A fény fotonoknak nevezett részecskékből áll. A fotonok különleges részecskék. Ahogy a tudósok mondják, a fotonoknak nincs "nyugalmi tömege". Ezek a részecskék soha nem állnak meg. A természetben a legnagyobb sebességgel haladnak át az Univerzumon - 300 000 kilométer per másodperc.

A fotonoknak nincs tömegük, de van kinetikus energiájuk – a mozgás energiája. A fotonok éppen azért nem tudnak ellenállni a gravitációs erőnek, mert mozgási energiájuk van.

És ezért. Albert Einstein felfedezte, hogy a tömeg energiává alakítható. Ennek legnyilvánvalóbb példája az H-bomba, amelyben egy kis tömeg hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel erőteljes robbanás formájában. Mivel a tömeg energiává alakítható, ezért az energia, úgymond, egy bizonyos tömegmennyiséget jelent. Képzeljük el, hogy a foton olyan tárgy, amelynek teljes tömege átalakult kinetikus energia. A fekete lyuk gravitációja ugyanúgy húzza a fotont, mint az energia által képviselt tömeget.

Kapcsolódó anyagok:

A világegyetem legnagyobb objektumai

Mivel a tömeg energiává alakítható, ebből az következik, hogy az energia bizonyos tömegmennyiséget jelent.

Egyszerű magyarázat arra, hogy miért fekete a fekete lyuk

De van egy másik, talán egyszerűbb magyarázat is arra, hogy a fényfotonok miért nem tudnak elhagyni egy fekete lyukat. Einstein elmélete a gravitációt a tömeg körüli tér görbületeként írja le. Minél nagyobb a tömegkoncentráció bármely helyen, annál erősebb a tér görbülete ezen a helyen. Ezért egy fekete lyukat elhagyni igyekvő fénysugár egyszerűen nem tud felmászni egy ívelt tér túl meredek falára.

Érdekes tény: a nap mellett elhaladó csillagok fénye eltér attól egyenes vonalú út mert a Nap gravitációja húzza.

A fekete lyukaknál kisebb tömegű objektumok is kézzelfogható gravitációs hatást gyakorolnak a fényre. 1919-ben Arthur Eddington angol fizikus bebizonyította Einstein azon kijelentésének helyességét, miszerint a hatalmas testek vonzzák a fényt, megváltoztatva terjedésének pályáját. Eddington tudott a hamarosan érkezőről Napfogyatkozás. Napfogyatkozáskor a Hold a Föld és a Nap ragyogó arca között van, és egy időre elsötétíti azt. Amikor a Nap fényességét egy fogyatkozás kioltja, más csillagok is megfigyelhetővé válnak.

Mind az elmúlt évszázadok tudósai, mind korunk kutatói számára az űr legnagyobb rejtélye egy fekete lyuk. Mi van ebben a fizika számára teljesen ismeretlen rendszerben? Milyen törvények érvényesek ott? hogyan telik az idő egy fekete lyukban, és miért nem tudnak még a fénykvantumok sem kiszabadulni onnan? Most természetesen az elmélet, és nem a gyakorlat szempontjából megpróbáljuk megérteni, hogy mi van egy fekete lyukban, elvileg miért jött létre és létezik, hogyan vonzza az őt körülvevő tárgyakat.

Először is írjuk le ezt az objektumot.

Tehát az Univerzum egy bizonyos területét fekete lyuknak nevezzük. Lehetetlen külön csillagként vagy bolygóként kiemelni, mivel nem szilárd, és nem is az gáznemű test. A téridő alapvető ismerete nélkül, és ezek a dimenziók hogyan változhatnak, lehetetlen felfogni, mi van egy fekete lyukban. A helyzet az, hogy ez a terület nem csak egy térbeli egység. amely torzítja mind az általunk ismert három dimenziót (hossz, szélesség és magasság), mind az idővonalat. A tudósok biztosak abban, hogy a horizont területén (az úgynevezett lyukat körülvevő területen) az idő térbeli jelentést kap, és előre és hátra is mozoghat.

Ismerje meg a gravitáció titkait

Ha meg akarjuk érteni, mi van a fekete lyuk belsejében, akkor részletesen megvizsgáljuk, mi a gravitáció. Ez a jelenség kulcsfontosságú az úgynevezett "féreglyukak" természetének megértésében, amelyekből még a fény sem tud kiszabadulni. A gravitáció minden olyan test közötti kölcsönhatás, amelynek anyagi alapja van. Az ilyen gravitáció erőssége a testek molekuláris összetételétől, az atomok koncentrációjától és összetételétől függ. Minél több részecske esik össze a tér egy bizonyos területén, annál nagyobb a gravitációs erő. Ez elválaszthatatlanul kapcsolódik az ősrobbanás elméletéhez, amikor az univerzumunk akkora volt, mint egy borsó. Ez a maximális szingularitás állapota volt, és a fénykvantumok felvillanása következtében a tér tágulni kezdett, mivel a részecskék taszították egymást. Ennek pontosan az ellenkezőjét írják le a tudósok fekete lyukként. A TBZ szerint mi van egy ilyenben? Szingularitás, amely megegyezik az Univerzumunkban rejlő mutatókkal a születése idején.

Hogyan kerül az anyag a féreglyukba?

Van egy vélemény, hogy az ember soha nem fogja tudni megérteni, mi történik a fekete lyuk belsejében. Mivel ha egyszer ott van, szó szerint összetöri a gravitáció és a gravitáció. Valójában ez nem igaz. Igen, valóban, a fekete lyuk a szingularitás régiója, ahol minden a maximumra van összenyomva. De ez egyáltalán nem „űrporszívó”, amely képes magába vonni az összes bolygót és csillagot. Bármely anyagi tárgy, amely az eseményhorizonton van, erős tér- és időtorzulást észlel (eddig ezek az egységek különállóak). Az euklideszi geometriarendszer akadozni kezd, más szóval metszik egymást, a sztereometrikus alakzatok körvonalai nem lesznek ismerősek. Ami az időt illeti, fokozatosan lelassul. Minél közelebb érsz a lyukhoz, annál lassabban fog járni az óra a földi időhöz képest, de nem fogod észrevenni. A "féreglyuk" eltalálásakor a test nulla sebességgel esik le, de ez az egység egyenlő lesz a végtelennel. görbület, amely a végtelent nullával egyenlővé teszi, ami végül megállítja az időt a szingularitás tartományában.

Válasz a kibocsátott fényre

Az egyetlen tárgy a térben, amely vonzza a fényt, egy fekete lyuk. Hogy mi van benne, és milyen formában, azt nem tudni, de úgy gondolják, hogy ez olyan koromsötétség, ami elképzelhetetlen. A fénykvantumok, amelyek eljutnak oda, nem tűnnek el egyszerűen. Tömegüket megszorozzuk a szingularitás tömegével, ami még nagyobbá teszi és felnagyítja, így ha a féreglyukon belül felkapcsolunk egy zseblámpát, hogy körülnézzünk, az nem fog világítani. A kibocsátott kvantumok folyamatosan szaporodnak a lyuk tömegével, és durván szólva csak súlyosbítod a helyzetedet.

Fekete lyukak mindenhol

Ahogy már rájöttünk, az oktatás alapja a gravitáció, amelynek értéke milliószor nagyobb, mint a Földön. A fekete lyuk pontos elképzelését Karl Schwarzschild adta a világnak, aki valójában felfedezte az eseményhorizontot és azt a pontot, ahonnan nincs visszatérés, és azt is megállapította, hogy a nulla szingularitási állapotban egyenlő a végtelennel. . Véleménye szerint fekete lyuk az űrben bárhol kialakulhat. Ebben az esetben egy bizonyos gömb alakú anyagnak el kell érnie a gravitációs sugarat. Például bolygónk tömegének bele kell férnie egy borsó térfogatába, hogy fekete lyuk legyen. És a Nap átmérője tömegével együtt 5 kilométer legyen - akkor állapota szinguláris lesz.

Új világképződési horizont

A fizika és a geometria törvényei tökéletesen működnek a földön és belül nyitott tér, ahol a tér közeledik a vákuumhoz. De teljesen elvesztik jelentőségüket az eseményhorizonton. Éppen ezért matematikai szempontból lehetetlen kiszámítani, hogy mi van a fekete lyuk belsejében. Azok a képek, amelyek akkor jöhetnek létre, ha a világról alkotott elképzeléseinknek megfelelően hajlítjuk meg a teret, biztosan távol állnak az igazságtól. Csak azt állapították meg, hogy az idő itt térbeli egységgé változik, és valószínűleg további dimenziókkal egészülnek ki a meglévők. Ez lehetővé teszi, hogy elhiggyük, hogy a fekete lyukban teljesen más világok képződnek (a fotó, mint tudod, ezt nem mutatja, mivel a fény megeszi magát). Ezek az univerzumok antianyagból állhatnak, ami jelenleg ismeretlen a tudósok számára. Vannak olyan verziók is, amelyek szerint a vissza nem térő szféra csak egy portál, amely vagy egy másik világba vezet, vagy Univerzumunk más pontjaira.

Születés és halál

Sokkal több, mint egy fekete lyuk létezése, születése vagy eltűnése. A téridőt torzító gömb, mint azt már megtudtuk, az összeomlás következtében jön létre. Lehet, hogy robbanás nagy sztár, két vagy több test ütközése a térben, és így tovább. De hogyan vált az elméletileg érezhető anyag az időtorzulás birodalmává? A fejtörő folyamatban van. De ezt követi egy második kérdés – miért tűnnek el az ilyen visszaúttalan szférák? És ha a fekete lyukak elpárolognak, akkor miért nem jön ki belőlük az a fény és az összes kozmikus anyag, amit behúztak? Amikor a szingularitási zónában lévő anyag tágulni kezd, a gravitáció fokozatosan csökken. Ennek eredményeként a fekete lyuk egyszerűen feloldódik, és a szokásos vákuum-világűr a helyén marad. Ebből egy újabb rejtély következik – hova tűnt minden, ami belekerült?

Gravitáció – a mi kulcsunk a boldog jövőhöz?

A kutatók biztosak abban, hogy az emberiség energetikai jövőjét egy fekete lyuk alakíthatja ki. Hogy mi van ebben a rendszerben, az még ismeretlen, de sikerült megállapítani, hogy az eseményhorizonton bármilyen anyag energiává alakul át, de természetesen részben. Például, ha valaki a visszaút közelébe kerül, anyagának 10 százalékát energiává való feldolgozásra adja. Ez a szám egyszerűen kolosszális, szenzációvá vált a csillagászok körében. A helyzet az, hogy a Földön, amikor az anyagot csak 0,7 százalékkal dolgozzák fel energiává.

Megpróbálok válaszolni néhány kérdésre, amelyek a filmből adódnak a közönség körében.

1) Miért így néz ki Gargantua fekete lyuka a filmben?

Az Interstellar című film az első Játékfilm a filmtörténetben, ahol egy fekete lyuk vizualizációját alkalmazták fizikai alapon matematikai modell. A szimulációt egy 30 fős csapat (Pavel Franklin vizuális effektusok osztálya) végezte Kip Thorne-nal, a világhírű elméleti fizikussal együttműködve, aki a gravitációelmélet, az asztrofizika és a világhírű elméleti fizikus. kvantum elmélet mérések. Körülbelül 100 órát töltöttek egy képkockán, és összesen körülbelül 800 terabájt adatot vett fel a modell.
Thorne nemcsak matematikai modellt készített, hanem speciális szoftvert (CGI) is írt, amely lehetővé tette a vizualizáció számítógépes modelljének felépítését.

Íme, amit Thorn tett:

Természetesen jogos feltenni a kérdést: vajon Thorne szimulációja az első a tudomány történetében? És Thorne képe olyasvalami, amilyenre még nem volt példa a tudományos irodalomban? Természetesen nem.
Jean Pierre Luminet, a Paris-Mudon Obszervatórium Relativisztikus Asztrofizikai és Kozmológiai Tanszékének munkatársa, a fekete lyukakkal és a kozmológiával kapcsolatos munkáiról is ismert világszerte, az egyik első olyan tudós, aki számítógépes szimulációval készített fekete lyukat. 1987-ben jelent meg Black Holes: A Popular Introduction című könyve, amelyben ezt írja:

„Az első számítógépes képeket egy akkréciós koronggal körülvett fekete lyukról én szereztem (Luminet, J.-P. (1979): Astron. Astrophys.). Finomabb számításokat végzett Mark (Marck, J.-A. (1993): Class. Quantum Grav) mind a Schwarzschild-metrikára, mind a forgó fekete lyuk esetére. Valószínű képek - vagyis a tér görbületét, a vöröseltolódást és a fizikai tulajdonságok lemez egy tetszőleges ponthoz beszerezhető, akár az eseményhorizonton belül is. Még egy film is készült, amely bemutatja, hogyan változnak ezek a torzulások, amikor az ember egy időszerű pályán halad egy fekete lyuk körül (Delesalle, Lachieze-Rey és Luminet, 1993). A rajz az egyik kerete a csuklós parabolapálya mentén történő mozgás esetére.

Magyarázat, hogy miért olyan a kép, amilyen:

"A fekete lyuk környezetében a téridő görbülete miatt a rendszer képe jelentősen eltér azoktól az ellipszisektől, amelyeket akkor látnánk, ha a fekete lyukat egy közönséges kis tömegű égitestre cserélnénk. a lemez felső oldala közvetlen képet alkot, és az erős torzítás miatt a teljes lemezt látjuk (a fekete lyuk nem takarja el tőlünk a mögötte lévő lemezrészeket) A lemez alsó része is látható a a fénysugarak jelentős görbülete."

Lumine képe meglepően hasonlít Thorne eredményére, amelyet több mint 30 évvel a francia munkája után szerzett!

Miért van az, hogy számos más vizualizációban, mind a cikkekben, mind a tudományos népszerűsítésű filmekben gyakran egészen más módon lehet látni egy fekete lyukat? A válasz egyszerű: a fekete lyuk matematikai modell alapján történő számítógépes „megrajzolása” egy nagyon bonyolult és időigényes folyamat, amely sokszor nem fér bele a szerény költségvetésbe, így a szerzők legtöbbször a tervezői munkával boldogulnak, nem fizikus.

2) Miért nem olyan látványos Gargantua akkréciós korongja, mint az számos képen és népszerű tudományos filmben látható? Miért nem lehetett a fekete lyukat világosabbá és impozánsabbá tenni?

Ezt a kérdést a következőkkel kombinálom:

3) Ismeretes, hogy a fekete lyuk akkréciós korongja nagyon intenzív sugárzás forrása. Az űrhajósok egyszerűen meghalnának, ha közelednének egy fekete lyukhoz.

És valóban az. A fekete lyukak a világegyetem legfényesebb, legenergiásabb sugárforrásainak motorjai. A modern elképzelések szerint a kvazárok szíve, amelyek néha jobban ragyognak, mint több száz galaxis együttvéve, egy fekete lyuk. Gravitációjával hatalmas anyagtömegeket vonz magához, aminek következtében elképzelhetetlenül nagy nyomás alatt kis területen összezsugorodik. Ez az anyag felmelegszik, nukleáris reakciók áramlanak benne a legerősebb röntgen- és gamma-sugárzás kibocsátásával.
Ilyen gyakran rajzolnak egy klasszikus fekete lyuk akkréciós korongot:

Ha a Gargantua ilyen lenne, akkor egy ilyen akkréciós korong megölné az űrhajósokat a sugárzásával. A Thorne-féle fekete lyuknál az akkréció nem olyan sűrű és masszív, modellje szerint a korong hőmérséklete nem magasabb, mint a Nap felszínén. Ez nagyrészt annak köszönhető, hogy a Gargantua egy szupermasszív fekete lyuk, amelynek tömege legalább 100 millió naptömeg, sugara pedig egy csillagászati ​​egység.
Ez nem csak egy szupermasszív, hanem egy ultramasszív fekete lyuk. Különféle becslések szerint még a Tejútrendszer közepén lévő fekete lyuk is 4-4,5 millió naptömegű.
Bár Gargantua messze nem bajnok. Például az NGC 1277 galaxisban lévő lyuk tömege 17 milliárd nap.
A 80-as évek óta foglalkoztatja Thorne-t az ötlet, hogy képzeljünk el egy ilyen kísérletet, amelyben az emberek felfedeznek egy fekete lyukat. Már a „Fekete lyukak és az idő redői” című könyvében. Az 1990-ben megjelent Einstein's Audacious Legacy című művében Thorne a csillagközi utazás hipotetikus modelljét vizsgálja, amelyben a kutatók a fekete lyukakat tanulmányozzák, a lehető legközelebb akarnak kerülni az eseményhorizonthoz, hogy jobban megértsék annak tulajdonságait.
A kutatók egy kis fekete lyukkal kezdik. Egyáltalán nem illik hozzájuk, mert az általa keltett árapály-erők túl nagyok és életveszélyesek. A vizsgálat tárgyát egy nagyobb tömegű fekete lyukra változtatják. De ő sem elégíti ki őket. Végül az óriás Gargantua felé veszik az irányt.
A Gargantua a 3C273 kvazár közelében található - amely lehetővé teszi a két lyuk tulajdonságainak összehasonlítását.
Ezeket megfigyelve a kutatók felteszik a kérdést:

"Meglepőnek tűnik a különbség a Gargantua és a 3C273 között: miért nincs a tömegénél és méreténél ezerszer nagyobb Gargantuában ilyen kerek gázfánk és óriási kvazársugár?"

A Gargantua akkréciós korong viszonylag hideg, nem masszív, és nem sugároz ki annyi energiát, mint egy kvazár. Miért?

"Teleszkópos vizsgálatok után Bret megtalálja a választ: néhány havonta egyszer a 3C273 központi lyuk körül keringő csillag közel kerül a horizonthoz, és a fekete lyuk árapály-ereje szétszakítja. A csillag maradványai, körülbelül 1 naptömeg , fröccsenés a fekete lyuk környezetében Fokozatosan a belső súrlódás meghajtja a fröccsenő gázt a belsejében Ez a friss gáz kompenzálja azt a gázt, amelyet a fánk folyamatosan juttat a lyukba és a fúvókákba, így a fánk és a fúvókák fenntartják gáztartalékaikat és tovább fényesen ragyog.
Bret elmagyarázza, hogy a csillagok közel kerülhetnek Gargantuához is. De mivel a Gargantua sokkal nagyobb, mint a 3C273, az eseményhorizont feletti árapály-ereje túl gyenge ahhoz, hogy széttépje a csillagot. A Gargantua egészben nyeli le a csillagokat, anélkül, hogy belefröccsenne a környező fánkba. A fánk nélkül pedig a Gargantua nem tudja létrehozni a kvazár sugárhajtásait és egyéb jellemzőit."

Ahhoz, hogy egy hatalmas sugárzó korong létezzen a fekete lyuk körül, léteznie kell építőanyagnak, amelyből létrejöhet. A kvazárban ezek sűrű gázfelhők, nagyon közel vannak egy csillag fekete lyukához. Íme az akkréciós korong kialakításának klasszikus modellje:

Az Interstellarban világos, hogy egyszerűen nincs semmi, amiből hatalmas akkréciós korong keletkezhet. Nincsenek sűrű felhők vagy közeli csillagok a rendszerben. Ha volt valami, azt már régen megették.
A Gargantua egyetlen tartalma kis sűrűségű csillagközi gázfelhők, amelyek halvány, "alacsony hőmérsékletű" akkréciós korongot hoznak létre, amely nem sugárzik olyan intenzíven, mint a kvazárok vagy bináris rendszerek klasszikus korongjai. Ezért a Gargantua korong sugárzása nem fogja megölni az űrhajósokat.

Thorne ezt írja a The Science of Interstellar című könyvében:

"Egy tipikus akkréciós korong nagyon intenzív röntgen-, gamma- és rádiósugárzással rendelkezik. Olyan erős, hogy minden űrhajóst megsüt, aki úgy dönt, hogy a közelében van. A filmben látható Gargantua korong rendkívül gyenge korong. "Gyenge" - nem természetesen emberi normák szerint, de a tipikus kvazárok szabványai szerint. Ahelyett, hogy több száz millió fokra hevítenék, mint a kvazárakréciós korongok, a Gargantua-korong csak néhány ezer fokos meleg, nagyjából annyi, mint a Nap. Sok fényt bocsát ki, de szinte semmilyen röntgen- és gamma-sugarakat. Ilyen korongok létezhetnek a fekete lyukak kialakulásának későbbi szakaszaiban. Ezért a Gargantua korong egészen más, mint a különféle képeken gyakran látható kép népszerű asztrofizikai források."

Kip Thorne az egyetlen, aki felvetette a hideg akkréciós korongok létezését a fekete lyukak körül? Természetesen nem.

A fekete lyukak hideg akkréciós korongjait régóta tanulmányozták a tudományos irodalomban:
Egyes jelentések szerint a Tejútrendszer közepén lévő szupermasszív fekete lyuknak, a Sagittarius A*-nak (Sgr A*) ugyanaz a hideg akkréciós korongja van:

Középső fekete lyukunk körül inaktív lehet hideg akkréciós korong, amely az Sgr A* "turbulens fiatalságából" maradt (az alacsony viszkozitás miatt), amikor az akkréció magas volt. Most ez a korong "beszívja" a forró gázt, megakadályozva, hogy a fekete lyukba essen: a gáz a fekete lyuktól viszonylag nagy távolságra leülepszik a korongban.

(c) Közeli csillagok és egy inaktív akkréciós korong az Sgr A∗-ban: fogyatkozások és kitörések
Szergej Nayakshin1 és Rashid Sunyaev. 1. Max-Planck-Institut fur Astrophysik, Karl-Schwarzschild-Str. Garching, Németország 2. Űrkutató Intézet, Moszkva, Oroszország

Vagy Cygnus X-1:

Spektrális és időbeli elemzést végzett egy nagy szám Az RXTE obszervatórium megfigyelései a Cygnus X-1, GX339-4 és GS1354-644 fekete lyukak akrétálódását illetően alacsony spektrumú állapotban 1996-1998 között. Mindhárom forrás esetében összefüggést találtak a kaotikus változékonyság jellemző frekvenciái és a spektrális paraméterek - a Comptonized sugárzási spektrum meredeksége és a visszavert komponens relatív amplitúdója - között. A visszavert komponens amplitúdója és a Comptonizációs spektrum meredeksége közötti kapcsolat azt mutatja, hogy a visszaverő közeg ( hideg akkréciós korong) a lágy fotonok fő szállítója a Comptonization régióban.

(c) Jelentés az SPIE szervezet „Astronomical Telescopes and Instrumentation” konferenciáján, 2000. március 21–31., München, Németország

Kölcsönhatás a csillagok és egy Inaktív Accretion Disc Galaktikus Magban // Vladimır Karas. Csillagászati ​​Intézet, Tudományos Akadémia, Prága, Cseh Köztársaság és

c) Károly Egyetem, Matematikai és Fizikai Kar, Prága, Cseh Köztársaság // Ladislav Subr. Károly Egyetem, Matematikai és Fizikai Kar, Prága, Cseh Köztársaság

A "csendes" fekete lyukak hasonlóak az Androméda-köd lyukához – az egyik első felfedezett szupermasszív fekete lyukhoz. Tömege körülbelül 140 millió naptömeg. De nem az erős sugárzás alapján találták meg, hanem a csillagok jellegzetes mozgása alapján ezen a területen. Az ilyen galaxisok magjai nem rendelkeznek intenzív „kvazár” sugárzással. Az asztrofizikusok pedig arra a következtetésre jutottak, hogy az anyag egyszerűen nem esik ebbe a fekete lyukba. Ez a helyzet a „nyugodt” galaxisokra jellemző, mint például az Androméda-köd és a Tejút.

Az aktív fekete lyukakkal rendelkező galaxisokat aktív vagy Seyfert galaxisoknak nevezzük. A Seyfert-galaxisok az összes megfigyelt spirálgalaxis körülbelül 1%-át teszik ki.

Hogy hogyan találtak szupermasszív fekete lyukat az Androméda-ködben, azt jól mutatja a BBC Supermassive Black Holes című populáris tudományos filmje.

4) Ismeretes, hogy a fekete lyukak halálos árapály-erőkkel bírnak. Nem fogják széttépni az űrhajósokat és Miller bolygóját is, amely a filmben túl közel van az eseményhorizonthoz?

Még a lakonikus Wikipédia is ír a szupermasszív fekete lyuk egy fontos tulajdonságáról:

"Az árapály-erők az eseményhorizont közelében sokkal gyengébbek, mivel a központi szingularitás olyan messze van a horizonttól, hogy egy hipotetikus űrhajós a központba utazik. fekete lyuk, nem fogja érezni a szélsőséges árapály-erők hatását, amíg nagyon mélyre nem merül."

Minden tudományos és népszerű forrás, amely leírja a szupermasszív fekete lyukak tulajdonságait, egyetért ezzel.

A fekete lyuk méretétől függ annak a pontnak a helye, ahol az árapály-erők olyan nagyságot érnek el, hogy elpusztítják az oda esett tárgyat. A szupermasszív fekete lyukak, például a Galaxis közepén találhatók esetében ez a pont az eseményhorizontjukon belül van, így egy feltételezett űrhajós anélkül tud áthaladni az eseményhorizontjukon, hogy bármilyen deformációt észrevenne, de az eseményhorizont átlépése után a középpontba esik. a fekete lyuk már elkerülhetetlen. Kis fekete lyukak esetében, amelyekben a Schwarzschild-sugár sokkal közelebb van a szingularitáshoz, az árapály-erők megölik az űrhajóst, mielőtt elérné az eseményhorizontot.

(c) Schwarzschild fekete lyukak // Általános relativitáselmélet: bevezetés fizikusoknak. - Cambridge University Press, 2006. - P. 265. - ISBN 0-521-82951-8.

Természetesen a Gargantua tömegét úgy választották meg, hogy ne tépje szét az űrhajósokat az árapály.
Érdemes megjegyezni, hogy az 1990-es Thorn Gargantua valamivel nagyobb tömegű, mint az Interstellar:

„A számítások azt mutatják, hogy minél nagyobb a lyuk, annál kisebb tolóerőre van szüksége a rakétának, hogy egy 10001 eseményhorizontból álló körön tartsa. Egy fájdalmas, de elviselhető, 10 Föld grammos tolóerőhöz a lyuk tömegének 15 billió naptömegnek kell lennie. Ezek közül a lyukak közül a legközelebbi a Gargantua, amely 100 000 fényév távolságra található galaxisunktól és 100 millió fényévre a Szűz galaxishalmaztól, amely körül a Tejútrendszer forog. Valójában a 3C273 kvazár közelében található, 2 milliárd fényévnyire a Tejúttól...
Amikor belép a Gargantua pályájára, és elvégzi a szokásos méréseket, meg van győződve arról, hogy tömege valóban 15 billió naptömeg, és nagyon lassan forog. Ebből az adatból kiszámolja, hogy a horizont kerülete 29 fényév. Végül kiszámolja, hogy ez egy lyuk, aminek a környékét a megengedett árapály-erőket és gyorsulásokat tapasztalva lehet felfedezni!

A 2014-es The Science of Interstellar című könyvben, ahol Kip Thorne leírja a filmen való munka tudományos vonatkozásait, már 100 milliós naptömegre vonatkozó adatot közöl – de megjegyzi, hogy ez a minimális tömeg, amely „kényelmes” lehet a filmen való munkavégzés során. árapály fekete lyuk erői.

5) Hogyan létezhet Miller bolygója ilyen közel egy fekete lyukhoz? Széttépik az árapály-erők?

Phil Plant csillagász, akit "Rossz csillagász" becenéven ismertek burjánzó szkepticizmusáról, egyszerűen nem tudta túllépni az Interstellart. Ráadásul előtte unalmas szkepticizmusával dühösen tönkretett sok szenzációs filmet, például a Gravitációt.

„Nagyon vártam az Interstellart.. De amit láttam, az szörnyű volt. Ez teljes kudarc. Nagyon-nagyon nem szerettem.”

– írja november 6-i cikkében.
Phil azt mondja, hogy tudományos szempontból a film teljes baromság. Ami még hipotetikus keretek között sem felelhet meg a modern tudományos elképzeléseknek. Különösen Miller bolygóját járta körbe. Egy bolygó stabilan keringhetne egy ilyen fekete lyuk körül – mondta –, de pályájának legalább háromszor akkorának kell lennie, mint magának a Gargantuának. Az óra lassabban fog járni, mint a Földön, de csak 20 százalékkal. Egy fekete lyuk közelében lévő bolygó stabilitása, amint azt a film mutatja, lehetetlen fikció. Ráadásul a fekete lyuk árapály-ereje miatt teljesen szét lesz szakadva.

De november 9-én a Plate új cikkel jelentkezik. Felhívja Nyomon követés: Csillagközi Mea Culpa. A fékezhetetlen tudományos kritikus a bűnbánat mellett döntött.

„Már megint elrontottam. De függetlenül a hibáim nagyságrendjétől, mindig igyekszem beismerni azokat. Hiszen maga a tudomány kényszerít bennünket, hogy beismerjük hibáinkat, és tanuljunk belőlük!”

Phil Plant elismerte, hogy hibákat követett el a mérlegelésben, és rossz következtetésekre jutott:

„A beszámolómban arról beszéltem, hogy Miller bolygója a fekete lyuk közelében kering. A bolygón töltött óra hét földi évnek felel meg. Az volt a panaszom, hogy ilyen idődilatációval lehetetlen lenne a bolygó stabil pályája.
És ez igaz... egy nem forgó fekete lyukra. Az én hibám az volt. hogy nem a megfelelő egyenleteket használtam egy gyorsan forgó fekete lyukra! Ez nagymértékben megváltoztatja a fekete lyuk körüli téridő képét. Most már értem, hogy ennek a bolygónak a fekete lyuk körüli stabil pályája létezhet, és olyan közel az eseményhorizonthoz, hogy lehetséges a filmben jelzett idődilatáció. Alapvetően tévedtem.
Eredeti elemzésemben azt is kijelentettem, hogy a gravitációs árapály szétszakítja ezt a bolygót. Konzultáltam pár asztrofizikussal, akik azt is mondták, hogy a Gargantua árapály valószínűleg el kell pusztítania a bolygót, de ezt még nem erősítették meg matematikailag. Jelenleg is dolgoznak a probléma megoldásán – és amint megoldódik, közzéteszem a megoldást. Magam sem tudom megmondani, hogy igazam volt-e vagy tévedtem az elemzésem során – és még ha igazam is volt, megfontolásaim akkor is csak egy nem forgó fekete lyukra vonatkoztak, tehát erre az esetre nem érvényesek.
Egy ilyen probléma megoldásához sok matematikai feladatot kell megvitatni. De nem tudom pontosan, milyen messze volt Miller bolygója Gargantuától, ezért nagyon nehéz megmondani, hogy az árapály elpusztította volna-e vagy sem. Még nem olvastam Kip Thorne fizikustól és a film executive producerétől A csillagközi tudomány című művét – azt hiszem, ez megvilágítja a problémát.
A pálya stabilitását illetően azonban tévedtem – és most szükségesnek tartom, hogy ezt a filmre vonatkozó állításomat visszavonjam.
Összefoglalva tehát: a fekete lyuk közelében lévő, a filmben látható fizikai kép valójában összhangban van a tudományokkal. Hibát követtem el, amiért elnézést kérek.

Ikjyot Singh Kohli, a Yore Egyetem elméleti fizikusa az egyenletek megoldásait tette közzé oldalán, bizonyítva, hogy Miller bolygójának létezése teljesen lehetséges.
Olyan megoldást talált, amelyben a bolygó a filmben látható körülmények között létezne. De szóba került az árapály-erők problémája is, amelyeknek állítólag szét kellene tépniük a bolygót. Megoldása azt mutatja, hogy az árapály-erők túl gyengék ahhoz, hogy széttépjék.
Még az óriási hullámok jelenlétét is alátámasztotta a bolygó felszínén.

Singh Kohli megfontolásai az egyenletekre itt:

Miller Thorne így mutatja meg a bolygó elhelyezkedését könyvében:

Vannak olyan pontok, ahol a pálya instabil lesz. De Thorne is talált egy stabil pályát:

Az árapály-erők nem szakítják el a bolygót, hanem deformálják:

Ha a bolygó az árapály-erők forrása körül forog, akkor ezek folyamatosan változtatják irányukat, és különböző módon deformálják azt a pálya különböző pontjain. Az egyik helyzetben a bolygó keletről nyugatra lapos lesz, és északról délre nyúlik. A pálya egy másik pontján északról délre préselődik, és keletről nyugatra húzódik. Mivel a Gargantua gravitációja nagyon erős, a változó belső feszültség és súrlódás felmelegíti a bolygót, ami nagyon felforrósítja. De ahogy a filmben láttuk, Miller bolygója egészen másképp néz ki.
Ezért jogos lenne azt feltételezni, hogy a bolygó mindig az egyik oldalon a Gargantua felé fordul. És ez természetes sok olyan testnél, amely egy erősebb gravitációs tárgy körül forog. Például a Holdunk, a Jupiter és a Szaturnusz sok műholdja mindig csak az egyik oldalával fordul a bolygó felé.

Thorn egy másik fontos megjegyzést is tett:

„Ha megnézzük Miller bolygóját a Manna bolygóról, láthatjuk, hogyan kering a Gargantua körül 1,7 órás keringési periódussal, és ez idő alatt közel egymilliárd kilométert tesz meg. Ez körülbelül fele a fénysebességnek! A Ranger-legénység időtágulása miatt ez az időtartam a másodperc tizedére csökken. Nagyon gyors! És nem sokkal gyorsabb a fénysebességnél? Nem, mert a Gargantua körüli örvényszerű mozgástér vonatkoztatási rendszerében a bolygó lassabban mozog, mint a fény.
Az én tudományos modell A filmben a bolygó mindig a fekete lyuk felé fordul az egyik oldalon, és nyaktörő sebességgel forog. Nem tépik szét a bolygót a centrifugális erők ettől a sebességtől? Nem: ismét megmenti a tér forgó örvénye. A bolygót nem fogja pusztítónak érezni centrifugális erők, mivel maga a tér is ugyanolyan sebességgel forog vele"

6) Hogyan lehetségesek ilyen gigantikus hullámok Miller bolygójának felszínén?

Erre a kérdésre Thorne a következőképpen válaszol:

„Elvégeztem a szükséges fizikai számításokat, és két lehetséges tudományos értelmezést találtam.
Mindkét megoldás megköveteli, hogy a bolygó forgástengelyének helyzete instabil legyen. A bolygónak bizonyos tartományban inognia kell, ahogy az a képen is látható. Ez Gargantua gravitációjának hatására történik.

Amikor kiszámoltam ennek a kilengés időtartamát, körülbelül egy óra értéket kaptam. És ez egybeesett azzal az időponttal, amelyet Chris választott – előtte még nem tudott az én tudományos értelmezésemről!
A második modellem a cunami. A Gargantua árapály-ereje ugyanennyi idő alatt (1 óra) deformálhatja Miller bolygójának kérgét. Ezek a deformációk nagyon erős földrengéseket okozhatnak. Olyan szökőárokat tudnak generálni, amelyek sokkal nagyobbak, mint a Földön valaha látottak."

7) Hogyan lehetségesek az Endurance és a Ranger hihetetlen manőverei a Gargantua körüli pályán?

1) Az Endurance egy parkolópályán mozog, amelynek sugara megegyezik Gargantua sugarával, és a Miller Point felé tartó legénység C/3 sebességgel mozog. Miller bolygója a C 55%-án mozog.
2) Az őrnek le kell lassítania C/3-ról, hogy leengedje a pályát, és megközelítse a Miller-pontot. Lelassul c/4-re, és eléri a bolygó környékét (persze itt szigorú számítást kell követni az ütéshez. De ez a számítógépnek nem probléma)

A sebesség ilyen jelentős változásának mechanizmusát Thorne írja le:

„A csillagok és a kis fekete lyukak olyan óriási fekete lyukak körül keringenek, mint a Gargantua. Ők tudják létrehozni azokat a meghatározó erőket, amelyek letérítik a Rangert körpályájáról, és leküldik Gargantuába. A NASA gyakran alkalmaz hasonló gravitációs manővert Naprendszer, bár a bolygók gravitációját használja, nem a fekete lyukat. Ennek a manővernek a részleteit az Interstellar nem fedi fel, de magát a manővert említik, amikor arról beszélnek, hogy neutroncsillaggal kell lassítani a sebességet.

A neutroncsillagot Thorne mutatja az ábrán:

A Rendezvous neutroncsillaggal lehetővé teszi a sebesség megváltoztatását:

„Egy ilyen közelítés nagyon veszélyes lehet; Az őrnek elég közel kell kerülnie a neutroncsillaghoz (vagy kis fekete lyukhoz), hogy érezze az erős gravitációt. Ha egy lassuló csillag vagy egy 10 000 km-nél kisebb sugarú fekete lyuk, akkor az embereket és a Rangert széttépik az árapály erők. Ezért egy neutroncsillagnak legalább 10 000 km-esnek kell lennie.
A forgatókönyv készítése során megvitattam ezt a problémát Nolannal, és azt javasoltam, hogy válasszunk egy fekete lyuk vagy egy neutroncsillag között. Nolan neutroncsillagot választott. Miért? Mert nem akarta összezavarni a nézőket két fekete lyukkal."

„Az IMBH-nak (Intermediate-Mass Black Holes) nevezett fekete lyukak tízezerszer kisebbek, mint a Gargantua, de ezerszer nehezebbek, mint a közönséges fekete lyukak. Coopernek szüksége van egy ilyen terelőre. Egyes IMBH-k feltehetően gömbhalmazokban képződnek, mások pedig a galaxisok magjaiban találhatók, ahol óriási fekete lyukak is találhatók. A legközelebbi példa az Androméda-köd, a hozzánk legközelebbi galaxis. Az Andromeda magjában van egy Gargantuához hasonló lyuk - körülbelül 100 millió naptömeg. Amikor az IMBH áthalad bármely sűrű csillagpopulációval rendelkező területen, a „dinamikus súrlódás” hatására az IMBH sebessége lelassul, és egyre lejjebb esik, egyre közelebb kerülve az óriási fekete lyukhoz. Ennek eredményeként az IMBH a szupermasszív fekete lyuk közvetlen közelében köt ki. Így a természet Cooper számára a gravitációs eltérés ilyen forrását biztosíthatja.

Tekintse meg a "gravitációs csúzli" valós alkalmazását a bolygóközi űrhajók példáján – olvassa el például a Voyagers történetét.