Oq tuynuk

Qora tuynukning koʻzgudagi aksi: uni qanday yasash mumkin va u qanday koʻrinadi

Faraz: fizika qogʻozda bunga yoʻl qoʻyadi, lekin hech kim koʻrmagan. Hammasi bugungi nazariyaga muvofiq.

Qadamma-qadam

Qora tuynuk, teskari qaytarilgan

Umumiy nisbiylik tenglamalari vaqt qaysi tomonga oqishidan qatʼi nazar bir xil ishlaydi. Qora tuynuk hikoyasini teskari qaytaring va oq tuynukka ega boʻlasiz: hech narsa kira olmaydigan va materiyani tashqariga otadigan narsa.

Qora tuynuk — hech narsa, hatto yorugʻlik ham, chiqa olmaydigan joy. Eynshteyn tenglamalari vaqt yoʻnalishiga befarq, shuning uchun ularning koʻzgudagi yechimi bor: oq tuynuk, undan narsalar chiqadi va unga hech narsa kira olmaydi. Igor Novikov 1964-yilda bunday jismlar haqiqatan mavjud boʻlishi mumkinligini taklif qildi.

Uzoqdan ikkalasi oʻxshash koʻrinadi. Oq tuynuk tashqarisidagi tortishish xuddi shunday massali qora tuynuk tashqarisidagi bilan bir xil, shuning uchun yorugʻlik uning atrofida bir xil egiladi va sayyoralar uni bir xil aylanardi. Farq chetda: qora tuynuk ufqida hamma narsa kiradi, oq tuynuknikida hamma narsa chiqadi.

Oq tuynuk hech qachon topilmagan. Bu yerdagi hamma narsa nazariya: rasm oʻn Quyoshli, koʻndalangi 59 km boʻlgan qora tuynuk, keyingisi esa tenglamalar uning koʻzgudagi aksi haqida aytadigan narsa.

Bitta xarita, toʻrt soha

Yolgʻiz qora tuynuk uchun Eynshteyn tenglamalarining toʻliq yechimi toʻrt sohani oʻz ichiga oladi: bizning koinot, qora tuynuk, oq tuynuk va boshqa koinot. Oq tuynuk oʻtmishda, qora tuynuk kelajakda.

1960-yilda Kruskal va Sekeres qora tuynuk atrofidagi fazoning toʻliq xaritasini topdi. Yorugʻlik doim 45 daraja bilan yuradigan diagramma sifatida chizilsa, u ikki diagonali bilan toʻrt uchburchakka boʻlingan kvadrat. Bizning koinot oʻngda va vaqt yuqoriga oqadi.

Bizning koinotdan tushgan hamma narsa yuqoridagi sohaga, qora tuynukka oʻtadi. Oq tuynukdan hech qachon chiqqan hamma narsa pastdagi sohadan, oʻtmishdan chiqqan. Bizning koinotdan hech narsa oq tuynukka kira olmaydi, chunki bu vaqtda orqaga qaytish boʻlardi.

Qulayotgan yulduz hosil qilgan qora tuynukda oq tuynuk sohasi yoʻq: yulduz sirti xaritani kesadi, oq tuynuk va ikkinchi koinot hech qachon u yerda boʻlmaydi. Shuning uchun oq tuynukka uning qanday hosil boʻlishi mumkinligi haqida oʻz hikoyasi kerak.

Uni qanday yasash mumkin

Maʼlum hech narsa uni hosil qilmaydi. Bir gʻoya: qulayotgan yulduz kvant tortishish ruxsat etgan eng zich holatga yetadi, qaytadi va qora tuynuk oq tuynukka aylanadi. Qaytish chizilgan.

Eynshteyn nazariyasi qora tuynukdagi materiya cheksiz zichlikdagi nuqtaga qulaydi deydi, bunga deyarli hech kim ishonmaydi. Halqali kvant tortishish, tortishishni kvant fizikasi bilan birlashtirishning bir urinishi, fazoni eng kichik oʻlchamdan kichik qilib siqib boʻlmaydi deydi, shuning uchun quslash toʻxtaydi va qaytadi: Plank yulduzi.

Boshqa gʻoya eskiroq. Novikov 1964-yilda ilk koinotning baʼzi sohalari kengayishdan orqada qolib, kech oq tuynuk sifatida otilib chiqishi mumkinligini taklif qildi. Rovelli va Vidotto 2018-yilda bugʻlanib bitgan qora tuynuklarning mitti qoldiqlari qorongʻi materiyaning bir qismini tashkil etuvchi oq tuynuklar boʻlishi mumkinligini taʼkidladi. Birortasi ham koʻrilmagan.

Soniyaning soʻnggi mingdan biri

Yulduz qora tuynukka qulaganda uning sirti, uzoqdan qaralsa, ufq tomon oʻrmalaydi, qizaradi va oʻn Quyosh uchun har chorak millisekundda e marta xiralashadi (Eyms va Torn, 1968). Teskari qaytarilganda bu ochilayotgan oq tuynuk: qorongʻi disk, soʻng yorqinlashib koʻk-oq tusga kiruvchi xira qizil nur.

Bu aniq yechim, chang sharining teskari qaytarilgan qulashi (Oppengeymer va Snayder, 1939). Yulduz sirti soyadan chiqardi, avval aynan ufqda, keyin tobora yuqoriroqda, butun soya yorugʻlikka toʻlguncha.

Demak, soya uzoq qora qolmaydi: qamalib qoladigan yorugʻlik oq tuynukdan chiqishi mumkin. Bu qadamning har bir qismi tenglamalardan chizilgan. Hech kim bunga oʻxshash narsani koʻrmagan.

U uzoq davom eta olmaydi

Oq tuynukka hech narsa tusha olmaydi, lekin uning yaqinidagi hamma narsa urinadi. 1974-yilda Erdli unga tomon tushayotgan yorugʻlik uning chetida toʻplanishini, cheksiz energiya olishini va uni qora tuynukka aylantirishini koʻrsatdi.

Oq tuynuk ufqini faqat tark etish mumkin, teskari yoʻnalishda hech qachon kesib oʻtib boʻlmaydi. Lekin tashqaridagi materiya va yorugʻlik baribir uning tortishishi bilan unga tomon harakatlanadi va kira olmaydi. Shuning uchun ular ufqda toʻplanadi, yopiq darvoza oldidagi transport kabi.

Oq tuynukdan chiqayotgan materiya nuqtai nazaridan, kech kelganlarning bu olomoni siqiladi va cheksiz koʻkka siljiydi. Duglas Erdli 1974-yilda hatto eng zaif tushish ham oq tuynukni qora tuynukka qulatishga yetarli energiya olib kelishini koʻrsatdi. Oʻsha yili Zeldovich, Novikov va Starobinskiy kvant effektlaridan ikkinchi beqarorlikni topdi.

Shuning uchun abadiy oq tuynuk kutilmaydi: agar biri hosil boʻlsa, u qisqa umrli boʻlardi. Bu yerda chizilgan oqish-koʻk qobiq tushayotgan yorugʻlikni bildiradi; uni koʻrib boʻlmaydi.

Oʻzingiz yasay oladigan oq tuynuk

Toʻlqinlar uchun oq tuynuk yasash mumkin. 2011-yilda Vaynfurtner va hamkasblari suv kanalida tez oqimga qarshi toʻlqinlar yubordi: oqim ularni quvib oʻtgan joyda ular toʻxtadi, xuddi oq tuynuk chetida yorugʻlik kabi.

Suvdagi toʻlqinlar uzunligiga bogʻliq tezlikda yuradi. Suvni silliq doʻnglik ustida tezroq oqiting, va oqimga qarshi ketayotgan uzun toʻlqinlar oqim ularning tezligiga tenglashguncha sekinlashadi. U yerda ular davom eta olmaydi: toʻlqinlar kesib oʻtolmaydigan chet, yorugʻlik uchun oq tuynuk ufqi kabi.

Shu chetda uzun toʻlqinlar qisqa toʻlqinlarga aylanadi, oq tuynukda yorugʻlikka boʻladigan narsaning analogi. Silke Vaynfurtner guruhi buni 2011-yilda oʻlchadi (Physical Review Letters) va aylanish Xoking nurlanishi uchun bashorat qilingan issiqlik xarakteriga ega ekanini topdi. Russo va hamkasblari 2008-yilda hovuzda shunga oʻxshash aylanishni koʻrgan edi.

Bu haqiqiy oq tuynuk emas: tortishish yoʻq, yorugʻlik yoʻq, faqat suv. Lekin matematika bir xil, shuning uchun bunday hovuzlar qora va oq tuynuklar haqidagi gʻoyalarni sinash uchun ishlatiladi. Bu yerdagi toʻlqinlar va oqim chizilgan.

Katta portlash oq tuynuk edimi?

Eng katta miqyosda Katta portlash oq tuynukka oʻxshaydi: bir nuqtadan materiyaning otilib chiqishi. Baʼzi fiziklar bizning koinot qaytgan qora tuynukning ichi, deb oʻylaydi. Qaytish chizilgan.

Qulayotgan chang sharining ichi teskari qaytarilgan yopiq koinot, Oppengeymer va Snayder 1939-yilda topganidek. Uni oldinga qaytaring va shar bir nuqtadan boshlanadigan kengayayotgan koinot boʻladi: Katta portlash. Ikkalasi bir xil matematika, har biri boshqasining koʻzgusi.

1972-yilda Radj Patriya bizning koinot kattaroq koinotdagi qora tuynuk ichi boʻlishi mumkinligini taklif qildi. Nikodem Poplavski 2010-yilda spin va buralish har bir qora tuynuk ichidagi qulashni toʻxtatib, uni yangi kengayayotgan koinotga qaytaradigan variantni taklif qildi.

Bular gʻoyalar, natijalar emas. Biz oʻlchay oladigan hech narsa ularni standart Katta portlashdan ajratmaydi, haqiqiy koinot esa bir joydan otilib emas, hamma tomonga birdaniga kengayadi.

Birortasini koʻrgan kishi bormi?

Yoʻq. Baʼzi gʻoyalarga koʻra mitti oq tuynuklar hozir tez radioportlashlar sifatida chaqnashi yoki qorongʻi materiya sifatida yashirinishi mumkin, lekin hech bir signal birortasi bilan bogʻlanmagan. Oq tuynuk tenglamalarda qolmoqda.

Barrau, Rovelli va Vidotto 2014-yilda ilk koinotda hosil boʻlgan qora tuynuk bugun oq tuynukka qaytib, radio toʻlqinlar portlashini chiqarishi mumkinligini taklif qildi. Tez radioportlashlar, kelib chiqishi nomaʼlum millisekundli chaqnashlar, ularning baholaridan uzoq boʻlmagan toʻlqin uzunliklariga ega. Bu ularning sababi haqidagi taxmin, orqasida dalil yoʻq.

Rovelli va Vidotto 2018-yilda mitti qora tuynuklar bugʻlanib boʻlgach qoladigan Plank oʻlchamidagi oq tuynuklar qorongʻi materiyaning bir qismini tashkil etishi mumkinligini taʼkidladi. Bunday jismlar bevosita koʻrish uchun juda kichik boʻlardi.

Demak, oq tuynuk boshlangan joyida: tenglamalardagi koʻzgudagi aks, unga muhtoj kuzatuv yoʻq va uzoq davom etmasligi uchun kuchli sabab bor. Hovuzlar matematika toʻgʻriligini koʻrsatadi; tabiat birontasini yasaydimi-yoʻqmi hali ochiq.