Хабрахабр

Мифы современной популярной физики

Где то в альтернативной вселенной, согласно MWI, я стал гениальным физиком. Но в этой вселенной просто подробно слежу за профессиональными публикациями в области физики, зарабатывая себе на хлеб развозкой пиццы базами данных. Как следствие чуть более глубоких знаний, я не могу смотреть никаких научно-популярных передач. Это как железом по стеклу — тут oversimplification, тут просто неверно, тут есть тонкости…

Итак, самое частое это… Я решил сформировать список наиболее часто встречающихся неправд и полуправд.

Большой взрыв

Его изображают примерно так:

Здесь пропущено самое главное слово, которое полностью меняет смысл: «Когда видимая Вселенная была не больше размера атома...».
Далее обычно следует заявление: «Когда Вселенная была не больше размера атома...» итд. То есть небольшой шарик, который раздувается (примерно!) со скоростью света (на самом деле быстрее). Видимая Вселенная, грубо говоря, это область, где свет мог пройти от одного места до другого с момента t=0. Таких шариков может быть бесконечно много.

Бесконечна и почти однородна. Более того, если Вселенная бесконечна, то она бесконечна с самого начала. Нет никакой точки, где был взрыв, который распространялся в окружающую пустоту. И эта картинка (и еще красивый рендер со взрывом, который любят показывать) никакого отношения к реальности не имеет. Повторюсь, вселенная была почти однородной (и чем дальше в прошлое, тем более однородной).

Это теория о том, что случилось после большого взрыва (t>0). Кроме того, теория Большого взрыва это НЕ теория о большом взрыве (t=0). Да и само название — Big Bang — вначале использовалось как высмеивание теории, но прилипло к ней. Она не отвечает на вопрос, в частности, почему этот большой взрыв произошел.

Черные дыры

О, здесь просто бездна (черная дыра) популярных мифов. Начнем с Интерстеллар:

003% от радиуса Шварцшильда. Для того, чтобы замедление времени было бы таким, планета должна была быть на расстоянии чуть более 0. Между тем, судя по виду на черную дыру:

Мы уже не говорим о том, что такая планета, наверное, худший кандидат на планету, куда стоило лететь. планета находится от горизнта событий не менее чем на 10*Rs. Никто не судит Звездные войны за звук взрывов в космосе. Конечно, это художественный фильм. А Интерстеллар — претендовал, причем с пафосом. Но Звездные войны никогда и не претендовали на научность. Поэтому с него и другой спрос.

Чтобы закрыть тему с Интерстеллар, по современным научным данным, библиотеки внутри черной дыры тоже нет.

Замедление времени в черной дыре бесконечно

Интересный случай полуправды и неверных выводов. Начинается все с правильного утверждения: при приближении к гозизонту событий для наблюдателей, подвешенных над черной дырой, замедление времени стремится к бесконечности. Это верно. Но, из этого утверждения вырастает сразу несколько мифов:

  • Замедление времени для падающего в черную дыру наблюдателя бесконечно
  • Поэтому он увидит все будущее Вселенной — она для него будет ускоряться
  • Падающие наблюдатели так и висят где то недалеко от горизонта — ведь время для них бесконечно замедлилось
  • Можно бросится им вслед и догнать их где то там у горизонта, сколько бы не прошло времени
  • Более того, они так никогда и не упадут в черную дыру, ведь для этого нужно бесконечное время
  • Более того, можно даже сказать что на самом деле черных дыр не существует, ведь для их формирования нужно бесконечное время.

Все эти выводы растут из первого, неверного. Но он выглядит так правдоподобно, что в начале прошлого века долго вводил в заблуждение даже профессиональных физиков! Итак, мы имеем набор точек все ближе и ближе к горизонту, и замедление времени при приближении к горизонту стремится к бесконечности, а раз траектория падающего в черную дыру тела проходит через все эти точки, то для него замедление времени стремится к бесконечности! Логично? А вот и нет.

То, что верно для наблюдателя, «подвешенного» на фиксированном растоянии над горизонтом, неверно для наблюдателя, падающего в черную дыру. Замедление времени — это свойство траектории, а не точки пространства. Прогресс появился, когда вместо точек пространства стали рассматривать систему «дождя», свободно падающего внутрь черной дыры. Собственно, долгое время даже сам Эйнштейн не мог решить уравнение своей же общей теории относительности для областей внутри горизонта черной дыры — все упиралось в бесконечности на горизонте событий. В этой системе бесконечностей на горизонте не появлялось.

Провал под горизонт можно даже не заметить! Более того, стало ясно то, что позже назвали «No drama» — при пересечении горизонта событий ничего особенного для свободно падающего наблюдателя не происходит — никакой тревожной музыки, пиу-пиу и зеленоватых всполохов.

Для тех, кто хочет больше деталей о том, что происходит внутри черной дыры с точки зрения «дождя», я рекомендую почитать про координаты Эддингтона-Финкельштейна:

В частности, про наши мифы: Они интересны тем, что просто водя по ним пальцем, можно графически дать ответи на много вопросов.

  • Свободно падающий наблюдатель достигает горизонта, а затем и сингулярности очень быстро (он падает почти со скоростью света). Если, не долетая горизонта, он передумает и даст «полный назад», то его раздавит в теории он очень долго будет выбираться назад, и вот тогда то он и схлопочет замедление времени по полной.
  • Падающий наблюдатель видит оставленную им вселенную немного замедленной во времени и покрасневшей. Он продолжает ее видеть даже внутри горизонта (свет падает за ним)
  • Падающие наблюдатели так и висят где то недалеко от горизонта — но это чисто оптический эффект, свету от них очень сложно выбраться наружу
  • Можно бросится им вслед, но как только вы станете приближаться к горизонту, вы увидите что их там уже нет. Если около горизонта висит «подвешенный» наблюдатель, то он сообщит (очень сильно замедленным голосом), что вам коллега давно уже провалился внутрь. Давно — данным этого наблюдателя с учетом того что он умный и корректирует свои наблюдения и в курсе того, что он сильно замедлен во времени. По его часам это время может быть очень коротким
  • Более того, они так никогда и не упадут в черную дыру, ведь для этого нужно бесконечное время — ну, вы поняли что это совсем не так

Приливные силы разрывают всякого еще на подлете к черной дыре

Учитывая, что свободное падение в черную дыру происходит почти всегда со скоростью, близкой к скорости света, то это произойдет примерно за 300000км до горизонта событий. Прочность нашего тела такова, что наше тело начнет разрывать примерно за секунду по времени до сингулярности. Учитывая, что обычная черная дыра, являющаяся остатком звезды, имеет радиус 10-15-20км, то нас разорвет задолго до подлета к горизонту.

В таких черных дырах лететь от горизонта к сингулярности — часы! Однако, есть сверхмассивные черные дыры, массой в миллиарды солнечных масс а радиусом больше орбиты Урана. именно в такие черные дыры можно провалиться, не заметив этого.

Чтобы получить черную дыру, надо сжать материю до чудовищной плотности

Опять таки, это верно для маленьких черных дыр. Радиус горизонта событий пропорционален массе. И это довольно удивительно, ведь при постоянной плотности масса объекта пропорциональна кубу радиуса.

Увеличим радиус Земли в 10 раз (оставив плотность материи такой же). Гравитационный радиус Земли чуть меньше сантиметра. Гравитационный радиус, соответственно, тоже увеличится в 1000 раз, а объем внутри гравитацонного радиуса увеличится в миллиард! Такая суперземля будет в 1000 раз тяжелее. То есть в 1000 раз больше материи нам надо запихать в миллиард раз больший объем, то есть теперь сжимать материю надо в миллион раз меньше. раз.

Так что черную дыру можно сделать из любого материала, не сжимая его — из воды, ваты, газа. Таким образом, увеличивая масштаб любого тела, мы всегда дойдем до состояния, когда гравитационный радиус «догонит» настоящий. Даже из вселенной с ее ничтожной средней плотностью — гравитационный радиус вселенной при ее плотности около 10 миллиардов световых лет.

Нашей вселенной это не грозит, так как она расширяется. Кстати, это одна из причин, почему невозможны статические решения Вселенной — она бы просто стала черной дырой.

Есть еще много мифов, если статья понравится, я продолжу.

Показать больше

Похожие публикации

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»