Představení
článku****Sporná
černá díra
Francouzský překlad:
Pochybnosti
o existenci černých děr.
Autoři:
Jean-Pierre
Petit, Observatoř v Marseille
| věda | jp-petit.com |
Pierre Midy,
CRI Orsay.
Přejít
přímo na vědecký článek.
Tato
práce představuje výsledky desetiletí úsilí. Za posledních 30 let měli astrofyzici
na rtech pouze jeden termín – „černé díry“. Předmět fascinuje veřejnost
a bylo mu věnováno několik knih. Nicméně observatorní potvrzení stále chybí:
černé díry „září svou nepřítomností“.
A přitom vesmír je obrovský. Naše galaxie sama o sobě obsahuje nejméně 100 až 200 miliard
hvězd.
Existence
některých objektů byla prokázána pozorováním, například kvasarů. Nyní známe
více než čtyři tisíce z nich. To neznamená, že tyto objekty zcela rozumíme,
jak vznikají, jak se vyvíjejí a jaká je jejich životnost. Ve skutečnosti o nich
nevíme nic. Jsou pouze katalogizovány stejným způsobem, jakým byly „mlhoviny“
v době astronoma Messiera.
Zjevně určité kvasary žijí v centru formací typu galaxie. Tyto galaxie mají
„aktivní jádro“, což může znamenat cokoli i nic zároveň – nevíme nic o
povaze aktivity, například jaký je její zdroj energie.
Současná astrofyzika se zdá být spokojena s málem. Na otázku:
- Co
je kvasar?
Astrofyzik
odpoví:
- Je
to jádro aktivní galaxie.
A na
otázku:
- Co
je aktivní galaxie?
Odpoví:
- Je
to galaxie s kvasarem ve svém centru...
Nedávno,
před několika lety, jsme objevili „gamma záblesky“, jeden denně. Titulek
na obálce francouzského časopisu Ciel et Espace (Sky and Space)
jednou zněl: „Gamma záblesky: konečně vyřešená záhada“. Odpověď v rubrikách
časopisu: na pozici detekovaného gamma záblesku bylo právě pozorováno malé,
jasné místo. To znamená: vyřešit záhadu znamená vědět, že oblasti oblohy, které
vydávají záblesky, také vydávají světlo....
Není to trochu .. chudé?
Naopak,
existují jiné objekty, jejichž existence byla tušena, často s dobrou přesností,
před jejich pozorováním. Typickým příkladem je supernova, popsaná v roce 1931
americkým astrofyzikem (švýcarského původu) Fritzem Zwicky na slavné konferenci
na Caltechu v USA. Zwicky tehdy vysvětlil, že dostatečně hmotné hvězdy, řekněme
s hmotnostmi nad dvacet slunečních hmotností, by měly dojít k paroxysmálnímu
konci s nárůstem výkonu během několika dní, celý fenomén probíhající zhruba
dvacet dní. Bylo to pozoruhodné předpovědní tvrzení, ačkoliv tehdy nebylo bráno
vážně. Nicméně Zwicky, tvrdohlavý, objevil první supernovy. Dnes známe několik
set. Totéž platí pro neutronové hvězdy, identifikované následně s pulsary (rotující
neutronové hvězdy) a bílými trpaslíky. Tento druh má také několik set identifikovaných
jedinců.
Černá
díra byla navržena jako odpověď na problém: co se stane s neutronovou hvězdou,
která překročí určitou „kritickou hmotnost“. Tyto neutronové hvězdy,
jasně identifikované, připomínají obrovská jádra atomů, bez protonů. Proč jsou
tyto objekty složeny výhradně z neutronů?
Neutronové
hvězdy považujeme za to, co zbylo z železného jádra hmotné hvězdy po jejím
výbuchu. Hmotná hvězda je hvězda, ve které během jejího života probíhá několik
typů fúze. Končí produkcí železa, které se nemůže účastnit žádné další exo-energetické
fúzní reakce. Toto železo, těžké, padá do centra hvězdy, tedy jako popel v krbu.
Když hvězda náhle vyčerpá palivo (jak Zwicky pochopil), zhroutí se sama na sebe
– 80 000 kilometrů za sekundu (s odchytkou kilometru za sekundu, samozřejmě).
Při pádu na železné jádro je tento plyn silně stlačen. Nejenže se odrazí, ale
dojde k několika fúzním reakcím, které již nemusí být exo-energetické, protože
energie pochází z brutální kontrakce hvězdy na sebe. Vznikají různé jaderné
druhy, včetně mnoha radioaktivních atomů s extrémně proměnlivými životnostmi.
V roce 1987 výbuch hvězdy Sanduleak v Magellanově oblaku dal definitivní potvrzení
existenci takových fenoménů (pouze 150 000 světelných let daleko).
Fenomén
úplně drtí železné jádro rozložením jeho atomů. Stává se tak stlačeným na sebe,
že elektrony nemají dostatek prostoru k pohybu mezi nukleony. Uvězněny, tedy
se kombinují s protony, aby vytvořily neutrony a neutrino.
Normálně, když stlačujeme plyn, fenomén známý jako tlak působí proti stlačení.
To platí i pro kapalinu nebo pevnou látku (vše je stlačitelné). To se stává,
když rodí mladá hvězda. Proto-hvězda je hromada plynu, která se usazuje na
sebe. Ale tím se zahřívá a síla tlaku omezuje kontrakci. Je špatným radiátorem,
ale musí ztratit energii zářením (infračerveným), než se může dostatečně stlačit,
aby se stala skutečnou hvězdou. Pokud je však její hmotnost nedostatečná, stane
se z ní „velký Jupiter“ (tato obří planeta pokračuje v vyzařování více
energie, než dostává od Slunce, ale nikdy se nestane hvězdou).
Když výbuch supernovy stlačí železné jádro, toto odvede svou energii vyzářením
fantastického množství... neutrin. Zde se scénář zcela mění: radiační ochlazování
je okamžité, protože neutrina mohou snadno uniknout. Tedy žádný protitlak. Hromada
železa je žalostně drtí. Zůstává pouze hromada neutronů, stlačených proti sobě
jako Japonci v metru v hodině špičky.
Proč kritická hmotnost? Protože neutrony nemohou snést tlak větší než maximální
hodnotu. Jako elektrické žárovky nahromaděné v šachtě. Po určité úrovni žárovek
se sklo rozbije a hromada rozbitého skla padne na dno šachty.
Když má neutronová hvězda hmotnost o něco větší než dvojnásobek hmotnosti Slunce,
tlak v jejím jádru se stává příliš velkým. Neutrony jej již nemohou snést.
Předpokládá se, že se zhroutí na sebe a žádný známý fyzikální fenomén nedokáže
jít proti tomuto „gravitačnímu kolapsu“. Trápení pro astrofyzika.
Ještě předtím, než vybuchne, je neutronová hvězda „relativistická“, na rozdíl
od „newtonovského“ objektu. To je ukázáno aspektem trajektorií „referenčních
částic“ blízko hmoty m (atomu, například). Víme, že fenomén zakřivení časoprostoru
způsobuje preces elliptické dráhy Merkuru. Ale precese je minimální. Nicméně
následující obrázek, vyvinutý z počítačových výpočtů, ukazuje významnou precesi
kvazi-elliptické trajektorie kolem neutronové hvězdy.
Tedy,
není možné popsat neutronovou hvězdu „newtonovským materiálem“.
Výpočetní
program je relativně jednoduchý a jednoho dne, až budu mít čas, jej umístím na
stránku, abyste si s ním mohli hrát, a ukázat fenomén gravitační čočky (velmi
přehnaný v následujícím):
Tedy,
jelikož jde o popis osudu neutronové hvězdy dosahující kritičnosti, je třeba
použít „rovnici pole“, tu Einsteinovu.
S
= c
T
T
je „tenzor“, který popisuje lokální obsah v „hmotné energii“. Tenzor
je nulový na vnější straně a nenulový na vnitřní. Geometrické řešení musí být
proto odvozeno ze dvou rovnic.
Pro vnitřek:
S
= c
T
pro vnitřek
S
= 0
Řešení
pro tento typ rovnice se nazývají „metriky“. Nicméně nezáleží na tom,
jakou formu objekty mají. Také jsou „tenzory“, a aby pochopil, co je
tenzor, hodně štěstí ... Trvalo mi to docela dlouho.
Slunce
je spojeno s lokální „geometrií“, která je řešením pro dvě rovnice. První
popisuje vnitřek Slunce a druhá prázdno kolem něj. Nicméně můžeme popsat pouze
jakousi „ideální slunce“, které se skládá ze sféry naplněné hmotou konstantní
hustoty. Ale to je lepší než nic. Tato řešení mají matematické výrazy, do kterých
zde nebudeme zacházet. Nebudou pro vás nic znamenat. Každá má svou vlastní „osobní
patologii“. Nazveme rn poloměr hvězdy, konstantní hustoty r. Z této hustoty
r a hodnoty c rychlosti světla můžeme vypočítat první charakteristický poloměr,
„R circumflex“:
Vnitřní
geometrické řešení je „nepathologické“, pokud a pouze pokud, hodnota
poloměru rn je nižší než tato kritická hodnota.
S
týmiž daty můžeme vypočítat druhý charakteristický poloměr:
který nazýváme „Schwarzschildův
poloměr“ Rs. Vnější řešení, které odkazuje na „prázdno“
obklopující naši hvězdu konstantní hustoty r a konstantního poloměru, bude
nepathologické, pokud a pouze pokud, hodnota poloměru hvězdy rn je vyšší než
tato charakteristická délka. Při seskupení obou je nutné, aby:
Velikost
vpravo závisí na hustotě hvězdy (mezi
1015 a 1016 gramy
na kubický centimetr). Při konstantní hustotě velikost vlevo roste jako kubus
poloměru Rn hvězdy.
To
platí pro Slunce, považované za hvězdu konstantní hustoty v první aproximaci.
Co znamená „patologie“? Vše: velikosti pod odmocninami, které se stávají
negativními, jmenovatele, které se stávají nulovými. Vidíme tedy, že hvězdu
konstantní hustoty nelze popsat následujícím typem stacionárního řešení:
„Schwarzschildův poloměr“ Slunce je 3,7 km: dobře uvnitř (rn
). Můžete si užít jeho výpočet, jelikož jeho poloměr je 695 000 km, hodnota
druhého kritického poloměru „R circumflex“ je vyšší.
Pokud
by šlo o Slunce, na škále obrázku by Schwarzschildův poloměr (3,7 km) byl
pouze bod a poloměr „R circumflex“ by šel daleko mimo list. Nahoře
uvedený obrázek odkazuje spíše na „podkritickou neutronovou hvězdu“.
Jak
probíhá „výstup k kritičnosti“? Stačí přidat vrstvy neutronů, rostoucích
v konstantní hustotě (neutronovou hvězdu přirovnáváme, pokud ne k pevné látce,
alespoň k kapce prakticky nestlačitelné kapaliny).
Získáme
nahoře uvedené křivky jednoduše použitím zobrazeného vzorce. Poloměr hvězdy
roste, ale „Schwarzschildův poloměr“ jej dostihne. A oba se setkají,
když rn dosáhne hodnoty „R circumflex“. Potom, na povrchu hvězdy,
velikost pod odmocninami se stává negativní, jmenovatelé se stávají nulovými
atd. To je matematický, geometrický překlad kritičnosti. Co jednoduše znamená,
že je nemožné popsat hvězdu pomocí buď jednoho, nebo obou kombinovaných geometrických
řešení získaných z Einsteinovy rovnice s druhým členem nenulovým (vnitřní) nebo
nulovým (vnější). Charakteristická maximální hodnota tohoto poloměru je asi
20 kilometrů. Hustota neutronové hvězdy může být z toho vypočtena.
Ale
je něco, co je málo známé, včetně mezi „kosmickými lidmi“, i když pochází
z práce provedené v 40. letech: existuje další kritičnost, fyzické povahy tentokrát,
která se objevuje právě předtím, než poloměr hvězdy dosáhne této hodnoty. Je
to extrémně blízká hodnota, nižší o pouhých 5 %. Ale když poloměr hvězdy dosáhne
ji, nebo, což vychází na stejné, hmotnost dosáhne hodnoty dvojnásobku hmotnosti
Slunce, tlak ve středu hvězdy se stává nekonečným, na základě „TOV“
modelu vyvinutého v 40. letech Tolmanem, Oppenheimerem a Volkovem (Oppenheimer
z bomby).
Tlak
uvnitř neutronové hvězdy podle vzdálenosti od středu pro různé hodnoty
hmotnosti objektu.
Toto
je pro nás fundamentální data.
Následuje
vývoj tlaku, uvnitř neutronové hvězdy, versus vzdálenost
k jejím středu, pro různé hmotnosti:
...Možná
vědci, jako jiní, si nekladou otázky, na které si myslí, že nemohou odpovědět.
Jak odpovědět na otázku:
- Co
se stane v prostředí, kde, v určitém bodě, tlak náhle se stává nekonečným?
Ale
nikdo se neptal na otázku, alespoň ne tímto způsobem. Zjevně to nikoho nezaujalo.
Mnoho specialistů na kosmologii, se kterými jsem mluvil, nebyli si vědomi tohoto
aspektu.
Vraťme
se k „příběhu černé díry“. Mohli bychom říci: Fenomén imploze destabilizované
neutronové hvězdy je nestacionární fenomén. Tedy zbudujme nestacionární řešení
pro soubor dvou výše uvedených rovnic. Nicméně nevíme jak, v věrohodném manneru.
Teoretici tedy obrátili se k „vnějšímu řešení“ (to, které popisuje,
například, geometrii na vnější straně Slunce a které se stává „patologickým“
na Schwarzschildově poloměru 3,7 km).
- Jinými
slovy „odeberte Slunce“ a prozkoumejme vlastnosti této geometrie. Tak
tady...
- Ale
je to řešení, které odkazuje na prázdný vesmír?!
-
Neber
si to na starost, uvidíme, co získáme ...Studia
začala na radiálních trajektoriích objektů ve volném pádu towards to, co by
bylo, za těchto podmínek, „černá díra sluneční hmotnosti“ o průměru
3,7 km. Proměnná t byla zachována, meant to refer to the time experienced by
an „exterior observer“, dobrý Zeman dívající se na Slunce, které
právě zakletli. Bylo zjištěno, že čas volného pádu každé testovací částice,
měřený podle tohoto času, se stává nekonečným. Nicméně pokud bychom připojili
hodiny k said částici, dorazila by na geometrické centrum objektu v konečném
časovém periodu.Teoretici
proto navrhli následující vidění: -
Toto stacionární, vnější
řešení najde nové, providenciální zaměstnání. V efektu, gravitační kolaps se
stává v velmi krátkém periodu (asi jedna desetitisícina sekundy pro destabilizovanou
neutronovou hvězdu). Nicméně jelikož fenomén se zdá trvat nekonečný čas pro
„vnějšího pozorovatele“, stacionární řešení může být použito k popisu
eminently nestacionárního fenoménu.Pokud
nejsou Thrushes, budeme jíst Blackbirds....Od
této ideje, teoretici začali ptát se, co se stane hmotě, když překročí Schwarzschildovu
plochu. A tam našli všechny hrůzy zmíněné dříve. Čas částice se stal... čistá
imagination. Rychlost částice překročila rychlost světla. Stává se tachyonem,
jehož hmotnost je ... imaginární atd., atd.Někteří
dokonce navrhli (a najdete to v mnoha knihách), že na vnitřní straně sféry,
proměnná r transformovala se na čas a proměnná t na... radiální vzdálenost.
Jak Jean Heidmann, kosmolog
v Meudonu, nyní na důchodu, kdysi říkával:
- *Když
se řeč jde o černé díry, musíte nechat svůj zdravý rozum v šatně...*
Za
těchto podmínek, pokud rozhodneme zapomenout zdravý rozum, kde je limit k
nerozsoudnosti? Jak rozhodneme budovat „fyziku nepozorovatelného“.
To je případ pro „temnou hmotu“, o které cokoli a všechno je řečeno
a napsáno, často na rychlosti několika desítek prací denně. Nikdo se zdá ne
podíval na gemellary model, hojně vyvinutý na mé stránce. Nicméně někteří
cizí výzkumníci (Čína, Japonsko) se zdají na něj dobře narazili.
Je
novinky v této oblasti. V 88-89 jsem publikoval tři články v Modern Physics
Letters A (reprodukovány na stránce), které spustili ideu, unprecedented,
kosmologie, ve které fyzikální konstanty mohou varirovat, včetně sacrosanct
rychlosti světla c. Ideu byla „znovuobjevena“ v 1993. Mnoho prací
bylo publikováno od té doby v velmi selektivních reviews jako Physical Review,
Classical and Quantum Gravity. Je již docela velká skupina „konstantních
varierů“. Někteří z nich objevili mou práci na Internetové stránce. Mnoho
z nich bylo stupefied, ještě více jelikož práce emanovala z Francie, země, která
nikdy se nedostala na povrch skrze important innovation v kosmologii, nebo
ani v astrofyzice (oblasti, které jsou typicky German, Russian, American nebo
British). Kontakt byl established v velmi cordial manner. Číňané, ne bez humoru,
řekli, že musel vzít atlas, aby našel whereabouts of Marseille a měl „impression
of discovering an unknown region of the globe“.
Proč
tato odbočka? Protože, v our opinion, vertiginous pressure increase v core
neutronové hvězdy by should alter the constants of physics and create a „hypertoric
bridge“ between the universe and its twin. Je to ideu, která needs further
study. Toto being said, if help is required in this entreprise, it will most
likely come from the „constant variers“ who have already crossed the
line. For the time being we are the only „gemellarists“ but things
might not always remain that way.
In our
opinion therefore, the gemellary context should completely change the scenario
for a destabilised neutron star. However before we are able to propose a challenger
model, we must study the classic model of the black hole. That is what is being
done in this long paper. Things are not treated „in order“. In one
section we carefully looked at Kruskal's work, showing the faults in his approach.
Everything
is motivated. In 1960 Kruskal had noticed that in the initial model (the „Schwarzschild
metric“) the speed of light was nil on the sphere in question, the „horizon
sphere“, alias the Schwarzschild Sphere, and set about curing this „illness“.
But
how do you work on geometric solutions? Can others be invented? The answer
is no. I believe that the article shows clearly the arbitrary character of the
choice of coordinates. By its essence, a geometric solution is of „invariant
coordinates“, it does not depend on the coordinates chosen. Imagine a soap
bubble. It is a surface. In one sense it is a solution to a field equation which
corresponds to the fact that the energy used in tension, to counterbalance a
constant pressure inside the bubble, is constant on all its surface. To the
question:
- What
is the surface that reacts mechanically in way that can support internal overpressure?
The
reply is:
- It's
a sphere.
But
this sphere, a geometric object, exists independantly of the coordinate
system used to identify its points. Now we know that when using a system of
meridians and parallels we create polar singularities, apparently singular
points whereas in fact they are not. They are singularities induced by the choice
of coordinates. In the case of the sphere, by the way, these singularities are
inevitable. The figure below shows a sphere and its marking system of latitude
and longitude coordinates.
Remark
: We can map a sphere, give it a marking system with two parameters using just
one pole. See the following figures:
First
mark, first family of curves to a parameter a obtained by cutting the
sphere in planes through a straight line tangent to one of its points.
This
is combined with the second family of curves obtained by****cutting
the same sphere along another straight line tangent to the sphere at the same
point, for example, orthagonal to the first.
The sphere,
thus mapped, seen from another angle which hides its unique singularity.
