დამუხტული შავი ხვრელი. შავი ხვრელები ელექტრული მუხტით. შავი ხვრელები სამყაროში

შავი ხვრელის კონცეფცია ყველასთვის ცნობილია - სკოლის მოსწავლეებიდან მოხუცებამდე, მას იყენებენ სამეცნიერო და ფანტასტიკურ ლიტერატურაში, ყვითელ მედიასა და სამეცნიერო კონფერენციებზე. მაგრამ ყველამ არ იცის ზუსტად რა არის ეს ხვრელები.

შავი ხვრელების ისტორიიდან

1783 წპირველი ჰიპოთეზა ისეთი ფენომენის არსებობის შესახებ, როგორიცაა შავი ხვრელი, წამოაყენა 1783 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ჯონ მიშელმა. თავის თეორიაში მან გააერთიანა ნიუტონის ორი ქმნილება - ოპტიკა და მექანიკა. მიშელის იდეა ასეთი იყო: თუ სინათლე არის პაწაწინა ნაწილაკების ნაკადი, მაშინ, როგორც ყველა სხვა სხეული, ნაწილაკებმაც უნდა განიცადონ გრავიტაციული ველის მიზიდულობა. გამოდის, რომ რაც უფრო მასიურია ვარსკვლავი, მით უფრო უჭირს სინათლეს წინააღმდეგობა გაუწიოს მის მიზიდულობას. მიშელიდან 13 წლის შემდეგ, ფრანგმა ასტრონომმა და მათემატიკოსმა ლაპლასმა წამოაყენა (სავარაუდოდ, მისი ბრიტანელი კოლეგისგან დამოუკიდებლად) მსგავსი თეორია.

1915 წთუმცა, მათი ყველა ნამუშევარი გამოუცხადებელი დარჩა მე-20 საუკუნის დასაწყისამდე. 1915 წელს ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა ფარდობითობის ზოგადი თეორია და აჩვენა, რომ გრავიტაცია არის მატერიით გამოწვეული სივრცე-დროის გამრუდება, ხოლო რამდენიმე თვის შემდეგ გერმანელმა ასტრონომმა და თეორიულმა ფიზიკოსმა კარლ შვარცშილდმა გამოიყენა იგი კონკრეტული ასტრონომიული პრობლემის გადასაჭრელად. მან გამოიკვლია მზის გარშემო მრუდი სივრცე-დროის სტრუქტურა და ხელახლა აღმოაჩინა შავი ხვრელების ფენომენი.

(ჯონ უილერმა გამოიგონა ტერმინი "შავი ხვრელები")

1967 წამერიკელმა ფიზიკოსმა ჯონ უილერმა გამოკვეთა სივრცე, რომელიც შეიძლება დაიჭყლიტოს, როგორც ქაღალდის ნაჭერი, უსასრულოდ მცირე წერტილად და დაასახელა ტერმინი "შავი ხვრელი".

1974 წბრიტანელმა ფიზიკოსმა სტივენ ჰოკინგმა დაამტკიცა, რომ შავ ხვრელებს, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი მატერიას უბრუნებად ყლაპავს, შეუძლიათ გამოსხივება და საბოლოოდ აორთქლება. ამ ფენომენს „ჰოკინგის გამოსხივებას“ უწოდებენ.

2013 წელიპულსარებისა და კვაზარების უახლესმა კვლევამ, ისევე როგორც კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების აღმოჩენამ, საბოლოოდ შესაძლებელი გახადა შავი ხვრელების კონცეფციის აღწერა. 2013 წელს გაზის ღრუბელი G2 ძალიან ახლოს მივიდა შავ ხვრელთან და, სავარაუდოდ, ის შეიწოვება, უნიკალურ პროცესზე დაკვირვება დიდ შესაძლებლობებს იძლევა შავი ხვრელების მახასიათებლების ახალი აღმოჩენებისთვის.

(მასიური ობიექტი მშვილდოსანი A *, მისი მასა მზეზე 4 მილიონჯერ მეტია, რაც გულისხმობს ვარსკვლავების გროვას და შავი ხვრელის წარმოქმნას.)

2017 წელი. მეცნიერთა ჯგუფმა Event Horizon Telescope-ის რამდენიმე ქვეყნის თანამშრომლობით, რომელიც აკავშირებს რვა ტელესკოპს დედამიწის კონტინენტების სხვადასხვა წერტილიდან, ჩაატარა დაკვირვება შავ ხვრელზე, რომელიც სუპერმასიური ობიექტია და მდებარეობს M87 გალაქტიკაში, თანავარსკვლავედი ქალწული. ობიექტის მასა არის 6,5 მილიარდი (!) მზის მასა, გიგანტური ჯერ უფრო დიდი ვიდრე მასიური ობიექტი Sagittarius A *, შედარებისთვის, დიამეტრი ოდნავ ნაკლებია ვიდრე მანძილი მზიდან პლუტონამდე.

დაკვირვებები ჩატარდა რამდენიმე ეტაპად, 2017 წლის გაზაფხულიდან დაწყებული და 2018 წლის პერიოდებში. ინფორმაციის რაოდენობა გამოითვალა პეტაბაიტებში, რომელიც შემდეგ უნდა გაშიფრულიყო და ულტრა შორეული ობიექტის ნამდვილი სურათი მიეღო. ამიტომ, კიდევ ორი ​​მთელი წელი დასჭირდა ყველა მონაცემის წინასწარ სკანირებას და ერთ მთლიანობაში გაერთიანებას.

2019 წელიმონაცემები წარმატებით იქნა გაშიფრული და ხილული, რის შედეგადაც შეიქმნა შავი ხვრელის პირველი სურათი.

(შავი ხვრელის პირველი სურათი M87 გალაქტიკაში ქალწულის თანავარსკვლავედში)

გამოსახულების გარჩევადობა საშუალებას გაძლევთ იხილოთ ობიექტის ცენტრში უკუქცევის წერტილის ჩრდილი. გამოსახულება მიღებული იქნა ინტერფერომეტრიული დაკვირვების შედეგად ზედმეტი გრძელი საბაზისო ხაზით. ეს არის ეგრეთ წოდებული სინქრონული დაკვირვებები ერთი ობიექტის რამდენიმე რადიოტელესკოპიდან, რომელიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ქსელით და მდებარეობს დედამიწის სხვადასხვა კუთხეში, მიმართული ერთი მიმართულებით.

რა არის სინამდვილეში შავი ხვრელები?

ფენომენის ლაკონური ახსნა ასე ჟღერს.

შავი ხვრელი არის სივრცე-დროის რეგიონი, რომლის გრავიტაციული მიზიდულობა იმდენად ძლიერია, რომ ვერცერთი ობიექტი, მათ შორის მსუბუქი კვანტები, ვერ დატოვებს მას.

შავი ხვრელი ოდესღაც მასიური ვარსკვლავი იყო. სანამ თერმობირთვული რეაქციები ინარჩუნებს მაღალ წნევას მის ნაწლავებში, ყველაფერი ნორმალურად რჩება. მაგრამ დროთა განმავლობაში ენერგიის მარაგი იწურება და ციური სხეული, საკუთარი მიზიდულობის გავლენით, იწყებს კლებას. ამ პროცესის ბოლო ეტაპი არის ვარსკვლავის ბირთვის კოლაფსი და შავი ხვრელის წარმოქმნა.

• 1. შავი ხვრელის ჭავლის ამოფრქვევა დიდი სიჩქარით


• 2. მატერიის დისკი იზრდება შავ ხვრელად


• 3. შავი ხვრელი


• 4. შავი ხვრელის რეგიონის დეტალური სქემა


• 5. ნაპოვნი ახალი დაკვირვებების ზომა

ყველაზე გავრცელებული თეორია ამბობს, რომ მსგავსი ფენომენი არის ყველა გალაქტიკაში, მათ შორის ჩვენი ირმის ნახტომის ცენტრში. ხვრელის უზარმაზარ გრავიტაციას შეუძლია რამდენიმე გალაქტიკის გამართვა მის გარშემო, რაც ხელს უშლის მათ ერთმანეთისგან დაშორებას. „დაფარვის ზონა“ შეიძლება იყოს განსხვავებული, ეს ყველაფერი დამოკიდებულია შავ ხვრელად ქცეული ვარსკვლავის მასაზე და შეიძლება იყოს ათასობით სინათლის წელი.

შვარცშილდის რადიუსი

შავი ხვრელის მთავარი თვისება ის არის, რომ მასში მოხვედრილი ნებისმიერი მატერია ვეღარასოდეს დაბრუნდება. იგივე ეხება სინათლეს. ხვრელები მათ ბირთვში არის სხეულები, რომლებიც მთლიანად შთანთქავენ მათზე მოხვედრილ მთელ სინათლეს და არ ასხივებენ საკუთარს. ასეთი ობიექტები შეიძლება ვიზუალურად გამოჩნდეს აბსოლუტური სიბნელის კოლტების სახით.

• 1. მატერიის მოძრავი სინათლის სიჩქარის ნახევარი


• 2. ფოტონის ბეჭედი


• 3. შიდა ფოტონის რგოლი


• 4. მოვლენათა ჰორიზონტი შავ ხვრელში

აინშტაინის ფარდობითობის ზოგად თეორიაზე დაყრდნობით, თუ სხეული უახლოვდება კრიტიკულ მანძილს ხვრელის ცენტრიდან, ის ვეღარ დაბრუნდება. ამ მანძილს შვარცშილდის რადიუსი ეწოდება. კონკრეტულად რა ხდება ამ რადიუსში, უცნობია, მაგრამ არსებობს ყველაზე გავრცელებული თეორია. ითვლება, რომ შავი ხვრელის მთელი მატერია კონცენტრირებულია უსასრულოდ პატარა წერტილში და მის ცენტრში არის უსასრულო სიმკვრივის ობიექტი, რომელსაც მეცნიერები უწოდებენ სინგულარულ აშლილობას.

როგორ ვარდება შავ ხვრელში

(სურათზე მშვილდოსანი A * შავი ხვრელი სინათლის უკიდურესად კაშკაშა გროვას ჰგავს)

არც ისე დიდი ხნის წინ, 2011 წელს, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს გაზის ღრუბელი, დაარქვეს მას მარტივი სახელი G2, რომელიც ასხივებს უჩვეულო სინათლეს. ასეთმა ნათებამ შეიძლება გამოიწვიოს ხახუნი გაზსა და მტვერში, რომელიც გამოწვეულია შავი ხვრელის Sagittarius A * მოქმედებით და რომელიც ბრუნავს მის გარშემო აკრეციული დისკის სახით. ამრიგად, ჩვენ ვხდებით სუპერმასიური შავი ხვრელის მიერ გაზის ღრუბლის შთანთქმის საოცარი ფენომენის დამკვირვებლები.

ბოლო კვლევების თანახმად, შავ ხვრელთან ყველაზე ახლო მიდგომა 2014 წლის მარტში მოხდება. ჩვენ შეგვიძლია ხელახლა შევქმნათ სურათი, თუ როგორ წარიმართება ეს საინტერესო სპექტაკლი.

• 1. როდესაც ის პირველად ჩნდება მონაცემებში, გაზის ღრუბელი წააგავს გაზისა და მტვრის უზარმაზარ ბურთულას.


• 2. ახლა, 2013 წლის ივნისის მონაცემებით, ღრუბელი ათობით მილიარდი კილომეტრით არის დაშორებული შავი ხვრელიდან. მასში ვარდება 2500 კმ/წმ სიჩქარით.


• 3. მოსალოდნელია, რომ ღრუბელი გაივლის შავ ხვრელს, მაგრამ მოქცევის ძალები, რომლებიც გამოწვეულია მიზიდულობის სხვაობით, რომელიც მოქმედებს ღრუბლის წინა და უკანა კიდეებზე, გამოიწვევს მის უფრო და უფრო წაგრძელებას.


• 4. ღრუბლის გატეხვის შემდეგ, მისი უმეტესი ნაწილი, დიდი ალბათობით, შეუერთდება აკრეციულ დისკს Sagittarius A*-ის გარშემო და წარმოქმნის მასში დარტყმის ტალღებს. ტემპერატურა რამდენიმე მილიონ გრადუსამდე მოიმატებს.


• 5. ღრუბლის ნაწილი პირდაპირ შავ ხვრელში ჩავარდება. ზუსტად არავინ იცის, რა ბედი ეწევა ამ ნივთიერებას, მაგრამ მოსალოდნელია, რომ დაცემის პროცესში ის რენტგენის სხივების მძლავრ ნაკადებს გამოსცემს და სხვა ვერავინ დაინახავს.

ვიდეო: შავი ხვრელი გაზის ღრუბელს ყლაპავს

(კომპიუტერული სიმულაცია იმის შესახებ, თუ რამდენი G2 გაზის ღრუბელი განადგურდება და მოიხმარს შავი ხვრელი Sagittarius A*)

რა არის შავი ხვრელის შიგნით

არსებობს თეორია, რომელიც ამტკიცებს, რომ შავი ხვრელი შიგნით პრაქტიკულად ცარიელია და მთელი მისი მასა კონცენტრირებულია წარმოუდგენლად პატარა წერტილში, რომელიც მდებარეობს მის ცენტრში - სინგულარობა.

კიდევ ერთი თეორიის თანახმად, რომელიც არსებობს ნახევარი საუკუნის განმავლობაში, ყველაფერი, რაც შავ ხვრელში ვარდება, გადადის სხვა სამყაროში, რომელიც მდებარეობს თავად შავ ხვრელში. ახლა ეს თეორია არ არის მთავარი.

და არის მესამე, ყველაზე თანამედროვე და გამძლე თეორია, რომლის მიხედვითაც ყველაფერი, რაც შავ ხვრელში ვარდება, იხსნება მის ზედაპირზე არსებული სიმების ვიბრაციაში, რომელიც მოვლენის ჰორიზონტად არის დანიშნული.

რა არის მოვლენის ჰორიზონტი? შეუძლებელია შავ ხვრელში ჩახედვა სუპერმძლავრი ტელესკოპითაც კი, რადგან სინათლესაც კი, რომელიც გიგანტურ კოსმოსურ ძაბრში მოხვდება, უკან გამოჩენის შანსი არ აქვს. ყველაფერი, რაც შეიძლება რატომღაც განიხილება, მის უშუალო სიახლოვესაა.

მოვლენათა ჰორიზონტი არის ზედაპირის პირობითი ხაზი, რომლის ქვეშაც ვერაფერი (არც გაზი, ვერც მტვერი, ვერც ვარსკვლავები, ვერც სინათლე) ვერ გაძვრება. და ეს არის ძალიან იდუმალი წერტილი სამყაროს შავ ხვრელებში.

შავი ხვრელების შესახებ არსებული იდეები ეფუძნება მრავალფეროვნების დიფერენციალური გეომეტრიის საშუალებით დადასტურებულ თეორემებს. თეორიის შედეგების პრეზენტაცია ხელმისაწვდომია წიგნებში და მათ აქ აღარ გავიმეორებთ. მონოგრაფიებისა და კრებულების, ასევე ორიგინალური ნაშრომებისა და მიმოხილვების შესახებ მკითხველს დეტალებისთვის მივმართავთ, ჩვენ შემოვიფარგლებით იმ ძირითადი დებულებების მოკლე ჩამოთვლებით, რომლებიც საფუძვლად უდევს თანამედროვე იდეებს შავი ხვრელების შესახებ.

აინშტაინის განტოლებების ვაკუუმური ამონახსნების ყველაზე ზოგად ოჯახს, რომელიც აღწერს სტაციონარულ ასიმპტომურად ბრტყელ სივრცე-დროებს არასიგნორული მოვლენათა ჰორიზონტით და რეგულარულად ყველგან ჰორიზონტის გარეთ, აქვს ღერძული სიმეტრია და ემთხვევა კერის ორ პარამეტრიან ოჯახს. ორი დამოუკიდებელი პარამეტრი და a განსაზღვრავს შავი ხვრელის მასას და კუთხურ იმპულსს. ამ განცხადების მხარდამჭერი თეორემები ჩამოყალიბდა სამუშაოებში არამბრუნავი შავი ხვრელისთვის და განზოგადდა კერის მეტრიკაზე. აინშტაინის არავაკუუმური განტოლებების ამონახსნები, რომლებიც აღწერს შავ ხვრელებს, შეიძლება ხასიათდებოდეს მრავალი პარამეტრით. ასე რომ, აინშტაინ-მაქსველის განტოლებათა სისტემის შემთხვევაში, კერ-ნიუმანის ამონახსნების ოჯახს გააჩნია ჩამოთვლილი თვისებები, რომელსაც აქვს ოთხი პარამეტრი, სადაც ელექტრული, მაგნიტური მუხტები, ამ ოჯახის უნიკალურობა დადასტურდა. არსებობს აინშტაინ-იანგ-მილსის განტოლებების სისტემის ამონახსნები, რომლებიც აღწერს შავ ხვრელებს, რომლებიც ატარებენ ლიანდაგს (ფერად) მუხტს, ასევე აინშტაინ-იანგ-მილს-ჰიგსის სისტემას სპონტანურად დარღვეული სიმეტრიით, რომელიც აღწერს მოვლენის ქვეშ დამალულ გრავიტაციულ მონოპოლებსა და დიონებს. ჰორიზონტი. გაფართოებულ სუპერგრავიტაციაში ნაპოვნია გადაწყვეტილებები, რომლებიც აღწერს ფერმიონული სტრუქტურის უკიდურესად დამუხტულ შავ ხვრელებს. აუცილებელია, რომ ყველა ჩამოთვლილი ამონახსნები ცნობილია ნულოვანი მასის ველებისთვის, რომლებსაც არ შეუძლიათ შავი ხვრელის მასიური გარე ველები.

კერ-ნიუმანის ველი

მაგნიტური და ლიანდაგური მუხტების ხსნარების განხილვის გადადება § 18-მდე, მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ კერ-ნიუმანის ხსნარი, რომელიც აღწერს მბრუნავ ელექტრული დამუხტვას.

შავი ხვრელი. ბოიერ-ლინდკვისტის კოორდინატებში სივრცე-დროის ინტერვალის კვადრატს აქვს ფორმა

სადაც შემოტანილია სტანდარტული აღნიშვნა

მიმართებით განსაზღვრული ელექტრომაგნიტური ველის 4-პოტენციალი (-ფორმა).

for არ განსხვავდება მინკოვსკის სივრცეში წერტილის მუხტის პოტენციალისგან. დამატებითი წევრი, რომელიც პროპორციულია a-ს სივრცით უსასრულობაში ემთხვევა მაგნიტური დიპოლის პოტენციალს. კონტრავარიანტული მეტრული ტენზორის არანულოვანი კომპონენტებია

კერ-ნიუმანის მეტრიკისთვის არის ოცდაათი არა ნულოვანი კრისტოფელის სიმბოლო, საიდანაც ოცდაორი წყვილი ტოლია.

სადაც მითითებულია

კრისტოფელის სიმბოლოები კი განსხვავებულ ფუნქციებს წარმოადგენენ და არ ქრება კერის მეტრიკის ეკვატორულ სიბრტყეში. დაკავშირების დანარჩენი კომპონენტები უცნაურია სიბრტყეში ასახვის მიმართ, სადაც ისინი იღებენ ნულოვან მნიშვნელობებს. ამის გათვალისწინება სასარგებლოა ნაწილაკების მოძრაობის განტოლებების ამოხსნისას.

ელექტრომაგნიტური ველის ტენზორის არანულოვანი კომპონენტები ტოლია

რომელიც შეესაბამება კულონის ველისა და მაგნიტური დიპოლური ველის სუპერპოზიციას.

ხაზის ელემენტი (1) არ არის დამოკიდებული კოორდინატებზე, ამიტომ ვექტორები

არის მკვლელი ვექტორები, რომლებიც წარმოქმნიან დროის ცვლას და ბრუნვას სიმეტრიის ღერძის გარშემო. მკვლელი ვექტორები და არ არიან ორთოგონალური ერთმანეთის მიმართ

ელექტრომაგნიტური ველის სიმეტრია მკვლელობის ვექტორების მიერ მოცემულ გარდაქმნების მიმართ გამოიხატება 4-პოტენციალის (3) სიცრუის წარმოებულების ნულის ტოლობით ვექტორული ველების გასწვრივ (8),

დროის ვექტორი მსგავსია უტოლობით შემოსაზღვრულ რეგიონში

და ხდება იზოტროპული ერგოსფეროს ზედაპირზე

რომელიც რევოლუციის ელიფსოიდია. ერგოსფეროს შიგნით ვექტორი სივრცის მსგავსია, მაგრამ არსებობს მკვლელობის ვექტორების წრფივი კომბინაცია.

რომელიც არის დროის მსგავსი მკვლელობის ვექტორი ერგოსფეროს შიგნით, თუ უთანასწორობა

ზედაპირი, რომელზეც ისინი ერწყმის, არის მოვლენათა ჰორიზონტი, მისი პოზიცია განისაზღვრება განტოლების დიდი ფესვით

სად ვიპოვოთ სად

მნიშვნელობა თამაშობს ჰორიზონტის ბრუნვის კუთხური სიჩქარის როლს; ზოგადი თეორემის შესაბამისად, ეს არ არის დამოკიდებული კუთხეზე

მოვლენათა ჰორიზონტი არის იზოტროპული ჰიპერზედაპირი, რომლის სივრცითი განყოფილება სფეროს ტოპოლოგიას აქვს. ჰორიზონტის ორგანზომილებიანი ზედაპირის ფართობი გამოითვლება ფორმულით

რაც იწვევს შედეგს

ჰოკინგის თეორემის მიხედვით, შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტის ზედაპირის ფართობი ჩაეფლო მატერიალურ გარემოში, რომლის ენერგეტიკული იმპულსის ტენსორი აკმაყოფილებს ენერგიის დომინირების პირობებს, არ შეიძლება შემცირდეს. ხვრელის ბრუნვის მასა და მომენტი შეიძლება ინდივიდუალურად შემცირდეს, ხოლო ბრუნვის მომენტის მთლიანად დაკარგვის შემდეგ, შავი ხვრელის მასა იქნება სულ მცირე.

რომელსაც შავი ხვრელის „შეუმცირებელ“ მასას უწოდებდნენ. მოვლენათა ჰორიზონტის ფართობის არშემცირების კანონს აქვს საერთო ბუნება ენტროპიის გაზრდის კანონთან, ის შეიძლება დაკავშირებული იყოს ინფორმაციის დაკარგვასთან მატერიის მდგომარეობის შესახებ, რომელიც არის მოვლენის ჰორიზონტის ქვეშ. შავ ხვრელს რომ არ ჰქონოდა

ენტროპია, მაშინ, ვთქვათ, გაცხელებული აირის შეწოვა გარე სივრცეში გამოიწვევს ენტროპიის შემცირებას. კვანტური მოსაზრებების გამოძახება გამორიცხავს თერმოდინამიკის მეორე კანონთან წინააღმდეგობის საშიშროებას, რადგან გამოდის, რომ კვანტურ გრავიტაციაში შავი ხვრელის ენტროპია მართლაც პროპორციულია მოვლენათა ჰორიზონტის ზედაპირის (21) ერთეულებში. პლანკის სიგრძის კვადრატი

ეს ასევე შეესაბამება შავ ხვრელებში ნაწილაკების წარმოების ეფექტის ადრე გამოთვლებს ნახევარკლასიკური თეორიის ფარგლებში. შავი ხვრელისა და შთანთქმის მატერიის მთლიანი ენტროპია ამ შემთხვევაში არ მცირდება, ვინაიდან შავი ხვრელის მასა (და, შესაძლოა, ბრუნვის მომენტი) შთანთქმის დროს იზრდება, რის შედეგადაც ზედაპირის ფართობი იზრდება. მოვლენების ჰორიზონტი იზრდება. უნდა აღინიშნოს, რომ მნიშვნელი (23) უკიდურესად მცირეა; ამიტომ, ჰორიზონტის არეალის მაკროსკოპული ცვლილებით, შავი ხვრელის ენტროპია იცვლება ძალიან დიდი მნიშვნელობით.

მოვლენის ჰორიზონტზე 4-პოტენციალის კომპონენტების წრფივი კომბინაცია მუდმივია, რაც ჰორიზონტთან მბრუნავი დამკვირვებლისთვის აქვს ჰორიზონტის ელექტროსტატიკური პოტენციალის მნიშვნელობა.

ასევე მუდმივია სიდიდე, რომელსაც ეწოდება შავი ხვრელის „ზედაპირული გრავიტაცია“, რომელიც უდრის ჰორიზონტზე მოსვენებულ ნაწილაკების აჩქარებას (კოორდინატთა დროის ერთეულებში) უცვლელი სახით.

სადაც ვექტორი განისაზღვრება ფორმულით (14). at (ე.ი. არის იზოტროპული ვექტორი, რომელიც მდებარეობს ჰიპერზედაპირზე

კიდევ ერთი იზოტროპული ვექტორი, რომელიც ნორმალიზებულია პირობით კერ-ნიუმანის მეტრიკისთვის, ჰორიზონტის ზედაპირის გრავიტაცია არის

Შავი ხვრელები

XIX საუკუნის შუა ხანებიდან დაწყებული. ელექტრომაგნიტიზმის თეორიის შემუშავებისას ჯეიმს კლერკ მაქსველს ჰქონდა დიდი რაოდენობით ინფორმაცია ელექტრული და მაგნიტური ველების შესახებ. კერძოდ, გასაკვირი იყო, რომ ელექტრული და მაგნიტური ძალები მანძილით მცირდება ზუსტად ისევე, როგორც მიზიდულობის ძალა. გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური ძალები შორ მანძილზეა. ისინი შეიძლება იგრძნონ მათი წყაროებიდან ძალიან დიდ მანძილზე. პირიქით, ძალებს, რომლებიც აკავშირებენ ატომების ბირთვებს - ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედების ძალებს - აქვთ მოქმედების მოკლე რადიუსი. ბირთვული ძალები თავს იგრძნობს მხოლოდ ბირთვული ნაწილაკების მიმდებარე ძალიან მცირე ფართობზე. ელექტრომაგნიტური ძალების დიდი დიაპაზონი ნიშნავს, რომ შავი ხვრელისგან შორს ყოფნისას შეიძლება ჩატარდეს ექსპერიმენტები იმის გასარკვევად, არის თუ არა ეს ხვრელი დამუხტული. თუ შავ ხვრელს აქვს ელექტრული მუხტი (დადებითი ან უარყოფითი) ან მაგნიტური მუხტი (შეესაბამება ჩრდილოეთ ან ახალგაზრდა მაგნიტურ პოლუსს), მაშინ შორს მდებარე დამკვირვებელს შეუძლია ამ მუხტების არსებობა მგრძნობიარე ინსტრუმენტების გამოყენებით ამოიცნოს. 1960-იანი წლების ბოლოს და 1970-იანი წლების დასაწყისში, ასტროფიზიკოს-თეორეტიკოსებმა ბევრი იმუშავეს პრობლემაზე: შავი ხვრელის რა თვისებები ინახება და რა თვისებები იკარგება მათში? შავი ხვრელის მახასიათებლები, რომლებიც შეიძლება გაზომოს შორეული დამკვირვებლის მიერ არის მისი მასა, მისი მუხტი და მისი კუთხური იმპულსი. ეს სამი ძირითადი მახასიათებელი შენარჩუნებულია შავი ხვრელის ფორმირების დროს და განსაზღვრავს მის მახლობლად სივრცე-დროის გეომეტრიას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ დააყენებთ შავი ხვრელის მასას, მუხტს და კუთხურ იმპულსს, მაშინ ყველაფერი უკვე ცნობილი იქნება - შავ ხვრელებს მასის, მუხტისა და კუთხური იმპულსის გარდა სხვა თვისებები არ აქვთ. ასე რომ, შავი ხვრელები ძალიან მარტივი ობიექტებია; ისინი ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე ვარსკვლავები, საიდანაც შავი ხვრელები ჩნდებიან. გ.რაისნერმა და გ.ნორდსტრომმა აღმოაჩინეს აინშტაინის გრავიტაციული ველის განტოლებების ამონახსნი, რომელიც სრულად აღწერს „დამუხტულ“ შავ ხვრელს. ასეთ შავ ხვრელს შეიძლება ჰქონდეს ელექტრული მუხტი (დადებითი ან უარყოფითი) და/ან მაგნიტური მუხტი (შეესაბამება ჩრდილოეთ ან სამხრეთ მაგნიტურ პოლუსს). თუ ელექტრული დამუხტული სხეულები ჩვეულებრივი მოვლენაა, მაშინ მაგნიტით დამუხტული სხეულები საერთოდ არ არის. სხეულებს, რომლებსაც აქვთ მაგნიტური ველი (მაგალითად, ჩვეულებრივი მაგნიტი, კომპასის ნემსი, დედამიწა) აუცილებლად აქვთ ერთდროულად ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსები. ბოლო დრომდე ფიზიკოსთა უმეტესობას სჯეროდა, რომ მაგნიტური პოლუსები ყოველთვის მხოლოდ წყვილებში ჩნდება. თუმცა, 1975 წელს ბერკლისა და ჰიუსტონის მეცნიერთა ჯგუფმა გამოაცხადა, რომ მათ ერთ-ერთ ექსპერიმენტში აღმოაჩინეს მაგნიტური მონოპოლი. თუ ეს შედეგები დადასტურდა, მაშინ გამოვა, რომ ცალკე მაგნიტური მუხტები შეიძლება არსებობდეს, ე.ი. რომ ჩრდილოეთის მაგნიტური პოლუსი შეიძლება არსებობდეს სამხრეთისგან განცალკევებით და პირიქით. Reisner-Nordström ხსნარი იძლევა შავ ხვრელში მონოპოლური მაგნიტური ველის არსებობის საშუალებას. მიუხედავად იმისა, თუ როგორ შეიძინა შავმა ხვრელმა მუხტი, ამ მუხტის ყველა თვისება რეისნერ-ნორდსტრომის ხსნარში გაერთიანებულია ერთ მახასიათებელში - რიცხვში Q. ეს თვისება ჰგავს იმ ფაქტს, რომ შვარცშილდის ხსნარი არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ როგორ არის შავი. ხვრელმა შეიძინა თავისი მასა. ამ შემთხვევაში, დრო-სივრცის გეომეტრია რეისნერ-ნორდსტრომის ხსნარში არ არის დამოკიდებული მუხტის ბუნებაზე. ის შეიძლება იყოს დადებითი, უარყოფითი, შეესაბამებოდეს ჩრდილოეთ ან სამხრეთ მაგნიტურ პოლუსს - მნიშვნელოვანია მხოლოდ მისი სრული მნიშვნელობა, რომელიც შეიძლება დაიწეროს როგორც |Q|. ასე რომ, რაისნერ-ნორდსტრომის შავი ხვრელის თვისებები მხოლოდ ორ პარამეტრზეა დამოკიდებული - M ხვრელის მთლიან მასაზე და მის მთლიან მუხტზე|Q| (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მისი აბსოლუტური მნიშვნელობიდან). რეალურ შავ ხვრელებზე ფიქრით, რომლებიც რეალურად შეიძლება არსებობდეს ჩვენს სამყაროში, ფიზიკოსები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ რეისნერ-ნორდსტრომის ამოხსნა არც თუ ისე მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, რადგან ელექტრომაგნიტური ძალები გაცილებით მეტია ვიდრე გრავიტაციის ძალები. მაგალითად, ელექტრონის ან პროტონის ელექტრული ველი ტრილიონობით ტრილიონჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე მათი გრავიტაციული ველი. ეს ნიშნავს, რომ თუ შავ ხვრელს საკმარისად დიდი მუხტი ექნება, მაშინ ელექტრომაგნიტური წარმოშობის უზარმაზარი ძალები სწრაფად გაფანტავდნენ ყველა მიმართულებით კოსმოსში „მცურავ“ გაზს და ატომებს. უმოკლეს დროში, შავი ხვრელის მსგავსი მუხტის ნიშნის მქონე ნაწილაკები განიცდიან ძლიერ მოგერიებას, ხოლო საპირისპირო მუხტის ნიშნის მქონე ნაწილაკები მის მიმართ თანაბრად ძლიერ მიზიდულობას განიცდიან. საპირისპირო ნიშნის მუხტის მქონე ნაწილაკების მიზიდვით შავი ხვრელი მალე ელექტრულად ნეიტრალური გახდება. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ რეალურ შავ ხვრელებს მხოლოდ მცირე მუხტი აქვთ. რეალური შავი ხვრელებისთვის, მნიშვნელობა |Q| უნდა იყოს M-ზე ბევრად ნაკლები. მართლაც, გამოთვლებიდან გამომდინარეობს, რომ შავ ხვრელებს, რომლებსაც რეალურად შეუძლიათ არსებობა სივრცეში, უნდა ჰქონდეთ M მასა, მინიმუმ მილიარდ მილიარდჯერ მეტი ვიდრე |Q|.

ჩვენ ახლა მივმართავთ ისტორიას, თუ როგორ შეუძლია შავ ხვრელს იმუშაოს როგორც ელექტრო მანქანა (ელექტროძრავა, დინამო და ა.შ.).

უპირველეს ყოვლისა, უნდა გავეცნოთ შავი ხვრელის საზღვრის გასაოცარ თვისებებს, რომლებიც

ბრინჯი. 5. შავ ხვრელთან მუხტის ელექტრული ველის ძალის ხაზები. პლიუსები და მინუსები აღნიშნავს ფიქტიურ ზედაპირულ მუხტს შავი ხვრელის კიდეზე

გარე დამკვირვებლის თვალსაზრისით, ვლინდება როგორც "მემბრანა", დაჯილდოებული გარკვეული ელექტრული თვისებებით.

იმის გასაგებად, თუ რა არის აქ სასწორი, განვიხილოთ მუხტის ელექტრული ველი, რომელიც მდებარეობს არამბრუნავ დაუმუხტავ შავ ხვრელთან ახლოს. როგორც უკვე ვთქვით, შავი ხვრელის სიახლოვეს სამგანზომილებიანი სივრცე მრუდია და, შესაბამისად, ამ ველის ხაზები ძალიან უჩვეულოდ გამოიყურება, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 5. ეს ნახატი, რა თქმა უნდა, სქემატურია, ვინაიდან შეუძლებელია ხაზების კონფიგურაციის გამოსახვა მოხრილ სივრცეში ბრტყელ ფურცელზე. ჩვენ ვხედავთ, რომ ველის ხაზების ნაწილი, მოხრილი, მიდის კოსმოსში შავი ხვრელიდან მოშორებით. ველის სხვა ხაზები ეყრდნობა შავ ხვრელს.

თუ საკითხი ამით შემოიფარგლება, მაშინ ეს ნიშნავს, რომ შავი ხვრელი დამუხტულია. მართლაც, ჩვენ ვიცით, რომ გაუსის კანონი ამბობს, რომ ძალის ხაზების რაოდენობა, რომლებიც კვეთენ დახურულ ზედაპირს, განსაზღვრავს მთლიან მუხტს მის შიგნით. მაგრამ ჩვენი შავი ხვრელი მთლიანობაში არ არის დამუხტული; ეს ნიშნავს, რომ თუ არის შავ ხვრელში შემავალი ძალის ხაზები, მაშინ მისგან უნდა გამოვიდეს ხაზები. მართლაც, ნახატზე ვხედავთ, რომ ელექტრული ველის ძალის ხაზები გამოდის შავი ხვრელიდან მუხტის მოპირდაპირე მხრიდან და შორდება შავი ხვრელიდან. ველის ასეთი რთული კონფიგურაცია დაკავშირებულია სივრცის ძლიერ გამრუდებასთან.

ძალის ხაზები ნახ. 5 ისე გამოიყურება, თითქოს შავი ხვრელის ზედაპირი ელექტრული გამტარი სფეროა და მუხტის გარედან მასთან მიახლოება იწვევს ელექტრული გამტარ სფეროს თავისუფალი მუხტების პოლარიზაციას. ბრალდებები, რომლებსაც აქვთ საპირისპირო

ბრინჯი. 6. ფიქტიური ზედაპირული დენი შავი ხვრელის საზღვარზე. შავი ხვრელი ბრუნვის გამო გაშლილი

ნიშანი მიახლოებულთან შედარებით, იზიდავს მას და გროვდება სფეროს ერთ მხარეს. მოახლოებული ნიშნის მუხტები მოიგერია და გროვდება მოპირდაპირე მხრიდან (იხ. სურ. 5). ასეთი ანალოგია საშუალებას გვაძლევს პირობითად ვივარაუდოთ, რომ შავი ხვრელის ზედაპირზე არის (ფიქტიური) მუხტები, რომელზედაც მთავრდება გარე ელექტრული ველის ძალის ხაზები.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ ელექტრული მუხტის შავ ხვრელთან მიახლოების პროცესი. მუხტის მიახლოებისას შეიცვლება შავი ხვრელის ფიქტიური ზედაპირული მუხტის განაწილება - საპირისპირო ნიშნის მუხტები იწელება წერტილამდე, რომელიც მდებარეობს უშუალოდ მოახლოებული მუხტის ქვეშ. ასე რომ, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ შავი ხვრელის ზედაპირზე (ფიქტიური) დენი მიედინება! გარდა ამისა, ჩვენ შეგვიძლია დავაკავშიროთ ამ დენის სიძლიერე ელექტრული ველის სიძლიერესთან, რომელიც მოქმედებს შავი ხვრელის ზედაპირის გასწვრივ მუხტის მიახლოებისას, როგორც ჩანს შორეული დამკვირვებლის მიერ:

ამ ურთიერთობას აქვს ცნობილი ოჰმის კანონის ფორმა. აქ ჩვენ აღვნიშნეთ შავი ხვრელის ზედაპირის (ფიქტიური) წინააღმდეგობით. დეტალური გამოკვლევა აჩვენებს, რომ ან ჩვეულებრივ ერთეულებში ის უდრის 377 ომს.

ასე რომ, უმარტივესი ელექტროდინამიკური ამოცანების უკვე განხილვა აჩვენებს, რომ შავი ხვრელის ზედაპირი იქცევა მემბრანის მსგავსად, რომელსაც აქვს გარკვეული

ელექტრული თვისებები. უფრო რთული პრობლემების განხილვა ადასტურებს ამ თვალსაზრისს. მაგალითად, საპირისპირო ნიშნის მუხტების ორი ნაკადი ჩავარდეს შავი ხვრელის ზედაპირის სხვადასხვა ნაწილში (სურ. 6), რათა შავი ხვრელის მთლიანი მუხტი არ შეიცვალოს. შემდეგ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ დადებითი მუხტების A ვარდნის ადგილიდან უარყოფითი მუხტების B ვარდნის ადგილამდე, მოედინება ზედაპირის ელექტრული დენი, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 6.

კიდევ ერთხელ უნდა შევახსენოთ მკითხველს, რომ სინამდვილეში შავი ხვრელისთვის არ არსებობს ზედაპირული მუხტები და დენები (ისევე როგორც თავად მასალის ზედაპირი). თუ რომელიმე დამკვირვებელი ჩავარდება შავ ხვრელში, მაშინ ჰორიზონტის გადაკვეთისას მას არ წააწყდება მატერიალური ზედაპირი, მუხტი, დინება. ამ ფიქტიური სიდიდეების დანერგვა უბრალოდ ვიზუალური მეთოდია შავი ხვრელის საზღვრებთან ელექტრული (და, როგორც დავინახავთ, ასევე მაგნიტური) ველის ხაზების ქცევის წარმოდგენის დამკვირვებლის თვალსაზრისით. მდებარეობს „შავი ხვრელიდან შორს. ასეთი წარმოდგენა არის ძალიან მოსახერხებელი, ვიზუალური და საშუალებას აძლევს ჩვენს ინტუიციას, რომელიც მიჩვეულია ლაბორატორიული ექსპერიმენტების ანალიზს გამტარ სფეროებით, იმუშაოს. ეს საშუალებას გვაძლევს, რთული იდეებისა და გამოთვლების გარეშე მივმართოთ მრუდი ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დროის შესახებ, რომელსაც ზოგადი ფარდობითობა ეხება, წარმოვიდგინოთ შავი ხვრელის ქცევა გარკვეულ პირობებში შედარებით მარტივი გზით.

მომავალში ჩვენ გამოვიყენებთ აღწერილ წარმოდგენას, ყოველ ჯერზე არ დავაზუსტოთ შავი ხვრელისთვის ზედაპირული მუხტებისა და დენების ცნებების ფიქტიურობა.

მოდით ახლა მივმართოთ განხილვას, თუ როგორ შეუძლია შავ ხვრელს როლი შეასრულოს ელექტრული წრედის და ელექტრული მანქანების სხვადასხვა ელემენტებზე. კვლევის ამ ხაზს ახლა აქტიურად ავითარებენ ამერიკელი ფიზიკოსი კიპ თორნი და მისი კოლეგები. რა თქმა უნდა, ჩვენ არ შევჩერდებით სტრუქტურების ტექნიკურ დეტალებზე, არამედ წარმოგიდგენთ მხოლოდ ზოგად სქემებს.

რა არის შავი ხვრელის ელექტრული მუხტი? ასტრონომიული მასშტაბის „ნორმალური“ შავი ხვრელებისთვის ეს კითხვა სულელური და უაზროა, მაგრამ მინიატურული შავი ხვრელების შემთხვევაში საკმაოდ აქტუალურია. ვთქვათ, მინიატურულმა შავმა ხვრელმა შეჭამა ცოტა მეტი ელექტრონი, ვიდრე პროტონები და შეიძინა უარყოფითი ელექტრული მუხტი. რა ხდება, როდესაც დამუხტული მინიატურული შავი ხვრელი მკვრივ მატერიაშია?

დასაწყისისთვის, მოდით უხეშად შევაფასოთ შავი ხვრელის ელექტრული მუხტი. მოდით, შავ ხვრელში ჩავარდნილი დამუხტული ნაწილაკები ტირიამმპაციის თავიდანვე დაწყებული დავთვალოთ, რამაც გამოიწვია მისი გამოჩენა, და დავიწყოთ მათი ელექტრული მუხტების შეჯამება: პროტონი - +1, ელექტრონი - -1. განვიხილოთ ეს, როგორც შემთხვევითი პროცესი. ყოველ საფეხურზე +1-ის მიღების ალბათობა არის 0,5, ამიტომ გვაქვს შემთხვევითი სიარულის კლასიკური მაგალითი, ე.ი. შავი ხვრელის საშუალო ელექტრული მუხტი, გამოხატული ელემენტარული მუხტებით, ტოლი იქნება

Q = sqrt(2N/π)

სადაც N არის შავი ხვრელის მიერ შთანთქმული დამუხტული ნაწილაკების რაოდენობა.

ავიღოთ ჩვენი საყვარელი 14 კილოტონიანი შავი ხვრელი და გამოვთვალოთ რამდენი დამუხტული ნაწილაკი შეჭამა.

N = M/m პროტონი = 1.4*10 7 /(1.67*10 -27) = 8.39*10 33
აქედან გამომდინარე q = 7,31*10 16 ელემენტარული მუხტი = 0,0117 C. ცოტათი ჩანდა - ასეთი მუხტი წამში გადის 20 ვატიანი ნათურის ძაფში. მაგრამ სტატიკური მუხტისთვის, მნიშვნელობა არ არის ავადმყოფური (პროტონების თაიგული ასეთი ჯამური მუხტით იწონის 0,121 ნანოგრამს), ხოლო ელემენტარული ნაწილაკების ზომის ობიექტის სტატიკური მუხტისთვის, ეს მნიშვნელობა უბრალოდ გაურკვეველია.

ვნახოთ, რა მოხდება, როდესაც დამუხტული შავი ხვრელი მოხვდება შედარებით მკვრივ მატერიაში. დასაწყისისთვის განვიხილოთ უმარტივესი შემთხვევა - აირისებრი დიატომიური წყალბადი. წნევა ჩაითვლება ატმოსფერულად, ხოლო ტემპერატურა ოთახის ტემპერატურად.

წყალბადის ატომის იონიზაციის ენერგია არის 1310 კჯ/მოლი ან 2,18*10 -18 ატომზე. წყალბადის მოლეკულაში კოვალენტური ბმის ენერგია არის 432 კჯ/მოლი ან 7,18*10 -19 ჯ მოლეკულაზე. მანძილი, რომელზედაც საჭიროა ელექტრონები ატომებისგან მოშორებით, ავიღებთ 10-10 მ, როგორც ჩანს, საკმარისია. ამგვარად, იონიზაციის დროს წყალბადის მოლეკულაში ელექტრონების წყვილზე მოქმედი ძალა უნდა იყოს 5,10 * 10 -8 ნ. ერთი ელექტრონისთვის - 2,55 * 10 -8 ნ.

კულონის კანონის მიხედვით

R = sqrt(kQq/F)

14 კილოტონიანი შავი ხვრელისთვის გვაქვს R = sqrt (8.99*10 9 *0.0117*1.6*10 -19 /2.55*10 -8) = 2.57 სმ.

ატომებისგან მოწყვეტილი ელექტრონები იღებენ საწყისი აჩქარებას მინიმუმ 1,40 * 10 32 მ/წმ 2 (წყალბადის), იონები - მინიმუმ 9,68 * 10 14 მ / წმ 2 (ჟანგბადი). ეჭვგარეშეა, რომ საჭირო მუხტის ყველა ნაწილაკი ძალიან სწრაფად შეიწოვება შავი ხვრელის მიერ. საინტერესო იქნებოდა გამოვთვალოთ რამდენი ენერგეტიკული ნაწილაკები საპირისპირო მუხტის ნაწილაკებს უნდა ჩააგდონ გარემოში, მაგრამ ინტეგრალების დათვლა იშლება :-(არ ვიცი როგორ გავაკეთო ეს ინტეგრალების გარეშე :-(არა, ვიზუალური ეფექტები განსხვავდება ძალიან პატარა ბურთის ელვადან სრულიად ღირსეულ ცეცხლოვან ბურთამდე.

სხვა დიელექტრიკებთან ერთად შავი ხვრელი დაახლოებით იგივეს აკეთებს. ჟანგბადისთვის იონიზაციის რადიუსი არის 2,55 სმ, აზოტისთვის 2,32 სმ, ნეონისთვის 2,21 სმ, ხოლო ჰელიუმისთვის 2,07 სმ. კრისტალებისთვის, გამტარიანობა განსხვავებულია სხვადასხვა მიმართულებით, ხოლო იონიზაციის ზონას ექნება რთული ფორმა. ალმასისთვის საშუალო იონიზაციის რადიუსი (შეშვების მუდმივის ცხრილის მნიშვნელობიდან გამომდინარე) იქნება 8,39 მმ. დარწმუნებული ვარ, წვრილმანებზე თითქმის ყველგან ვიტყუებდი, მაგრამ სიდიდის რიგი ასეთი უნდა იყოს.

ასე რომ, შავი ხვრელი, დიელექტრიკულში მოხვედრის შემდეგ, სწრაფად კარგავს თავის ელექტრულ მუხტს, რაიმე სპეციალური ეფექტების წარმოქმნის გარეშე, გარდა მცირე მოცულობის დიელექტრიკის პლაზმაში გადაქცევისა.

თუ ის მოხვდება ლითონს ან პლაზმას, სტაციონარული დამუხტული შავი ხვრელი თითქმის მყისიერად ანეიტრალებს მის მუხტს.

ახლა ვნახოთ, როგორ მოქმედებს შავი ხვრელის ელექტრული მუხტი, რა ემართება შავ ხვრელს ვარსკვლავის ნაწლავებში. ტრაქტატის პირველ ნაწილში უკვე იყო მოცემული მზის ცენტრში არსებული პლაზმის მახასიათებლები - 150 ტონა იონიზირებული წყალბადის კუბურ მეტრზე 15 000 000 კ ტემპერატურაზე. ამ დროისთვის ჩვენ თავხედურად უგულებელყოფთ ჰელიუმს. პროტონების თერმული სიჩქარე ამ პირობებში არის 498 კმ/წმ, ხოლო ელექტრონები დაფრინავენ თითქმის რელატივისტური სიჩქარით – 21300 კმ/წმ. გრავიტაციით ასეთი სწრაფი ელექტრონის დაჭერა თითქმის შეუძლებელია, ამიტომ შავი ხვრელი სწრაფად მოიპოვებს დადებით ელექტრულ მუხტს, სანამ წონასწორობა არ მიიღწევა პროტონებისა და ელექტრონების შთანთქმას შორის. ვნახოთ როგორი ბალანსი იქნება.

მიზიდულობის ძალა, რომელიც მოქმედებს პროტონზე შავი ხვრელის მხრიდან

F p \u003d (GMm p - kQq) / R 2

პირველი "ელექტროსივრცე" :-) სიჩქარე ასეთი ძალისთვის მიღებულია განტოლებიდან

mv 1 2 /R = (GMm p - kQq)/R 2

v n1 = sqrt((GMm n - kQq)/mR)

პროტონის მეორე „ელექტროკოსმოსური“ სიჩქარეა

v n2 = sqrt(2)v 1 = sqrt(2(GMm n - kQq)/(m n R))

ამრიგად, პროტონის შთანთქმის რადიუსი ტოლია

R p = 2 (GMm p - kQq)/(m p v p 2)

ანალოგიურად, ელექტრონის შთანთქმის რადიუსი არის

R e \u003d 2 (GMm e + kQq) / (m e v e 2)

იმისთვის, რომ პროტონები და ელექტრონები შეიწოვება თანაბარი ინტენსივობით, ეს რადიუსები ტოლი უნდა იყოს, ე.ი.

2(GMm p - kQq)/(m p v p 2) = 2(GMm e + kQq)/(m e v e 2)

გაითვალისწინეთ, რომ მნიშვნელები ტოლია და შეამცირეთ განტოლება.

GMm p - kQq = GMm e + kQq

გასაკვირია, რომ არაფერია დამოკიდებული პლაზმის ტემპერატურაზე. Ჩვენ ვწყვეტთ:

Q \u003d GM (m p - m e) / (kq)

ჩვენ ვცვლით რიცხვებს და გაკვირვებით ვიღებთ Q \u003d 5.42 * 10 -22 C - ელექტრონის მუხტზე ნაკლებს.

ჩვენ ვცვლით ამ Q-ს R p = R e-ში და კიდევ უფრო დიდი გაკვირვებით მივიღებთ R = 7.80 * 10 -31 - ჩვენი შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტის რადიუსზე ნაკლებს.

პრევენირებული მედვედი

დასკვნა არის წონასწორობა ნულზე. შავი ხვრელის მიერ გადაყლაპული ყოველი პროტონი მაშინვე იწვევს ელექტრონის გადაყლაპვას და შავი ხვრელის მუხტი ისევ ნულდება. პროტონის უფრო მძიმე იონით ჩანაცვლება ძირეულად არაფერს ცვლის - წონასწორული მუხტი არ იქნება სამი რიგით სიდიდის ელემენტარულზე ნაკლები, არამედ ერთი, მერე რა?

ასე რომ, ზოგადი დასკვნა არის ის, რომ შავი ხვრელის ელექტრული მუხტი მნიშვნელოვან გავლენას არ ახდენს არაფერზე. და ეს ისეთი მაცდური ჩანდა...

შემდეგ ნაწილში, თუ არც ავტორი და არც მკითხველი არ მოიწყენს, ჩვენ განვიხილავთ მინიატურულ შავ ხვრელს დინამიკაში - როგორ შემოდის ის პლანეტის ან ვარსკვლავის ნაწლავებში და გზად ჭამს მატერიას.