В 1900 году британский физик Лорд Кельвин, как говорят, заявил: "В физике больше нет ничего нового для открытия. Все, что остается, - это все более точные измерения". В течение трех десятилетий квантовая механика и теория относительности Эйнштейна революционизировали эту область. Сегодня ни один физик не осмелился бы утверждать, что наши физические знания о Вселенной близки к завершению. Напротив, каждое новое открытие, кажется, открывает ящик Пандоры еще более глубоких вопросов в физике. Ниже представлена выборка наиболее глубоких открытых вопросов.
1. Что такое темная энергия?
Несмотря на то что гравитация тянет пространство-время - "ткань" космоса - внутрь, она постоянно расширяется все быстрее и быстрее. Для объяснения этого астрофизики предложили невидимого агента, который противодействует гравитации, отталкивая пространство-время в стороны. Его называют темной энергией. В наиболее широко принятой модели темной энергии это "космологическая постоянная": внутреннее свойство самого пространства, которое имеет "отрицательное давление", выталкивающее пространство друг от друга. По мере расширения пространства создается больше пространства, и вместе с ним - больше темной энергии. Исходя из наблюдаемой скорости расширения, ученые знают, что сумма всей темной энергии должна составлять более 70 процентов от общего содержания Вселенной. Но никто не знает, как ее искать. Лучшее, что исследователи смогли сделать в последние годы, - это сузить область, в которой темная энергия, возможно, скрывается.
2. Что такое темная материя?
Оказывается, около 84 % вещества во Вселенной не поглощает и не излучает свет. "Темная материя", как ее называют, не может быть наблюдаема напрямую и не была обнаружена и косвенными средствами. Вместо этого существование и свойства темной материи выводятся из ее гравитационного воздействия на видимое вещество, излучение и структуру Вселенной. Это таинственное вещество, вероятно, проникает за пределы галактик и может состоять из "слабо взаимодействующих массивных частиц" или WIMP. По всему миру есть несколько детекторов, ищущих WIMP, но до сих пор ни одна не была найдена. Один недавний исследовательский доклад предполагает, что темная материя может образовывать длинные, мелкозернистые потоки во всей Вселенной.
3. Почему существует стрела времени?
Тот факт, что вы не можете разбить яйцо на обратно, - это общий пример закона увеличения энтропии.
Время движется вперед, потому что свойство Вселенной, называемое "энтропией", просто увеличивается, и поэтому нет способа отменить рост энтропии после того, как он произошел. Тот факт, что энтропия увеличивается, является вопросом логики: более беспорядочных расположений частиц, чем упорядоченных, и, следовательно, по мере изменения вещей, они склонны к беспорядку. Но здесь поднимается вопрос, почему энтропия была такой низкой в прошлом? Другими словами, почему Вселенная была такой упорядоченной в своем начале, когда огромное количество энергии было сжато в небольшом объеме пространства?
4. Существуют ли параллельные вселенные?
Астрофизические данные подсказывают, что пространство-время может быть "плоским", а не изогнутым, и, таким образом, оно продолжается бесконечно. Если это так, то область, которую мы видим (которую мы называем "Вселенной"), является всего лишь одним участком в бесконечно большой "пледовой мультивселенной". В то же время законы квантовой механики утверждают, что в каждом космическом участке существует только конечное число возможных конфигураций частиц (10^10^122 различных возможности). Таким образом, с бесконечным числом космических участков расположение частиц в них вынуждено повторяться - бесконечное количество раз. Это означает, что существует бесконечно много параллельных вселенных: космических участков, точно таких же, как наша (содержащих кого-то точно такого же, как вы), а также участков, отличающихся только положением одной частицы, участков, отличающихся положением двух частиц и так далее до участков, полностью отличающихся от нашего.
5. Почему существует больше материи, чем антиматерии?
Вопрос о том, почему существует гораздо больше материи, чем ее заряженного и противоположно вращающегося двойника - антиматерии, фактически является вопросом о том, почему вообще что-то существует. Мы предполагаем, что Вселенная должна обращаться с материей и антиматерией симметрично, и, следовательно, в момент Большого взрыва должны были быть произведены равные количества материи и антиматерии. Но если бы это произошло, произошла бы полная аннигиляция обоих: протоны аннулировались бы с антипротонами, электроны с антиэлектронами (позитронами), нейтроны с антинейтронами и так далее, оставив за собой скучное море фотонов в безматериальном пространстве. По какой-то причине была избыточная материя, которая не была уничтожена, и вот мы здесь. На сегодняшний день нет принятого объяснения этому. Самое подробное исследование различий между материей и антиматерией, объявленное в августе 2015 года, подтверждает, что они являются зеркальными изображениями друг друга, не предоставляя никаких новых путей для понимания тайны того, почему материя гораздо более распространена.
6. Какова судьба вселенной?
Судьба вселенной сильно зависит от неизвестного значения фактора Ω, который измеряет плотность материи и энергии в космосе. Если Ω больше 1, то пространство-время будет "закрытым", подобно поверхности огромной сферы. Если нет темной энергии, такая вселенная в конечном итоге прекратит расширение и начнет сжиматься, в конечном итоге обрушившись на себя в событие, которое называется "Большим Сжатием". Если вселенная закрыта, но существует темная энергия, то сферическая вселенная будет бесконечно расширяться.
В противном случае, если Ω меньше 1, то геометрия пространства будет "открытой", подобно поверхности седла. В этом случае ее окончательной судьбой будет "Большая Заморозка", а затем "Большой Разрыв": сначала ускорение расширения вселенной разорвет галактики и звезды, оставив всю материю холодной и одинокой. Затем ускорение станет настолько сильным, что оно переполошит воздействие сил, удерживающих атомы вместе, и все развалится.
Если Ω = 1, то вселенная будет плоской, распространяющейся как бесконечная плоскость во всех направлениях. Если нет темной энергии, такая плоская вселенная в конечном итоге будет бесконечно расширяться, но с постоянно замедляющейся скоростью, приближаясь к остановке. Если есть темная энергия, то плоская вселенная в конечном итоге переживет неуклонное расширение, приводящее к Большому Разрыву. Вне зависимости от того, как это будет развиваться, вселенная умирает, факт, подробно рассмотренный астрофизиком Полом Саттером в эссе от декабря 2015 года.
7. Как измерения приводят к схлопыванию квантовых волновых функций?
В странном мире электронов, фотонов и других фундаментальных частиц квантовая механика является законом. Частицы не ведут себя как маленькие шарики, а скорее как волны, распространяющиеся по большой площади. Каждая частица описывается "волновой функцией" или вероятностным распределением, которое показывает, где наиболее вероятно находится частица, ее скорость и другие характеристики, но не показывает, что это за характеристики. Фактически у частицы есть диапазон значений для всех характеристик, пока вы не измерите одну из них - например, ее местоположение - на этот момент волновая функция частицы "схлопывается", и она принимает только одно местоположение.
Но как и почему измерение частицы делает ее волновую функцию схлопываться, создавая конкретную реальность, которую мы воспринимаем? Вопрос, известный как проблема измерения, может показаться эзотерическим, но наше понимание того, что такое реальность, или существует ли она вообще, зависит от ответа.
8. Правильна ли теория струн?
Когда физики предполагают, что все элементарные частицы на самом деле одномерные петли, или "струны", каждая из которых вибрирует с разной частотой, физика становится гораздо проще. Теория струн позволяет физикам согласовать законы, управляющие частицами, называемыми квантовой механикой, с законами управления пространство-временем, называемыми общей теорией относительности, и объединить четыре фундаментальные силы природы в один общий фреймворк. Но проблема заключается в том, что теория струн может работать только во вселенной с 10 или 11 измерениями: тремя большими пространственными измерениями, шестью или семью упакованными пространственными измерениями и временным измерением. Упакованные пространственные измерения, а также сами колеблющиеся струны, имеют размер порядка миллиарда триллионных частицы ядра. Нет ни одного способа обнаружить что-либо такое маленькое, и поэтому нет известного способа экспериментально подтвердить или опровергнуть теорию струн.
9. Существует ли порядок в хаосе?
Физики не могут точно решить набор уравнений, описывающих поведение жидкостей, от воды до воздуха и всех других жидкостей и газов. Фактически неизвестно, существует ли вообще общее решение так называемых уравнений Навье-Стокса (одна из так называемых "загадок тысячилетия"), или, если существует решение, описывает ли оно жидкости повсюду или содержит в себе неизбежные точки, называемые сингулярностями. В связи с этим природа хаоса плохо понимается. Физики и математики задаются вопросом: может ли погода быть всего лишь труднопредсказуемой, или она в принципе непредсказуема? Превосходит ли турбулентность математическое описание, или все становится ясным, если вы подходите к ней с правильной математикой?
10. Сливаются ли силы вселенной в одну?
Вселенная испытывает четыре фундаментальные силы: электромагнетизм, сильное ядерное взаимодействие, слабое взаимодействие (также известное как слабое ядерное взаимодействие) и гравитацию. До настоящего времени физики знают, что при достаточно высокой энергии - например, внутри ускорителя частиц - три из этих сил "объединяются" и становятся единой силой. Физики проводили эксперименты с ускорителями частиц и объединили электромагнитную силу и слабое взаимодействие, и при более высоких энергиях то же самое должно произойти с сильным ядерным взаимодействием и, в конечном итоге, с гравитацией.
Но несмотря на то, что теории говорят, что это должно произойти, природа не всегда подчиняется. До сих пор ни один ускоритель частиц не достиг энергии, достаточной для объединения сильной силы с электромагнетизмом и слабым взаимодействием. Включение гравитации также потребовало бы еще больше энергии. Не ясно даже, смогли бы ученые построить ускоритель такой мощности; Большой адронный коллайдер (БАК) вблизи Женевы может отправлять частицы сталкиваться друг с другом с энергией в триллионах электрон-вольт (примерно 14 тераэлектрон-вольт, или ТэВ). Чтобы достичь энергии грандиозного объединения, частицам потребуется как минимум триллион раз больше, поэтому физики вынуждены искать косвенные доказательства таких теорий.
Помимо проблем с энергией у теорий Великого объединения (ВО) все еще есть некоторые проблемы, потому что они предсказывают другие наблюдения, которые до сих пор не подтвердились. Есть несколько ВО, которые говорят, что протоны, на протяжении огромных периодов времени (порядка 10^36 лет), должны превращаться в другие частицы. Это никогда не было замечено, поэтому либо протоны живут гораздо дольше, чем кто-либо думал, либо они действительно стабильны навсегда. Другим предсказанием некоторых видов ВО является существование магнитных монополей - изолированных "северных" и "южных" полюсов магнита - и никто из них не видел одного из них. Возможно, у нас просто нет достаточно мощного ускорителя частиц. Или физики могут ошибаться в том, как устроена вселенная.
11. Что происходит внутри черной дыры?
Что происходит с информацией объекта, если он попадает в черную дыру? Согласно текущим теориям, если бы вы бросили кубик железа в черную дыру, не было бы способа извлечь какую-либо информацию об этом. Это потому, что гравитация черной дыры настолько сильна, что скорость ее побега быстрее света - а свет - самая быстрая вещь, которая существует. Тем не менее, раздел науки, называемый квантовой механикой, говорит, что квантовую информацию нельзя уничтожить. "Если вы каким-либо образом уничтожите эту информацию, что-то пойдет не так", - сказал Роберт Макниз, профессор физики в Университете Лойолы в Чикаго.
Квантовая информация немного отличается от информации, которую мы храним в виде 1 и 0 на компьютере или в наших мозгах. Это потому, что квантовые теории не предоставляют точной информации о том, где будет находиться объект, например, вычисление траектории мяча в механике. Вместо этого такие теории показывают наиболее вероятное местоположение или наиболее вероятный результат некоторого действия. В результате все вероятности различных событий должны суммироваться до 1 или 100 процентов. (Например, когда вы кидаете кость с шестью гранями, вероятность выпадения определенной грани составляет одну шестую часть, поэтому вероятности всех граней складываются в 1, и вы не можете быть более чем 100-процентно уверены в будущем.)
Например, вся масса чёрной дыры может быть спрятана за горизонтом событий. Горизонт событий — это место, вокруг которого свет и информация не могут попасть вне черную дыру. Вероятность, что объект попадет в черную дыру, кажется близкой к 100 процентам, но никогда не достигает этой точки. Это означает, что информация о массе объекта, который попал в черную дыру, затем исчезает.
Однако есть загадочный аспект, называемый "проблемой информационного парадокса черных дыр". Суть проблемы заключается в том, что согласно квантовой механике, информация не может быть уничтожена, и она должна сохраняться. Это создает противоречие с тем, как черные дыры работают в соответствии с теорией общей относительности Альберта Эйнштейна, где информация исчезает за горизонтом событий. Разрешение этой проблемы до сих пор остается одной из самых больших загадок в физике, и физики продолжают искать способы совмещения квантовой механики и общей теории относительности.
12. Существуют ли голые сингулярности?
Сингулярность возникает, когда какое-либо свойство "вещи" бесконечно, и поэтому законы физики, как мы их знаем, нарушаются. В центре черных дыр находится точка, бесконечно крошечная и плотная (наполненная конечным количеством вещества) - точка, называемая сингулярностью. В математике сингулярности возникают постоянно - деление на ноль - один из примеров, и вертикальная линия на координатной плоскости имеет "бесконечный" уклон. Фактически уклон вертикальной линии просто неопределен. Но как бы выглядела сингулярность? И как она взаимодействует с остальной вселенной? Что означает сказать, что у чего-то нет настоящей поверхности и оно бесконечно мало?
"Голая" сингулярность - это та, которая может взаимодействовать с остальной вселенной. У черных дыр есть горизонты событий - сферические области, из которых ничто, даже свет, не может выбраться. С первого взгляда вы можете подумать, что проблема голых сингулярностей, по крайней мере, частично решена для черных дыр, так как ничто не может выйти из горизонта событий, и сингулярность не может воздействовать на остальную вселенную. (Она "одета", так сказать, тогда как голая сингулярность - это черная дыра без горизонта событий.)
Но вопрос о том, могут ли сингулярности образовываться без горизонта событий, все еще остается открытым. И если они могут существовать, то теория общей теории относительности Альберта Эйнштейна потребует пересмотра, потому что она распадается, когда системы находятся слишком близко к сингулярности. Голые сингулярности также могут функционировать как червоточины, которые также могли бы быть машинами времени, хотя в природе нет на это доказательств.
13. Нарушение симметрии заряда и четности
Если вы поменяете частицу с ее античастицей, законы физики должны оставаться прежними. Так, например, положительно заряженный протон должен выглядеть так же, как и отрицательно заряженный антипротон. Это принцип симметрии заряда. Если вы поменяете местами лево и право, снова, законы физики должны выглядеть так же. Это симметрия четности. Вместе они называются симметрией CP. В большинстве случаев этот физический закон не нарушается. Тем не менее, некоторые экзотические частицы нарушают эту симметрию.
14. Когда звуковые волны создают свет
Хотя многие нерешенные проблемы относятся к вопросам частиц и физики элементарных частиц, некоторые загадки можно наблюдать на столешнице в лабораторных условиях. Одной из таких загадок является сонолюминесценция. Если взять немного воды и подвергнуть ее воздействию звуковых волн, образуются пузырьки. Эти пузырьки представляют собой области низкого давления, окруженные высоким давлением; внешнее давление давит на воздух с низким давлением, и пузырьки быстро сжимаются. Когда эти пузырьки сжимаются, они излучают свет в виде вспышек, которые длительностью в триллионные доли секунды.
Проблема заключается в том, что пока не ясно, каков источник света. Теории варьируются от маленьких ядерных реакций до какого-то вида электрического разряда или даже сжатия газов внутри пузырьков. Физики измерили высокие температуры внутри этих пузырьков, порядка десятков тысяч градусов Фаренгейта, и сделали множество снимков света, которое они излучают. Но пока нет хорошего объяснения тому, как звуковые волны создают этот свет в пузырьке.
15. Что находится за пределами Стандартной модели?
Стандартная модель - одна из самых успешных физических теорий, когда-либо разработанных. Она выдержала испытания, чтобы проверить ее в течение четырех десятилетий, и новые эксперименты продолжают подтверждать ее правильность. Стандартная модель описывает поведение частиц, из которых состоит все вокруг нас, а также объясняет, почему, например, частицы имеют массу. Фактически, открытие бозона Хиггса - частицы, придающей веществу его массу, в 2012 году было историческим событием, потому что оно подтвердило давно существующее предсказание ее существования.
Но Стандартная модель не объясняет все. Стандартная модель дала много успешных предсказаний - например, бозон Хиггса, бозоны W и Z (которые посредничают в слабых взаимодействиях, управляющих радиоактивностью), и кварки среди них - поэтому сложно сказать, куда может двигаться физика за ее пределами. Тем не менее, большинство физиков согласны в том, что Стандартная модель не является завершенной. Существует несколько претендентов на новые, более полные модели - струнная теория - одна из таких моделей, но пока ни одна из них не была окончательно подтверждена экспериментами.
16. Фундаментальные константы
Безразмерные константы - это числа, к которым не прикреплены единицы измерения. Скорость света, например, является фундаментальной константой, измеряемой в единицах измерения метров в секунду (или 186 282 миль в секунду). В отличие от скорости света, безразмерные константы можно измерить, но их нельзя вывести из теорий, в то время как константы, такие как скорость света, можно.
В своей книге "Только шесть чисел: глубокие силы, формирующие вселенную" (Издательство Basic Books, 2001 г.), астроном Мартин Рис фокусируется на некоторых "безразмерных константах", которые он считает фундаментальными для физики. На самом деле таких констант гораздо больше, чем шесть; в Стандартной модели их около 25.
Например, тонкая структурная постоянная, обычно обозначаемая как альфа, управляет силой магнитного взаимодействия. Она составляет около 0,007297. То, что делает это число странным, заключается в том, что если бы оно было иным, устойчивая материя не существовала бы. Другой константой является отношение масс многих фундаментальных частиц, таких как электроны и кварки, к массе Планка (которая составляет 1,22 ´1019 ГэВ/с2). Физики хотели бы выяснить, почему именно эти числа имеют такие значения, потому что если бы они были очень разными, законы физики Вселенной не позволили бы существовать людям. И все же до сих пор нет убедительного теоретического объяснения тому, почему они имеют именно такие значения.
17. Что такое гравитация вообще?
Что такое гравитация вообще? Другие силы взаимодействуют частицами. Электромагнетизм, например, осуществляется через обмен фотонами. Слабое ядерное взаимодействие переносится бозонами W и Z, а сильное ядерное взаимодействие, объединяющее ядерные ядра, осуществляется через глюоны.
Гравитация, по-видимому, не такая. Большинство физических теорий говорят, что она должна переноситься гипотетической бесмассовой частицей, называемой гравитоном. Проблема в том, что никто пока не обнаружил гравитонов, и неясно, может ли какой-либо детектор частиц, который можно было бы построить, видеть их, потому что если гравитоны взаимодействуют с веществом, они делают это очень, очень редко - настолько редко, что они были бы невидимы на фоне фонового шума. Даже неясно, бесмассовы ли гравитоны, хотя если у них есть масса, то она очень, очень мала - меньше массы нейтрино, которые являются одними из самых легких известных частиц. Струнная теория предполагает, что гравитоны (и другие частицы) представляют собой закрытые петли энергии, но математическая работа пока не принесла много понимания.
Поскольку гравитоны пока не были обнаружены, гравитация сопротивляется попыткам понять ее так, как мы понимаем другие силы - как обмен частицами. Некоторые физики, в частности Теодор Калуца и Оскар Кляйн, предположили, что гравитация может действовать как частица в дополнительных измерениях, кроме трех измерений пространства (длина, ширина и высота) и одного измерения времени (продолжительность), с которыми мы знакомы, но пока неясно, верно ли это.
18. Мы живем в ложном вакууме?
Вселенная кажется относительно стабильной. В конце концов, ей уже около 13,8 миллиардов лет. Но что, если все это было массовой случайностью?
Все начинается с Хиггса и вакуума вселенной. Вакуум, или пустое пространство, должен быть состоянием наименьшей энергии, потому что в нем ничего нет. Тем временем бозон Хиггса через так называемое поле Хиггса придает массу всему. Александр Кусенко, профессор физики и астрономии Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, написал в журнале Physics, что энергетическое состояние вакуума можно рассчитать на основе потенциальной энергии поля Хиггса и масс бозона Хиггса и верхнего кварка (фундаментальной частицы).
Пока эти расчеты показывают, что вакуум вселенной может быть не в состоянии наименьшей энергии. Это означает, что это ложный вакуум. Если это правда, наша вселенная может быть нестабильной, потому что ложный вакуум можно вывести из состояния более низкой энергии достаточно сильным и высокоэнергетическим событием. Если бы это произошло, возникло бы явление, называемое ядерной нуклеацией. Сфера вакуума с более низкой энергией начала бы расти со скоростью света. Ничто, даже само вещество, не выжило бы. По сути, мы бы заменили вселенную другой, которая могла бы иметь совсем другие физические законы.
Это может показаться пугающим, но, учитывая, что вселенная до сих пор существует, явно не произошло ничего подобного, и астрономы видели гамма-лучевые всплески, сверхновые и квазары, все они довольно энергичные события. Поэтому, вероятно, это достаточно маловероятно, чтобы беспокоиться. Тем не менее, идея ложного вакуума означает, что наша вселенная могла возникнуть именно таким образом, когда ложный вакуум предыдущей вселенной был сброшен в состояние с более низкой энергией. Возможно, мы были результатом случайности в частиценой акселератора.
Комментарии (107)
Vsevo10d
10.09.2023 09:43+12Ну в отличие от темной материи темную энергию можно считать не свойством Вселенной, а свойством чего-то, в чем Вселенная заключена (непонятно только, замкнута ли Вселенная как система по отношению к этой внешней темной энергии - грубо говоря, нагревают ли звезды тот "воздушный шарик", которым в детских книжках иллюстрируют космическую инфляцию).
Что до фундаментальных постоянных, то тут все просто - антропный принцип. Может, существуют миллионы попыток вселенных с другими постоянными, но там не могло быть гравитации, элементарных частиц, химических элементов и так далее, и люди бы не образовались и не обнаружили это. То есть, это чисто парадокс наблюдателя. Очень малая вероятность, что ты выйдешь из дома сегодня, и тебе на голову упадет самолет; в то же время, падающий на жилые районы самолет 100% убьет кого-то, то есть (не)вероятность - это с чьей стороны посмотреть; вот и с антропным принципом то же самое.
Nansch
10.09.2023 09:43Тёмую энергию и тёмную материю можно смело поставить в один ряд с ТФКП (комплексный анализ). В моделях используется, а прямого физического представления не имеет. Так что врядли мы когда нибудь тёмненького пощупаем.
vedenin1980
10.09.2023 09:43+6Темная энергия — да, однако темная материя по текущим наблюдениям что-то вполне реальное, просто не реагирующее со светом.
Есть примеры галатик только из темной материи, галактик где почти нет темной материи, столкновение галатик, где темная и обычная материя ведут себя по разному. Тут все выглядит не так как если бы это были просто проблемы с теорией гравитации.
В конце концов, нам известно нейтрино, которое ведет себя практически как та самая темная материя. Другое дело, что по ряду критериев обычное нейтрино не подходит (слишком легкое, например), но более тяжелое нейтрино ничему не противоречит.
Vladekk
10.09.2023 09:43+1Антропный принцип не идеален. Во-первых, мы не знаем, есть ли ещё мириады других вселенных. Во-вторых, это отчасти идёт вразрез с тем, что надо принимать свои условия типичными, а не исключительными. Этот аргумент, правда, слабее.
Daddy_Cool
10.09.2023 09:43+2По поводу Навье-Стокса.
"В связи с этим природа хаоса плохо понимается. Физики и математики задаются вопросом: может ли погода быть всего лишь труднопредсказуемой, или она в принципе непредсказуема?".
Можно переформулировать. Можно ли измерения и расчеты проводить с абсолютной точностью? В плане расчетов - пусть найдется гипотетическое аналитическое решение уравнений Навье-Стокса, очевидно, что в зависимости от количества значащих цифр мы будем получать разные решения. Ну и окажется (например), что для получения разумного решения, количество цифр будет расти, скажем, как экспонента от времени.
С измерениями ситуация тоже не лучше, измерять - плохо, хорошо - считать, т.е. надо как-то перейти к дискретным величинам. По идее (гипотетически) можно как-то считать отдельные молекулы, но тогда мы уйдем от сплошной среды для котрой УНС и написаны.
RigidStyle
10.09.2023 09:43+2Рассчитать вселенную невозможно. Не важно на сколько мощный компьютер. Потому что есть иррациональные константы. Ну условно даже в первом приближении мы не можем рассчитать распространение волны, которая идет по сфере от источника. Так как там пи. И сфер у нас во вселенной много. Даже если мы возьмем триллионы знаков после запятой, это все равно округление. И рано или поздно мы попадем на гистерезис, гже в зависимости от того, в какую сторону мы округлим и сколько цифр после запятой возьмем, весь дальнейший расчет пойдет в ту или иную сторону.
omxela
10.09.2023 09:43+3Всё так. Но давайте максимально упростим. Классическая механика, задача трёх тел. Всё то же самое - дело не в мощности, а в конечной разрядной сетке и точности задания начальных условий. Бесконечно малые различия в последних могут привести к качественно разным решениям.
piton_nsk
10.09.2023 09:43+4Это если в физической реальности есть бесконечно малые величины. ЕМНИП уже 50 знаков у числа пи дают точность в размер атома для окружности размеров в наблюдаемую вселенную.
rapidstream
10.09.2023 09:43+5Проведите над этой величиной 10^50 операций, и вот уже точность ответа +/- одна вселенная.
GospodinKolhoznik
10.09.2023 09:43+4Так много операций и не надо. Достаточно небольшого числа операций, описываемых нелинейной динамикой. Ничтожно малая погрешность в исходных данных уже после нескольких десятков операций даёт гигантскую погрешность в результате.
RigidStyle
10.09.2023 09:43Слово "гистерезис" вы не поняли.
ksbes
10.09.2023 09:43+1Ну вот и вопрос, а сколько конкретно нам знаков до гестерезиса? Если сотни хватит "планковские" ячейки описывать? Не преувеличиваем ли мы проблему?
RigidStyle
10.09.2023 09:43+1Не важно сколько знаков. Смотрите, допустим есть нож. Он разрешает яблоко. Проходит между молекулами яблока, отделяя одну часть от другой. Представим, что какая то молекула оказывается по центру ножа. Ровно по центру. Вопрос, в какую сторону от центра она сдвинется? Теперь представим, что мы пытаемся рассчитать это. Вот у нас число пи. 3.1415 которое. Если мы возьмем в расчете 3.141, то молекула сдвинется вправо при разрезании, если 3.1411, то тоже вправо, если 3.1412, то тоже в право, а если мы возьмем 3.1413, то влево. Ну думаю логично и понятно, почему так, и не надо объяснять. У нас там есть радиус молекулы, радиус закругления кромки ножа и все это. Но мы понимаем, что молекула так или иначе сместиться в одну или другую сторону. И вот то, в какую, зависит от того, какое число мы подставляем в уравнение в качестве константы. И как только мы решили, что, она, допустим, окажется в правой половине яблока, а не в левой, весь дальнейший расчет пойдет по одному месту.
И прикол в том, что мы не знаем, до какого числа округлять пи. Округилили до 10^10 степени знаков, молекула в правой части яблока, округлили до 10^20? Она все еще в правой части по расчетам. Округлили до 10^50, все еще в правой. Можно ли сделать вывод, что она всегда будет в правой части яблока? Или может когда мы округлим до 10^1370 степени знаков, вдруг окажется, что молекула будет в левой части? И проблема в том, что мы не знаем, сколько знаков надо взять, пока мы их не возьмем.vedenin1980
10.09.2023 09:43+2Или может когда мы округлим до 10^1370 степени знаков, вдруг окажется, что молекула будет в левой части?
Не окажется, если у нас погрешность в виде планковой длины — то элементарная частица будет либо точно в известной половине, либо никакими аналитическими способами вычеслить где она окажется невозможно.
Проходит между молекулами яблока, отделяя одну часть от другой.
Нож сам по себе состоит из атомов и молекул, причем его толщина это плюс минус сотни и тысячи атомов.
Вообще, что принцип неопределённости Гейзенбе́рга отменили что-ли? В квантовом мире частица легко может быть и правой и в левой половине яблока и перемещатся между ними хаотичным образом.
Daddy_Cool
10.09.2023 09:43Что касается УНС то всё не так плохо - в кванты можно не ходить, достаточно ограничиться малыми пространственными масштабами - вязкостными, по Колмогорову, что делается в численных расчетах (DNS).
RigidStyle
10.09.2023 09:43+1Ну так результат выхода из суперпозиции приведет к тому, что вся вселенная пойдет по тому или иному сценарию. Причем даже одна частица может запустить череду событий, полностью меняющую весь дальнейший сценарий. Вы можете определить расчетными методами, жив кот или мертв? А если вы хотите просчитывать вселенную, вам нужно совершенно точно рассчитать, жив он или мертв. Иначе не имеет смысла.
RigidStyle
10.09.2023 09:43Нет, не достаточно. Потому что "планковская длина" не определяет положение частицы. Расстояние между частицами не кратно планковской длине. То-есть это не сетка, где частицы расположены в узлах этой самой сетки.
Почитайте что такое гистерезис. Там нет понятия "сколько знаков надо". Историю про кота знаете? Вот он жив или мертв? Если окажется, что он мертв, то ВЕСЬ дальнейший просчет будет отличатся от того, если бы он был жив.
Если транзистор у нас полузакрыт или полуоткрыт, это разные вещи, это гистерезис. И определяется предысторией (был ли транзистор закрыт или открыт до того, как принял среднее значение). Стакан наполовину пуст и наполовину полон - это тоже гистерезис. Кот полумертв или полужив? Но прикол в том, что мы не можем рассчитать, жив ли кот или мертв, потому что мы находимся на границе состояний. И любое округление недопустимо. Но только представьте, на сколько скажется на всем расчете и симуляции тот факт, что мы не правильно рассчитали, жив у нас кот или мертв.vedenin1980
10.09.2023 09:43+1от факт, что мы не правильно рассчитали
Как рассчитать жив кот или нет невозможно. Поэтому вообще идея аналитически описать вообще все в мире где существует Кот Шрёдингера и Принцип неопределённости изначально провальная.
RigidStyle
10.09.2023 09:43+2Да, верно, я об этом и говорю. Только люди обычно понимают суперпозицию как "фундаментальный закон", а не следствие чего то. Я же говорю, что сама суперпозиция - это следствие математической иррациональности.То-есть иррациональные зависимости в нашей вселенной, это такой своеобразный "фаервол", не дающий ее просчитать. Иначе, если бы ее можно было просчитать, но не было бы смысла в ее текущем состоянии. Можно было бы сразу получить ее конечное состояние без всей этой текущей "движухи" и прочей симуляции.
То-есть и суперпозиция, и принцип неопределенности и т.д. являются таковыми потому, что нет возможности посчитать эти состояния в принципе, какой бы мощный у нас не был калькулятор. Потому что мы имеем дело с иррациональными числами при попытке посчитать это, и просчет никогда не остановиться, пока мы его не остановим принудительно, округлив до какого то значения наше число. И эта принудительная остановка и являет собой "эффект наблюдателя".
А квантовая запутанность - это когда у нас в уравнении, описывающем частицы, в правой и левой части иррациональные константы взаимно сокращаются.
YDR
10.09.2023 09:43мне кажется, что сводить всю нерассчитываемость к иррациональности констант - неправильно. Иррациональность всего лишь не дает привычным нам компьютерам с представлениями чисел в виде десятичных дробей абсолютно точно вычислять результаты каких-то пороговых сравнений. Но ведь есть и аналоговые компьютеры, и символьные вычисления, и квантовые вычисления.
Тут много причин, как минимум - существование тех же квантовых флуктуаций и других хаотических процессов.
А если мы все-таки живем в симуляции, то невычислимость может быть связана всего лишь с чуть-чуть разным пониманием физики нашим и создателей симуляции.
Refridgerator
10.09.2023 09:43А если мы все-таки живем в симуляции
А те, кто нас симулирует — тоже живут в симуляции или как?
avf1906
10.09.2023 09:43+1так может вопрос системы счисления, мы же оперируем десятичной системой. Как-то попадалась статья, где за основу бралось е, вроде как раз решались подобные проблемы. Подробностей не помню, лет 20 назад читал. В общем я не математик, но что мешает вывести формулу в которой вплоть до последней операции участвует Пи как символ, тогда погрешность не будет накапливаться.
Refridgerator
10.09.2023 09:43Можно переформулировать. Можно ли измерения и расчеты проводить с абсолютной точностью?
Можно переформулировать и дальше — можно ли меньшим количеством чисел описать большее? В некоторых частных случаях — можно. В общем случае — очевидно нет.Daddy_Cool
10.09.2023 09:43О! Какая классная переформулировка! Вписываются и законы физики и архиваторы.
Собственно, тогда остается вопрос - а какие именно частные случаи нам нужны. С той же турбулентностью - нужны средние пульсации, средняя энергия, и т.п... а гоняться за каждой отдельной пульсацией не нужно.
Теперь возьмем неописываемое количество чисел - настоящий несжимаемый хаос. И вот вопрос - а нужно ли нам это? Это философский вопрос кстати. Возможно действительно случайные числа (без ограничений сверху-снизу, и еще без каких-то характеристик) неприменимы. (Так-то ясно, что криптография, Монте-Карло и т.п... использует случайные числа).
DaneSoul
10.09.2023 09:43Тот факт, что энтропия увеличивается, является вопросом логики: более
беспорядочных расположений частиц, чем упорядоченных, и, следовательно,
по мере изменения вещей, они склонны к беспорядку.А вот эволюция живых организмов на Земле более миллиарда лет идет вопреки - глобально идет усложнение структур вплоть до целой биосферы где все взаимосвязано и очень упорядочено, то есть идет уменьшение энтропии!
TemaAE
10.09.2023 09:43+11Живая материя - это очень хороший ускоритель энтропии "вокруг себя". Можно сказать, что она попросту жадно питается низкой энтропией.
Если взять систему, включающую в себя в том числе и живую материю - то энтропия там растет быстрее чем при ее отсутствии и при прочих равных.
VT100
10.09.2023 09:43+7Биосфера — не замкнутая система и получает энергию извне (окисляя железо или серу на заре, преобразуя энергию Солнца сейчас и т.д.). Эта энергия и тратится на уменьшение энтропии.
ksbes
10.09.2023 09:43+1Ну как бы усложнение - это и есть рост энтропии. Молекула Н2О может иметь только одну конфигурацию, а белки - тысячи. Их информационная энтропия намного выше.
Polunochnik
10.09.2023 09:43+13какой то не полный список проблем физики. уж лучше тут посмотреть
https://ru.wikipedia.org/wiki/Нерешённые_проблемы_современной_физики
CBET_TbMbI
10.09.2023 09:43+6Перевод и форматирование местами хромают, но шести минусов не заслуживает. Поставил плюсик за ликбез.
longclaps
10.09.2023 09:43+20В 1900 году британский физик Лорд Кельвин...
Джон Лорд из Deep Purple с достоинством нёс свою фамилию Лорд.
А лорд Кельвин с достоинством нёс свой титул.
Улавливаете?
GospodinKolhoznik
10.09.2023 09:43+31Как сам писал лорд Кельвин в своих мемуарах, на его публичные лекции часто приходили фанаты Deep Purple, потому что они путали его с Джоном Лордом. Просили сыграть партию из Sweet Child In Time, или из Picture Of Home. Кельвин только руками разводил - "Ну как же я это сыграю, когда электроорган Хаммонда ещё не изобрели?" Но фанаты не унимались, и просили сыграть хотя бы вступление из Lazy на фисгармонии. Келивину пришлось даже брать экспресс курс игры на фисгармонии, чтобы не огорчать восторженных поклонников и играть для них после лекции.
spirit1984
10.09.2023 09:43-3Я искренне надеюсь, что это сарказм? Потому что лорд Кельвин умер в 1907
314159abc
10.09.2023 09:43+1А вот насчет сонолюминесценции - вы не правы. На основе спектрального анализа понятно как минимум то, что она имеет тепловую природу. А как максимум - это излучение связанное с изменением вакумного состояния. И экспериментально доказано, что термоядерные реакции тут не при чем
Bedal
10.09.2023 09:43+27Заголовок неполный, должно быть "18 самых больших неразгаданных тайн в физике с точки зрения бьюти-блоггера"
starfair
10.09.2023 09:43+2И не плохо было бы достаточно просто находимые данные (скорость света и т.п.)перевести из имерской британской системы измерений, в православную СИ
YDR
10.09.2023 09:43В частности, в этом и прикол безразмерных констант - например, константы тонкой структуры. Её в какой системе ни запиши - она будет все те же примерно 1/137.
net_racoon
10.09.2023 09:43Раз тут такая пляска, у меня есть два глупых вопроса про черные дыры:
1) Про ЧД. Почему там такая завязка на скорость обязательно? Разве нет других вариантов покинуть поверхность какого-либо объекта? Например лестница?
2) Я правильно понимаю что в результат излучения Хокинга в конце концов ЧД перестанет быть ЧД? ну т.е. на каком-то этапе ее масса станет ниже необходимой?
antiquar
10.09.2023 09:431 на dxdy недавно обсуждали про лестницу;
2 да, перейдет в излучение; но это если оно (излучение Хокинга) вообще есть.
konst90
10.09.2023 09:43Разве нет других вариантов покинуть поверхность какого-либо объекта? Например лестница?
Нет. Гравитация, способная удержать свет, просто сложит вашу лестницу (как и любой другой материальный объект).
ksbes
10.09.2023 09:43Ну вообще-то хватит и одного же - для сверхмассивных ЧД. Так что этот аргумент - мимо кассы.
Там прикол в другом - со временем, в основном.( ну т.е. с 4-х мерным пространство-временем)
khajiit
10.09.2023 09:43+1Гравитация это искривление пространства. Любая мировая линия (траектория в пространстве-времени) в кривом пространтсве тоже искривляется. Все тела, движущиеся под действием гравитации (планеты, луны, спутники, звезды) — движутся строго по прямой. Но из-за кривого пространства их траектория становится замкнутой. Если скрость тела достигнет скорости убегания, то тело вырвется из ловушки кривого пространства, если скорость меньше круговой — будет двигаться в место с наибольшей кривизной. Горизонт событий же это условная граница, за которой кривизна становится настолько большой, что все
дорогимировые линии ведут вРимцентр. Таким образом, ваша прямая лестница будет представлять собой стремительно падающую петельку, и никуда выбраться по ней не получится.И устроит BigBadaBoom, да. Хотя, возможно, от нее останется максимон
ksbes
10.09.2023 09:43ну так в том и прикол, что зачем нам двигаться только под действием гравитации? Что нам мешает ускоритель на пару тысяч же на пару миллионов лет включить? Ну чисто теоретически? Ну или как с лестницей - спустить её от внешнего наблюдателя и двигаться за счёт электромагнитного взаимодействия ног со ступенями лестницы?
khajiit
10.09.2023 09:43+1И под действием чего вы собрались двигаться, если даже свет недостаточно хорош?
ksbes
10.09.2023 09:43А-а-а, ум-м-м. Я думал каджит умеет читать! Чётко же написано: реактивная сила и электромагнитное отталкивание.
А свёт? Что свет? Чем он хорош? Он безвольно летит вдоль геодезической линии проложенной тираническими внешними силами гравитации, даже не в силах на них как-то повлиять ... (или всё таки может? ну там Е=pc, собрать достаточно массивный (буквально) пучок света ...)khajiit
10.09.2023 09:43К счастью, в отношении вас каджит не питал таких иллюзий.
Парой комментов выше:Если скрость тела достигнет скорости убегания, то тело вырвется из ловушки кривого пространства, если скорость меньше круговой — будет двигаться в место с наибольшей кривизной.
Круговая в рассматриваемом случае — больше c. Черная дыра-с. Так что вам надо очень быстро разогнаться быстрее света, если не хотите последовать за ним. Причем, если учесть замедление времени, у вас будет несколько зептосекунд на это.
Пока что ваши способы разогнаться не вышли дальше псилоцибина с метом.
ZirakZigil
10.09.2023 09:43если учесть замедление времени, у вас будет несколько зептосекунд на это
Собственное время не замедляется. В достаточно массивную ЧД даже в свободном падении до сингулярности можно хоть день, хот год лететь.
khajiit
10.09.2023 09:43Не замедляется восприятие собственного времени, если уж так.
Само понятие собственного времени возникает из-за необходимости отличать его от времени покоящегося наблюдателя вследствие замедления.ZirakZigil
10.09.2023 09:43+1Я больше к тому, что говорить про зептосекунды не корректно. Для падающего наблюдателя время падения зависит от массы ЧД, стороннему же можно только удачи пожелать в его стремлении дождаться пока первый таки упадёт.
domix32
10.09.2023 09:43Лестница будет бесконечной длинны и кривизны из-за спагеттификации. Ну и ЧД не гарантирует, что внутри точки невозврата будет что-то достаточно твёрдое. Та же теория струкн предполагает здоровенную одномерную струну - поди поставь на неё лестницу. Во многих случаях ЧД ещё и вращается. Ну и естественная гравитация со скоростью света будет требовать произвести бесконечную работу для того чтобы поставить что-то ортогонально поверхности.
Да, и будет прелестный кабум. Пенроуз думает, что как-то так и случаются переходы между эонами вселенной.
vedenin1980
10.09.2023 09:43Лестница будет бесконечной длинны и кривизны из-за спагеттификации
Она еще должна быть бесконечной прочности, но это не поможет — банально силы удерживающие атомы вместе небесконечны, при переходе через горизонт событий любой протяженный объект просто развалиться на куски.
ksbes
10.09.2023 09:43-1При переходе - нет. Только при попытке там постоять.
khajiit
10.09.2023 09:43+2Развалится, еще как развалится: градиент-с. Только монстры массой в миллиарды солнечных имеют изогравы достаточно гладкие для объектов размером в метры.
ksbes
10.09.2023 09:43Как я понимаю, если лететь достаточно быстро - то нет. Т.е. для каждого градиента можно подобрать такую скорость, что не развалиться и до сингулярности долетит. Для "обычных" ЧД, правда, эта скорость будет весьма релятивистской - но это уже другой вопрос
ZirakZigil
10.09.2023 09:43Чтобы продолговатый объект не развалился нужно его заталкивать с постоянным ускорением, просто большой скорости не достаточно. Это справедливо, насколько я понимаю, для Шварцшильдовских дыр, горизонта Риндлера. Насчёт вращающихся не уверен
khajiit
10.09.2023 09:43Хорошо, и какая скорость позволит пройти градиент объекту метровых размеров неповрежденным в самом простом случае — случае максимона?
Спойлер — никакая, он слишком велик.
net_racoon
10.09.2023 09:43Она еще должна быть бесконечной прочности
Вот этого тоже не понимаю. Сила гравитации же конечная? Как она может быть бесконечной? Значит и прочность должна быть конечна?
ZirakZigil
10.09.2023 09:43Приливные силы растут очень быстро по мере приближения к сингулярности (насколько близко — зависит от её массы). Т.е. в определённый момент их станет достаточно чтобы, не знаю, порвать все эти ваши протоны и нейтроны на кварки, не говоря уже о том чтобы разорвать атомарные и молекулярные связи.
net_racoon
10.09.2023 09:43Даже при условии, что гравитация- самое слабое из базовых взаимодействий?
YDR
10.09.2023 09:43тут вопрос только в том, на каких значениях r величины 1/r, 1/r^2 компенсируют малость самой константы взаимодействия.
Sarukazm
10.09.2023 09:43Во многих случаях ЧД ещё и вращается.
ЕМНИП не вращающуюся чёрную дыру в дикой природе ещё поискать надо. Я даже не уверен, что в природе возможно образование не вращающихся ЧД.
domix32
10.09.2023 09:43вики говорит, что вращающаяся ЧД постепенно устаканивается в радиусе Шварцшильда и т.к. внутри радиуса всё сводится в сингулярность, то вектор момента импульса перестаёт существовать. Ну и вики говорит, что вращающиеся они получаются при коллапсе звёзд и групп звёзд с ненулевым общим моментом импульса. То есть теоретически оно может сколлапсировать сразу в Шваршильдову.
Это, конечно, если я правильно понимаю как работают вектора в пространстве.
vedenin1980
10.09.2023 09:43+1Разве нет других вариантов покинуть поверхность какого-либо объекта? Например лестница?
Лестница состоит из атомов, которые держутся вместе за счет разных взаимодействий (гравитационного, сильного, электромагнитного и прочих). За горизонтом событий такие взимодействия не проходят, следовательно даже если мы создадим сверх прочную лестницу и засунем его в ЧД — она развалится на куски.
CBET_TbMbI
10.09.2023 09:43Про лестницу ты прав и не прав одновременно. Чтобы оторваться от любого лета не обязательно нужно сильно разгоняться. Можно подниматься медленно, но уверенно. Но на практике лестницу в космос построить невозможно даже на Земле. При том, что уж у Земли гравитация в миллион раз слабее.
1а. Лестница тоже не нужна. Ничто не запрещает двигаться медленно на неком двигателе. Первая космическая скорость нужна, чтобы не упасть обратно без этого двигателя. Но если у тебя двигатель может работать без перерыва, то ты можешь взлетать с любой скоростью. Лишь бы хватило тяги оторваться. Но на практике, именно с этой тягой проблемы и возникают. Опять же про лёгкую гравитацию Земли: нужны огромные ракеты, чтобы вывести на орбиту груз в 100 раз легче самой ракеты. Сможешь изобрести двигатель, который будет на каждый килограмм массы (включая топливо) часами давать тягу в 1,1 кг? Если сможешь, то откроешь дверь в космос с Земли (а ещё станешь миллиардером). Но чтобы взлететь с очень массивных тел, придётся изобретать двигатель, который будет давать тягу в миллионы тонн при собственной массе в тот же килограмм.Да, есть такая теория, что ЧД о-о-о-очень медленно, но "испаряются". И через квадриллионы лет ЧД может испариться настолько, что оставшаяся часть взорвётся. Но это всё сугубо теоретически и математически. И даже теоретически - без особых деталей.
vedenin1980
10.09.2023 09:43+1Сможешь изобрести двигатель, который будет на каждый килограмм массы (включая топливо) часами давать тягу в 1,1 кг? Если сможешь, то откроешь дверь в космос с Земли (а ещё станешь миллиардером).
Особенно если вывод 1 кг будет обходится в миллиард. Так-то двигатель на антиматерии построить инженерно может быть не сложно, но каждый грамм антивещества на дороже тонны золота.
Ничто не запрещает двигаться медленно на неком двигателе… Но чтобы взлететь с очень массивных тел, придётся изобретать двигатель, который будет давать тягу в миллионы тонн при собственной массе в тот же килограмм.
Из ЧД невозможно вылетить ни с такой тягой, даже близкой к бесконечной. Чтобы вылететь из ЧД нужно разогнаться быстрее скорости света, а на это потребуется бесконечная тяга и бесконечная энергия.
Ну это примерно как пытаться выплысть вертикально вверх по водопаду. Какой двигатель ты не поставил — вода будет падать быстрее.
Лишь бы хватило тяги оторваться.
В том-то и дело, что тяга для отрыва от черной дыры равна бесконечности.
ksbes
10.09.2023 09:43Ну это примерно как пытаться выплысть вертикально вверх по водопаду. Какой двигатель ты не поставил — вода будет падать быстрее.
Ну тут вы сильно не правы. Хвоста рыбы хватает, чтобы по водопаду вверх плыть. И вообще
И с ЧД вы тоже не совсем правы. Есть большая разница между движением по инерции и ускоренным движением. Особенно ОТО (там всякие кажущиеся горизонты событий, эффект Унру, увлечение системы координат и т.п.).
Т.е. по инерции вылететь - да нужна сверхсветовая скорость.
А вот с ускоренным движением всё сложнее (намного).
zaiats_2k
10.09.2023 09:43Ученые утверждают, что под горизонтом событий все пути ведут в сингулярность. Причем пространственное измерение меняется местами с временным, и сингулярность становится не на Х метров впереди, а на Y секунд, и таким образом попадание в сингулярность становится неизбежным.
net_racoon
10.09.2023 09:43Насколько я понимаю, где-то я видел очень упрощенное объяснение этого процесса. Там образуется пара вещество-антивещество, антивещество затягивается и таким образом ЧД медленно испаряется. Но опять же, откуда мы про это знаем? :) Может у ЧД другая реакция на антивещество.
ZirakZigil
10.09.2023 09:43+1Это объяснение на пальцах, действительности не соответствующее. Простое популярное объяснение, о чём сам Хокинг и говорил.
Из оригинальной работы
One might picture this negative energy flux in the following way. Just outside the event horizon there will be virtual pairs of particles, one with negative energy and one with positive energy. The negative particle is in a region which is classically forbidden but it can tunnel through the event horizon to the region inside the black hole where the Killing vector which represents time translations is spacelike. In this region the particle can exist as a real particle with a timelike momentum vector even though its energy relative to infinity as measured by the time translation Killing vector is negative. The other particle of the pair, having a positive energy, can escape to infinity where it constitutes a part of the thermal emission described above. The probability of the negative energy particle tunnelling through the horizon is governed by the surface gravity K since this quantity measures the gradient of the magnitude of the Killing vector or, in other words, how fast the Killing vector is becoming spacelike. Instead of thinking of negative energy particles tunnelling through the horizon in the positive sense of time one could regard them as positive energy particles crossing the horizon on pastdirected world-lines and then being scattered on to future-directed world-lines by the gravitational field. It should be emphasized that these pictures of the mechanism responsible for the thermal emission and area decrease are heuristic only and should not be taken too literally.
На самом же деле именно механизм потери массы не очень понятен, ведь само излучение относительно: наблюдатели в разных системах отсчёта, если можно так выразиться, не согласны в том, что считать частицей, и что для одного будет выглядеть как вакуум, для второго будет выглядеть как излучение. Тогда можно предположить, что один наблюдатель спокойно дождётся пока дыра испарится полностью, и горизонт исчезнет. После чего он в довольно плоском пространстве (чтобы релятивистские эффекты были ничтожны) может спокойно долететь до второго для "синхронизации" наблюдений. Но с точки зрения второго горизонт никуда деться не должен, и настоящий горизонт вообще инвариантен (т.е. все наблюдатели согласны, что он либо есть, либо его нет). Этот парадокс разрешить я уже не осиливаю :)
Что интересно, такое излучение это не свойство ЧД, а горизонта: ускоряющийся наблюдатель будет регистрировать поток частиц от мнимого горизонта за ним (только это излучение Унру, а не Хокинга), в то время как наблюдатель, покоящийся относительно первого, не будет наблюдать ничего необычного.
flx0
10.09.2023 09:43Световой конус не про скорость, а про причинно-следственные связи. Конус прошлого - все события, которые повлияли на данное, конус будущего - все события, на которое данное событие повлияет.
Под горизонтом событий гравитация искажает конус будущего для любой точки так, что он тоже целиком находится под горизонтом. То есть никакое событие в вашем будущем не сможет произойти вне черной дыры.
ZirakZigil
10.09.2023 09:43Горизонт событий это не поверхность в бытовом понимании, на которую можно что-то поставить. Горизонт светоподобен, т.е. в момент его пересечения с точки зрения падающего наблюдателя он "пройдёт" мимо со скоростью света. Попытка вылезти по лестнице закончится настолько же успешно, насколько успешно закончится любая попытка по лестнице обогнать луч света из фонарика, светящего в направлении верха этой лестницы.
net_racoon
10.09.2023 09:43Ну тут вы говорите про скорость. Это понятно и я вроде даже понимаю как это получилось. Но не понимаю почему есть привязка к скорости, если гипотетически мы можем покинуть планету взобравшись по лестнице. Или например, альпинист лезет на Эверест, он же не со скоростью 11 км/c лезет.
ksbes
10.09.2023 09:43На вопрос: "можно ли долететь до Луны со скоростью 60 км/ч", - из десятков моих коллег (инженеры, учёные (не специалисты в этом вопросе) и программисты) только двое дали хоть сколько-нибудь правильный ответ и только один дал правильный развёрнутый. Стереотипы очень сильны.
Про лестницу: проблема в том, что на горизонте событий для неподвижного (и не ускоряющегося) тела время по сути останавливается. И если у вы стоите на чудо-лестнице (никакая теоретическая не выдержит - см. дальше), то половина тела внутри горизонта событий никак не сможет провзаимодействовать с половиной тела вне горизонта событий. У этих половин даже понятие времени будет разным. Т.е. вас не то что бы разорвёт силами - вас само пространство-время пополам разрежет. Причём даже если нижняя половина попытается сделать шаг вверх - она тупо упрётся в область с бесконечно медленным временем - так же как и если верхняя половина попытается опуститься в дыру. И только в конце всех времён они встретятся!
Это если объяснять популярно, с некоторой потерей смысла.
ZirakZigil
10.09.2023 09:43Суть в наличии или отсутствии горизонта. В определённый момент пространство искривлено настолько сильно, что нет никакой разницы как и куда вы пытаетесь двигаться, вы будете двигаться в направлении сингулярности. Вот простая диаграмма для свободнопадающего в Шварцшильдовскую дыру тела. Вертикально у нас расстояние, горизонтально время. Прямая сплошная — горизонт, ребристая — сингулярность, кривая — траектория, треугольники — световые конусы (т.е. возможное будущее падающего тела) на соответствующих участках траектории. Как видно, после пересечения горизонта пространство искривлено достаточно сильно чтобы конус, построенный из любой точки траектории, за конечное время упёрся рёбрами в сингулярность. Световой конус лестницы тоже "смотрит" на сингулярность, т.е. нет такого участка лестницы, на котором вы бы могли оказаться, и который не попал в сингулярность за конечное время.
ksbes
10.09.2023 09:43Но вопрос то не про свободно падающее тело!
ZirakZigil
10.09.2023 09:43Никакого значения не имеет, так только диаграмма проще. Ускоряясь, вы можете только приближаться к ребру этого конус (но не можете пересечь), но т.к. ребро за конечное время "сталкивается" с сингулярностью, то сталкивается и любая траектория внутри этого конуса.
Повторюсь, это для Шварцшильдовской дыры. Для астрофизических дыр всё сложнее, но матаппарат их описывающий, к сожалению, за гранью моего понимания.
@net_racoon, с вашего позволения отвечу здесь, т.к. у меня лимит на количество комментариев.Даже при условии, что гравитация- самое слабое из базовых взаимодействий?
Да, вопрос только в том, насолько необходимо будет приблизиться к сингулярности. Чтобы начать рвать уже молекулярные связи, на самом деле, никаких чёрных дыр и не надо. Нагуглил, что Сириус Б (белый карлик, т.е. даже среди не-ЧД это довольно скромный объект) порвёт свободнопадающий вертикально 650 метровый стальной прут с пределом прочности 500МПа на высоте ~30км от поверхности, и ~5870 от центра. Даже интуитивно понятно, что обычная, звёздная ЧД в условный пяток солнечных масс будет рвать даже очень короткие и чрезвычайно прочные "ломы".
ksbes
10.09.2023 09:43Ускоряясь, вы можете только приближаться к ребру этого конус (но не можете пересечь)
Одни из значимых отличий ОТО от СТО как раз и заключается в том что ускорение искажает световой конус. Т.е. ускорением можно манипулировать своими причинно-следственными связями, например, - отрезать от себя половину вселенной.
Т.е. такого простого объяснения в условиях существенно отошного объекта - недостаточно.ZirakZigil
10.09.2023 09:43отрезать от себя половину вселенной
Речь про горизонт Риндлера? Ну так это мнимый горизонт, перестанешь ускоряться — вернёшь связность. Или вы про что-то другое?
rak_track
10.09.2023 09:43+2Дааа, ребят, изи, расслабьтесь. Нет никаких случайностей. Все это придумано больными мозгами пытливых ученых умов. Не суждено на данном этапе развития понять вселенную. Это все равно, что муравей (если бы обладал разумом, но ограниченным своим биомом) будет пытаться понять мир людей.
Закон планетарных расстоянийпредложенный ещё И. Д. Тициусом и И. Э. Боде − до сих пор неизвестно, является ли это правило случайным совпадением, или существуют физические причины для закономерности расстояний до планет.
Отсутствует законченная теория, объясняющая происхождение Солнечной системы[63] и Земли[64] в частности и планетарных систем и экзопланет в целом.
Нет никакой случайности, это все рукотворные объекты. За пруфами, сами знаете куда.
YDR
10.09.2023 09:43+1а вот плоская - только Земля? Или другие планеты Солнечной системы и экзопланеты тоже? /s
Daddy_Cool
10.09.2023 09:43>Не суждено на данном этапе развития понять вселенную
Но мы всё таки попроубем! И возможно перейдем к следующему этапу!Тот же оритальный резонанс вполне объясняет закон планетарных расстояний и выглядит вполне здраво, и предсказания дает которые подтвердились.
freeg0r
10.09.2023 09:43По мере расширения пространства создается больше пространства, и вместе с ним - больше темной энергии
то есть темная энергия постоянно создается?
vedenin1980
10.09.2023 09:43Увеличивается. но вроде физики как-то обосновывают закон сохранения энергии тем что при этом увеличивается потенциальная энергия разлетающихся галактик.
Впрочем, закон сохранения энергии для Вселенной не самая беспорная штука, так как никто не доказал, что наша наблюдаемая Вселенная замкнутая система.
haryaalcar
10.09.2023 09:43+3Читая материал, подумал, что сейчас в комментах все неразгаданные тайны разложат на лопатки
Yura_PST
10.09.2023 09:43+2Меня очень веселят пункты 1 и 2. Наблюдения не сошись с теорией и что бы это подправить - ввели подгоночные коэффициенты с красивыми названиями. Теперь ищут эти подгоночные коэффициенты и найти не могут.
elprog74
10.09.2023 09:43+2Теперь ищут эти подгоночные коэффициенты и найти не могут.
Ну да. А всего то - взять другую физическую модель, в которой подгоночные коэффициенты не нужны. ;)
kauri_39
10.09.2023 09:43Чтобы разгадать тайну тёмной энергии, тёмной материи и гравитации нужно в рассуждениях заменить пространство-время с нестационарной метрикой на расширяющийся физический вакуум с неизменной плотностью энергии. И предположить, что вакуум — квантованная среда. Тогда его расширение можно объяснить постоянным и повсеместным поступлением в него новых квантов вакуума из особого пятого измерения.
Да, нужно предположить и существование пятого измерения. Но его существования требует и природа гравитации, которая раскрывается из эквивалентности инертной и гравитационной массы. Эквивалентность двух масс можно выразить следующим образом. Если тело ускоряется вдали от гравитационных полей — относительно неподвижного вакуума — и приобретает там вес, и тот же вес это тело приобретает, покоясь в гравитационном поле массивного тела с таким же по значению ускорением свободного падения, то гравитационное поле — это ускоренное движение вакуума относительно покоящегося тела. Значит, материя постоянно поглощает вакуум и снижает плотность его энергии, из-за чего внешний более плотный вакуум постоянно расширяется в сторону материи, и его ускоренное движение к ней проявляется как её гравитационное поле. А поскольку материя не лопается от поглощения этой квантованной среды, то кванты вакуума в материи каким-то образом выводятся в то особое пятое измерение.
Если нет другого, более логичного объяснения эквивалентности двух масс, то можно двигаться дальше… и отказаться от гипотезы тёмной материи. Дело в том, что кванты вакуума поступают во вселенную в гораздо большем объёме (количестве), чем выводятся из неё с помощью вселенской материи. Поэтому вселенная и расширяется, скопления галактик расходятся друг от друга. Сами скопления остаются более менее стабильными. Это значит, что поступающий в межгалактическое пространство дополнительный вакуум полностью поглощается материей галактик. Втекая в галактики, он должен сообщать её звёздам дополнительное центростремительное ускорение и оставлять на орбитах только быстро вращающиеся звёзды. То есть звёзды в галактических дисках должны иметь не кеплеровское распределение скоростей, а их "плоскую шкалу". Которая и наблюдается и привела к рождению гипотезы тёмной материи.
Может, сторонники МОНД тоже заметят поглотительную природу гравитации, и их теория будет точнее описывать вращение не только галактик, но и их скоплений. А там и до теории квантовой гравитации рукой подать.
mobi
Чем переводили?
echo10
del
lazy_val
мощно