевышний Разум Вселенной, а я только исполнитель Его воли. Наряду с изучением природных условий, от которых зависит у
Книга затрагивает проблемы общей экологической напряженности земной среды, предоставляя право читателю серьезно поразмышлять и сделать свои собственные выводы. В ней также раскрывается суть и причинность возникновения на Земле любых явлений, в том числе и второго пришествия Христа, разъясняются секреты произведенных им в свое время чудес с точки зрения современной науки.
О том как именно расширяется вселенная и почему не существует как тёмной энергии, так и ускорения расширения космоса.
Фантазия безгранична. Она может унести нас в неведомые миры, развеять скуку и подарить мечту. В этом сборнике отображены все грани моей немного сумасшедшей фантазии: фэнтези, современные, философия. В каждой из этих непритязательных лёгких историй есть яркая любовная линия, приключения, своеобразный смысл и много-много юмора.
Вот что бывает, если напиться первый раз в жизни… Обычная девушка из нашего мира попадает в параллельный, туда, где существуют все невозможные расы, кроме одной – люди. Люди там считаются мифом, легендой. Каково семнадцатилетней девчонке быть служанкой во дворце вампиров, понимая, что это наилучший вариант из возможных в этом мире? И как вернуться домой?
Иллюстрированный путеводитель по фантастическому миру японских мифов: краткое изложение ключевых историй и рассказ о том, как японская мифология менялась с течением времени.Во всем мире люди обожают «экспортную» японскую культуру – от манги и аниме до философии дзен. Но далеко не все ее поклонники знакомы с уникальной мифологией Японии, обогащенной синтоизмом, буддизмом и региональным фольклором. А ведь именно мифология во многом повлияла на совр
Честное руководство, которое поможет овладеть эмоциями – даже самыми сложными – для того, чтобы по-настоящему услышать себя и стать свободными. Стать самими собой.Каждый день на нас оказывают давление, призывая быть позитивными. Отовсюду транслируется мантра: «Мыслите позитивно. Не обращайте внимание на плохое». В результате мы привыкаем верить, что ключ к счастью и благополучию – в подавлении негатива, где бы он ни проявлялся – в нас или в други