Astromirki, muszę Wam coś napisać. Taki wewnętrzny imperatyw. Od kilku tygodni siedzę i zajmuję się wszystkim, tylko nie astronomią i już mnie nosi o niepisania czegokolwiek astronomicznego. Także wybaczcie, ale muszę się na Was wyżyć i napisać cokolwiek. Akurat niedawno ktoś pytał, czy możliwe jest spuścić sondę na kabelku pod horyzont zdarzeń i odbierać od niej pomiary. Niech będzie. Biorę.
I - Sondujemy czarne dziury
W tym wpisie bohaterem będzie nierotująca, masywna i stara czarna dziura. Najprostsze co może być. Przypomnę, że czarna dziura składa się z osobliwości w centrum (niemal nieskończenie mały obiekt o niemal nieskończonej gęstości i jak najbardziej skończonej masie), horyzontu zdarzeń w jakiejś odległości od osobliwości oraz z niczego pomiędzy nimi. Horyzont zdarzeń to taka matematyczna granica okalająca osobliwość. Wszystko, co przekroczy horyzont zdarzeń, opadnie na osobliwość. Innymi słowy, przekraczając horyzont zdarzeń, nie ucieknie się z czarnej dziury. Dotyczy to też światła. Jest takie naiwne wyobrażenie czarnej dziury jako czarnej kulki (czarnej, bo nie świeci i pochłania światło i kulki, bo horyzont zdarzeń takich prostych czarnych dziur jest sferyczny) i to wyobrażenie nam teraz wystarczy. Musimy jeszcze obwiązać sondę kabelkiem, zrobić mocny supeł i spróbujemy zobaczyć, co jest pod horyzontem zdarzeń. Opuszczamy sondę.
II - Problemy i rozwiązania
Pierwszym problemem jest sama natura grawitacji. Jeśli będziemy stać daleko od czarnej dziury, to względem nas, czas wokół opuszczanej sondy będzie spowalniał. To nie jest złudzenie optyczne. Faktycznie, dla obserwatora odległego od czarnej dziury, obiekty opadające na czarną dziurę wydają się spowalniać, a ich czas wydaje się powoli zatrzymywać. Co gorsza, dla takiego odległego obserwatora, czas na horyzoncie zdarzeń stoi w miejscu. Jak będziemy obie tkwić w laboratorium, to względem nas, sonda nigdy nie przekroczy horyzontu zdarzeń. Lipa.
Żeby obejść ten problem, musimy sami opadać z sondą. Najlepiej w jakiejś bezpiecznej odległości od niej. Tutaj będziemy odbierać wskazania sondy, ale napotkamy na drugi problem związany z naturą grawitacji. Kłopotem będą siły pływowe. W ogólności polega to na tym, że opadając głową w dół, nasza głowa będzie przyciągana bardziej, niż nasze nogi. To samo dzieje się na co dzień z każdym z nas na Ziemi: nogi są przyciągane mocniej, niż głowa, bo nogi są te ~1.9 metra bliżej centrum masy Ziemi (nie wiem jak u Was ( ͡°͜ʖ͡°)). Oczywiście masa Ziemi jest tak mała, że siły pływowe wywierane na tak małych odległościach są zupełnie zaniedbywalne. Jeśliby jednak znaleźć się w pobliżu jakiejś czarnej dziury pochodzenia gwiazdowego, to siły pływowe śmiało rozciągną nas w niteczkę (to ta "spagettyfikacja"). Wszystko, co opadnie dostatecznie blisko horyzontu rozciągnie się, zmiażdży i popęka: sonda, my, kabelek, wszystko. Znowu lipa.
I ten problem da się obejść. Wystarczy wziąć do badania wystarczająco masywną czarną dziurę. Im czarna dziura będzie bardziej masywna, tym wolniej będzie zmieniała się siła grawitacji w pobliżu horyzontu zdarzeń. Owszem, na horyzoncie wciąż będzie przyciąganie takie, że nawet światło nie ucieknie, ale jakiś kilometr nad horyzontem prędkość ucieczki z okolicy czarnej dziury będzie niewiele mniejsza. Wyrażając to inaczej: na horyzoncie zdarzeń siła grawitacji zawsze jest taka sama, ale dla bardziej masywnych obiektów gradient siły grawitacji jest mniejszy. Jak weźmiemy do badania supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej, to będzie OK. Zbadajmy sobie zatem supermasywną czarną dziurę, opadając razem z sondą i jej kabelkiem. W tej chwili sonda przekracza horyzont zdarzeń (my jeszcze nie). Wszelkie sygnały radiowe oraz jej obraz zostają skierowane do środka czarnej dziury. Z horyzontu wystaje jednak kabelek! Czy możemy odczytać z niego sygnały sondy? No cóż, nie.
III - Horyzont zdarzeń: Ostateczna Granica
Sygnały wysyłane po kabelku biegną jako prąd elektryczny. Ten z kolei jest ciągłą zmianą pola elektrycznego i magnetycznego. Pole elektromagnetyczne porusza się z prędkością światła, a to jest zbyt powolne, by uciec spod horyzontu zdarzeń. Po kabelku nie przepłynie do nas żadna informacja.
A co by było, gdybyśmy mieli odważnego (i głupiego) kolegę, który siedząc w sondzie szarpałby kabelkiem? Czy my nie powinniśmy odbierać tych szarpnięć? Może udałoby się przesłać informację alfabetem Morse'a?
Znów, nie. Kabelek składa się z atomów, które połączone są ze sobą wiązaniami chemicznymi i oddziaływaniami elektromagnetycznymi. Ciągnąc kabelek na Ziemi szarpiemy atomy, które szarpią kolejne atomy, a te szarpią kolejne atomy... i tak szarpnięcie rozchodzi się z prędkością światła (dla kabelków idealnie sztywnych), a jak wiemy, jest to prędkość zbyt mała, żeby wydostać się z czarnej dziury. Szarpnięcia do nas nie dojdą. Co gorsza (tak, może być jeszcze gorzej!), materia składa się z atomów, a te składają się z nukleonów i elektronów. Nukleony i elektrony porozumiewają się ze sobą przez ciągłe wymienianie się fotonami w oddziaływaniu elektromagnetycznym. A fotony poruszają się z prędkością... fotonów, czy światła. Wychodzi na to, że po przekroczeniu horyzontu zdarzeń, cała materia rozsypie się i niemożliwe będzie utrzymanie nawet atomów w całości. Możemy pożegnać się z sondą, odważnym kolegą, kabelkiem i danymi pomiarowymi. Czas wrzucić wsteczny i modlić się, że zdążymy uciec z okolicy czarnej dziury, zanim będzie za późno. Wracamy do laboratorium i piszemy artykuł. I epitafium. Koniec.
-------------------------------------- Drogie Astromirki, w ostatnim wpisie pojawiło się pytanie o wyborze tematu na kolejny artykuł. Wolą większości, następnym tematem będą "wyciąganie energii z czarnej dziury i kręcąca się czasoprzestrzeń". Tekst jest już po części gotowy, ale wyszedł mi strasznie długi. Nie wiem, co z nim zrobić. Czy wrzucać po kawałku na mirko? A może zrobić znalezisko, a artykuł umieścić na wykopokazywarce? Albo na mojej stronce? Dotychczas mój najdłuższy artykuł na mirko miał ~12'000 znaków, a ten będzie miał co najmniej 20'000. Doradźcie. -------------------------------------- Przy okazji: jestem już po deadlinie na napisanie jednego eseju, zupełnie nie z mojej dziedziny. Mam nadzieję go skończyć do 12 września. Wtedy znów będę mógł mirkować na bieżąco. Do tego czasu będę tylko z doskoku (moje bordo! (╯︵╰,)). -------------------------------------- Gorąco zapraszam do obserwowania mojego tagu: #astronomiaodkuchni -------------------------------------- Wołamy: #astronomia #kosmos #ciekawostki #liganauki #ligamozgow #nauka
@Al_Ganonim: nie pomyliłeś się przypadkiem z prędkością rozchodzenia szarpniecia w kibelku? Nie powinno być prędkości dźwięku w kabelku, zamiast światła?
@bykomstop: pozwolisz ze w "zastepstwie" i wedlug mojego horyzontu myslowego :) - mozna zobaczyc wszystko ale im dawnej wpadlo tym bardziej bedzie wyblakle. Ostatnio na wykopie bylo pare artykulow o czarnych dziurach.
Przecież nie możemy spadać pionowo w dół bo nic nie zdążymy zbadać no i mniejsze szanse na ucieczkę. Podejrzewam, że pominąłeś ten fakt, żeby nie komplikować tekstu.
Dokładnie tak. Podobnie jak czarna dziura nie rotowała, czasoprzestrzeń nie płynęła, nad horyzontem zdarzeń nie było sfery fotonowej, sonda
@Al_Ganonim: kolejne pytanie dot. splątania kwantowego. Czy splątanie kwantowe jest (może być) kolejną poszlaką za superstrunami? Oraz - czy rozważa się istnienie trzeciego poziomu fizyki w naszym wszechświecie? Poza fizyką newtonowską i kwantową.
1) Splątanie kwantowe zostało wykazane na długo przed narodzinami teorii strun. To struny muszą się wpasować w splątanie, nie odwrotnie.
2) Fizyka newtonowska to tylko nierelatywistyczna aproksymacja ogólnej i szczególnej teorii względności. Kwanty faktycznie stanowią inną "płaszczyznę" fizyki. Czy istnieje coś więcej? Nie możemy zaprzeczyć. Jest sporo spekulatywnych teorii, które celują w obszar pomiędzy tymi dwiema, ale żadna, póki co, nie jest satysfakcjonująca. Mnie się wydaje, że taki kolejny krok
@Al_Ganonim: Ad. 1. Tak, tylko staram się po prostu jakoś połączyć te dwie kwestie. Jak się mają do siebie. Splątanie kwantowe potwierdza, neguje, czy jest obojętne superstrunom?
Ad. 2. Czeka nas jednak unifikacja, czy może jednak fizycy dojdą do wniosku, że wszystko zależy od kontekstu? :)
1) Podobno jakaś wersja teorii strun ma być testowana przez metody wykorzystujące splątanie, ale nie znam żadnych szczegółów. Dla mnie, teoria strun jest, póki co, jedną wielką spekulacją. No ale ja nie siedzę w mechanice kwantowej, więc się nie wypowiadam.
2) Nie mam pojęcia. Nie potrafię wypowiedzieć się na temat czegoś, czego nie wiem. To tak, jakbym próbował opisać kolory będąc ślepym :).
W ogólności masz rację. Zwróć uwagę, że pisałem o kabelku idealnie sztywnym. W takim przypadku prędkość dźwięku będzie równa prędkości światła.
@Al_Ganonim: Faktcznie, ale to juz w ogole! Co Ty najlepszego zrobiles?!?! Teraz idealnie sztywny kabel robi tutaj niezle zamieszanie. Idelnie sztywny, to taki, co zadna sila nie jest w stanie wplynac na odleglosci miedzy atomami. Ten kabel robi dziure w horyzoncie...
W ogole to niezly eksperyment sobie wyobrazic co sie
I - Sondujemy czarne dziury
W tym wpisie bohaterem będzie nierotująca, masywna i stara czarna dziura. Najprostsze co może być. Przypomnę, że czarna dziura składa się z osobliwości w centrum (niemal nieskończenie mały obiekt o niemal nieskończonej gęstości i jak najbardziej skończonej masie), horyzontu zdarzeń w jakiejś odległości od osobliwości oraz z niczego pomiędzy nimi. Horyzont zdarzeń to taka matematyczna granica okalająca osobliwość. Wszystko, co przekroczy horyzont zdarzeń, opadnie na osobliwość. Innymi słowy, przekraczając horyzont zdarzeń, nie ucieknie się z czarnej dziury. Dotyczy to też światła. Jest takie naiwne wyobrażenie czarnej dziury jako czarnej kulki (czarnej, bo nie świeci i pochłania światło i kulki, bo horyzont zdarzeń takich prostych czarnych dziur jest sferyczny) i to wyobrażenie nam teraz wystarczy. Musimy jeszcze obwiązać sondę kabelkiem, zrobić mocny supeł i spróbujemy zobaczyć, co jest pod horyzontem zdarzeń. Opuszczamy sondę.
II - Problemy i rozwiązania
Pierwszym problemem jest sama natura grawitacji. Jeśli będziemy stać daleko od czarnej dziury, to względem nas, czas wokół opuszczanej sondy będzie spowalniał. To nie jest złudzenie optyczne. Faktycznie, dla obserwatora odległego od czarnej dziury, obiekty opadające na czarną dziurę wydają się spowalniać, a ich czas wydaje się powoli zatrzymywać. Co gorsza, dla takiego odległego obserwatora, czas na horyzoncie zdarzeń stoi w miejscu. Jak będziemy obie tkwić w laboratorium, to względem nas, sonda nigdy nie przekroczy horyzontu zdarzeń. Lipa.
Żeby obejść ten problem, musimy sami opadać z sondą. Najlepiej w jakiejś bezpiecznej odległości od niej. Tutaj będziemy odbierać wskazania sondy, ale napotkamy na drugi problem związany z naturą grawitacji. Kłopotem będą siły pływowe. W ogólności polega to na tym, że opadając głową w dół, nasza głowa będzie przyciągana bardziej, niż nasze nogi. To samo dzieje się na co dzień z każdym z nas na Ziemi: nogi są przyciągane mocniej, niż głowa, bo nogi są te ~1.9 metra bliżej centrum masy Ziemi (nie wiem jak u Was ( ͡° ͜ʖ ͡°)). Oczywiście masa Ziemi jest tak mała, że siły pływowe wywierane na tak małych odległościach są zupełnie zaniedbywalne. Jeśliby jednak znaleźć się w pobliżu jakiejś czarnej dziury pochodzenia gwiazdowego, to siły pływowe śmiało rozciągną nas w niteczkę (to ta "spagettyfikacja"). Wszystko, co opadnie dostatecznie blisko horyzontu rozciągnie się, zmiażdży i popęka: sonda, my, kabelek, wszystko. Znowu lipa.
I ten problem da się obejść. Wystarczy wziąć do badania wystarczająco masywną czarną dziurę. Im czarna dziura będzie bardziej masywna, tym wolniej będzie zmieniała się siła grawitacji w pobliżu horyzontu zdarzeń. Owszem, na horyzoncie wciąż będzie przyciąganie takie, że nawet światło nie ucieknie, ale jakiś kilometr nad horyzontem prędkość ucieczki z okolicy czarnej dziury będzie niewiele mniejsza. Wyrażając to inaczej: na horyzoncie zdarzeń siła grawitacji zawsze jest taka sama, ale dla bardziej masywnych obiektów gradient siły grawitacji jest mniejszy. Jak weźmiemy do badania supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej, to będzie OK. Zbadajmy sobie zatem supermasywną czarną dziurę, opadając razem z sondą i jej kabelkiem. W tej chwili sonda przekracza horyzont zdarzeń (my jeszcze nie). Wszelkie sygnały radiowe oraz jej obraz zostają skierowane do środka czarnej dziury. Z horyzontu wystaje jednak kabelek! Czy możemy odczytać z niego sygnały sondy? No cóż, nie.
III - Horyzont zdarzeń: Ostateczna Granica
Sygnały wysyłane po kabelku biegną jako prąd elektryczny. Ten z kolei jest ciągłą zmianą pola elektrycznego i magnetycznego. Pole elektromagnetyczne porusza się z prędkością światła, a to jest zbyt powolne, by uciec spod horyzontu zdarzeń. Po kabelku nie przepłynie do nas żadna informacja.
A co by było, gdybyśmy mieli odważnego (i głupiego) kolegę, który siedząc w sondzie szarpałby kabelkiem? Czy my nie powinniśmy odbierać tych szarpnięć? Może udałoby się przesłać informację alfabetem Morse'a?
Znów, nie. Kabelek składa się z atomów, które połączone są ze sobą wiązaniami chemicznymi i oddziaływaniami elektromagnetycznymi. Ciągnąc kabelek na Ziemi szarpiemy atomy, które szarpią kolejne atomy, a te szarpią kolejne atomy... i tak szarpnięcie rozchodzi się z prędkością światła (dla kabelków idealnie sztywnych), a jak wiemy, jest to prędkość zbyt mała, żeby wydostać się z czarnej dziury. Szarpnięcia do nas nie dojdą. Co gorsza (tak, może być jeszcze gorzej!), materia składa się z atomów, a te składają się z nukleonów i elektronów. Nukleony i elektrony porozumiewają się ze sobą przez ciągłe wymienianie się fotonami w oddziaływaniu elektromagnetycznym. A fotony poruszają się z prędkością... fotonów, czy światła. Wychodzi na to, że po przekroczeniu horyzontu zdarzeń, cała materia rozsypie się i niemożliwe będzie utrzymanie nawet atomów w całości. Możemy pożegnać się z sondą, odważnym kolegą, kabelkiem i danymi pomiarowymi. Czas wrzucić wsteczny i modlić się, że zdążymy uciec z okolicy czarnej dziury, zanim będzie za późno. Wracamy do laboratorium i piszemy artykuł. I epitafium. Koniec.
--------------------------------------
Drogie Astromirki, w ostatnim wpisie pojawiło się pytanie o wyborze tematu na kolejny artykuł. Wolą większości, następnym tematem będą "wyciąganie energii z czarnej dziury i kręcąca się czasoprzestrzeń". Tekst jest już po części gotowy, ale wyszedł mi strasznie długi. Nie wiem, co z nim zrobić. Czy wrzucać po kawałku na mirko? A może zrobić znalezisko, a artykuł umieścić na wykopokazywarce? Albo na mojej stronce? Dotychczas mój najdłuższy artykuł na mirko miał ~12'000 znaków, a ten będzie miał co najmniej 20'000. Doradźcie.
--------------------------------------
Przy okazji: jestem już po deadlinie na napisanie jednego eseju, zupełnie nie z mojej dziedziny. Mam nadzieję go skończyć do 12 września. Wtedy znów będę mógł mirkować na bieżąco. Do tego czasu będę tylko z doskoku (moje bordo! (╯︵╰,)).
--------------------------------------
Gorąco zapraszam do obserwowania mojego tagu: #astronomiaodkuchni
--------------------------------------
Wołamy: #astronomia #kosmos #ciekawostki #liganauki #ligamozgow #nauka
@Al_Ganonim: Przez całe życie tego nie rozumiałem, a ty wyjaśniłeś jednym banalnym zdaniem. Dzięki.
Komentarz usunięty przez autora
@wcinaster: Dysk akrecyjny jest tworzony przez normalną materię, nie przez fotony.
Dysk akrecyjny raczej świeci z powodu tarcia materii tworzącej dysk akrecyjny, nie z rozpadu na cząstki elementarne.
Komentarz usunięty przez autora
Komentarz usunięty przez autora
@Al_Ganonim: czy to oznacza, że możemy "zobaczyć" wszystko co wpadło do czarnej dziury?
@Al_Ganonim: Patrz jaki paradoks, a ja zamiast zrobić wszystko co powinienem, zajmuję się astronomią. ;)
aczkolwiek nie zgadzam się z poglądem że po przekroczeniu horyzontu zdarzeń materia się rozpada
A ten długi tekst, to wrzucaj cały. ( ͡° ͜ʖ ͡°) I nie udawaj, że jesteś zajęty, bo pewnie w Kerbala grasz. ( ͡° ͜ʖ ͡°)
@wcinaster:
Dokładnie tak. Podobnie jak czarna dziura nie rotowała, czasoprzestrzeń nie płynęła, nad horyzontem zdarzeń nie było sfery fotonowej, sonda
Oraz - czy rozważa się istnienie trzeciego poziomu fizyki w naszym wszechświecie? Poza fizyką newtonowską i kwantową.
1) Splątanie kwantowe zostało wykazane na długo przed narodzinami teorii strun. To struny muszą się wpasować w splątanie, nie odwrotnie.
2) Fizyka newtonowska to tylko nierelatywistyczna aproksymacja ogólnej i szczególnej teorii względności. Kwanty faktycznie stanowią inną "płaszczyznę" fizyki. Czy istnieje coś więcej? Nie możemy zaprzeczyć. Jest sporo spekulatywnych teorii, które celują w obszar pomiędzy tymi dwiema, ale żadna, póki co, nie jest satysfakcjonująca. Mnie się wydaje, że taki kolejny krok
Ad. 1.
Tak, tylko staram się po prostu jakoś połączyć te dwie kwestie. Jak się mają do siebie. Splątanie kwantowe potwierdza, neguje, czy jest obojętne superstrunom?
Ad. 2.
Czeka nas jednak unifikacja, czy może jednak fizycy dojdą do wniosku, że wszystko zależy od kontekstu? :)
1) Podobno jakaś wersja teorii strun ma być testowana przez metody wykorzystujące splątanie, ale nie znam żadnych szczegółów. Dla mnie, teoria strun jest, póki co, jedną wielką spekulacją. No ale ja nie siedzę w mechanice kwantowej, więc się nie wypowiadam.
2) Nie mam pojęcia. Nie potrafię wypowiedzieć się na temat czegoś, czego nie wiem. To tak, jakbym próbował opisać kolory będąc ślepym :).
@Al_Ganonim: Faktcznie, ale to juz w ogole! Co Ty najlepszego zrobiles?!?! Teraz idealnie sztywny kabel robi tutaj niezle zamieszanie. Idelnie sztywny, to taki, co zadna sila nie jest w stanie wplynac na odleglosci miedzy atomami. Ten kabel robi dziure w horyzoncie...
W ogole to niezly eksperyment sobie wyobrazic co sie