نقل قول در مورد سیاهچاله ها و افق رویداد. فیزیکدانان امکان مشاهده فراتر از افق رویداد یک سیاهچاله را اعلام کرده اند

سیاهچاله ها به احتمال زیاد به هیچ وجه محدود به هیچ افق رویدادی نیستند. آیا این یک بیانیه متناقض نیست؟ با این حال، به سختی کسی تعجب خواهد کرد که بفهمد این فرضیه جدید متعلق به فیزیکدان نظری افسانه ای استیون هاوکینگ است. در یک زمان، با کمک آسان او، سیاهچاله ها دیگر "سیاه" و "جاودانه" تلقی نشدند.

با این حال، درک این ایده چندان آسان نیست. اول، ارزش درک این را دارد که افق رویداد در واقع چیست.

ما عادت داریم که افق رویداد را مستقیماً با سیاهچاله ها مرتبط کنیم. مرزی غیر قابل نفوذ، پوسته ای از سیاهچاله ها. در پشت این پوسته چیزی پنهان است که خارج از کنترل ناظر بیرونی و حتی قوانین موجود فیزیک است. با این حال، افق رویداد در زمینه سیاهچاله ها تنها تجلی خاص آن است. به عبارت دیگر، نه تنها سیاهچاله ها افق رویداد دارند.

تعریف کلی افق رویداد آن را به عنوان یک مرز متعارف معین به ما ارائه می دهد که دو مجموعه از رویدادها را از هم جدا می کند. دو نوع افق رویداد وجود دارد - افق رویداد گذشته و آینده. افق گذشته مجموع رویدادهای متغیر و غیرقابل تغییر را از هم جدا می کند. افق آینده به مجموعه های کمی متفاوت تقسیم می شود. یک ناظر همیشه می تواند در مورد تمام وقایع مجموعه اول یاد بگیرد. مجموعه دوم شامل رویدادهایی است که ناظر هرگز از آنها مطلع نخواهد شد.

یک سیاهچاله افق رویدادی از گذشته دارد. افق مشابهی نیز توسط فردی که از نسبی گرا با شتاب یکنواخت حرکت می کند مشاهده خواهد شد. بخش قابل مشاهده کیهان دارای افق رویداد آینده است. این "انواع" افق رویداد با جزئیات بیشتر در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

سفر به ورطه

سیاهچاله ها یک پلت فرم بسیار مناسب برای تحقیقات فیزیکدانان نظری و به تصویر کشیدن بسیاری از پدیده های غیرقابل توضیح هستند. بنابراین در علم عامه یک مثال کلاسیک وجود دارد که سقوط یک سفینه فضایی خیالی را در سیاهچاله و مشاهده یک ناظر خارجی را توصیف می کند. این مثال به وضوح برخی از ویژگی های افق رویداد را توصیف می کند.

طبق نظریه نسبیت، برای یک مسافر کشتی فضایی، مسیر به افق رویداد غیرقابل توجه خواهد بود. با شتاب فزاینده حرکت می کند تا زمانی که در افق رویداد به سرعت نور برسد. ناظر تصویر متفاوتی را مشاهده خواهد کرد. برای او، شکل کششی یک سفینه فضایی با نزدیک شدن به سیاهچاله کند می شود. در همان افق رویداد، برای همیشه یخ خواهد زد.

علم نمی داند پس از عبور از این خط چه اتفاقی برای سفینه فضایی خواهد افتاد. به احتمال زیاد، از دیدگاه مسافر کشتی فضایی، با شکستن سد نور، به شتاب خود ادامه می دهد. شایان ذکر است که کل جرم یک سیاهچاله باید در مرکز آن متمرکز شود، یک تکینگی بی نهایت کوچک. بنابراین، بقیه فضای سیاهچاله صرفاً ناحیه ای است که توسط افق رویداد محدود شده است.

دیدگاه های مختلف در مورد پوچی

به عبارت دیگر، اصطلاح «شعاع سیاه چاله» نشان دهنده شعاع یک جسم مادی نیست. این شعاع منطقه ای است که فیزیک شناخته شده در آن عمل نمی کند. سفینه فضایی ما با ورود به آن، نه تنها قادر به فرار نخواهد بود، بلکه به ناچار در مرکز آن سقوط خواهد کرد.

در این حالت، ویژگی جالب افق رویداد این است که از دید ناظر، تکینگی وجود ندارد. برای دنیای (خارجی) ما، هر چیزی که در سیاهچاله افتاد برای همیشه در لبه افق رویداد باقی خواهد ماند. یعنی از دیدگاه ما، کل جرم یک سیاهچاله نه در مرکز، بلکه در امتداد پیرامون متمرکز شده است. سفینه فضایی نه تنها به مرکز نخواهد رسید، بلکه از مرزهای سیاهچاله نیز عبور نخواهد کرد.

برای کسانی که در سیاهچاله سقوط می کنند، عبور از افق رویداد با سرعت نور پرواز می کند. سفر به تکینگی با سرعت‌های فزاینده‌تری انجام می‌شود که قوانین فیزیک ما را نیز نقض می‌کند. در نهایت، هر جسمی که در یک سیاهچاله بیفتد، ناگزیر به بخشی از تکینگی تبدیل خواهد شد. طبق استانداردهای آن، زمان نسبتاً کوتاهی می گذرد، در حالی که در خارج از سوراخ، همانطور که ما می دانیم، جهان ممکن است ناپدید شود. به هر حال، طبق مدل هاوکینگ، تبخیر یک سیاهچاله در مدت زمان غیرقابل تصوری کوتاه اتفاق می افتد.

مقیاس افق رویداد

افق رویداد، همراه با تکینگی، "ویژگی" اصلی یک سیاهچاله است. شعاع آن که شعاع گرانشی یا شعاع شوارتزشیلد نیز نامیده می شود، به طور خطی به جرم آن بستگی دارد. تقریباً می توانید شعاع هر سیاهچاله را با ضرب سه کیلومتر در نسبت جرم آن به جرم خورشید تخمین بزنید. بنابراین یک سیاهچاله با جرم زمین به اندازه یک گیلاس خواهد بود. در عین حال، اندازه سیاهچاله های کلان جرم به میلیون ها و حتی میلیاردها کیلومتر خواهد رسید.

بدیهی است که با چنین اندازه های عظیم، چنین اجسامی چنین نیروهای جزر و مدی مخربی نخواهند داشت. بنابراین، این تصور که هر جسمی حتی قبل از نزدیک شدن به سیاهچاله از هم جدا می شود، یک توهم است. به نظر می رسد که از نظر تئوری می توان به شخص اجازه داد تا به اعماق سیاهچاله سفر کند، همانطور که در بالا توضیح داده شد.

جالب ترین چیز این است که اندازه یک سیاهچاله با جرم جهان قابل مشاهده چندین برابر کوچکتر از اندازه خود کیهان است. در واقع، در اینجا ارزش آن را دارد که نوع افق رویداد را که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، مانند پرده ای که جهان قابل مشاهده ما را فرا گرفته است، به خاطر بسپاریم. یعنی آنچه فراتر از افق رویداد کیهان است از دید ناظر پنهان است، مانند یک سفینه فضایی که در سیاهچاله قرار دارد.

افق رویداد جهانی

افق رویداد جهان قابل مشاهده یکی از سه پارامتر مشخص کننده مرزهای آن است. علاوه بر آن، یک کره هابل و یک افق ذرات نیز وجود دارد. شعاع کره هابل برابر با مسافتی است که نور در طول عمر کیهان طی کرده است - یعنی. حدود 14 میلیارد سال نوری با این حال، به دلیل این واقعیت که جهان ما ساکن نیست، کره هابل مرز آن نیست. مرز واقعی با افق ذرات مشخص می شود که انبساط کیهان را در نظر می گیرد. شعاع افق ذرات تقریباً سه برابر بزرگتر از افق کره هابل است. برابر است با مسافت واقعی که دورترین جسمی که توانسته نوری را به ناظر بتاباند طی کرده است.

افق رویداد تا حدودی با افق ذرات متفاوت است. آن رویدادهایی را در جهان ما که هرگز درباره آنها نمی دانیم، از بین می برد. شعاع آن چندین میلیارد سال نوری بیشتر از شعاع کره هابل است.

تمام این سه پارامتر مستقیماً به خود ناظر بستگی دارد. این یکی از تفاوت های افق رویداد سیاهچاله و افق رویداد کیهان است. یعنی افق رویداد یک سیاهچاله به مکان ناظران مختلف بستگی ندارد. برعکس، هر ناظری بسته به موقعیت مکانی خود، مرز کیهان را به روش خود خواهد دید. این شبیه به تفاوت افق با نقاط مختلف سطح سیاره است.

Rindler Horizon

افق رویداد همچنین برای ناظری وجود دارد که در حالت حرکتی یکنواخت با شتاب نسبیتی قرار دارد. چنین جسمی با دو افق همراه خواهد بود که از بسیاری جهات شبیه افق سیاهچاله ها هستند. به عنوان مثال، این افق نیز دارای تشعشعاتی شبیه به تبخیر سیاهچاله ها خواهد بود.

به این افق، افق ریندلر نیز می گویند. این نام به افتخار کاشف آن، ولفگانگ ریندلر، که به هر حال، اصطلاح "افق رویداد" را ابداع کرد، نامگذاری شده است.

افق قابل مشاهده

بنابراین، اکنون ما ایده ای داریم که علم مدرن چگونه افق رویداد را می بیند. به نظر می رسد که چگونه استیون هاوکینگ تصمیم گرفت وجود آن را رد کند. در واقع، فرضیه جدیدی برای حل برخی از مناقشات مرتبط با سیاهچاله ها ایجاد شده است.

نظریه کوانتومی نوظهور قبلاً سیاهچاله ها را به اجسامی با قابلیت تابش تبدیل کرده است. طبق همان مدل کوانتومی، افق رویداد برای سفینه ما دیگر فقط یک مرز معمولی نخواهد بود. افق رویداد کوانتومی "جدید" با داشتن غلظت زیادی از انرژی، سفینه فضایی را به طور کامل نابود خواهد کرد. با این حال، همانطور که به یاد داریم، طبق اصول نظریه نسبیت، سفینه فضایی باید بدون مانع از این خط عبور کند.

بنابراین، تصمیم بر آن شد تا در ایده های ایجاد شده در مورد افق رویداد تغییراتی ایجاد شود. اکنون افق رویداد فقط به طور موقت چیزی را که دریافت کرده نگه می دارد. همانطور که سیاهچاله تبخیر می شود، اطلاعات به خارج از افق باز می گردند، البته به شکل تحریف شده. با این حال، حتی خود هاوکینگ ایده خود را چیزی بیش از یک فرضیه نمی نامد. او تأکید می کند که دانشمندان هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری دارند قبل از اینکه با اطمینان در مورد افق رویداد صحبت کنند.

قهرمان فانتزی

در هر صورت رازآلود بودن و ناشناخته بودن افق رویداد ذهن نویسندگان علمی تخیلی را برای مدت طولانی به هیجان می آورد. اغلب، افق رویداد به عنوان دروازه ای به فضا، زمان یا بعد دور ظاهر می شود. نویسندگان داستان های علمی در واقع آزادند که ویژگی های زیادی را به آن نسبت دهند، زیرا تاکنون علم قادر به بحث با آنها نیست.

موفق ترین در این زمینه فیلم بین ستاره ای کریستوفر نولان است.

کیپ تورن، فیزیکدان نظری معروف، روی فیلمنامه و گرافیک فیلم کار کرده است. این باعث می شود که فیلم از اکثر فیلم های علمی تخیلی متمایز شود. بعید است که کسی بتواند با واقع گرایی "تصویر" یک سیاهچاله بسیار پرجرم انجام شده در بین ستاره ای مقایسه شود.

ساخته شده برای کسانی که می خواهند مانند قهرمان Interstellar احساس کنند. مدل سیاهچاله آنلاین انحنای فضای اطراف سیاهچاله را شبیه سازی می کند. این برنامه به شما اجازه می دهد تا افق رویداد را از زوایای مختلف و تقریب مشاهده کنید. در حین گوش دادن به موسیقی متن Interstellar، می توانید به افق رویداد شیرجه بزنید و تغییرات را نه تنها در زیبایی فضا یا دیسک برافزایش، بلکه در شبکه مختصات مشاهده کنید.

فرمول بندی ریاضی
کیهان شناسی همچنین ببینید: پورتال:فیزیک

افق رویداد- یک مرز خیالی در فضا-زمان، جداکننده آن رویدادها (نقاط فضا-زمان) که می توانند با رخدادهایی در بی نهایت نور مانند (ایزوتروپیک) با خطوط ژئودزیکی نور مانند (مسیر پرتوهای نور) مرتبط شوند، و آن رویدادهایی که نمی توان به این روش متصل شد. از آنجایی که یک فضا-زمان معین معمولاً دارای دو بی نهایت نور مانند است: آنهایی که مربوط به گذشته و آینده است، پس می تواند دو افق رویداد وجود داشته باشد: افق رویداد گذشتهو افق رویداد آینده. به بیان ساده، می‌توان گفت که افق رویداد گذشته، رویدادها را به آن‌هایی که می‌توان از بی‌نهایت تحت تأثیر قرار داد و آن‌هایی که نمی‌توانست، تقسیم می‌کند. و افق رویداد آینده رویدادهایی را که می توان درباره آنها چیزی دانست، حداقل در آینده ای بی نهایت دور، از رویدادهایی که هیچ چیز درباره آنها نمی توان دانست جدا می کند. این به این دلیل است که سرعت نور سرعت محدودی است که هر فعل و انفعالی می تواند با آن حرکت کند، بنابراین هیچ اطلاعاتی نمی تواند سریعتر حرکت کند.

افق رویداد معمولاً یک ابرسطح 3 بعدی است. شرط لازم و کافی برای وجود آن، فضایی بودن حداقل بخشی از بی نهایت نور مانند (همسانگرد) است. لازم به ذکر است که افق رویداد یک مفهوم یکپارچه و غیر محلی است، زیرا تعریف آن شامل بی نهایت نور مانند است، یعنی تمام مناطق بی نهایت دور فضا-زمان. بنابراین، در مجاورت آن، افق رویداد با هیچ چیز متمایز نمی شود، که در محاسبات عددی در نظریه نسبیت عام مشکل ایجاد می کند. برای حل این مشکل، مفاهیمی شبیه به افق رویداد، اما به صورت محلی تعریف شده اند، پیشنهاد شده است: افق دینامیک، سطح تله و افق ظاهری.

یک مفهوم نیز وجود دارد افق رویداد ناظر فردی. رویدادهایی را که می توان با خطوط ژئودزیکی نور مانند (ایزوتروپیک) که به ترتیب به آینده هدایت می شوند به خط جهانی ناظر متصل کرد جدا می کند - افق رویداد گذشتهو به گذشته - افق رویداد آینده، و رویدادهایی که با آنها نمی توان این کار را انجام داد. برای مثال، ناظری که دائماً به طور یکنواخت در فضای مینکوفسکی شتاب می گیرد، افق های گذشته و آینده خود را دارد (به افق ریندلر مراجعه کنید).

افق رویداد سیاهچاله

افق رویداد آینده یک ویژگی ضروری یک سیاهچاله به عنوان یک شی نظری است. افق رویداد یک سیاهچاله کروی متقارن، کره شوارتزشیلد نامیده می شود و اندازه مشخصی دارد که شعاع گرانشی نامیده می شود.

در زیر افق رویداد، هر جسمی فقط در داخل سیاهچاله حرکت می کند و نمی تواند به فضای بیرون بازگردد. از نقطه نظر ناظری که آزادانه در سیاهچاله می افتد، نور می تواند آزادانه به سمت سیاهچاله حرکت کند و از آن دور شود. با این حال، پس از عبور از افق رویداد، حتی نوری که از ناظر به بیرون حرکت می کند، هرگز نمی تواند از افق فراتر رود. جسمی که در داخل افق رویداد می افتد احتمالاً در نهایت به یک تکینگی سقوط می کند و قبل از آن به دلیل شیب زیاد نیروی گرانشی سیاهچاله (نیروهای جزر و مد) به یک رشته کشیده می شود.

انرژی احتمالاً می تواند یک سیاهچاله را از طریق به اصطلاح ترک کند. تابش هاوکینگ که یک اثر کوانتومی است. اگر چنین است، افق رویداد واقعی به معنای دقیق آن برای اجرام فرو ریخته در جهان ما شکل نمی گیرد. با این حال، از آنجایی که اجرام فروپاشیده اخترفیزیکی سیستم‌های بسیار کلاسیکی هستند، دقت توصیف آنها توسط مدل کلاسیک سیاه‌چاله برای همه کاربردهای اخترفیزیکی قابل تصور کافی است.

نمونه های دیگر از افق رویداد

• برای ناظری که با شتاب ثابت در فضای مینکوفسکی حرکت می کند (سرعت او در قاب مرجع اینرسی به سرعت نور نزدیک می شود، اما به آن نمی رسد)، دو افق رویداد وجود دارد، به اصطلاح افق های ریندلر (به مختصات ریندلر مراجعه کنید).
  علاوه بر این، برای یک ناظر شتابدار، یک آنالوگ از تابش هاوکینگ وجود دارد - تابش Unruh.
• اگر مدل کیهانی مدرن ΛCDM درست باشد، افق رویداد آینده برای ما در جهان ما وجود دارد.
• در آکوستیک نیز سرعت انتشار برهمکنش محدودی وجود دارد - سرعت صوت، که به دلیل آن دستگاه ریاضی و پیامدهای فیزیکی آکوستیک و نظریه نسبیت مشابه می شود، و در جریان های مافوق صوت مایع یا گاز، آنالوگ های افق رویداد بوجود می آیند. - افق های صوتی

همچنین ببینید

یادداشت

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید «افق رویداد» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

افق رویداد، مرز سیاه چاله، که هیچ جسم یا تشعشعی نمی تواند از آن خارج شود. به طور طبیعی، ناظران خارج از سیاهچاله نمی توانند هیچ اطلاعاتی در مورد آنچه در داخل آن اتفاق می افتد به دست آورند. شعاع... ... فرهنگ لغت دانشنامه علمی و فنی

سطح بسته ای که ناحیه اطراف سیاهچاله را محدود می کند و در آن نیروهای گرانشی آنقدر قوی هستند که هیچ سیگنالی (فوتون، ذره) نمی تواند از زیر این سطح فرار کند و به ناظر خارجی برسد... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

افق رویداد- در نظریه سیاهچاله ها (به "سیاه چاله" مراجعه کنید) و در نظریه نسبیت عام، مرز ناحیه ای در فضا-زمان که در آن سیگنال هایی که با سرعت نور منتشر می شوند کاملاً توسط گرانش مهار می شوند و نمی توانند تا بی نهایت در ...... مفاهیم علوم طبیعی مدرن واژه نامه اصطلاحات اساسی

سطح بسته ای که ناحیه اطراف سیاهچاله را محدود می کند و در آن نیروهای گرانشی آنقدر قوی هستند که هیچ سیگنالی (فوتون، ذره) نمی تواند از زیر این سطح فرار کند و به ناظر خارجی برسد. * * * افق رویداد… فرهنگ لغت دایره المعارفی

سطح بسته ای که ناحیه اطراف سیاهچاله را محدود می کند و نیروهای گرانشی درون آن به قدری زیاد است که هیچ سیگنالی (فوتون، ذره) نمی تواند از زیر این سطح خارج شود و به بیرون برسد. مشاهده کننده... علوم طبیعی. فرهنگ لغت دایره المعارفی

افق رویداد- به سیاهچاله نگاه کن... فرهنگ لغت توضیحی کاربردی جهانی توسط I. Mostitsky

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به افق رویداد (معانی) مراجعه کنید. افق رویداد افق رویداد ... ویکی پدیا

• ترجمه

تصویر یک سیاهچاله با وجود رنگ تیره آنها، اعتقاد بر این است که تمام سیاهچاله ها از ماده معمولی تشکیل شده اند، اما چنین تصاویری کاملاً دقیق نیستند.

در آوریل 2017، تلسکوپ های سراسر جهان به طور همزمان داده های سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری را جمع آوری کردند. از میان تمام سیاهچاله های شناخته شده در جهان، سیاهچاله ای که در مرکز کهکشان قرار دارد - Sagittarius A* - خاص است. از دیدگاه ما، افق رویداد آن بزرگترین سیاهچاله است که در دسترس ماست. آنقدر بزرگ است که تلسکوپ‌هایی که در مکان‌های مختلف روی زمین قرار دارند می‌توانند آن را ببینند، اگر همه به طور همزمان به آن نگاه کنند. اگرچه ترکیب و تجزیه و تحلیل داده های تلسکوپ های مختلف ماه ها طول می کشد، اما باید اولین تصویر خود از افق رویداد را تا پایان سال 2017 داشته باشیم. پس چگونه باید به نظر برسد؟ این سوال توسط یکی از خوانندگان ما پرسیده می شود که با تصاویر گیج شده است:

آیا افق رویداد نباید به طور کامل سیاهچاله را مانند پوسته تخم مرغ احاطه کند؟ همه هنرمندان سیاهچاله ها را به شکل تخم مرغ های آب پز بریده می کشند. چرا افق رویداد به طور کامل سیاهچاله را احاطه نمی کند؟

البته همه نوع تصویرسازی را می توانید در اینترنت پیدا کنید. اما کدام یک درست است؟



نقاشی با یک دایره سیاه ساده و یک حلقه در اطراف آن تصویری بسیار ساده شده از افق سیاهچاله است.

قدیمی ترین نوع تصویر، یک دیسک سیاه ساده است که تمام نور پشت آن را مسدود می کند. اگر به یاد بیاورید سیاهچاله چیست، منطقی است: اساساً، این سیاهچاله جرمی است که در یک مکان به قدری بزرگ و فشرده جمع شده است که سرعت فرار از سطح آن از سرعت نور بیشتر است. از آنجایی که هیچ چیز نمی تواند به این سرعت حرکت کند، حتی انتقال فعل و انفعالات بین ذرات درون سیاهچاله، درون سیاهچاله تا حد تکینگی فرو می ریزد و افق رویدادی در اطراف سیاهچاله شکل می گیرد. نور نمی تواند از این ناحیه کروی فضا بگریزد، به همین دلیل است که از هر منظری باید به عنوان یک دایره سیاه که بر پس زمینه جهان قرار گرفته است ظاهر شود.

سیاهچاله فقط جرمی بالای یک پس‌زمینه مجزا نیست، بلکه دارای اثرات گرانشی است که نور را به دلیل عدسی گرانشی کشیده، بزرگ‌نمایی و منحرف می‌کند.

اما این تمام ماجرا نیست. در اثر گرانش، سیاهچاله‌ها نوری را که از طرف مقابل می‌آید به دلیل اثر عدسی گرانشی بزرگ‌تر و منحرف می‌شوند. تصاویر دقیق و دقیق تری از ظاهر سیاهچاله وجود دارد و حتی افق رویدادی نیز دارد که اندازه آن به درستی با انحنای فضا مطابق با نسبیت عام مقایسه شده است.

متأسفانه، این تصاویر خالی از ایراد نیستند: آنها مواد جلوی سیاهچاله و قرص برافزایش اطراف سیاهچاله را در نظر نمی گیرند. برخی از تصاویر شامل این نیز می شود.

تصویر یک سیاهچاله فعال که با تجمع ماده و شتاب بخشی از آن به شکل دو جت عمود بر هم مشغول است، می تواند سیاهچاله مرکز کهکشان ما را از بسیاری از دیدگاه ها به درستی توصیف کند.

سیاهچاله ها به دلیل تأثیرات گرانشی عظیم خود، در حضور سایر منابع ماده، دیسک های برافزایشی را تشکیل می دهند. سیارک ها، ابرهای گازی و کل ستارگان می توانند توسط نیروهای جزر و مدی که از اجرام عظیمی مانند سیاهچاله ها سرچشمه می گیرند، از هم جدا شوند. به دلیل حفظ تکانه زاویه ای و در اثر برخورد ذرات مختلف که به درون سیاهچاله می افتند، جسمی قرصی شکل در اطراف آن ظاهر می شود که گرم شده و تابش می کند. در نواحی داخلی، ذرات به صورت دوره‌ای به درون سیاه‌چاله می‌افتند، که جرم آن را افزایش می‌دهد و مواد جلوی آن، بخشی از کره را که در غیر این صورت می‌بینید، پنهان می‌کند.

اما خود افق رویداد مبهم است و شما نباید موضوع را پشت آن ببینید.

سیاهچاله در فیلم بین ستاره ای افق رویداد را کاملاً دقیق برای کلاس خاصی از سیاهچاله های در حال چرخش نشان می دهد.

ممکن است شما را شگفت زده کند که فیلم هالیوودی بین ستاره ای سیاهچاله را با دقت بیشتری نسبت به بسیاری از تصاویر حرفه ای ایجاد شده توسط یا برای ناسا به تصویر می کشد. اما حتی در بین متخصصان نیز تصورات غلط زیادی در مورد سیاهچاله ها وجود دارد. BH ها ماده را به داخل نمی مکند، بلکه فقط یک اثر گرانشی اعمال می کنند. سیاهچاله ها به دلیل نیروی اضافی اشیاء را از هم جدا نمی کنند - نیروهای جزر و مدی ساده این کار را انجام می دهند، زمانی که یک قسمت از جسم در حال سقوط به مرکز نزدیکتر از قسمت دیگر باشد. و مهمتر از همه، سیاهچاله ها به ندرت در حالت "برهنه" وجود دارند و اغلب نزدیک به مواد دیگر مانند آنچه در مرکز کهکشان ما وجود دارد، یافت می شوند.

تصویر ترکیبی از سیاهچاله Sagittarius A* در مرکز کهکشان ما، متشکل از اشعه ایکس و اشعه مادون قرمز. جرم آن 4 میلیون خورشیدی است و توسط گاز داغی احاطه شده است که اشعه ایکس ساطع می کند.

با در نظر گرفتن همه اینها، به یاد بیاوریم که اینها چه نوع تصاویری از تخم مرغ آب پز هستند؟ به یاد داشته باشید که خود سیاهچاله را نمی توان به تصویر کشید، زیرا نور ساطع نمی کند. ما فقط می‌توانیم در محدوده مشخصی از طول موج‌ها رصد کنیم و ترکیبی از نور را ببینیم که از پشت به اطراف سیاه‌چاله می‌چرخد، به اطراف و جلوی آن خم می‌شود. و سیگنال حاصل در واقع شبیه یک تخم مرغ آب پز سخت خواهد بود که از وسط نصف شده است.

برخی از سیگنال‌های احتمالی افق رویداد BH که در شبیه‌سازی پروژه تلسکوپ افق رویداد به دست آمده‌اند

همه چیز مربوط به چیزی است که ما عکس می گیریم. ما نمی توانیم در محدوده اشعه ایکس مشاهده کنیم، زیرا چنین فوتون هایی بسیار کم هستند. ما نمی توانیم در نور مرئی رصد کنیم زیرا مرکز کهکشان نسبت به آن مات است. و ما نمی توانیم در نور فروسرخ رصد کنیم زیرا جو این گونه پرتوها را مسدود می کند. اما ما می‌توانیم در طول موج‌های رادیویی رصد کنیم و این کار را به طور همزمان در سراسر جهان انجام دهیم تا بهترین وضوح ممکن را به دست آوریم.

بخش هایی از تلسکوپ افق رویداد از یک نیمکره

اندازه زاویه ای سیاهچاله در مرکز کهکشان تقریباً 37 میکروثانیه است و وضوح تلسکوپ 15 میکروثانیه است، بنابراین باید بتوانیم آن را ببینیم! بیشتر تشعشعات فرکانس رادیویی از ذرات ماده باردار ناشی می شود که در اطراف سیاهچاله شتاب می گیرند. ما نمی دانیم که دیسک چگونه جهت می گیرد، آیا دیسک های متعددی وجود خواهد داشت، آیا بیشتر شبیه یک دسته از زنبورها خواهد بود یا یک دیسک فشرده. ما همچنین نمی دانیم که آیا او یک "طرف" BH را از دیدگاه ما بر دیگری ترجیح می دهد یا خیر.

پنج شبیه سازی مختلف نسبیت عام با استفاده از مدل مغناطیسی هیدرودینامیکی یک دیسک برافزایش سیاهچاله، و اینکه سیگنال حاصل چگونه خواهد بود.

ما انتظار داریم که یک افق رویداد واقعی را پیدا کنیم، با یک اندازه مشخص، تمام نوری که از پشت آن می‌آید را مسدود کند. ما همچنین انتظار داریم که در مقابل آن سیگنالی وجود داشته باشد، این سیگنال به دلیل به هم ریختگی اطراف سیاهچاله ناهموار باشد، و جهت گیری دیسک نسبت به سیاهچاله تعیین می کند که شما چه چیزی را می توانید ببینید. .

وقتی دیسک به سمت ما می چرخد، یک قسمت روشن تر می شود. وقتی دیسک از ما دور می‌شود، طرف دیگر تیره‌تر است. طرح کلی افق رویداد نیز ممکن است به دلیل عدسی گرانشی قابل مشاهده باشد. مهمتر از آن، محل لبه دیسک یا صفحه به سمت ما تأثیر زیادی بر ماهیت سیگنال دریافتی خواهد داشت، همانطور که در مربع های اول و سوم شکل زیر مشاهده می شود.

محل قرارگیری دیسک به سمت ما با یک لبه (دو مربع سمت راست) یا یک صفحه (دو مربع سمت چپ) تا حد زیادی بر نوع سیاهچاله ای که می بینیم تأثیر می گذارد.

ما می توانیم اثرات دیگری را آزمایش کنیم، یعنی:

آیا سیاهچاله اندازه پیش بینی شده توسط نسبیت عام را دارد؟
افق رویداد گرد (طبق پیش‌بینی‌شده)، یا دراز یا صاف در قطب‌ها باشد،
آیا انتشار رادیویی فراتر از آن چیزی است که فکر می کنیم؟

یا برخی انحرافات دیگر از رفتار مورد انتظار وجود دارد. این مرحله جدیدی در فیزیک است و ما در آستانه آزمایش مستقیم آن هستیم. یک چیز واضح است: مهم نیست که تلسکوپ افق رویداد چه می بیند، ما مطمئناً چیزهای جدید و شگفت انگیزی در مورد برخی از شدیدترین اجرام و شرایط در کیهان یاد خواهیم گرفت!

سیاهچاله‌ها توجه فیزیکدانان و ستاره‌شناسان را به خود جلب می‌کنند، زیرا آنها یک آزمایشگاه طبیعی منحصر به فرد برای مطالعه اثرات گرانشی هستند که ما نمی‌توانیم روی زمین ببینیم. بسیاری از دانشمندان به مدت یک قرن در حال مطالعه بر روی ستاره های مرده، که سیاهچاله هستند، بوده اند. اما مشهورترین آنها کیهان شناس بریتانیایی از دانشگاه کمبریج، استیون هاوکینگ بود.

هاوکینگ به عنوان حامی مکانیک کوانتومی، سیاهچاله ها را از دیدگاه مدل های کوانتومی مطالعه می کند و سعی می کند از آنها برای توضیح پدیده های مکانیکی کلاسیک و مظاهر نظریه نسبیت اینشتین استفاده کند.

مطالعه سیاهچاله ها در درجه اول به مفهوم افق رویداد بستگی دارد - یک کره فرضی خاص در اطراف یک نقطه تکینگی گرانشی، که هیچ چیز نمی تواند فراتر از آن برود. و منظور کیهان شناسان از «هیچ» ماده، انرژی و حتی اطلاعات است.

مورد دوم قابل ذکر با جزئیات بیشتر است. در سال 2012، جو پولچینسکی، فیزیکدان نظری از مؤسسه فیزیک نظری در سانتا باربارا، پارادوکس "دیوار آتش" و پدیده ناپدید شدن اطلاعات در سیاهچاله را به تفصیل شرح داد، که در اصل با توجه به قوانین مکانیک کوانتومی غیرممکن است. . در پاسخ، هاوکینگ با ارسال مقاله علمی خود با عنوان عجیب «ذخیره‌سازی اطلاعات و پیش‌بینی آب و هوا برای سیاه‌چاله‌ها» در سایت preprint arXiv.org، موضوع را گسترش داد.

کیهان شناس در کار جدید خود، وجود افق رویداد را به شدت مورد تردید قرار می دهد. در عوض، او اصطلاح جدیدی را به نام «افق ظاهری» ابداع می‌کند که به این معناست که یک کره خیالی فقط به طور موقت ماده و انرژی را در خود نگه می‌دارد، اما در نهایت آن را آزاد می‌کند، البته به شکلی مخدوش.

طبق نظریه کلاسیک، هیچ خروجی از افق رویداد وجود ندارد، اما نظریه کوانتومی اجازه خروج انرژی و اطلاعات از یک سیاهچاله را می دهد، متاسفانه، حقیقت تنها در یک نظریه واحد نهفته است که مکانیک کوانتومی و نظریه را متحد می کند. گرانش، و ما، دانشمندان، نمی توانیم آن را فرمول بندی کنیم،» هاوکینگ در مورد ایده خود توضیح می دهد.

سیاهچاله ها ممکن است اصلاً افق رویداد نداشته باشند.

فیزیکدانان دوست دارند با استفاده از آزمایش فکری زیر در مورد سیاهچاله ها صحبت کنند: اگر یک فضانورد به طور تصادفی در فاصله بحرانی یک سیاهچاله قرار بگیرد، چه اتفاقی برای فضانورد خواهد افتاد؟ طرفداران مکانیک کلاسیک می گویند که او بدون توجه از افق رویداد عبور می کرد، پس از آن به داخل مکیده می شد، در حالی که مرد بدبخت در یک اسپاگتی طولانی، اتم به اتم کشیده می شد. و سپس در هسته بی نهایت متراکم یک سیاهچاله - نقطه تکینگی - بسته می شود.

پولچینسکی کشف کرد که مکانیک کوانتومی نسخه کاملاً متفاوتی از رویدادها ارائه می دهد. طبق مدل‌های مکانیکی کوانتومی، افق رویداد باید یک منطقه بسیار پرانرژی باشد، چیزی شبیه به یک دیوار آتش که فضانورد احتمالی را به یک ترد سرخ می‌کند.

اما چنین سناریویی انیشتین را خشمگین می‌کرد: طبق نظریه نسبیت عام، یک ناظر فرضی قوانین فیزیک را چه در حال پرواز آزادانه در یک کهکشان و چه سقوط در سیاهچاله یکسان درک می‌کند. هاوکینگ گزینه سومی را پیشنهاد کرد که از نظر ریاضی ساده است و مکانیک کوانتومی یا نسبیت عام را شگفت‌زده نمی‌کند.

ایده ساده است: به گفته هاوکینگ، افق رویداد اصلا وجود ندارد. اثرات کوانتومی که در نزدیکی یک سیاه‌چاله رخ می‌دهند، باعث نوسانات شدید فضا-زمان می‌شوند، و این نوسانات به قدری بزرگ هستند که یک مرز دقیق، مانند افق رویداد، به سادگی نمی‌تواند ایجاد شود.

به اصطلاح «افق مرئی»، جایگزینی برای افق رویداد، سطحی است که پرتوهای نوری را که سعی در فرار از سیاهچاله دارند، مسدود می‌کند. این پدیده به نوعی با افق رویداد منطبق است، اما هنوز بین این دو مفهوم تفاوت وجود دارد. اگر هر دو مرز نور را فراتر از محدوده خود منتشر نکنند، افق رویداد به مرور زمان کوچک می‌شود و افق مرئی متورم می‌شود.

طبق قوانین مکانیک کلاسیک، فضانوردی که به یک سیاهچاله نزدیک می شود مانند اسپاگتی کشیده می شود و سپس اتم به اتم در یک نقطه تکینگی گرانشی بسته می شود.

مورد دوم واضح است: هرچه یک سیاهچاله ماده بیشتری را جذب کند، بزرگتر می شود و بر این اساس، مرزهای آن گسترش می یابد. و هاوکینگ فرونشست افق رویداد را در سال 1974، زمانی که مفهوم تابش هاوکینگ را معرفی کرد، توضیح داد: برخی از ذرات هنوز هم گاهی از مرزهای یک ستاره مرده خارج می شوند، اما این امر عمدتاً توسط فوتون ها انجام می شود. و هرچه یک سیاهچاله ذرات کمتری داشته باشد، افق رویداد آن باریکتر می شود.

همکاران هاوکینگ، که در کار او شرکت نکردند، خاطرنشان می کنند که کیهان شناس با چنین ایده هایی وجود سیاهچاله ها را رد می کند. اولاً، به دلیل ماهیت خود، افق مرئی ممکن است روزی ناپدید شود و هر چیزی که تا به حال توسط سیاهچاله گرفته شده است، در فضای بیرونی رها می شود، البته نه به شکل اصلی خود.

و ثانیاً، عدم وجود افق رویداد، وجود یک تکینگی گرانشی در مرکز یک سیاه‌چاله را مورد تردید قرار می‌دهد. به جای ایده های کلاسیک در مورد سرنوشت یک فضانورد یا هر جسم نزدیک سیاهچاله، ماده فقط به طور موقت در پشت افق مرئی ذخیره می شود و به تدریج تحت تأثیر گرانش هسته به سمت مرکز حرکت می کند. اما هیچ چیز در نقطه تکینگی "بسته بندی" نخواهد شد و اطلاعات مربوط به ماده به همراه تابش هاوکینگ به طور کامل سیاهچاله را ترک خواهند کرد، البته به شکلی بسیار مخدوش.

پولچینسکی پس از خواندن مقاله هاوکینگ نسبت به وجود سیاهچاله‌هایی بدون افق رویداد در طبیعت ابراز تردید کرد. نوسانات فضا-زمان که برای پاک کردن این مرز مورد نیاز است باید بسیار قوی باشد و اخترفیزیکدانان هنوز چیزی شبیه به این را مشاهده نکرده اند. انیشتین سیاهچاله ها را تقریباً به عنوان منابع معمولی یک میدان گرانشی قدرتمند توصیف کرد و از این نظر نظریه او بسیار ساده تر است، اگرچه بسیاری از جنبه های فیزیکی دیگر را در نظر نمی گیرد.

کیهان و کره هابل
چه طور ممکنه؟

عبارت Big Bang که توسط فرد هویل در سال 1950 در طول مصاحبه رادیویی خود در بی بی سی استفاده شد، متعاقباً به روسی به عنوان Big Bang ترجمه شد (در واقع، عبارت "بیگ بنگ" فقط توسط انفجار بزرگ به درستی ترجمه شده است). بنابراین سردرگمی آغاز شد که در زبان انگلیسی یافت نشد. کلمه Bang در واقع به معنای "انفجار" نیست. در کمیک ها برای نشان دادن ضربه یا انفجار استفاده می شود. بیشتر شبیه چیزی شبیه "بنگ" یا "بوم" است. کلمه "انفجار" تداعی های بسیار خاصی را تداعی می کند، به همین دلیل است که در رابطه با بیگ بنگ این سوالات مطرح می شود: "چه منفجر شد؟"، "کجا؟"، "از چه؟" و مانند آن در واقع بیگ بنگ اصلا شبیه انفجار نیست. اولاً، معمولاً یک انفجار در فضای آشنای ما رخ می دهد و با اختلاف فشار همراه است. به عنوان یک قاعده، این تفاوت با یک تفاوت عظیم در دما تضمین می شود. افزایش آن با آزادسازی سریع مقدار زیادی انرژی در اثر برخی واکنش های شیمیایی یا هسته ای تضمین می شود. یک انفجار بزرگ، بر خلاف یک انفجار معمولی، با هیچ تفاوتی در فشار همراه نیست. اول از همه منجر به تولد خود فضا با ماده شد و تنها پس از آن به انبساط فضا و متعاقب آن انبساط ماده منجر شد. تعیین "نقطه" ای که در آن رخ داده است غیرممکن است.

اغلب حتی متخصصان (فیزیکدانان، ستاره شناسان) به این سوال پاسخ می دهند: "آیا می توان کهکشانی را رصد کرد که هم در لحظه ای که نور ساطع می کند و هم در لحظه دریافت سیگنال آن روی زمین، سریعتر از نور از ما دور می شود؟" - آنها پاسخ می دهند: "البته که نه!" شهود بر اساس نظریه نسبیت خاص (SRT)، که یک کیهان شناس به درستی آن را "سایه SRT" نامید، ایجاد می شود. با این حال، این پاسخ نادرست است. معلوم می شود که هنوز امکان پذیر است. در هر مدل کیهانی، سرعت فرار به صورت خطی با فاصله افزایش می یابد. این به دلیل یکی از مهمترین اصول - همگنی جهان است. در نتیجه، فاصله ای وجود دارد که در آن سرعت فرار به سرعت نور می رسد و در فواصل زیاد ابر نوری می شود. آن کره خیالی که سرعت فرار در آن برابر با نور است، کره هابل نامیده می شود.
"چه طور ممکنه! - خواننده فریاد خواهد زد. آیا نظریه نسبیت خاص اشتباه است؟ درست است، اما هیچ تناقضی در اینجا وجود ندارد. سرعت های ابر نور زمانی کاملا واقعی هستند که در مورد انتقال انرژی یا اطلاعات از یک نقطه در فضا به نقطه دیگر صحبت نمی کنیم. به عنوان مثال، یک پرتو خورشید می تواند با هر سرعتی حرکت کند، فقط باید صفحه ای را که روی آن دورتر است نصب کنید. SRT فقط انتقال اطلاعات و انرژی را در سرعت های فوق العاده "ممنوع" می کند. و برای انتقال اطلاعات، به سیگنالی نیاز دارید که در سراسر فضا پخش شود - گسترش فضا به خودی خود هیچ ربطی به آن ندارد. بنابراین در مثال ما در مورد کهکشان‌های در حال عقب‌نشینی، همه چیز با نظریه نسبیت در نظم کامل است: با سرعت فوق‌شورایی آن‌ها فقط از ناظر زمینی دور می‌شوند و در رابطه با فضای اطراف، سرعت آنها حتی ممکن است صفر باشد. نکته شگفت‌انگیز این است که می‌توانیم کهکشان‌هایی را ببینیم که سریع‌تر از نور از ما دور می‌شوند. این امکان پذیر است زیرا سرعت انبساط جهان ثابت نبوده است. اگر در دوره ای کاهش یابد و نور بتواند به کهکشان ما برسد، آنگاه یک منبع ابر نورانی را خواهیم دید. این مثال کاملاً نشان می‌دهد که سرنوشت یک فوتون به نحوه رفتار کیهان در حین حرکت در آن بستگی دارد. اجازه دهید فرض کنیم در لحظه ای که فوتون گسیل شد، کهکشان منبع سریعتر از نور از ما دور می شد. سپس، اگرچه فوتون در جهت ما ساطع شد، در امتداد یک شبکه مختصات کششی حرکت کرد، اما به دلیل تورم کیهان از ما دور خواهد شد. اگر سرعت انبساط کاهش یابد، این امکان وجود دارد که در نقطه ای سرعت فرار (در محلی که فوتون در آن زمان قرار دارد) کمتر از سرعت نور شود. سپس نور شروع به حرکت به سمت ما می کند و ممکن است در نهایت به ما برسد. خود کهکشان منبع، در لحظه "معکوس" نور، هنوز هم سریعتر از نور از ما دور می شود (زیرا بسیار دورتر از فوتون است و سرعت با فاصله افزایش می یابد). در لحظه دریافت فوتون، سرعت آن نیز ممکن است بیشتر از نور باشد (یعنی پشت کره هابل باشد)، اما این امر در رصد آن اختلالی ایجاد نمی کند.
در جهان پر از ماده (چنین جهانی همیشه با سرعت کمتری منبسط می شود)، تمام این پارامترهای حیاتی را می توان با جزئیات محاسبه کرد. اگر جهان ما این گونه بود، پس کهکشان هایی که انتقال به سرخ آنها بیشتر از 1.25 است، نوری را که ما اکنون دریافت می کنیم، در لحظه ای که سرعت آنها بیشتر از سرعت نور بود، ساطع می کردند. کره مدرن هابل برای ساده ترین مدل کیهان، پر از ماده (یعنی بدون کمک انرژی تاریک)، دارای شعاع مربوط به انتقال به سرخ 3 است. و همه کهکشان ها با جابجایی زیاد، از لحظه تابش به زمان ما، سریعتر از نور از ما دور می شوند.
در کیهان شناسی، ما در مورد سه سطح مهم صحبت می کنیم: افق رویداد، افق ذرات و کره هابل. دو مورد آخر سطوح در فضا هستند و اولی در فضا-زمان. ما قبلاً با کره هابل آشنا شده ایم، اکنون بیایید در مورد افق ها صحبت کنیم. افق ذره اجسام قابل مشاهده فعلی را از اجرام غیر قابل مشاهده جدا می کند. از آنجایی که جهان سن محدودی دارد، نور از اجسام دور به سادگی هنوز فرصتی برای رسیدن به ما نداشته است. این افق همیشه در حال گسترش است: زمان می گذرد، و ما "منتظر" سیگنال هایی از کهکشان های دورتر و بیشتر می شویم. افق ذرات در حال دور شدن است و به نظر می رسد با سرعتی بیشتر از سرعت نور از ما می گریزد. به لطف این، ما کهکشان های بیشتری را می بینیم.
توجه داشته باشید که فاصله فعلی تا «کهکشان‌های لبه جهان قابل مشاهده» را نمی‌توان به‌عنوان حاصل ضرب سرعت نور و سن کیهان تعیین کرد. در هر مدلی از جهان در حال انبساط، این فاصله بیشتر از این محصول خواهد بود. و این کاملا قابل درک است. خود نور این فاصله را طی کرد، اما کیهان توانست در این مدت منبسط شود، بنابراین فاصله فعلی تا کهکشان از مسیر طی شده توسط نور بیشتر است و در لحظه انتشار این فاصله می تواند به طور قابل توجهی کمتر از این مسیر باشد.
منابع در افق ذرات دارای یک انتقال بی نهایت به قرمز هستند. اینها باستانی ترین فوتون هایی هستند که حداقل از نظر تئوری اکنون می توان آنها را "دید" کرد. آنها تقریباً در لحظه انفجار بزرگ منتشر شدند. سپس اندازه بخشی از کیهان که امروزه قابل مشاهده است بسیار کوچک بود، به این معنی که از آن زمان به بعد همه فواصل بسیار رشد کرده اند. این جایی است که انتقال بی نهایت به سرخ از آنجا می آید. البته، ما در واقع نمی توانیم فوتون ها را از خود افق ذرات ببینیم. کیهان در جوانی اش در برابر تشعشعات مات بود. بنابراین فوتون هایی با جابجایی قرمز بیشتر از 1000 مشاهده نمی شوند. اگر در آینده اخترشناسان یاد بگیرند که نوترینوهای باقیمانده را شناسایی کنند، این به آنها اجازه می دهد تا دقایق اولیه زندگی کیهان را که مربوط به تغییر رنگ قرمز است - 3x10 7 نگاه کنند. حتی پیشرفت بیشتری را می توان در تشخیص امواج گرانشی باقی مانده به دست آورد که به "زمان پلانک" (10 43 ثانیه از آغاز انفجار) می رسد. با کمک آنها، می توان با استفاده از قوانین طبیعت شناخته شده امروز، تا آنجا که ممکن است به گذشته نگاه کرد. نزدیک به لحظه اولیه انفجار بزرگ، نظریه نسبیت عام دیگر قابل اجرا نیست.
افق رویداد یک سطح در فضا-زمان است. چنین افقی در هر مدل کیهانی ظاهر نمی شود. به عنوان مثال، در جهان کند که در بالا توضیح داده شد، هیچ افق رویدادی وجود ندارد - هر رویدادی از زندگی کهکشان های دوردست را می توان مشاهده کرد اگر به اندازه کافی صبر کنید. هدف از معرفی این افق این است که رویدادهایی را که حداقل در آینده می توانند بر ما تأثیر بگذارند از آنهایی که به هیچ وجه نمی توانند ما را تحت تأثیر قرار دهند جدا می کند. اگر حتی سیگنال نوری در مورد یک رویداد به ما نرسد، خود آن رویداد نمی تواند بر ما تأثیر بگذارد. شما می توانید آن را به عنوان پخش بین کهکشانی از یک مسابقه فوتبال که در یک کهکشان دور برگزار می شود در نظر بگیرید که سیگنال آن را هرگز دریافت نخواهیم کرد. چرا این امکان وجود دارد؟ ممکن است دلایل مختلفی وجود داشته باشد. ساده ترین مدل «پایان دنیا» است. اگر آینده از نظر زمانی محدود باشد، پس واضح است که نور برخی از کهکشان های دور به سادگی قادر به رسیدن به ما نخواهد بود. اکثر مدل های مدرن این ویژگی را ارائه نمی دهند. با این حال، نسخه ای از Big Rip آینده وجود دارد، اما در محافل علمی چندان محبوب نیست. اما گزینه دیگری وجود دارد - گسترش با شتاب. در این مورد، برخی از طرفداران غیر فوتبال به سادگی "از نور فرار می کنند": برای آنها سرعت انبساط فوق العاده خواهد بود.
هنگامی که در مورد "جهان بزرگ" صحبت می شود، اغلب فرض می شود که ماده به طور مساوی در فضا توزیع شده است. برای اولین تقریب این درست است. با این حال، ما نباید در مورد "اختلال" مانند کهکشان ها و خوشه های آنها فراموش کنیم. آنها از نوسانات چگالی اولیه تشکیل می شوند. اگر یک توپ با چگالی کمی بالاتر در یک ماده توزیع یکنواخت ظاهر شود، بدون در نظر گرفتن اثرات مربوط به دما، می توان گفت که توپ شروع به فشرده شدن می کند و چگالی ماده شروع به افزایش می کند. در ساده ترین مدل جهان در حال انبساط، که در آن سهم انرژی تاریک صفر است، هیچ چیز اساساً تغییر نمی کند. هر گونه اغتشاش چگالی در چنین جهان غبارآلود (برای گاز واقعی، نه گرد و غبار، جرم اغتشاش باید از یک مقدار بحرانی معین تجاوز کند - به اصطلاح جرم جین) منجر به "ریزش ماده" در اثر انبساط می شود. کیهان و تشکیل یک شی محدود. اگر سهم انرژی تاریک صفر نباشد، نوسانات چگالی از همان ابتدا باید مقداری بیشتر از یک مقدار بحرانی معین داشته باشند، در غیر این صورت کنتراست چگالی زمانی برای افزایش به مقدار مورد نیاز نخواهد داشت و ماده نخواهد بود. سقوط» از جریان هابل. همانطور که انرژی فوتون به دلیل انبساط کاهش می یابد، انرژی جنبشی ذرات غبار نیز در طول زمان با انبساط جهان کاهش می یابد. به همین دلیل، تا زمانی که نوسان به طور کامل از انبساط عمومی جهان جدا نشود، روند "فروپاشی" اختلال کندتر از بدون در نظر گرفتن انبساط پیش می رود. به جای افزایش نمایی در چگالی، افزایش قانون قدرت مشاهده خواهد شد. به محض اینکه کنتراست چگالی به یک مقدار بحرانی خاص برسد، به نظر می رسد که نوسان انبساط کیهان را «فراموش می کند».
هوس های ملکه سیاه

به نظر می رسد که جهان در حال گسترش تا حدودی شبیه به کشور ملکه سیاه است، که آلیس خود را در داستان پریان لوئیس کارول "آلیس از طریق شیشه نگاه" در آن یافت. در آنجا برای ایستادن باید خیلی سریع می دوید. بیایید فرض کنیم کهکشانی با سرعت ذاتی بالا به سمت ما هدایت شده است. در این حالت، دو اثر به تغییر طیفی کلی آن کمک می‌کنند: گسترش قرمز کیهانی و تغییر آبی به دلیل اثر داپلر به دلیل سرعت خود. سوال اول این است: فاصله کهکشان با تغییر طیف صفر چگونه تغییر خواهد کرد؟ پاسخ: کهکشان از ما دور خواهد شد. سوال دوم: کهکشانی را تصور کنید که فاصله آن تغییر نمی کند به دلیل اینکه سرعت خودش کاملاً اثر انبساط را جبران کرده است (این دقیقاً مانند دویدن آلیس در سرزمین ملکه سیاه است). کهکشان در امتداد شبکه مختصات ترسیم شده ما با همان سرعتی که شبکه باد می شود حرکت می کند. تغییر در طیف چنین کهکشانی چه خواهد بود؟ پاسخ: افست آبی خواهد بود. یعنی خطوط در طیف چنین کهکشانی به سمت طول موج های کوتاه تر جابه جا می شوند.
چنین رفتار غیرمنتظره ای از طیف انتشار به این دلیل است که دو اثر فیزیکی در اینجا وجود دارد که با فرمول های مختلف توصیف شده است. برای منبعی که در کره هابل قرار دارد، در لحظه انتشار در ساده ترین مدل جهان در حال کاهش سرعت، انتقال به سرخ برابر با 1.25 و سرعت فرار برابر با سرعت نور است. این بدان معناست که برای اینکه منبع در فاصله ثابتی از ما بماند، باید سرعت خودش برابر با سرعت نور باشد. و برای سرعت های مناسب (عجیب) لازم است فرمول اثر داپلر نسبیتی را اعمال کرد که برای سرعت

عدسی گرانشی روی خوشه های کهکشانی سهم اصلی در جرم خوشه از ماده تاریک مرموز ناشی می شود. کهکشان های فراتر از کره هابل سریعتر از نور دور می شوند.

ویژگی های عجیب ملکه سیاه

امروزه کیهان شناسی به عنوان یک علم دقیق در نظر گرفته می شود و اندازه گیری متریک های فضا با استفاده از تداخل سنج های لیزری و ژیروسکوپ های ابررسانا انجام می شود.

یک منبع برابر با سرعت نور و به سمت ما یک تغییر بی نهایت بزرگ آبی ایجاد می کند. تغییر خطوط طیفی به دلیل اثر داپلر بیشتر از خطوط طیفی و برای کهکشان‌هایی در فواصل کوچکتر است. بنابراین، یک منبع در حالت سکون به آبی تغییر می کند و یک ستاره با سوگیری صفر از ما دور می شود.
البته کهکشان ها نمی توانند سرعت های نزدیک به نور خود را داشته باشند. اما برخی از اختروش‌ها و کهکشان‌ها با هسته‌های فعال، جت‌هایی تولید می‌کنند - جت‌هایی از ماده که در فواصل میلیون‌ها سال نوری شلیک می‌کنند. سرعت ماده در چنین جت می تواند نزدیک به سرعت نور باشد. اگر جت به سمت ما باشد، به دلیل اثر داپلر می توانیم یک تغییر رنگ آبی را ببینیم. علاوه بر این، به نظر می رسد که این ماده به ما نزدیک می شود. با این حال، با توجه به آنچه در بالا نوشته شد، نتیجه دوم چندان واضح نیست. اگر منبع به اندازه کافی دور باشد، باز هم انبساط کیهانی ماده را از ما «حفظ» خواهد کرد، حتی اگر سرعت آن به سرعت نور بسیار نزدیک باشد و جت برای ما «آبی» به نظر برسد. تنها در کیهان شناسی چنین وضعیت پوچ در نگاه اول به وجود می آید، زمانی که جسمی که از ما دور می شود دارای یک تغییر رنگ آبی است. به عنوان مثال، اختروش GB1508+5714 که دارای انتقال قرمز 4.3 است، 1.13 برابر سریعتر از نور از ما دور می شود. این بدان معناست که ماده جت آن که با سرعت ذاتی بالا به سمت ما حرکت می کند، از ما دور می شود، زیرا سرعت ذرات نمی تواند از سرعت نور بیشتر شود.
کشف اخیر که جهان اکنون با سرعتی شتابان در حال انبساط است، کیهان شناسان را به معنای واقعی کلمه هیجان زده کرده است. این رفتار غیرمعمول دنیای ما دو دلیل می تواند داشته باشد: یا "پرکننده" اصلی جهان ما ماده معمولی نیست، بلکه ماده ناشناخته با خواص غیر معمول (به اصطلاح انرژی تاریک) است یا (حتی ترسناک تر از فکر کردن!) تغییر معادلات نظریه نسبیت عام ضروری است. علاوه بر این، بنا به دلایلی، بشریت در آن دوره کوتاه در مقیاس کیهانی زندگی کرد، زمانی که انبساط آهسته جای خود را به گسترش شتابان می داد. همه این سوالات هنوز تا حل شدن بسیار فاصله دارند، اما امروز می‌توانیم در مورد اینکه چگونه انبساط شتاب‌زده (اگر برای همیشه ادامه یابد) جهان ما را تغییر داده و افق رویداد را ایجاد می‌کند، بحث کنیم. به نظر می رسد که زندگی کهکشان های دور، از لحظه ای که سرعت فرار به اندازه کافی بالا به دست می آورند، برای ما متوقف می شود و آینده آنها برای ما ناشناخته می شود - نور تعدادی از رویدادها به سادگی هرگز به ما نمی رسد. با گذشت زمان، در آینده ای نسبتاً دور، تمام کهکشان هایی که در ابرخوشه محلی ما به اندازه 100 مگاپارسک گنجانده نشده اند، در پشت افق رویداد ناپدید می شوند: تمام انبساط شتاب دهنده، نقاط مربوطه خود را روی شبکه مختصات به آنجا "کشش" خواهد داد.
در اینجا، اتفاقا، تفاوت بین افق ذرات و افق رویداد به وضوح قابل مشاهده است. آن کهکشان هایی که در زیر افق ذرات قرار داشتند، در زیر آن باقی خواهند ماند، نور آنها همچنان خواهد رسید. اما هر چه سرعت یک کهکشان به سرعت نور نزدیک‌تر شود، زمان بیشتری طول می‌کشد تا نور به ما برسد و همه وقایع در چنین کهکشانی به نظر ما در طول زمان کشیده می‌شوند. به طور نسبی، اگر ساعتی را در چنین کهکشانی قرار دهید، که باید تا زمان خروج از افق رویداد، 12 ظهر را نشان دهد، ناظران زمینی شاهد کاهش بی پایان این ساعت خواهند بود. مهم نیست چقدر نگاه می کنیم (از لحاظ نظری، چنین کهکشانی "با یک ساعت" هرگز از آسمان ما ناپدید نمی شود)، هرگز عقربه های ساعت را دقیقا روی "دوازده" نخواهیم دید - آخرین انقلاب خود را به طور نامحدود مطابق با ساعت خودمان انجام می دهد. . پس از مدت ها انتظار، خواهیم دید که چه اتفاقی در کهکشان (با توجه به ساعت آن) در ساعت 11:59 صبح، 11:59 صبح 59 و غیره رخ می دهد. اما آنچه بعد از ظهر روی آن اتفاق افتاد برای همیشه از ما پنهان می ماند. خیلی شبیه تماشای افتادن ساعتی در سیاهچاله است.
ناظر در این کهکشان دور ممکن است به همین شکل فکر کند. او اکنون کهکشان ما را در گذشته خود می بیند، اما در مقطعی از زمان، تاریخ ما برای او غیرقابل دسترس خواهد شد، زیرا سیگنال های ما دیگر به این کهکشان نخواهند رسید. خنده دار است که برای مجموعه پارامترهای کیهانی پذیرفته شده عمومی، چنین کهکشانی معمولاً دور نیستند. انتقال قرمز آنها باید بیشتر از 1.8 باشد. یعنی ممکن است حتی در داخل کره هابل باشند، اما بشریت برای ارسال پیام به آنها خیلی دیر شده است.
این پدیده ها که از نظر عقل سلیم متناقض هستند، در جهان ما رخ می دهند. غیر معمول بودن آنها به این دلیل است که مفاهیم معمول سرعت، مسافت و زمان در کیهان شناسی معنای کمی متفاوتی به خود می گیرند. متأسفانه، دانشمندان هنوز به هیچ نظر مشترکی در مورد اینکه جهان ما چه نوع زندگی می کند و در اصل چه اتفاقی برای آن می افتد، نرسیده اند. از این گذشته ، حتی برای متخصصان ، گسترش مرزهای عقل سلیم بسیار دشوار است.

سرگئی پوپوف، الکسی توپورنسکی

آلبرت انیشتین زمانی گفت: "عقل سلیم تعصبی است که یک فرد قبل از 18 سالگی به دست می آورد." او در عصر شکل گیری دیدگاه جدیدی از جهان فیزیکی زندگی می کرد و دلایل زیادی برای عدم اعتماد به ایده های معمول در مورد ویژگی های اشیاء داشت. در آغاز قرن بیستم، سه جهان جدید در برابر دانشمندان آشکار شد: پدیده‌های کوانتومی، نظریه‌های نسبیت خاص و عام. ما شهود روزمره ای نداریم که به ما اجازه دهد خاص بودن پدیده هایی را که در این دنیاها اتفاق می افتد احساس کنیم. عقل سلیم، بر اساس احساسات فوری ما، به ما اجازه می دهد که فقط قوانین مکانیک نیوتنی را درک کنیم، و در جهان های میکرو، مگا و جهان هایی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می کنند، قابل استفاده نیست. دستگاه های ساخت بشر به کمک می آیند و قابلیت های ادراک انسان را گسترش می دهند. شتاب‌دهنده‌ها و تلسکوپ‌ها، لیزرها و میکروسکوپ‌ها، رایانه‌ها و ذهن انسان این امکان را فراهم می‌کنند که پدیده‌ها را برای ما غیرقابل درک و منطقی جلوه دهند. تنها منطق و قوانینی که دانشمندان در حین کاوش در اعماق کیهان کشف کردند کاملاً با آنچه ما به آن عادت کرده ایم متفاوت بود.