INTRODUCERE
Găurile negre sunt obiecte absolut fantastice în proprietățile lor. „Dintre toate invențiile minții umane, de la unicorni și himere la bomba cu hidrogen, poate cea mai fantastică este imaginea unei găuri negre, separată de restul spațiului printr-o anumită graniță pe care nimic nu o poate trece; o gaură cu un câmp gravitațional atât de puternic încât chiar și lumina este reținută de strânsoarea ei; o gaură care îndoaie spațiul și încetinește timpul. La fel ca unicornii și himerele, o gaură neagră pare mai potrivită în romanele fantastice sau în miturile antice decât în universul real. Și totuși, legile fizicii moderne impun de fapt existența găurilor negre. Poate că doar Galaxia noastră le conține”, a spus fizicianul american K. Thorn despre găurile negre.
La aceasta trebuie adăugat că în interiorul găurii negre, proprietățile spațiului și ale timpului se schimbă surprinzător, răsucindu-se într-un fel de pâlnie, iar în adâncuri există o limită dincolo de care timpul și spațiul se descompun în cuante... În interiorul negrului gaura, dincolo de marginea acestui tip de abis gravitațional, de unde nu există ieșire, curg procese fizice uimitoare, se manifestă noi legi ale naturii.
Găurile negre sunt cele mai grandioase surse de energie din univers. Probabil îi vedem în quasari îndepărtați, în nuclee galactice care explodează. Ele apar și după moartea stelelor mari. Poate că găurile negre în viitor vor deveni surse de energie pentru umanitate.
FORMAREA GĂURILOR NEGRE. PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ. RAZA DE GRAVITATE
Oamenii de știință au descoperit că găurile negre trebuie să apară ca urmare a unei compresii foarte puternice a oricărei mase, în care câmpul gravitațional crește atât de mult încât nu eliberează nicio lumină sau alte radiații, semnale sau corpuri.
În 1798, P. Laplace, studiind propagarea luminii în câmpul gravitațional al unui obiect a cărui masă mare este concentrată într-o regiune mică a spațiului, a ajuns la concluzia că în natură pot apărea corpuri absolut negre pentru un observator extern. Câmpul gravitațional al unor astfel de corpuri este atât de mare încât nu eliberează raze de lumină (în limbajul astronauticii, aceasta înseamnă că a doua viteză spațială ar fi mai mare decât viteza luminii c). Pentru aceasta, este necesar doar ca masa obiectului M să fie concentrată într-o regiune cu o rază mai mică decât așa-numita raza gravitațională corpul R g . Rază
R g \u003d 2GM / cІ1,5 * 10 -28 M, unde G este constanta gravitației;
Masa M (măsurată în grame),
R g - în centimetri.
Concluzia lui Laplace s-a bazat pe mecanica clasică și pe teoria gravitației a lui Newton.
Prin urmare, pentru apariția unei găuri negre, este necesar ca masa să se micșoreze la o astfel de dimensiune încât a doua viteză cosmică să devină egală cu viteza luminii. Această dimensiune se numește raza gravitațională și depinde de masa corpului. Valoarea sa este foarte mică chiar și pentru masele corpurilor cerești. Deci, pentru Pământ, raza gravitațională este aproximativ egală cu 1 cm, pentru Soare - 3 km.
Pentru a depăși gravitația și a scăpa dintr-o gaură neagră, ar fi necesară o a doua viteză cosmică, mai mare decât viteza luminii. Conform teoriei relativității, niciun corp nu poate accelera mai repede decât viteza luminii. De aceea, nimic nu poate zbura dintr-o gaură neagră, nicio informație nu poate ieși. După ce orice corp, orice substanță sau radiație cad sub influența gravitației într-o gaură neagră, observatorul nu va ști niciodată ce sa întâmplat cu ei în viitor. În apropierea găurilor negre, potrivit oamenilor de știință, proprietățile spațiului și timpului ar trebui să se schimbe dramatic.
Dacă o gaură neagră apare ca urmare a comprimării unui corp în rotație, atunci aproape de granița sa toate corpurile sunt implicate în mișcare de rotație în jurul său.
Oamenii de știință cred că găurile negre pot apărea la sfârșitul evoluției stelelor suficient de masive. După epuizarea rezervelor de combustibil nuclear, steaua își pierde stabilitatea și sub influența propriei gravitații începe să se micșoreze rapid. Asa numitul colaps gravitațional(un astfel de proces de compresie în care forțele gravitației cresc necontrolat).
Și anume, până la sfârșitul vieții, stelele își pierd masă ca urmare a unui număr de procese: vânt stelar, transfer de masă în sisteme binare, explozii de supernove etc.; cu toate acestea, se știe că există multe stele cu o masă de 10, 20 și chiar de 50 de ori mai mare decât soarele. Este puțin probabil ca toate aceste stele să scape cumva de masa „excesivă” pentru a intra în limitele indicate (2-3M). Conform teoriei, dacă o stea sau nucleul său cu o masă peste limita specificată începe să se prăbușească sub influența propriei gravitații, atunci nimic nu poate opri prăbușirea acesteia. Materia stelei se va micșora la infinit, în principiu, până când se va micșora într-un punct. În cursul compresiei, forța gravitației de pe suprafață crește constant - în cele din urmă, vine un moment în care nici măcar lumina nu poate depăși bariera gravitațională. Steaua dispare: se formează ceea ce numim GAURA NEGRA.
RAZA DE GRAVITATE
raza, în teoria generală a relativității (vezi. Gravitația) raza sferei pe care forța gravitațională creată de masa m, care se află în întregime în interiorul acestei sfere, tinde spre infinit. G. r. este determinată de masa corpului m și este egală cu r g 2 G m / c 2, unde G este constanta gravitațională, c este viteza luminii. G. r. obiectele astrofizice obișnuite sunt neglijabile în comparație cu dimensiunea lor reală; deci, pentru Pământ r g " 0,9 cm, pentru Soare r g " 3 km.
Dacă un corp este comprimat la dimensiunea unui G.R., atunci nicio forță nu va putea opri comprimarea sa ulterioară sub influența forțelor gravitaționale. Un astfel de proces, numit colaps gravitațional relativist, poate avea loc cu stele destul de masive (după cum arată calculele, cu o masă mai mare de două mase solare) la sfârșitul evoluției lor: dacă, după ce a epuizat „combustibilul” nuclear, steaua nu nu explodează și nu pierde masă, apoi, micșorându-se până la dimensiunea unui G. R., trebuie să experimenteze un colaps gravitațional relativist. În timpul colapsului gravitațional, nicio radiație, nicio particule nu pot scăpa de sub sfera cu raza r g. Din punctul de vedere al unui observator extern situat departe de stea, pe măsură ce dimensiunea stelei se apropie de rg, timpul încetinește viteza curgerii sale la nesfârșit. Prin urmare, pentru un astfel de observator, raza stelei care se prăbușește se apropie de G. r. asimptotic, nu devenind niciodată mai mic decât acesta.
I. D. Novikov.
Marea Enciclopedie Sovietică, TSB. 2012
Vedeți, de asemenea, interpretări, sinonime, semnificații ale cuvântului și ce este RAZA GRAVITAȚIONALĂ în rusă în dicționare, enciclopedii și cărți de referință:
- RAZA DE GRAVITATE
- RAZA DE GRAVITATE
în teoria gravitației, raza rgr a unei sfere asupra căreia forța gravitațională creată de masa m aflată în interiorul acestei sfere tinde spre infinit; … - RAZĂ în Marele Dicționar Enciclopedic:
(lat. litere de rază. - spiță de roată, fascicul), un segment care leagă orice punct al unui cerc sau sferă cu un centru, precum și lungimea acestui ... - RAZĂ
cercuri (sau sfere) (lat. rază, literal - spița unei roți, o rază), un segment care leagă un punct al unui cerc (sau sferă) cu centrul. R. se mai numește... - RAZĂ
[din latinescul raza vorbită într-o roată, fascicul] în geometrie, raza unui cerc (sau bile) este un segment de linie dreaptă care leagă centrul unui cerc (sau ... - GRAVITAȚIONALĂ în dicționarul enciclopedic:
[vezi gravitatea] pe baza legii... - RAZĂ în dicționarul enciclopedic:
a, m. 1. geom. Un segment de linie care leagă centrul unui cerc sau minge cu un punct de pe cerc (sau suprafața mingii), precum și ... - RAZĂ în dicționarul enciclopedic:
, -a, m. 1^ În matematică: un segment de dreaptă care leagă centrul unei mingi sau al unui cerc cu orice punct al unei sfere sau cerc, un ... - RAZĂ
RAZA DE INERȚIE, valoarea lui r, care are dimensiunea lungimii, cu ajutorul căreia momentul de inerție al corpului față de o axă dată este exprimat prin f-loy: I \u003d ... - RAZĂ în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
RAZA (lat. rază, lit. - spiță roată, fascicul), segment de legătură c.-l. punctul unui cerc sau sfere cu un centru, precum și lungimea... - GRAVITAȚIONALĂ în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
TRANSPORT GRAVITAȚIONAL, metodă de transport de mărfuri sub influența propriei. greutate (de exemplu, pe un jgheab transportor înclinat, coborâre cu șurub, rolă gravitațională... - GRAVITAȚIONALĂ în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
RAZA GRAVITAȚIONALĂ, în teoria gravitației, raza r gr a unei sfere, pe care forța gravitațională creată de masa m aflată în interiorul acestei... - GRAVITAȚIONALĂ în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
COLAPS GRAVITAȚIONAL, compresie catastrofal de rapidă a corpurilor masive sub influența gravitației. forte. G.K. evoluția stelelor cu o masă de St. Două... - GRAVITAȚIONALĂ în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
Gravity logging, studiul accelerației gravitației în foraje pentru a determina cf. valorile densității focarului. roci în natura lor. apariția. … - RAZĂ
ra"dius, ra"dius, ra"dius, ra"dius, ra"dius, ra"diusam, ra"dius, ra"dius, ra"dius, ra"dius, ra"dius, ... - GRAVITAȚIONALĂ în paradigma Full accentuată conform lui Zaliznyak:
gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, gravitațional, ... - RAZĂ
(lat. rază spiță într-o roată, fascicul) 1) geom. R. cerc (sau bilă) - un segment de linie dreaptă care leagă centrul unui cerc (sau bilă) ... - GRAVITAȚIONALĂ în noul dicționar al cuvintelor străine:
(lat.; vezi gravitația) fizic. asociate cu forțele gravitaționale; i-th field - câmpul forțelor gravitaționale; g-a radiație -... - RAZĂ
[ 1. geom. R. cerc (sau bilă) - un segment de linie dreaptă care leagă centrul unui cerc (sau bilă) cu unele. punctul unui cerc (sau bile),... - GRAVITAȚIONALĂ în dicționarul expresiilor străine:
[fiz. asociate cu forțele gravitaționale; i-th field - câmpul forțelor gravitaționale; radiația r-th - radiația undelor gravitaționale (unde r-th) ... - RAZĂ în dicționarul de Sinonime al limbii ruse.
- RAZĂ
m. 1) Un segment de linie dreaptă care leagă centrul unui cerc sau minge cu unele. un punct pe un cerc sau pe suprafața unei sfere. 2) trad. Zona de distributie... - GRAVITAȚIONALĂ în Noul dicționar explicativ și derivativ al limbii ruse Efremova:
adj. 1) Legate după valoare. cu substantiv: gravitația asociată cu acesta. 2) Inerentă gravitației, caracteristică acesteia. 3) Servitor pentru... - RAZĂ în dicționarul limbii ruse Lopatin:
r`raza,... - GRAVITAȚIONALĂ în Dicționarul limbii ruse Lopatin.
- RAZĂ în Dicționarul de ortografie complet al limbii ruse:
rază... - GRAVITAȚIONALĂ în Dicționarul ortografic complet al limbii ruse.
- RAZĂ în dicționarul de ortografie:
r`raza,... - GRAVITAȚIONALĂ în Dicționarul de ortografie.
- RAZĂ în dicționarul limbii ruse Ozhegov:
acoperire, aria de distribuție a ceva R. acțiune de aviație. rază! În matematică: un segment de linie care leagă centrul unei mingi sau cerc cu orice... - RADIUS în dicţionarul lui Dahl:
soțul. , lat. jumătatea diametrului cercului, jumătatea axei mingii, grinda, piciorul cu care se conturează cercul; linie sau măsurare de la covor (centru, centru) la... - RAZĂ în Dicționarul explicativ modern, TSB:
(lat. rază, lit. - spiță roată, fascicul), un segment care leagă orice punct al unui cerc sau sferă cu un centru, precum și lungimea acestui ... - RAZĂ în Dicționarul explicativ al limbii ruse Ushakov:
radius, m. (latin radius - grindă, spiță). 1. O linie dreaptă care leagă punctul central cu orice punct al cercului sau suprafața mingii (mat.). … - RAZĂ
raza m. 1) Segment de linie dreaptă care leagă centrul unui cerc sau minge cu unele. un punct pe un cerc sau pe suprafața unei sfere. 2) trad. Regiune… - GRAVITAȚIONALĂ în Dicționarul explicativ al lui Efremova:
gravitate adj. 1) Legate după valoare. cu substantiv: gravitația asociată cu acesta. 2) Inerentă gravitației, caracteristică acesteia. 3) Angajat... - RAZĂ
- GRAVITAȚIONALĂ în noul dicționar al limbii ruse Efremova:
- RAZĂ
m. 1. Un segment de linie care leagă centrul unui cerc sau minge cu orice punct de pe cerc sau suprafață a mingii. 2. trans. Zona de distributie... - GRAVITAȚIONALĂ în Marele Dicționar explicativ modern al limbii ruse:
adj. 1. raport cu substantiv. gravitația asociată acesteia 2. Inerent gravitației, caracteristică acesteia. 3. Servitor pentru studiu... - PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ în Marele Dicționar Enciclopedic:
vezi gravitational... - PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ în Marele Dicționar Enciclopedic:
compresie catastrofal de rapidă a corpurilor masive sub influența forțelor gravitaționale. Evoluția stelelor cu o masă mai mare de două mase solare se poate încheia cu un colaps gravitațional... - PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
gravitațională (în astronomie), compresie catastrofal de rapidă a unei stele sub influența forțelor gravitaționale (gravitație). Conform conceptelor astronomice existente, K. g. joacă un rol decisiv... - GRADIENTOMETRUL GRAVITATII în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
gravitație orizontală, dispozitiv de explorare gravimetrică, care măsoară doar componentele orizontale ale gradientului gravitațional (fără a măsura curbura suprafeței de nivel). G. g... - PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
colaps, vezi Colaps gravitational... - VARIOMETR DE GRAVITATE în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
variometru, un dispozitiv pentru măsurarea derivatelor secunde ale potențialului gravitațional, care caracterizează curbura suprafeței unui potențial gravitațional egal și modificarea (gradientul) forței ... - GRAVITATEA VARIOMETRULUI în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
gravitație, vezi variometru gravitațional... - PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ în dicționarul lui Collier:
contracția și dezintegrarea rapidă a unui nor sau a unei stele interstelare sub influența propriei forțe gravitaționale. Colapsul gravitațional este un fenomen astrofizic foarte important; … - PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ în Dicționarul explicativ modern, TSB:
vezi gravitational...
Care este diferența dintre teoria gravitației a lui Einstein și teoria lui Newton? Să începem cu cel mai simplu caz. Să presupunem că ne aflăm la suprafața unei planete sferice care nu se rotește și măsurăm forța de atracție a unui corp de către această planetă cu ajutorul echilibrelor cu arc. Știm că, conform legii lui Newton, această forță este proporțională cu produsul dintre masa planetei și masa corpului și este invers proporțională cu pătratul razei planetei. Raza unei planete: poate fi determinată, de exemplu, prin măsurarea lungimii ecuatorului ei și împărțirea la 2n.
Ce spune teoria lui Einstein despre forța de atracție? Potrivit ei, forța va fi puțin mai mare decât cea calculată prin formula lui Newton. Vom clarifica mai târziu ce înseamnă acest „puțin mai mult”.
Imaginați-vă acum că putem reduce treptat raza planetei, strângând-o în același timp menținând masa totală. Forța gravitațională va crește (la urma urmei, raza scade). Potrivit lui Newton, când dublezi forța, forța se multiplică de patru ori. Potrivit lui Einstein, creșterea forței va avea loc din nou puțin mai repede. Cu cât raza planetei este mai mică, cu atât este mai mare această diferență.
Dacă comprimăm planeta atât de mult încât câmpul gravitațional devine superputernic, atunci diferența dintre mărimea forței calculate conform teoriei lui Newton și valoarea ei adevărată, dată de teoria lui Einstein, crește enorm. Potrivit lui Newton, forța gravitației tinde spre infinit atunci când comprimăm un corp într-un punct (raza este aproape de zero). Potrivit lui Einstein, concluzia este destul de diferită: forța tinde spre infinit atunci când raza corpului devine egală cu așa-numita rază gravitațională. Această rază gravitațională este determinată de masa corpului ceresc. Cu cât este mai mică, cu atât masa este mai mică. Dar chiar și pentru mase gigantice este foarte mic. Deci, pentru Pământ este egal cu doar un centimetru! Chiar și pentru Soare, raza gravitațională este de numai 3 kilometri. Dimensiunile corpurilor cerești sunt de obicei mult mai mari decât razele lor gravitaționale.
bufnițe. De exemplu, raza medie a Pământului este de 6400 de kilometri, raza Soarelui este de 700 de mii de kilometri. Dacă razele adevărate ale corpurilor sunt mult mai mari decât cele gravitaționale ale acestora, atunci diferența dintre forțele calculate conform teoriei lui Einstein și teoria lui Newton este extrem de mică. Deci, pe suprafața Pământului, această diferență este de o miliardime din mărimea forței în sine.
Doar atunci când raza corpului în timpul comprimării sale se apropie de raza gravitațională, într-un câmp atât de puternic chaÎn același timp, diferențele cresc considerabil și, după cum sa menționat deja, atunci când raza corpului este egală cu cea gravitațională, adevărata valoare a puterii câmpului gravitațional devine infinită.
Înainte de a discuta la ce consecințe duce acest lucru, să ne uităm la câteva alte implicații ale teoriei lui Einstein.
Esența sa constă în faptul că a legat indisolubil proprietățile geometrice ale spațiului și trecerea timpului cu forțele gravitației. Aceste relații sunt complexe și variate. Să notăm doar două fapte importante.
Conform teoriei lui Einstein, timpul într-un câmp gravitațional puternic curge mai lent decât timpul măsurat departe de masele gravitaționale (unde gravitația este slabă). Faptul că timpul poate curge în moduri diferite, a auzit, desigur, cititorul modern. Și totuși este greu să te obișnuiești cu acest fapt. Cum poate timpul să curgă diferit? La urma urmei, conform ideilor noastre intuitive, timpul este durată, ceva comun care este inerent tuturor proceselor. Este ca un râu care curge neschimbat. Procesele separate pot curge atât mai repede, cât și mai lent, le putem influența prin plasarea lor în condiții diferite. De exemplu, este posibil să se accelereze cursul unei reacții chimice prin încălzire sau să se încetinească activitatea vitală a unui organism prin îngheț, dar mișcarea electronilor în atomi se va desfășura în același ritm. Toate procesele, după cum ni se pare, sunt scufundate în râul timpului absolut, care, s-ar părea, nu poate fi influențat de nimic. Este posibil, conform ideilor noastre, să înlăturăm toate procesele din acest râu în general, și încă timpul va curge ca o durată goală.
Deci a fost considerat în știință atât pe vremea lui Aristotel, cât și pe vremea lui I. Newton, și mai târziu - până la A. Einstein. Iată ce scrie Aristotel în cartea sa „Fizica”: „Timpul care trece în două mișcări similare și simultane este una și aceeași. Dacă ambele perioade de timp nu ar curge simultan, ar fi totuși aceleași... În consecință, mișcările pot fi diferite și independente unele de altele. În ambele cazuri, ora este exact aceeași.”
I. Newton a scris și mai expresiv, crezând că vorbește despre evident: „Timpul absolut, adevărat, matematic, luat de la sine, fără legătură cu niciun corp, curge uniform, în conformitate cu propria sa natură”.
Presupunerile că ideile despre timpul absolut nu sunt deloc atât de evidente au fost uneori exprimate chiar și în cele mai vechi timpuri. Deci, Lucretius Kar în secolul I î.Hr. a scris în poemul „Despre natura lucrurilor”: „Timpul nu există de la sine... Nu poți înțelege timpul de la sine, indiferent de starea de odihnă și de mișcare a corpurilor. ”
Dar numai A. Einstein a demonstrat că nu există timp absolut. Trecerea timpului depinde de mișcare și, ceea ce este deosebit de important pentru noi acum, de câmpul gravitațional. Într-un câmp gravitațional puternic, toate procesele, absolut totul, fiind de o natură foarte diferită, încetinesc pentru un observator din afară, asta înseamnă că timpul - adică cel comun tuturor proceselor - încetinește.
Întârzierea este de obicei mică. Astfel, pe suprafața Pământului, timpul trece mai lent decât în spațiul adânc, cu doar o parte la un miliard, ca în cazul calculării forței gravitaționale.
Aș dori să subliniez în mod special că o astfel de dilatare a timpului nesemnificativă în câmpul gravitațional al Pământului a fost măsurată direct. Dilatarea timpului a fost măsurată și în câmpul gravitațional al stelelor, deși de obicei este și extrem de mică. Într-un câmp gravitațional foarte puternic, decelerația este vizibil mai mare și devine infinit mai mare atunci când raza corpului devine egală cu cea gravitațională.
A doua concluzie importantă a teoriei lui Einstein este că proprietățile geometrice ale spațiului se modifică în câmpul puternic de gravitație.Geometria euclidiană, atât de familiară nouă, se dovedește a fi deja nedreaptă. Aceasta înseamnă, de exemplu, că suma unghiurilor dintr-un triunghi nu este egală cu două unghiuri drepte, iar circumferința unui cerc nu este egală cu distanța sa de la centru înmulțită cu 2pi. Proprietățile figurilor geometrice obișnuite devin aceleași ca și cum ar fi fost desenate nu pe un plan, ci pe o suprafață curbă. De aceea se spune că spațiul
„curbe” în câmpul gravitațional. Desigur, această curbură este vizibilă doar într-un câmp gravitațional puternic, dacă dimensiunea corpului se apropie de raza gravitațională.
Desigur, noțiunea de curbură a spațiului în sine este la fel de incompatibilă cu intuițiile noastre profunde ca și noțiunea de curgere diferită a timpului.
La fel de sigur ca și despre timp, I. Newton a scris despre spațiu: „Spațiul absolut, prin natura sa, independent de orice raport cu obiectele exterioare, rămâne neschimbat și nemișcat”. Spațiul i-a fost prezentat ca un fel de „scenă” nesfârșită pe care se joacă „evenimente” care nu afectează în niciun fel această „scenă”.
Chiar și descoperitorul geometriei non-euclidiene, „curbate” - N. Lobachevsky a exprimat ideea că în unele situații fizice poate apărea geometria lui - N. Lobachevsky - și nu geometria lui Euclid. A. Einstein a arătat prin calculele sale că spațiul într-adevăr se „curbează” într-un câmp gravitațional puternic.
Această concluzie a teoriei este confirmată și de experimente directe.
De ce avem atât de greu să acceptăm concluziile teoriei generale a relativității despre spațiu și timp?
Da, pentru că experiența de zi cu zi a omenirii, și chiar experiența științei exacte, de-a lungul secolelor s-a ocupat doar de condițiile în care schimbările în proprietățile timpului și spațiului sunt complet imperceptibile și, prin urmare, complet neglijate. Toate cunoștințele noastre se bazează pe experiența de zi cu zi. Așa că suntem obișnuiți cu dogma de o mie de ani despre spațiu și timp absolut neschimbați.
Era noastră a venit. Omenirea în cunoștințele sale a întâlnit condiții în care influența materiei asupra proprietăților spațiului și timpului nu poate fi neglijată. În ciuda inerției gândirii noastre, trebuie să ne obișnuim cu o asemenea neobișnuit. Și acum o nouă generație de oameni este deja mult mai ușor de perceput adevărurile teoriei relativității (fundamentele teoriei relativității speciale sunt acum studiate la școală!), decât era acum câteva decenii, când chiar și cei mai avansați mințile puteau percepe cu greu teoria lui Einstein
Să mai facem o remarcă despre concluziile teoriei relativității. Autorul său a arătat că proprietățile spațiului și timpului nu numai că se pot schimba, dar că spațiul și timpul sunt unite împreună într-un singur întreg - un „spațiu-timp” cu patru dimensiuni. Această varietate unică este îndoită. Desigur, reprezentările vizuale într-o astfel de supergeometrie cu patru dimensiuni sunt și mai dificile și nu ne vom opri aici asupra lor.
Să revenim la câmpul gravitațional în jurul unei mase sferice. Deoarece geometria într-un câmp gravitațional puternic este non-euclidiană, curbă, este necesar să se clarifice care este raza unui cerc, de exemplu, ecuatorul planetei. În geometria obișnuită, raza poate fi definită în două moduri: în primul rând, este distanța punctelor cercului față de centru și, în al doilea rând, este circumferința împărțită la 2pi. Dar în geometria non-euclidiană, aceste două mărimi nu coincid din cauza „curburii” spațiului.
Utilizarea celei de-a doua metode pentru determinarea razei unui corp gravitator (și nu distanța de la centru la cerc în sine) are o serie de avantaje. Pentru a măsura o astfel de rază, nu este necesară apropierea de centrul de gravitație. Acesta din urmă este foarte important, de exemplu, pentru a măsura raza Pământului ar fi foarte greu să pătrunești în centrul său, dar nu este foarte greu să măsori lungimea ecuatorului.
Pentru Pământ, nu este nevoie să se măsoare direct distanța până la centru, deoarece câmpul gravitațional al Pământului este mic, iar geometria lui Euclid este valabilă pentru noi cu o mai mare precizie, iar lungimea ecuatorului împărțită la 2pi, egală cu distanța până la centru. În stelele superdense cu un câmp gravitațional puternic, însă, nu este așa:
diferența dintre „razele” determinate în diferite moduri poate fi destul de vizibilă. Mai mult, așa cum vom vedea mai jos, în unele cazuri este fundamental imposibil să ajungem la centrul de greutate. Prin urmare, vom înțelege întotdeauna raza unui cerc ca lungimea sa împărțită la 2pi.
Câmpul gravitațional pe care îl luăm în considerare în jurul unui corp sferic care nu se rotește se numește câmpul Schwarzschild, după ce omul de știință care, imediat după ce Einstein a creat teoria relativității, i-a rezolvat ecuațiile pentru acest caz.
Astronomul german K Schwarzschild a fost unul dintre creatorii astrofizicii teoretice moderne, a realizat o serie de lucrări valoroase în domeniul astrofizicii practice și al altor ramuri ale astronomiei La o întâlnire a Academiei Prusace de Științe dedicată memoriei lui K. Schwarz
Schild, care a murit la vârsta de numai 42 de ani, A. Einstein și-a evaluat contribuția la știință după cum urmează:
„În lucrările teoretice ale lui Schwarzschild, ceea ce este deosebit de izbitor este stăpânirea încrezătoare a metodelor matematice de cercetare și ușurința cu care el înțelege esența unei probleme astronomice sau fizice. Rareori găsești cunoștințe matematice atât de profunde combinate cu bunul simț și atâta flexibilitate de gândire ca el. Aceste talente i-au permis să efectueze lucrări teoretice importante în acele domenii care i-au speriat pe alți cercetători cu dificultăți matematice. Motivul creativității sale inepuizabile, aparent, poate fi considerat într-o măsură mult mai mare bucuria artistului, care descoperă legătura subtilă a conceptelor matematice, decât dorința de a cunoaște dependențele ascunse din natură.
K. Schwarzschild a obținut soluția ecuațiilor lui Einstein pentru câmpul gravitațional al unui corp sferic în decembrie 1915, la o lună după ce A. Einstein a finalizat publicarea teoriei sale. După cum am spus deja, această teorie este foarte complexă datorită unor concepte complet noi, revoluționare, dar se dovedește că ecuațiile sale sunt încă foarte complexe, ca să spunem așa, pur tehnic. Dacă formula legii gravitației lui I. Newton este renumită pentru simplitatea și concizia sa clasică, atunci în cazul unei noi teorii, pentru a determina câmpul gravitațional, este necesar să se rezolve un sistem de zece ecuații, fiecare dintre ele conținând sute. (!) Termeni Și acestea nu sunt doar ecuații algebrice, ci ecuații diferențiale în derivate parțiale de ordinul doi
În vremea noastră, pentru a opera cu astfel de sarcini, se folosește întregul arsenal de calculatoare electronice.Pe vremea lui K. Schwarzschild, desigur, nu exista nimic de acest fel și singurele instrumente erau pixul și hârtia.
Dar trebuie spus că și astăzi munca în domeniul teoriei relativității necesită uneori transformări matematice lungi și minuțioase manual (fără o mașină electronică), care sunt adesea plictisitoare și monotone din cauza numărului imens de termeni din formule. Dar nu te poți descurca fără muncă grea. Adesea sugerez ca studenții (și uneori absolvenți și oameni de știință), care sunt captivați de natura fantastică a teoriei generale a relativității, care au cunoscut-o din manuale și doresc să lucreze în ea, să calculeze concret cel puțin cu propriile mâini. o cantitate relativ simplă în problemele acestei teorii. Nu toată lumea, după multe zile (și uneori mult mai mult!) Calcule, continuă să se străduiască cu atâta ardoare să-și dedice viața acestei științe.
Pentru a justifica un astfel de test de dragoste „greu”, voi spune că eu însumi am trecut printr-un test similar. (Apropo, conform legendelor din vremuri, chiar și dragostea umană obișnuită a fost testată de isprăvi.) În anii mei de studenție, profesorul meu în teoria relativității era un specialist binecunoscut și o persoană foarte modestă A. Zelmanov . Pentru teza mea, mi-a stabilit o sarcină legată de proprietatea uimitoare a câmpului gravitațional - capacitatea de a-l „distruge” oriunde doriți. "Cum? va exclama cititorul. „La urma urmei, manualele spun că, în principiu, este imposibil să te ferești de gravitație cu orice ecran, că substanța „key-vorit” inventată de scriitorul de science-fiction G. Wells este pură ficțiune, imposibilă în realitate!”
Toate acestea sunt adevărate și dacă rămâneți nemișcați, de exemplu, în raport cu Pământul, atunci forța gravitațională a acestuia nu poate fi distrusă. Dar acțiunea acestei forțe poate fi complet eliminată, începând să cadă liber! Apoi se instalează imponderabilitate. Nu există gravitație în cabina unei nave spațiale cu motoarele oprite, care zboară pe orbită în jurul Pământului, lucrurile și astronauții înșiși plutesc în cabină fără a simți gravitația. Cu toții am văzut asta pe ecranele TV de multe ori în rapoartele de pe orbită. Rețineți că niciun alt câmp, cu excepția câmpului gravitațional, nu permite o astfel de simplă „anihilare”. Câmpul electromagnetic, de exemplu, nu poate fi îndepărtat în acest fel.
Proprietatea „amovibilității” gravitației este legată de cea mai dificilă problemă a teoriei - problema energiei câmpului gravitațional. Potrivit unor fizicieni, aceasta nu a fost rezolvată până în prezent. Formulele teoriei fac posibilă calcularea pentru orice masă a energiei totale a câmpului său gravitațional în tot spațiul. Dar este imposibil de indicat exact unde se află această energie, cât de mult se află într-unul sau altul din spațiu. După cum spun fizicienii, nu există un concept despre densitatea energiei gravitaționale în puncte din spațiu.
În teza mea, a trebuit să arăt prin calcul direct că expresiile matematice cunoscute la acel moment pentru densitatea de energie a câmpului gravitațional sunt lipsite de sens chiar și pentru observatori, nu
experimentând căderea liberă, să zicem, pentru observatorii care stau pe Pământ și simt clar forța cu care planeta îi atrage. Expresiile matematice cu care a trebuit să lucrez au fost și mai greoaie decât ecuațiile câmpului gravitațional, despre care am vorbit mai sus. L-am rugat chiar pe A. Zelmanov să-mi dea cineva care să mă ajute, care să facă aceleași calcule în paralel, pentru că aș putea greși. A. Zelmanov m-a refuzat cu siguranță. „Trebuie să o faci singur”, a fost răspunsul lui.
Când totul s-a terminat, am văzut că petrecusem câteva sute de ore pe această muncă de rutină. Aproape toate calculele trebuiau făcute de două ori și mai multe. Până în ziua absolvirii, ritmul de lucru a crescut rapid, la fel ca viteza unui corp în cădere liberă într-un câmp gravitațional. Adevărat, trebuie menționat că esența lucrării a constat nu numai în calcule directe. Pe parcurs, a fost încă necesar să se gândească și să rezolve întrebări fundamentale.
Aceasta a fost prima mea publicație despre relativitatea generală.
Dar să revenim la opera lui K. Schwarzschild. Cu ajutorul unei analize matematice elegante, el a rezolvat problema pentru un corp sferic și i-a trimis-o lui A. Einstein pentru a fi transferat la Academia din Berlin. Soluția l-a lovit pe A. Einstein, întrucât până atunci el însuși obținuse doar o soluție aproximativă, valabilă doar într-un câmp gravitațional slab. Soluția lui K. Schwarzschild a fost exactă, adică corectă pentru un câmp gravitațional arbitrar de puternic în jurul unei mase sferice; asta era importanta ei. Dar nici A. Einstein, nici K. Schwarzschild însuși nu știau atunci că această soluție conține ceva mult mai mult. Mai târziu s-a dovedit a conține o descriere a unei găuri negre.
Și acum să continuăm să vorbim despre a doua viteză cosmică. Ce viteză, conform ecuațiilor lui Einstein, trebuie dată unei rachete pornind de la suprafața planetei pentru ca aceasta, după ce a depășit forța gravitației, să zboare în spațiu?
Răspunsul s-a dovedit a fi extrem de simplu. Aceeași formulă este valabilă aici ca și în teoria newtoniană. Prin urmare, concluzia lui P. Laplace despre imposibilitatea luminii de a scăpa dintr-o masă gravitativă compactă a fost confirmată de teoria gravitației lui Einstein, conform căreia a doua viteză spațială ar trebui să fie egală cu viteza luminii tocmai la raza gravitațională.
O sferă cu raza egală cu cea gravitațională se numește sferă Schwarzschild.
Dacă ar fi distribuit simetric sferic, ar fi nemișcat (în special, nu s-ar roti, dar sunt permise mișcări radiale) și s-ar afla în întregime în interiorul acestei sfere.
Raza gravitațională este proporțională cu masa corpului mși egal cu , unde G- constantă gravitațională, cu este viteza luminii în vid. Această expresie poate fi scrisă ca , unde se măsoară în metri și - în kilograme. Pentru astrofizică, este convenabil să scrieți km, unde este masa Soarelui.
Ca mărime, raza gravitațională coincide cu raza unui corp simetric sferic, pentru care, în mecanica clasică, a doua viteză cosmică de pe suprafață ar fi egală cu viteza luminii. John Michell a atras mai întâi atenția asupra importanței acestei cantități în scrisoarea sa către Henry Cavendish, publicată în 1784. În cadrul teoriei generale a relativității, raza gravitațională (în alte coordonate) a fost calculată pentru prima dată în 1916 de Karl Schwarzschild (vezi metrica Schwarzschild).
Raza gravitațională a obiectelor astrofizice obișnuite este neglijabilă în comparație cu dimensiunea lor reală: de exemplu, pentru Pământ = 0,884 cm, pentru Soare = 2,95 km. Excepțiile sunt stelele neutronice și stele ipotetice bosonice și cuarci. De exemplu, pentru o stea neutronică tipică, raza Schwarzschild este de aproximativ 1/3 din propria sa rază. Aceasta determină importanța efectelor teoriei generale a relativității în studiul unor astfel de obiecte.
Dacă corpul este comprimat la dimensiunea razei gravitaționale, atunci nicio forță nu poate opri comprimarea sa ulterioară sub influența forțelor gravitaționale. Un astfel de proces, numit colaps gravitațional relativist, poate avea loc cu stelele destul de masive (după cum arată calculul, cu o masă mai mare de două sau trei mase solare) la sfârșitul evoluției lor: dacă, după epuizarea „combustibilului” nuclear, steaua nu explodează și nu pierde masă, apoi, micșorându-se la dimensiunea razei gravitaționale, trebuie să experimenteze un colaps gravitațional relativist. În timpul colapsului gravitațional, nicio radiație, nicio particule nu pot scăpa de sub sfera de rază. Din punctul de vedere al unui observator extern, situat departe de stea, pe măsură ce dimensiunea stelei se apropie de momentul potrivit al particulelor stelei, viteza curgerii sale încetinește la infinit. Prin urmare, pentru un astfel de observator, raza stelei care se prăbușește se apropie de raza gravitațională asimptotic, fără a deveni niciodată mai mică decât aceasta.
Un corp fizic care a suferit colaps gravitațional, ca un corp a cărui rază este mai mică decât raza gravitațională, se numește gaură neagră. Raza sferei rg coincide cu orizontul de evenimente al unei găuri negre care nu se rotește. Pentru o gaură neagră care se rotește, orizontul evenimentelor este elipsoidal, iar raza gravitațională oferă o estimare a dimensiunii sale. Raza Schwarzschild pentru o gaură neagră supermasivă din centrul galaxiei este de aproximativ 16 milioane de kilometri. Raza Schwarzschild a unei sfere umplute uniform cu materie cu o densitate egală cu densitatea critică coincide cu raza Universului observabil. nu în sursă] .
Literatură
- Mizner C., Thorne K., Wheeler J. Gravitatie. - M .: Mir, 1977. - T. 1-3.
- Shapiro S.L., Tjukolsky S.A. Găuri negre, pitice albe și stele neutronice / Per. din engleza. ed. Da. A. Smorodinsky. - M .: Mir, 1985. - T. 1-2. - 656 p.
Vezi si
Legături
Fundația Wikimedia. 2010 .
Vedeți ce este „Raza gravitațională” în alte dicționare:
În teoria generală a relativității (vezi GRAVITATE), raza unei sfere, pentru care forța gravitațională creată de o masă sferică, nerotativă m, aflată în întregime în interiorul acestei sfere, tinde spre infinit. G. p. (rg) este determinată de greutatea corporală: rg= 2Gm/c2 … Enciclopedia fizică
În teoria gravitației, raza rgr a unei sfere pe care forța gravitațională creată de masa m aflată în interiorul acestei sfere tinde spre infinit; rgr = 2mG/c2, unde G este constanta gravitațională, c este viteza luminii în vid. Razele gravitaționale ale ...... obișnuite Dicţionar enciclopedic mare
În teoria gravitației, raza rgr a unei sfere pe care forța gravitațională creată de masa m aflată în interiorul acestei sfere tinde spre infinit; rgr=2mG/c2, unde G este constanta gravitațională, c este viteza luminii în vid. Razele gravitaționale ale ...... obișnuite Dicţionar enciclopedic
raza gravitațională- gravitacinis spindulys statusas T sritis fizica atitikmenys: angl. raza gravitationala vok. Gravitationsradius, m rus. raza gravitațională, m pranc. rayon gravitationnel, m … Fizikos terminų žodynas
În teoria generală a relativității (vezi. Gravitația) tinde spre infinit raza sferei pe care forța gravitațională creată de masa m, care se află în întregime în interiorul acestei sfere. G. r. este determinată de masa corporală m și este egală cu rg = 2G m/c2, unde G… … Marea Enciclopedie Sovietică
În teoria gravitației, raza rgr a unei sfere, asupra căreia forța gravitațională creată de masa m aflată în interiorul acestei sfere tinde spre infinit; rgr = 2mG/c2, unde G este gravitațional. constantă, cu viteza luminii în vid. G. r. corpurile cerești obișnuite sunt neglijabile ...... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic
Raza gravitațională- (vezi Gravitație) raza la care un corp ceresc (de obicei o stea) se poate micșora ca urmare a colapsului gravitațional. Deci, pentru Soare este 1,48 km, pentru Pământ 0,443 cm... Începuturile științelor naturale moderne
Cercuri Acest termen are alte semnificații, vezi Raza (dezambiguizare). Raza (lat. ... Wikipedia
Raza gravitațională (sau raza Schwarzschild) în Teoria Generală a Relativității (GR) este o rază caracteristică definită pentru orice corp fizic cu masă: aceasta este raza sferei pe care s-ar afla orizontul evenimentelor, ... ... Wikipedia
Creată de această masă (din punctul de vedere al relativității generale), dacă ar fi distribuită sferic simetric, ar fi nemișcată (în special, nu s-ar roti, dar mișcările radiale sunt permise) și s-ar afla în întregime în interiorul acestei sfere. Introdus în uz științific de omul de știință german Karl Schwarzschild în 1916.
Raza gravitațională este proporțională cu masa corpului M si este egal cu r g = 2 G M / c 2 , (\displaystyle r_(g)=2GM/c^(2),) Unde G- constantă gravitațională, cu este viteza luminii în vid. Această expresie poate fi rescrisă ca rg≈ 1,48 10 −25 cm ( M/ 1 kg). Pentru astrofizicieni este convenabil să scrie r g ≈ 2 .95 (M / M ⊙) (\displaystyle r_(g)\aprox 2(,)95(M/M_(\odot ))) km, unde M ⊙ (\displaystyle M_(\odot )) este masa soarelui.
Raza gravitațională a obiectelor astrofizice obișnuite este neglijabilă în comparație cu dimensiunea lor reală: de exemplu, pentru Pământ rg≈ 0,887 cm, pentru Soare rg≈ 2,95 km. Excepțiile sunt stelele neutronice și stele ipotetice bosonice și cuarci. De exemplu, pentru o stea neutronică tipică, raza Schwarzschild este de aproximativ 1/3 din propria sa rază. Aceasta determină importanța efectelor teoriei generale a relativității în studiul unor astfel de obiecte. Raza gravitațională a unui obiect cu masa universului observabil ar fi de aproximativ 10 miliarde de ani lumină.
Cu stele suficient de masive (după cum arată calculul, cu o masă mai mare de două sau trei mase solare), la sfârșitul evoluției lor, poate avea loc un proces numit colaps gravitațional relativist: dacă, după epuizarea „combustibilului” nuclear, Steaua nu explodează și nu pierde masă, apoi, experimentând colaps gravitațional relativist, se poate micșora la dimensiunea unei raze gravitaționale. În timpul prăbușirii gravitaționale a unei stele într-o sferă, nicio radiație, nicio particule nu pot scăpa. Din punctul de vedere al unui observator extern situat departe de stea, pe măsură ce dimensiunea stelei se apropie r g (\displaystyle r_(g)) timpul adecvat al particulelor unei stele încetinește viteza curgerii acesteia la nesfârșit. Prin urmare, pentru un astfel de observator, raza stelei care se prăbușește se apropie de raza gravitațională asimptotic, fără a deveni niciodată egală cu aceasta. Dar este posibil, totuși, să se indice momentul din care un observator extern nu va mai vedea steaua și nu va putea afla nicio informație despre aceasta. Deci, de acum înainte, toate informațiile conținute în stea vor fi de fapt pierdute pentru un observator din exterior.
Un corp fizic care a suferit colaps gravitațional și a atins o rază gravitațională se numește gaură neagră. Raza sferei rg coincide cu orizontul de evenimente al unei găuri negre care nu se rotește. Pentru o gaură neagră care se rotește, orizontul evenimentelor este elipsoidal, iar raza gravitațională oferă o estimare a dimensiunii sale. Raza Schwarzschild pentru gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre este de aproximativ 16 milioane de kilometri.
Raza Schwarzschild a unui obiect cu sateliți poate fi măsurată în multe cazuri cu o precizie mult mai mare decât masa acelui obiect. Acest fapt oarecum paradoxal este legat de faptul că la trecerea din perioada măsurată a revoluției satelitului Tși semiaxa majoră a orbitei sale A(aceste mărimi pot fi măsurate cu o precizie foarte mare) la masa corpului central M este necesară separarea parametrului gravitaţional al obiectului μ = GM= 4π 2 A 3 /T 2 la constanta gravitațională G, care este cunoscută cu o acuratețe mult mai slabă (aproximativ 1 din 7000 din 2018) decât acuratețea majorității celorlalte constante fundamentale. În același timp, raza Schwarzschild este, până la coeficientul 2/ cu 2, parametrul gravitațional al obiectului.
