g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Hawking'in ortağı Nobel Ödülü'nü kazandı! Bir keresinde kişisel olarak yorumladı: Kara delikler neden var?

Az önce, 2020 Nobel Fizik Ödülü açıklandı. İngiliz teorik fizikçi Roger Penrose, Alman gökbilimci Reinhard Genzel ve Amerikalı gökbilimci Andrea Ghez bu yılki ödülleri paylaştı . Bunlar arasında, Penrose, kara delik oluşumunun genel göreliliğin güçlü bir tahmini olduğunu keşfettiği için Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü; Genzel ve Gates, Sagittarius A * bölgesinde Samanyolu'nun merkezinde süper kütleli bir kara delik keşfettikleri için ödüle layık görüldü. . Stephen Hawking'in tekillik teorisini ve diğer çalışmaları tamamlamak için Penrose ile çalıştığını, ancak Hawking'in 2018'de vefat ettiğini belirtmek gerekir. Nobel Ödülü ölen bilim adamına verilmediği için, Hawking, Nobel Ödülü'nü kaçırdığı için pişman olabilir.

Roger Penrose 1931 doğumlu İngiliz teorik fizikçidir. 1965'te yıldızların kara delikler oluşturmak üzere nasıl çöktüğünü göstermek için matematiksel bir yöntem önerdi. Einstein'ın genel görelilik teorisi doğruysa, bir tekillik, sonsuz yoğunluk noktası ve zamanın bir başlangıç noktasına sahip olacağı uzay-zaman eğriliği olacağını kanıtlamak için Stephen Hawking ile işbirliği yaptı. Penrose ve Stephen Hawking, tekillik teorisi üzerine yaptıkları çalışmalar nedeniyle Wolf Fizik Ödülü'nü kazandı.

Penrose, uzay-zaman geometrisi problemini çözmeye adanmış burulma uzayı teorisine olağanüstü katkılarda bulunmuştur. Şu anda Oxford Üniversitesi Matematik Bölümü'nde emekli bir profesör ve uzay, zaman ve gerçekliğin doğası üzerine birçok kitabın yazarı.

Reinhard Genzel 1952'de Almanya'da doğdu, şu anda Almanya'daki Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü'nde çalışıyor.

Andrea Ghez 1965'te Amerika Birleşik Devletleri'nde doğdu, şimdi Kaliforniya Üniversitesi'nde çalışıyor. Marie Curie (1903), Maria Goppert-Meyer (1963) ve Donna Strickland'dan (2018) sonra Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan dördüncü kadın oldu. .

1972'de Penrose "Scientific American" için bir makale yazdı: "Kara Delikler Var Olmalı", bu makale "Global Science" ın kara delik özel sayısına dahil edildi. Yarım asır önce bu makalede Penrose şunu açıklığa kavuşturdu: Bazı gök cisimleri için kara delikler onların kaderindeki varış noktalarıdır.

Roger Penrose (Roger Penrose) tarafından yazıldı.

Çevirmen Qian Lei

Yaklaşık beş milyar yıl içinde güneş, termonükleer reaksiyonlarla çok fazla hidrojen tüketecek ve kırmızı dev denen bir tür yıldıza dönüşecek. Yıldız teorisi, güneşin çapının şu anki boyutunun 250 katına (1.392.000 kilometre) çıkacağını ve bu süreçte Merkür ve Venüs'ü yutacağını ve hatta dünyayı yutabileceğini öngörüyor. O sırada güneşin maddi yoğunluğu havanın yalnızca onda biridir. (Güneşin ortalama yoğunluğu artık dünyanın yoğunluğunun beşte biri kadardır.) Güneş daha fazla kullanılabilir nükleer yakıt tükettikçe (hidrojen, helyum ve daha ağır elementlere ek olarak), güneşin genişleme süreci tersine dönecektir. Mevcut çaptan daha küçük olacak şekilde küçülen çap, yaklaşık olarak dünyanın büyüklüğü olan mevcut olanın yüzde biri olur. Bundan sonra, beyaz bir cüceye dönüşecek ve kasılmayı bırakacaktır. Bu aşamada atomdaki elektronlar çok sıkı bir şekilde toplanacak ve bir kuantum mekaniği yasasının devreye girmesine neden olacak ve güneşin daha fazla kasılmasını önleyecek kadar güçlü bir eşdeğer basınç üretecek. Bu yasa, iki elektronun aynı enerji durumuna sahip olamayacağını belirten Pauli dışlama ilkesidir. Bu zamanda, güneşin yoğunluğu çok büyük olacak ve güneş maddesiyle dolu bir masa tenisi topunun kütlesi birkaç fil ile eşdeğerdir. Daha sonra, güneş son ölüm durumuna ulaşana ve siyah bir cüce olana kadar soğumaya devam edecek. Dünyadaki herhangi bir maddenin yoğunluğu beyaz cücelerinkinden çok daha azdır. Bununla birlikte, gökbilimciler evrende birçok beyaz cüce (ve kırmızı dev) gözlemlediler. Güneş gibi en yaygın yıldızların evrim tarihinin bir parçasıdırlar. Ek olarak, yıldızların beyaz cücelere dönüştüğü teorisi ve gözlemleri oldukça tutarlıdır. Ancak, tüm yıldızlar bu "normal" evrimsel yolu izlemez. 1931'de Subrahmanyan Chandrasekhar yıldızların yapısını incelerken, beyaz cücelerin maksimum bir kütleye sahip olduğunu keşfetti. Bu kütlenin üzerindeki beyaz cüce, daha fazla yerçekimi daralmasına karşı koyamaz. Yıldızın merkezine doğru olan çekim kuvveti, Pauli'nin dışlama ilkesi nedeniyle elektron basıncını bile aşacak. Bu maksimum kütle sınırı, güneşin kütlesinden çok fazla değildir. Chandrasekha'nın başlangıç sınırı güneş kütlesinin yaklaşık 1,4 katı kadardı, ancak daha sonraki hesaplamalar daha küçük bir değer verdi. Gözlemlediğimiz yıldızların birçoğunun kütlesi Güneş'in kütlesinin 1.5 katından daha büyük. Nihai kaderi nasıl olacak? Güneşin iki katı kütleye sahip bir yıldız olduğunu varsayalım. Güneşe benzer şekilde, orijinal hidrojen yakıtının çoğunu tükettikten sonra, çok büyük ölçüde genişleyecek ve sonra tekrar büzülecektir. Ancak istikrarlı bir dengeye girmeyecek ve beyaz bir cüce olmayacaktır. Bu yıldız veya büyük bir kısmı beyaz cüceden daha küçük olarak çökecek. Aşırı sıcaklık ve yoğunluk nedeniyle felaket bir salgına yol açan bir süreç yaşayacaktır. Gökbilimciler galaksimizde (en sonuncusu 1604'te Kepler tarafından kaydedildi) ve diğer galaksilerde bu tür patlayıcı yıldızları gözlemlediler ve onlara süpernova adını verdiler. Bir süpernovanın parlaklığı, birkaç gün içinde tüm galaksiyi aşabilir. Bir süpernova patladığında, malzemesinin% 90'ına kadarı fırlatılarak hızla genişleyen bir gaz bulutunun merkezinde gizli yıldızın yalnızca çökmüş çekirdeğini bırakabilir. (Yengeç Bulutsusu öyle bir gaz bulutu.) Bu çekirdek çok küçük ve çok yoğun Beyaz cüce olamaz, ancak bir nötron yıldızı olarak dengelenebilir. Beyaz cücelerle karşılaştırıldığında bile nötron yıldızları çok küçüktür. Beyaz cüceler ve nötron yıldızları arasındaki boyut farkı, güneşin beyaz cücelere 100: 1 oranını bile aşıyor ve ayrıca kırmızı dev yıldızların güneşe olan yaklaşık 250: 1 oranını da aşabilir. Bir nötron yıldızının yarıçapı yalnızca 10 kilometre veya beyaz cüce yıldızın yarıçapının yalnızca 1 / 700'ü olabilir. Beyaz cücelerin yoğunluğu alışılmadık derecede büyük olmasına rağmen, nötron yıldızlarının yoğunluğu 100 milyon kat daha fazladır. Nötron yıldız malzemesi ile doldurulmuş bir pinpon topu, Juno gibi bir asteroide eşdeğer bir kütleye sahiptir (Juno, yaklaşık 200 kilometre çapında). Bir nötron yıldızının yoğunluğu, bir protonun veya bir nötronun yoğunluğuna eşittir; aslında, bir nötron yıldızı, yalnızca bir temel farkla süper büyük bir atom çekirdeği olarak kabul edilebilir: nötron yıldızı, nükleer kuvvet yerine yerçekimi ile bağlıdır. Nötron yıldızındaki elektronların çoğu protonlara zorlanarak protonların nötron olmasına neden oldu. Şimdi, nötronlara etki eden Pauli dışlama ilkesi, nötron yıldızlarının daha fazla daralmasını önlemek için eşdeğer bir baskı sağlıyor. Bu nötron yıldızı teorisi, 1938 ve 1939'da J. Robert Oppenheimer, Robert Serber ve C.M. Volkoff tarafından oluşturuldu. Uzun yıllar sonra, gökbilimciler nötron yıldızlarının gerçekten var olup olmadığını sorguladılar. Bununla birlikte, 1967'den beri gözlem durumu önemli ölçüde değişti. O yıl, gökbilimciler ilk pulsarı keşfettiler. O zamandan beri, pulsar teorisi hızla gelişti. Şimdi, pulsarların yaydığı radyo ve optik darbelerin enerjisinin ve aşırı düzenliliğinin, dönen nötron yıldızlarından kaynaklandığından neredeyse eminiz. Süpernova kalıntılarında en az iki pulsar bulunur; bunlardan biri Yengeç Bulutsusu olup, pulsarların aslında nötron yıldızları olduğu teorisini daha da destekler. Beyaz cüceye benzer şekilde, bir nötron yıldızı, üzerinde daha fazla yerçekimi daralmasını önleyemeyeceği maksimum bir kütleye sahiptir. Bilim adamları bu maksimum kütle sınırının tam değeri konusunda pek emin değiller. Oppenheimer ve Volkov başlangıçta 1939'da yaklaşık 0,7 güneş kütlesi değeri verdi. Daha sonra araştırmacılar daha büyük bir kütle sınırı verdiler, en yüksek olanı güneş kütlesinin 3 katı idi. Bu daha yüksek sınırlar, olağan nötron ve protonlara ek olarak, hiperon adı verilen büyük atom altı parçacıkların da olabileceğini hesaba katar. Her durumda, doğru sınır güneş kütlesinin birkaç katını geçmeyecektir. Bununla birlikte, evrende 50'den fazla güneş kütlesine sahip yıldızlar var. Nihai kaderi nedir? Yıldız kaçınılmaz olarak son çöküşte veya daha önceki bazı aşamalarda büyük miktarda madde atacak mı, böylece kütlesi her zaman sabit bir beyaz cüce veya nötron yıldızının gerektirdiği sınırdan daha az mı olacak? Neredeyse imkansız. Yoğunluğu bir nötron yıldızının içinde elde edilebilecek maksimum değeri bile aşan başka yoğunlaşmış madde formlarının olması mümkün müdür? Işığın kaçamayacağı bir yerçekimi tuzağı Teori bize, maddenin daha yüksek yoğunluğa ulaşabilmesine rağmen, daha yüksek yoğunlukta kararlı bir denge durumu elde etmenin imkansız olduğunu söyler. Yerçekimi etkisi karşı konulamaz hale gelecek ve her şeye hakim olacaktır. Newton'un yerçekimi teorisi bu problemle başa çıkmak için yeterli değil, Einstein'ın genel görelilik teorisini kullanmalıyız. Genel görelilik teorisine göre, çok garip bir gök cisimimiz var, bunun aksine, nötron yıldızı normal görünüyor. İlk olarak Oppenheimer ve Volkov tarafından önerilen bu yeni gök cismi, "kara delik" unvanını kazandı. Kara delik, bir yıldızın (veya bir yıldız kümesinin veya diğer gök cisimlerinin) çökmesiyle oluşan ve herhangi bir biçimde ışık, madde veya sinyallerin kaçamayacağı bir uzay bölgesidir. Bir nötron yıldızının kara delik haline gelmesi için ne kadar küçülmesi gerekir? Örnek olarak güneşle aynı kütleye sahip gök cisimlerini ele alalım, Güneşin çapının nötron yıldızlarınınkinden 70.000 kat daha büyük olduğunu ve kırmızı dev yıldızların çapının nötron yıldızlarınınkinden 20 milyon kat daha büyük olduğunu zaten biliyoruz. Bu ölçeklerdeki büyük farklılıklar göz önüne alındığında, bir nötron yıldızının kendi çapının yalnızca yaklaşık üçte birine küçülmesi ve bir kara delik haline gelmesi şaşırtıcı olabilir. Daha büyük kara delikler de mevcut olabilir, ancak bunlar, nihai toplam kütlesi Güneş'inkinden daha büyük olan yıldızların veya gök cisimlerinin çökmüş ürünleridir.Kara deliğin çapı, kütle ile orantılıdır. Genel görelilik, nötron yıldızları teorisinde önemli bir rol oynamaktadır.Aslında kara delikler gibi aşırı koşullara ulaşılmadığı sürece her duruma uygulanabilir. Fizik teorisi, boyut ve yoğunluk bakımından büyük farklılıklar gösteren çeşitli renkteki yıldızları iyi tanımlayabilir. Bu açıdan bakıldığında, fiziksel teorilerin kara delikleri kapsayacak şekilde biraz tahmin edilebileceğinden şüphelenmek için hiçbir neden yok gibi görünüyor. Ancak bu görüş pek makul değil. Fiziksel teorinin kara delikleri tanımlamak için kullanılan kısmı, yani genel göreliliğin gözlemsel astronomide yeri doldurulamaz olduğu söylenemez.Genel görelilikte hata olasılığını ciddiye almalıyız. Genel göreliliğin gözlemleri ve deneysel testleri için çok fazla başarılı olan yoktur. Teori ve gözlemler arasında herhangi bir çelişki olmamasına rağmen, bu gözlemler hala genel görelilik teorisini kesin olarak doğrulamamaktadır. Diğer yerçekimi teorileri için hala yer var. Bununla birlikte, genel göreliliğin mükemmel bir teori olduğu belirtilmelidir; mevcut en tatmin edici çekim teorisi olduğu neredeyse kesindir. Ayrıca, genel göreliliğin en güçlü rakibi olan Br-ans-Dicke-Jordan skaler-tensör teorisi (Br-ans-Dicke-Jordan skaler-tensör teorisi) kara delik resmini elde eder ve Einstein teorisinin sonucu aynıdır. . Newton'un teorisinde bile kara deliklere benzer bir durum meydana gelebilir. Daha 1798'de, Pierre Simon de Laplace (Pierre Simon de Laplace) Newton mekaniğine göre, yeterince büyük bir kütleye sahip ve yeterince yoğun bir gök cismi, yüzeyindeki kaçış hızının aşacağı için görünmez olması gerektiğini öngörmüştü. Işık hızı. Bu nedenle, böyle bir gök cisminin yüzeyinden yayılan bir foton veya bir ışık parçacığı yüzeye geri düşecek ve bu nedenle uzaktaki bir gözlemci tarafından kaçıp gözlemlenemeyecektir. Bu açıklama şüpheli olabilir, ancak Newton'un teorisinde bile böyle bir durumla yüzleşmenin gerekli olduğunu gösteriyor. Bununla birlikte, her şey düşünüldüğünde, genel görelilik kapsamında kara deliklerin tartışmasını tamamen sınırlandırmak niyetindeyim. İlk olarak, kara deliklerin mevcut standart resmini düşünün. Bir kara delik, yarıçapı kara deliğin kütlesiyle orantılı olan bir küre ile temsil edilebilir. Bu yüzeye "mutlak olay ufku" adı verilir ve temel doğası, içeriden gönderilen sinyalin dışarı çıkamazken, dışarıdaki herhangi bir noktadan gönderilen sinyalin kaçabilmesidir. Kürenin boyutu, yani olay ufkunun yarıçapı, kütle çarpı kütle çarpımının ışık hızının karesine (2mG / c2) bölünmesiyle iki katına eşittir. Hesaplamalar için güneşin kütlesini değiştirerek, güneşin kara deliğe dönüşmesi için yaklaşık 6 kilometre çapındaki bir topa çökmesi gerektiği sonucuna varılabilir Mutlak olay ufku, bu 6 kilometrelik topun yüzeyidir. Kara deliği üreten gök cismi, olay ufkunun derinliklerine düşmüştür. Olay ufkundaki kütleçekim alanı çok güçlü hale gelir, ışık hangi yöne yayılırsa yayımlansın, kütleçekim kuvveti altında içe doğru düşer. Olay ufkunun dışında, eğer ışık doğru yönde yayılırsa, yine de kaçabilir. Fırlatma noktası olay ufkuna ne kadar yakınsa, sinyalin dalga cephesi o kadar çok kara deliğin merkezine doğru saptırılır. Bu değişimi sezgisel olarak, ışığın hareketini etkileyen yerçekimi olarak hayal edebiliriz. Dış yöne kıyasla ışık, kara deliğin ağırlık merkezine doğru daha kolay hareket ediyor gibi görünüyor. Olay ufkunda, içe doğru yerçekimi çok güçlü hale gelir ve dışa doğru hareket tamamen imkansız hale gelir. Olay ufkunda ışık, kara deliğin merkezinden uzaklığın değişmeden kaldığı yerde sonsuza kadar havada durarak "yerine adım atabilir". Bu tür davranışlar sadece ışık için değil, aynı zamanda herhangi bir sinyal veya nesne için de geçerlidir. Olay ufkunda, ışık hızı hala sınır hızdır. Özel görelilik teorisi, bu resimde açık olmasa da yerel olarak hala geçerlidir. Özel görelilik teorisini tanımlamak için kullanılan yerel referans çerçevesi hızla ağırlık merkezine doğru düşüyor. Kara deliklerin uzay-zaman tanımı, yukarıda verilen saf uzay tanımından daha tatmin edicidir. Uzay-zaman tanımı, bir uzay koordinatını azaltır ve onu bir zaman koordinatıyla değiştirir. Her zaman meydana gelen olayların anlık görüntülerini verir, böylece değişen durumları tanımlamak için çok sayıda ardışık "anlık görüntü" kullanmaya gerek kalmaz. Sıradan zaman ve uzayda belirli bir noktadan bir ışık parlaması yayıldığı varsayılırsa, ışık onun etrafında her yöne yayılacaktır. Flaşın ön yüzü, kürenin merkezi fırlatma noktasında olan küredir ve ışık hızında zamanla büyümeye devam eder. Bu flaşın tamamen mekansal tanımı, her biri öncekinden daha büyük olan ve belirli bir anda flaşın küresel dalga cephesini işaretleyen bir dizi top olacaktır. Flaşın zaman-uzay tanımı, tepesi flaşın zamanını ve yerini temsil eden bir konidir Koninin kendisi flaşın tarihini tanımlar. Aynı şekilde bir yıldızın kara deliğe dönüşmesinin tarihi de zaman ve mekan açısından daha iyi tanımlanabilir. Zaman ve uzayda farklı noktalarda, ışık konisinin konumu, ışık sinyalinin yerçekimi alanında nasıl yayıldığını gösterir. Bazı noktalarda ışık konisi eğiktir, ancak bu noktada gözlemci için anormalliği tespit etmek imkansızdır. Gözlemci bir yol izleyecek ve ışık konisinin içinde seyahat edecek; hızı asla ışık hızını geçmeyecektir - bu koşul ancak ışık konisinin içinde karşılanabilir. Uzay-zaman haritasının yatay bir bölümünü yakalayarak, karşılık gelen nesnenin davranışının saf bir uzamsal tanımını elde edebiliriz. Her şeyi parçalayan gelgit kuvveti Çöküşte kara deliği oluşturan gök cisimlerinin kaderi nedir? Kesin küresel simetriyi koruduğunu varsayarsak, genel göreliliğin verdiği cevap dramatiktir. Genel göreliliğe göre, merkeze yaklaşıldığında uzay-zamanın eğriliği sonsuza kadar artacaktır. Kara deliğin merkezinde, sadece gök cisimlerini oluşturan malzemeler sonsuz bir yoğunluğa sıkıştırılmakla kalmayacak - artık var olmayacak şekilde ezildikleri ve gök cismi dışındaki uzay-zamanın da sonsuz eğimli hale geleceği söylenebilir. Şanssız bir gözlemci aptalca bu uzay-zaman bölgesine girerse, sonsuz uzay-zaman eğriliğinin onun üzerindeki etkisi felaket olacaktır. Ona etki eden gelgit kuvveti hızla büyüyecek ve sınırlı bir süre içinde sonsuzluğa ulaşacaktır (kendi görüşüne göre). Yerçekimi gelgit etkisi, uzay-zaman eğriliğinin en doğrudan fiziksel tezahürüdür. Einstein, herhangi bir noktada, bir nesnenin yerçekimi kuvvetinin, serbest düşen bir referans çerçevesi seçilerek ortadan kaldırılabileceğini belirtti. Bir asansör halatının kırılıp yere düşmesiyle ilgili meşhur bir örnek verdi. Asansördeki yolcular asansörle aynı hızda düşecekler, ağırlıksız bir halde asansörde yüzerek yerçekiminin etkisini hissetmeyecekler. Şimdi, serbest düşüş yoluyla yerçekiminin ortadan kaldırılması, uzay uçuşunda çok yaygın bir fenomendir. Bununla birlikte, gelgit etkisi bu şekilde ortadan kaldırılamaz, bu nedenle her zaman gerçekten çekim alanının rolünü yansıtacaktır. Dünyanın yerçekimi alanına serbestçe düşen bir gözlemci hayal edin, bir küre üzerine dağılmış parçacıklarla çevrilidir. Bu parçacıklar başlangıçta ona göre durağandır. Newton yasasına göre, dünyanın yerçekimi alanı, dünya ile diğer nesneler arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.Nesne dünyaya ne kadar yakınsa, taşıdığı çekim kuvveti de o kadar güçlüdür. Dünyanın yerçekimi alanının homojen olmaması, gelgitlerin etkisiyle parçacık topunu bir elipsoide dönüştürecektir. Dünya okyanuslarının gelgit fenomeni bu etkinin bir örneğidir; bu örnekte dünya, ayın gelgit kuvvetini taşımaktadır. Güneş sistemindeki gelgit etkileri nispeten zayıftır ve en belirgin etki, dünyanın yüzeyinde, esas olarak dünyanın yerçekimi alanından meydana gelir. Bu gelgit etkileri laboratuvar ölçeğinde tespit edilemez. Başka bir deyişle, dünya yüzeyinin dört boyutlu uzay-zaman eğriliği laboratuvar ölçeğinde önemli değildir. Uzay-zamanın eğriliği, eğriliğin yarıçapı ile tanımlanabilir. Uzay-zamanın eğriliği ne kadar küçükse, aynı üç boyutlu uzayda olduğu gibi karşılık gelen eğrilik yarıçapı o kadar büyük, küresel yüzeyin eğriliği ne kadar küçükse, yarıçap o kadar büyük olur. Dünya yüzeyindeki uzay-zaman eğriliğinin yarıçapı yaklaşık olarak dünyadan güneşe olan mesafeyle aynıdır (bu tamamen rastlantısaldır, güneşin dünya yüzeyindeki gelgit etkisiyle hiçbir ilgisi yoktur). Yani dünya zamanı ve mekanı fazla bükmedi. Güneşin yüzeyindeki gelgit etkisi daha küçüktür çünkü güneşin ortalama yoğunluğu daha düşüktür. Aslında, güneş yüzeyinin uzay-zaman eğrilik yarıçapı dünyadan güneşe olan mesafenin yaklaşık iki katıdır, bu nedenle güneş yüzeyinin uzay-zaman eğriliği dünya yüzeyininkinden daha küçüktür. Beyaz bir cücenin yüzeyinde, uzay-zamanın eğriliği çok daha büyüktür: Eğrilik yarıçapı, yaklaşık 80.000 kilometre olan güneşin yarıçapı ile aynıdır. Beyaz cücenin yakınındaki gelgit etkisi, etrafta dolaşan astronotlar için çok açık olacaktır. Astronotun başı ve ayakları, iki kuvvetin zıt yönlerde çekildiğini hissedecek, güç, yeryüzünde taşıdığı toplam yerçekimi kuvvetinin yaklaşık beşte biri kadardır. Bir nötron yıldızının yüzeyindeki gelgit etkisi çok büyüktür. Uzay-zamanın eğrilik yarıçapı burada sadece yaklaşık 50 kilometredir. Açıktır ki, hiçbir astronot, bir nötron yıldızının etrafındaki alçak bir yörüngede hayatta kalamaz; vücudunu bir top şeklinde kıvırsa bile, vücudunun her bir parçasının çekim kuvveti hala çok farklıdır ve boyut farkı, yerçekiminin milyonlarca katına ulaşabilir. Teorik olarak, bu tür gelgit kuvvetlerine dayanabilecek ekipman yapmak mümkündür. Gelgit kuvvetinin de nispeten küçük olmasını sağlamak için çok küçük olmaları gerekir, çünkü nesnenin maruz kaldığı gelgit kuvveti cihazın boyutuyla orantılıdır. Şimdi, böyle bir cihazın güneşe eşit kütleye sahip bir kara deliğe düştüğünü hayal edin. Olay ufkunu geçerken taşıdığı gelgit kuvveti, bir nötron yıldızının yüzeyinin 30 katıdır. Bununla birlikte, çeşitli parçalara uygulanan kuvvet hala küçük olabileceğinden, cihaz sağlam kalabilir. Kara deliğin merkezine yaklaşırken, gelgit kuvveti hızla artacak ve cihazı oluşturan malzeme, malzemeyi oluşturan moleküller, molekülü oluşturan atomlar, atomun çekirdeği ve hatta çekirdeği oluşturan temel parçacıklar sonunda parçalanacaktır. Ek olarak, tüm süreç birkaç milisaniyeyi geçmez. Bu, tersine çevrilmiş küçük ölçekli bir evren yaratma modelidir. Kozmolojik modelin "büyük patlaması" uzay-zamanın sonsuz eğriliğinin tekilliğinden kaynaklandı. Kara deliğin içinde de böyle bir tekillik meydana gelecektir, ancak bu, zamanın tersidir. Bir kara delikteki tekillik Bu resim doğada gerçekten meydana gelen bir fenomeni tanımlıyor mu? Genel göreliliğin doğru olup olmadığını düşünmeden bile, bilim adamlarının hala birçok başka şüphesi var. İlk olarak, bu tahminleri ikna edici kılmak için kara delikler oluştuğunda, aşırı yüksek basınç altında maddenin özelliklerini tam olarak anlıyor muyuz? Kesin küresel simetri varsayımı yoksa, bu tartışmalar hala geçerli mi? Kara delik teorimiz astronomik gözlemlerle tutarlı mı? Şimdi sırayla bu konuları ele alalım. Bir kara deliğin doğuşuyla ilgili aşırı yüksek yoğunluk (bir dereceye kadar nükleer maddenin yoğunluğundan daha yüksek) sorunu ilk bakışta olduğundan çok daha az ciddidir. İnsanlar bu yoğunluğun şu anki fizik anlayışının yetersiz olduğunu düşünse de (ki durum böyle olmayabilir), bu sadece en küçük kütleye sahip gök cisimlerinin çöküşünü etkiler. Herhangi bir gök cismin yoğunluğu, kütlesinin yarıçapının küpüne bölünmesiyle orantılıdır ve bir kara deliğin yarıçapı, kütlesiyle orantılıdır. Bu iki gerçek, bir kara deliğin yoğunluğunun, kütlesinin karesiyle ters orantılı olduğu anlamına gelir. Gökbilimciler, galaksinin merkezindeki gök cismi kütlesinin 10.000 ila 100 milyon güneşe eşit bir kara delik olabileceğine inanıyor. Güneş kütlesinin 100 milyon katı bir madde çökerek bir kara delik oluşturduğunda, ortalama yoğunluk yaklaşık olarak suyun yoğunluğuna eşittir. Olay ufku üzerindeki gelgit etkisi, kara deliğin kütlesinin karesiyle ters orantılıdır. Bu nedenle, kütlesi Güneş'in 100 milyon katı olan bir kara deliğin gelgit etkisi, bir dereceye kadar dünya yüzeyinden bile daha küçüktür. Bir astronot, bu kara deliğin olay ufkundan gelgit kuvvetlerinden etkilenmeden geçebilir. Olay ufkunu geçerken özel bir şey fark etmeyebilirdi. (Her halükarda, ufkun kesin konumu yerel ölçümle elde edilemez.) Gelgit etkisi sonsuza ulaşmadan önce, astronotun kara delikteki hayatın tadını çıkarmak için birkaç dakikası kaldı. Güneş kütlesinin 10 milyar katı bir kara delik için hala yaklaşık bir günü var. Kara deliğin içindeki devasa gelgit etkisi ve yoğunluğa gelince, genel göreliliğin bazı spesifik çıkarımlarını içerir. Bu konu hakkında daha sonra konuşacağım. Küresel simetri varsayımıyla ilgili sorun daha da ciddidir. Küresel simetri hipotezini benimsemezsek, o zaman kesin çözüm elde edilemez ve önceki tartışma bu çözüme dayanır. Ek olarak, orijinal gök cisiminin küresel simetriden yalnızca biraz saptığını varsaysak bile, merkez noktaya yakın çöktüğünde, bu asimetri büyük olasılıkla büyük ölçüde büyütülür. Bu durumda, çöken gök cisiminin farklı kısımları merkeze doğru düştüklerinde birleşemeyecek mi? Belki de merkezin üzerinden dışarıya uçarak geçtikten sonra hareket etmeye devam edecekler. Böyle bir durumları olmasa bile, çöküşün oluşturduğu çekim alanının son şeklini nasıl çıkarabiliriz? Şans eseri, bilim adamları son birkaç yılda birkaç genel teoremi kanıtladılar ve bu teoremlere dayanarak tam bir asimetrik çöküş teorisi oluşturdular. Gelin bu sürecin detaylarına bakalım. Büyük bir yıldızın veya kütle dağılımı küresel simetriden biraz sapan gök cisimlerinin çökmeye başladığını varsayarsak, teorimize göre gök cismi belirli bir kriteri karşılıyorsa, geri dönemeyeceği noktadan geçip karadelik haline gelecektir. Bu kriter birçok şekilde ifade edilebilir, ancak aşağıdaki en basit olanıdır. Bir zaman ve uzay noktasının bir ışık parlaması yaydığını hayal edin.Bu olayı açıklamak için uzay-zaman temsilini kullanırsanız, flaş bu noktadan itibaren ışık konisidir. Işık bu noktadan yayıldıktan sonra her yöne yayılır ve malzeme veya yerçekimi alanından geçtiklerinde ikincisi tarafından toplanır. Işık yeterince büyük bir kütle veya yeterince güçlü bir yerçekimi alanıyla karşılaşırsa, uzaklaşması büyük ölçüde azalacaktır. Aslında, ışık sırayla birleşmeye başlayacak. Gök cisimlerinin kara delik haline gelmesi için gereken kriter, gök cisimindeki bir uzay-zaman noktasından yayılan her ışık ışınının, ışık konisini yeniden oluşturacak kadar yeterli madde ve yeterince güçlü bir çekim alanıyla karşılaşmasıdır. Basit büyüklük tahminiyle, yeterli malzeme için bu kriterin yoğunluk veya eğrilik çok büyük bir boyuta ulaşmadan önce gerçekten karşılanabileceği ve simetri gerekmediği sonucuna varmak zor değildir. Bu kriteri karşılayan gök cisimleri için birçok çıkarım da yapabiliriz. İlk olarak, Stephen Hawking ve bu makalenin yazarı tarafından genel görelilikten türetilen kesin bir teoreme göre, bu durumda bir uzay-zaman tekilliği olmalıdır. Tekillik, fiziksel teorinin tamamen başarısız olduğu bir uzay-zaman bölgesini ifade eder. Burada bahsedilen tekillik, madde ve fotonların, sonsuz güçlü yerçekimi ve gelgit kuvvetleri tarafından tamamen yok olana kadar bozulduğu ve sıkıştırıldığı bir alandır. Fizikçiler, gerçek tekilliklerin meydana geldiği teorileri sevmezler. Geçmişte, bir teoride bir tekillik ortaya çıkarsa, genellikle teorinin mevcut formunun başarısız olduğunu ve yeni teorik araçlara ihtiyaç duyulduğunu gösterirdi. Kara delik sorunu ile uğraşırken bu durumla tekrar karşılaştık ama öncekinden daha ciddiydi Kara delikteki tekillik, uzay ve zamanın yapısını içerir. Gök cismi bu aşamaya çöktüğünde, tamamen farklı iki olası sonuç vardır. Ortaya çıkan tekillik, bilginin ondan kaçmasına ve uzaktaki gözlemciler tarafından gözlemlenmesine izin verebilir. Bu, iki olası sonuç için daha endişe verici ve tahminler daha büyük. Bu tür tekilliklere çıplak tekillikler denir. Çıplak tekillik endişe vericidir çünkü uzay-zamanın neredeyse sonsuz eğriliğinin fiziksel etkileri büyük ölçüde bilinmemektedir. Bu etkiler dış dünyayı etkileyebiliyorsa, o zaman fiziksel teoriye içsel bir belirsizlik getirecektir. Öte yandan, kütleçekimsel çöküşün neden olduğu tekillik, küresel olarak simetrik bir çöküş ise her zaman gizlenebilir. Bu durumda belirsizlik olmayacaktır. Bazı araştırmacılar, kütleçekimsel çöküşün ancak bu daha az endişe verici sonuca yol açabileceğine dair bir hipotez öne sürdüler: Bu sözde "kozmik gözetleme" hipotezidir. Bu varsayım, çıplak tekilliklerin varlığını basitçe yasaklar. Bu hipotezi destekleyecek az miktarda teorik kanıt olabilir, ancak henüz kesin bir sonuç yok. Ben şahsen, başlangıç koşulları küresel simetriden çok fazla sapmadığında bu varsayıma inanma eğilimindeyim. Daha aşırı durumlarda söylemek zor. Bu hipoteze karşı gözlemsel kanıtlar bile bulabiliriz. Bu varsayımın doğru olduğunu düşünürsek, bazı çıkarımlar yapabiliriz. Işık konisi yakınsama kriteri karşılandığında, "kozmik denetim" hipotezi, çökmüş gök cisiminde mutlak bir olay ufkunun ortaya çıkacağını gösterir. Bu ufuk çizgisi iyi tanımlanmış bir kesit alanına sahip olacak ve zamanla azalmayacaktır. Yani kara delikler küçülmek yerine büyüme eğilimindedir. Bir başka makul varsayım da, kara deliğin rahatsız edilmemesi durumunda kararlı bir duruma ulaşacağıdır. Kara deliklerin bu sabit durumunun, kara deliklere çökebilen garip gök cisimleri nedeniyle çok karmaşık olabileceğini düşünebilirsiniz. Ancak Werner Israel, Brandon Carter ve Hawking'in araştırması durumun böyle olmadığını kanıtladı.Sonunda ortaya çıkan sadece çok sınırlı sabit durum kara delik türleri var. Tamamen sadece kütle, spin ve yük ile tanımlanabilirler. Roy P. Kerr ve Ezra Newman, bu kara delikleri tanımlayan genel görelilik denklemlerini çözdüler. Çöken gök cisiminin asimetrisinin kara delikte görünmemesinin nedeni, kara delik bir kez oluştuğunda, onu üreten gök cismi, sonraki davranışları üzerinde çok az etkiye sahip olmasıdır. Kara delikler, genel görelilik dinamikleri tarafından yönetilen kendi kendini idame ettiren çekim alanları olarak kabul edilebilir. Bu dinamik yasalar, yerçekimi dalgalarını yayarak yerçekimi alanının asimetriyi ortadan kaldırmasına izin verir. Nesnelerin bir kara delik tarafından yutulduktan sonra kaçamayacaklarını daha önce görmüştük. Ancak öte yandan kara deliğin enerjisinin bir kısmını çıkarabilen bazı mekanizmalar var. Bunlardan biri iki kara deliği birleştirmektir. Birleşme sürecine büyük miktarda yerçekimi dalgası radyasyonu eşlik edebilir ve toplam enerjisi, orijinal iki kara deliğin statik kütlesinin (enerjisinin) büyük bir bölümünü oluşturabilir. Diğer bir mekanizma da, dönen kara deliğin ufkuna yakın alana bir parçacığın düşmesine izin vermektir. Bu parçacık iki parçacığa ayrılır, biri kara deliğe düşer ve diğeri karadelikten orijinal parçacığa göre daha fazla enerjiyle kaçar ve sonsuza uçar. Bu şekilde karadeliğin dönen enerjisi karadeliğin dışındaki parçacıklara aktarılır. Şimdi kara deliğin içindeki durumu ve uzay-zaman tekilliklerinin varlığını ele alalım. "Tekillik" fiziksel teorinin başarısız olduğu alan olduğundan, genel görelilik teorisinin başarısızlığını öngörmesi ilginçtir. Belki de çok şaşırmamalıyız, çünkü genel göreliliği sadece klasik bir teori olarak ele alıyoruz. Zaman-uzay eğriliği yeterince büyüdüğünde, kuantum etkilerinin kaçınılmaz olarak hakim olacağı beklenebilir. Zaman-uzay eğrilik yarıçapı 10 ^ -13 cm (yaklaşık olarak temel bir parçacığın yarıçapı) kadar küçük olduğunda, mevcut parçacık fiziği teorisi kaçınılmaz olarak başarısız olacaktır. Uzay-zamanın eğriliğinin yarıçapı 10 ^ -33 cm kadar küçükse, o zaman uzay-zaman yapısının kendisi için kuantum etkilerini de dikkate almalıyız. Şu anda kuantum mekaniğini uzaya ve zamana uygulayabilecek tatmin edici bir teori yoktur. Evrende kara delikler arıyorum Son soru şu: Kara delik gözleminin şu anki durumu nedir? Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, farklı araştırmacılar birçok çelişkili bulgu elde ettiler, ancak şimdi hala net sonuçlar veremiyor gibi görünüyorlar. Araştırmacılar, esas olarak üyelerinin kara delik olduğundan şüphelenilen ikili bir yıldız sistemini ve küresel kümeler gibi çok yıldızlı bir sistemi tartıştılar. Bunları kara deliklerin diğer gök cisimlerinin hareketi üzerindeki etkisiyle bulabiliriz. Belli bir gök cismi yakınındaki görünmez bir gök cisiminin beyaz (veya siyah) bir cüce veya nötron yıldızı olamayacak kadar büyük olduğu tespit edilirse, o zaman muhtemelen bir kara deliktir. Kara deliklerin gözlemsel astronomide başka bir rolü vardır. Şu anki durumu bize yılın nötron yıldızını hatırlatıyor. Gökbilimciler yıllardır nötron yıldızlarını X ışını radyasyonu gibi belirli etkileri arayarak tespit etmeye çalışıyorlar. Çünkü teorik tahminlere göre nötron yıldızları böyle bir radyasyon yaymalıdır. Ancak nötron yıldızı nihayet tamamen beklenmedik bir etkiyle tespit edildi ve bu etki hala tam olarak tatmin edici bir şekilde açıklanmadı: pulsarların özelliği olan hızlı ve düzenli elektromanyetik puls radyasyonu. Bazı beklenmedik yan etkiler nedeniyle kara deliklerin de keşfedilmesi çok muhtemeldir. Bugünün astronomisi, kuasarların ve radyo galaksilerinin devasa enerji çıkışı, galaksi merkezlerinin patlaması, bazı kuasarların ve galaksi spektrumlarının anormal kırmızıya kaymaları ve galaksi kütle ölçüm sonuçlarının tutarsızlığı gibi kara deliklerle ilgili olabilecek çözülmemiş fenomenlerden yoksundur. Normal galaksilerin sarmal kol yapısının da ciddi sorunları vardır. En önemlisi, Maryland Üniversitesi'nden Joseph Weber galaksimizin merkezinden kütleçekim dalgalarını gözlemlemiş görünüyor. Bu dalgalar galaksinin merkezinden sürekli olarak her yöne yayılırsa taşıdıkları enerji galaksinin her yıl Güneş'in binlerce katı kütlesini kaybetmesine neden olacaktır. Bu değer diğer gözlemlerle ciddi bir çelişki içinde görünüyor. Kara delik teorisi, bu fenomen veya yukarıda bahsedilen diğer fenomenler için henüz ikna edici bir açıklama sağlayamıyor, ancak bu genç bir araştırma konusu. Weber'in yerçekimi dalgaları için ideal açıklama, bu dalgaların oldukça yoğunlaşması ve galaktik düzlemin yönü boyunca yayılmasıdır. Güneş galaktik düzleme yakınsa, yerçekimi dalgaları kümelenmişse, Weber'in sondası galaksinin merkezi tarafından yayılan enerjinin çoğunu alabilir. Durum buysa, tüm gözlemsel çelişkiler ortadan kaldırılır. Bazı araştırmacılar bu kümelenme etkisini Samanyolu'nun merkezinde dönen dev kara delikle açıklamaya çalıştılar, ancak şimdiye kadar bu girişimler ikna edici olmadı. Kara deliklere dayalı hiçbir açıklamanın işe yaramayacağı da mümkündür. Weber'in gözlemleri hala geçerliyse, genel görelilik teorisini terk etmek yerine (klasik teorinin yine de başarısız olacağına inandığımız çok büyük uzay ve zaman eğriliğine sahip bölgeler hariç) gözlemleri açıklamak için çıplak tekillikleri kullanmaya daha istekliyiz. Kerr tarafından elde edilen Einstein denklemlerinin bazı çözümlerinin sadece çıplak tekillikleri yansıttığına işaret etmek gerekir. Carter, çıplak tekilliğin ürettiği herhangi bir etkinin yalnızca bir düzlemde gözlemlenebileceğini hesapladı. Bu fenomen bir şekilde galaksimizin merkezinde ortaya çıkarsa, o zaman tekilliğin hem galaktik düzlemin varlığını hem de Weber'in yerçekimi dalgalarını açıklayabileceğini hayal edebiliriz. Bu, Weber'in gözlemlerinin radikal bir yorumu olsa da, farklı gözlemler arasındaki tutarsızlıkları gerçekten ortadan kaldırabilir. Aksine, kara delikler artık "geleneksel" bir açıklama olarak görülebilir. Aslında bu nedenle kara delikler de tercih edilen açıklama olmalıdır. Ancak doğa, özellikle astronomide her zaman geleneksel açıklamaları desteklemez.

Min ilçesinde meydana gelen trafik kazasının ardından İl Parti Sekreteri ve Vali talimat verdi ve il meclisi düzenlemeleri yaptı

Salgın halkın geçimine şiddet uyguluyor ve Hintli çiftçiler büyük ölçekte "isyan" ediyor ve Modi'ye karşı traktörleri sokaklara sürüyorlar.