Владимир Сурдин: Чёрные дыры 2021
Предлагаем вашему вниманию »1-минутный конспект» и »10-минутный конспект со слайдами», а кому понравится, то смотрите прекрасную 2-часовую лекцию.
- Под каким углом влетать в черную дыру.
- Как построить двигатель на черной дыре.
- Как в МГУ носили Хокинга на руках.
- Какая температура черной дыры.
- Кто и как поймал гравитационную волну.
- 36+29=62
- Как нашли черную дыру с массой 4 млн масс Солнца.
- Звезда летающая со скоростью 7000 км/с.
- Кто ввел в обиход термин «черная дыра?»
- Почему звёзды любят жить парами.
- Как намотать луч света на черную дыру.
- У нейтронной звезды можно увидеть сразу два полюса.
- Какими телескопами наблюдаю за черными дырами.
Черные дыры — место, где должна проявить себя квантовая теория гравитации — микс ОТО и квантовой механики.
В движении Меркурия проявились границы теории Ньютона, в черных дырах надеются найти границу теории Эйнштейна.
Еще сам Ньютон мог подсчитать, каким должно быть тело, которое не отпускает со своей поверхности свет.
Джон Митчел рассчитал черные дыры и сделал доклад в королевском сообществе в 1783 году (сжать Солнце до радиуса 3 км).
Лаплас высказал подобную идею в 1796 году.
Эйнштейн в ОТО 1915 года вывел формулу для геометрической теории гравитации и более точно описал траекторию Меркурия.
Карл Шварцшильд рассчитал горизонт событий черной дыры и её радиус в 1916.
(Шварцшильд на 100 лет опередил технику изобретя широкоугольные телескопы, которые в его время невозможно было построить).
За горизонтом событий временная и пространственная составляющая меняются местами. Если в «обычном мире» можно стоять на месте и двигаться во времени, то за горизонтом событий ты всегда будешь двигаться в сторону сингулярности.
Третий подход к снаряду — Рой Керр, новозеландский математик, в начале 60-х самое общее решение уравнения Эйнштейна, описывающее черные дыры (учитывая вращение массы).
Оказалось, если точечная масса вращается — у нее есть момент импульса — вокруг неё есь две поверхности с некоторым зазором (эргосфера). Попадая в эту область тело не может остатаваться не во вращающемся состоянии.
Пенроуз получил нобелевку за свои работы в области черных дыр. И предложил способ, как можно черпать энергию из черной дыры.
Мы бросаем контейнеры с мусором в сторону черной дыры, а после пересечения предела статичности сбрасываем массу (мусор), выделение гравитационной энергии, для оставшегося контейнера работают приливные силы и его выкидывает с большей скоростью, чем он пересекал предел статичности. Потом эту излишнюю энергию преобразуем при помощи динамомашины в электричество.
Черная дыра — не могила для энергии, из нее можно получить назад энергию вращения.
Вокруг черной дыры вращается система координат, поэтому спутник будет вращаться по интересной траектории.
Траектория зависит от того, как он влетел под предел статичности. По направлению и против направления вращения.
Вокруг Земли тоже есть подобная прецессия. «Намёк» на черную дыру. Любая вращающаяся масса тянет за собой геометрию пространства-времени. (Запустили два измерительных спутника).
Зельдович обладал потрясающей интуицией и легко дарил идеи на семинарах.
Лучший ученик Зельдовича, рекомендуемые книги без формул. Лучше еще никто не написал. Переводы с английского значительно уступают.
Хокинг часто приезжал в 70-е к нам в МГУ и Кип Торн его переводил. Зельдович на семинаре говорил, что черная дыра — это источник излучения, с точки зрения внешнего наблюдателя.
Зельдович нам объяснял так: едем мы на роликах и съезжаем в ямку, а потом выезжаем из ямки, но так как ямка «дышит», она может подтолкнуть и мы выскочим с большей скоростью, чем заскочили.
Объяснение Хокинга.
Формула температуры черной дыры, до Зельдовича и Хокинга этот термин невозможно было представить. На практике это еще не подтвердилось.
Если подставить в формулу массу Солнца, то получится невероятно низкая температура.
Мы носили Хокинга на руках (Хокинг, Шкловский и спина кипа Торна) в конференц-зале ГАИШ.
Кто ввел в обиход термин «черная дыра?»
Какой процесс мог привести к рождению черной дыры? Всем было очевидно, что это эволюция звезд.
«Остатки» звёзд (в предсмертной фазе) мы наблюдаем в большом количестве. Физика не до конца проработана.
Что будет с ядром, которое не имеет источников энергии и охлаждается?
Если бы мы пичкали Юпитер массой, то до какого бы размера он сжался? До нуля?
Гравитационное линзирование или как увидеть вращающуюся черную дыру.
Еще одна рекомендуемая книга.
«Надежды нет». © Кип Торн
Кто первый увидел нейтронную звезду. Её руководителю дали нобелевскую премию.
Крабовидная туманность. На данный момент открыто 2500 нейтронных звёзд.
Плотность 100 млн тонн в кубическом сантиметре. Но это не черная дыра.
Как изучают нейтронные звезды? Когда на них что-то падает.
Звёзды любят жить парами.
Вещество со звезды падает на нейтронную звезду, закручивается, разгоняется/разогревается и излучается со страшной силой.
Есть только иллюстрации, никто «вживую» не видел эти объекты.
Можем ли мы уверенно сказать что сидит в центре аккреционного диска: черная дыра или нейтронная звезда? Если бы были хорошие телескопы — то да.
При помощи этой картинки можно определять, черные дыры или нейтронные звезды. Нейронные звезды массой в три Солнца уже начинают сжиматься в дыру. Есть акие дыры с массами до 30 масс Солнца.
Но в последнее время обнаружили черные дыры с ОГРОМНЫМИ массами. 1000 — 10 000 масс Солнца. Обнаруживают их по поведению звезд вокруг. Откуда такая дыра могла взяться?
В центре галактики есь еще интереснее.
Звезды летают вокруг чего-то, чего нет. При помощи школьной физики можно рассчитать что там 4 млн масс Солнца.
Вторая половина нобелевки 2020 года. За наблюдние за центром галактики.
В движении звезд вокруг черной дыры в центре галактики проявились все эффекты ОТО: прецессия орбиты и поперечный эффект Допплера.
Система звезд в центре галактики в масштабе Солнечной системы.
Пролетая над черной дырой в 2018…
Как еще можно зафиксировать черные дыры? Гравитационные волны.
Была открыта система из двух нейтронных звезд. Идеальное совпадение наблюдений и теории (свечки с разбросом значений меньше радиуса точек).
Тензорное возмущение — в одном направлении сжимает, в другом — растягивает.
Первый ловец гравитационных волн. Но прибор регистрировал тепловое колебание атомов, а не гравитационные волны.
В современных аппаратах алюминиевые болванки заливают жидким гелием.
Сработал другой тип приборов. Потребовалось 30 лет чтобы идея заработала.
С 2015 года регистрируют гравитационные волны. Приходят они от черных дыр.
4 км вакуумной трубы в Америке.
Европейцы и японцы тоже построили детекторы.
Первое обнаружение гравитационной волны. Было засекречено на некоторое время.
Слияние черных дыр. Массы дыр 36 и 29 масс Солнца. 36+29=62
В этот момент во вселенной выплеснулось энергии больше, чем все звёзды всех галактик излучали в этот же момент в виде электромагнитного излучения.
Таблица масс
Это мои одноклассники, они создали телескопы-роботы, которые наблюдают оптические вспышки от слияния нейтронных звёзд.
Достижения российских групп.
Что происходит внутри черной дыры.
Изменение темпа времени — это факт.
Как намотать луч света на черную дыру.
Солнце на 2 секунды отклоняет свет.
У нейтронной звезды можно увидеть сразу два полюса и немного заглянуть на обратную сторону.
У черной дыры мы будем видеть аккреционный диск и переднюю его часть и заднюю. Расчеты Кипа Торна для фильма «Интерстеллар».
Самый крутой телескоп: у него рекордные характеристики по угловому разрешению. Но он не был приспособлен для исследования черных дыр.
Земные радиотелескопы для черных дыр. Система антенн в миллиметровом диапазоне.
Подключили и Южный полюс.
У нас на примете есть две сверхмассивные черные дыры. 4 млн тонн — заслонена от нас большим количеством вещества. Ворая есть в соседней галактике — Девы.
Из центра этой галактики выстреливаеся струя — джет, значит что-то там такое есть…
Два года назад туда посмотрели и увидели черную дыру.
Черная дыра с массой в несколько МИЛЛИАРДОВ масс Солнца.
Под черные дыры могут маскироваться еще более интересные объекты. Пространственно-временной туннель.
Лучшая из западных книг.
Оригинал видео:
