Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна - Кип Торн

Область в струе газа, где плотность и температура газа испытывают внезапный большой скачок.

функция

Математическая зависимость, которая показывает, как одна величина, например, длина окружности горизонта событий черной дыры, зависит от другой величины, например, массы черной дыры; в нашем примере функция есть C=4πGM/c2, где С — длина окружности, М — масса, G — постоянная всемирного тяготения, с — скорость света.

холодное, мертвое вещество

Холодное вещество, в котором все ядерные реакции завершены,

цепная реакция

Последовательность расщепления атомных ядер, в которой нейтроны, появившиеся в результате расщепления одного ядра, вызывают расщепление других ядер.

Чандрасекара предел

Максимальная масса, которую может иметь белый карлик,

частица

Крошечный объект; один из «кирпичиков» материи (например, электрон, протон, фотон или гравитон).

частота

Скорость колебаний волны, т. е. число циклов колебаний в секунду,

червоточина (кротовая нора)

«Туннель» в топологии пространства, соединяющий две далеко отстоящие друг от друга точки в нашей Вселенной.

черная дыра

Объект, возникший при схлопывании звезды, который может поглотить все, но из которого ничто никогда не может выйти наружу.

чувствительность

Самый слабый сигнал, который еще можно измерить тем или иным устройством. Способность устройства принимать сигналы.

Шварцшильда геометрия

Геометрия пространства-времени вокруг и внутри сферической, невращающейся черной дыры.

Шварцшильда сингулярность

Фраза, служившая в 1916–1958 гг. для описания черной дыры.

ширина полосы

Диапазон частот, в котором инструмент может обнаружить волну, экзотическое вещество

Вещество, имеющее отрицательную среднюю плотность энергии с точки зрения наблюдателя, который движется сквозь него почти со скоростью света.

электрический заряд

Свойство частицы или вещества, которое позволяет им порождать электрические силы и чувствовать их.

электрическое поле

Поле, создаваемое электрическим зарядом и действующее на другие электрические заряды.

электромагнитные волны

Распространяющиеся в пространстве электромагнитные поля. В зависимости от длины волны они включают радиоволны, микроволновое излучение, инфракрасное излучение, обычный свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское и гамма-излучение.

электрон

Фундаментальная частица вещества с отрицательным электрическим зарядом, находящаяся во внешних областях атома.

электронное вырождение

Поведение электронов при высоких плотностях, характеризующееся их хаотическими движениями с высокими скоростями. Вырождение является следствием квантово-механического дуализма, когда каждая частица имеет также свойства волны.

элементарная частица

Частица вещества или антивещества меньшая атома. К элементарным частицам относятся электроны, протоны, нейтроны, позитроны, антипротоны и антинейтроны.

эквивалентности принцип

Принцип, согласно которому все законы физики в местной инерциальной системе отсчета в присутствии гравитации принимают ту же форму, что и в инерциальной системе отсчета в отсутствие гравитации.

энтропия

Мера случайности большого ансамбля атомов, молекул или других частиц; равна логарифму количества способов, с помощью которых можно распределить эти частицы, не меняя их макроскопических свойств.

эфир

Гипотетическая среда, которая (в соответствии с воззрениями XIX века) колеблется при прохождении электромагнитных волн, по сути создавая эти волны. Считалось, что эфир находится в покое в абсолютном пространстве.

ядерная сила

Называется также «сильным взаимодействием». Сила, действующая между протонами, нейтронами, протонами и нейтронами, которая удерживает атомные ядра. Если частицы находятся достаточно далеко друг от друга, ядерная сила притягивает; когда они приближаются, она начинает их расталкивать. Ядерная сила ответственна за большую часть давления в центральной области нейтронной звезды.

ядерная реакция

Слияние нескольких атомных ядер с образованием одного большого ядра (синтез) или разрыв большого ядра с образованием нескольких маленьких (расщепление, или деление).

ядерное горение

Реакции ядерного синтеза, поддерживающие светимость звезд и вызывающие взрыв водородной бомбы.

ядерный реактор

Устройство, в котором используется цепная реакция ядерного деления для производства энергии, плутония и в некоторых случаях — электричества.

ядро, атомное

Плотная сердцевина атома. Атомные ядра имеют положительный электрический заряд, состоят из нейтронов и протонов и удерживаются вместе ядерными силами.

Cyg А

Лебедь А; радиогалактика, которая похожа на две сталкивающиеся галактики, но не является ими. Первая надежно отождествленная радио-галакгика.

Cyg Х-1

Лебедь Х-1; массивный объект в нашей галактике, который, возможно, является черной дырой. Падающий на него горячий газ вызывает рентгеновское излучение, наблюдаемое на Земле.

LIGO

Лазерная Интерферометрическая Гравитационно-волновая Обсерватория. NSF (Национальный научный фонд)

Правительственное агентство в США, которое занимается поддержкой основных научных исследований.

Sco Х-1

Скорпион Х-1, самая яркая рентгеновская звезда на небе.

ПРИМЕЧАНИЯ

Что придает мне уверенности в том, что я говорю?

Все источники, цитируемые в этих примечаниях, перечислены в библиографии. В примечаниях использованы следующие сокращения:

ЕСР-1, ЕСР-2 — The Collected Papers of Albert Einstein, Volume 1, Volume 2, в библиографии указаны как ЕСР-1, ЕСР-2.[147]

ИНТ — Интервью, взятые автором, перечисленные в начале библиографии.

МТУ — Мизнер, Торн и Уилер (Misner, Thorne and Wheeler, 1973).[148]

Страница

15 [Из всех порождений… большие трудности.] Этот параграф адаптирован из статьи (Thorne, 1974).

18 [Из периода обращения… («10 солнечных масс»).] Формула Ньютона: Mh=C03/(2πGP02), где Mh —масса дыры (или любого другого притягивающего тела), а С0 и Р0 — окружность и период любой круговой орбиты вокруг дыры, π = 3,14159…, a G — гравитационная постоянная Ньютона = 1,327х 1011 км3/с2 на солнечную массу. См. примечание далее по тексту на с. 21. Подставляя в эту формулу период обращения звездолета Р0 = 5 минут 46 секунд и окружность орбиты С0 = 106 километров, получаем, что Mh =10 солнечных масс. (Одна солнечная масса равна 1,989 х 1030 кг.)

20-21 [Что касается размеров… тем больше ее горизонт.] Формула для окружности горизонта имеет вид Ch = 4πGMh/c[148] = 18,5 км х (М/М0), где Mh — масса дыры, G — гравитационная постоянна Ньютона (см. выше), с = 2,998 х 105 км/с — скорость света и М0 = 1,989 х 1030 кг — масса Солнца. См., например, главы 31 и 32 МТУ.

27 [Именно из-за этих приливов… приливной силой.] Приливная сила, выраженная как разность ускорений между вашей головой и вашими ногами (или между любыми другими объектами), определяется как Δa = 16π[148]G(Mh/C[148])L, где G — ньютоновская гравитационная постоянная (см. выше), Mh — масса черной дыры, С — окружность, на которой вы находитесь, и L — расстояние между головой и ногами. Заметьте, что ускорение гравитации на Земле равно 9,81 м/с2. См., например, с. 29 МТУ.

29 [ЗАРЯ напоминает, что согласно предсказаниям общей теории относительности… становятся слабее.] Приведенная в предыдущем примечании формула дает для приливной силы Δа ~ Mh/C3. Когда окружность близка к горизонту, С ~ Мъ (примечание к с. 21), поэтому Δа ~ 1 !Мh2

30 [Весь путь — расстояние в 30100 световых лет… займет всего 20 лет.] Время звездолета Tship, время на Земле ТЕ и дальность полета D связаны соотношениями ТЕ = (2c/g)sinh(gTship/2c) и D = (2c2/g)[cosh(gTship/2c)-1], где g — ускорение корабля (для «земной гравитации» 9,81 м/с2), с — скорость света, a cosh и sinh — гиперболические косинус и синус. См., например, главу 6 МТУ. Для полетов длительностью много большей одного года эти формулы дают приблизительно TE = D/c и Tship = (2c/g)ln(gD/c2), где ln — натуральный логарифм.