Мы кратко говорили о горизонте событий в нашем списке фактов о «черных дырах». Настало время провести детальное обсуждение горизонта событий и понять, что это такое и почему это так важно. Итак, вот 20 удивительных фактов о горизонте событий, отобранных и упрощенных для вас.
№1. Чтобы даже понять горизонт событий, нам нужно объяснить пространство-время. Пространство-время, в физике - это математическая модель, в которой пространство и время (которые являются двумя различными объектами) объединены в единый континуум.
№2. Итак, что такое континуум? Континуум - это не что иное, как непрерывная последовательность, в которой элементы, смежные друг с другом, заметно не различаются, но на конечностях они очень различны. Таким образом, в пространственно-временном континууме пространство и время заметно не различаются. Однако на конечностях они очень разные. Например, пространство имеет три измерения, а время, с другой стороны, имеет только одно измерение, которое мы называем четвертым измерением.
№3. Теперь, когда у нас есть краткое представление о том, что такое пространство-время, мы можем перейти к Горизонту Событий. Горизонт событий - это граница в пространственно-временном континууме. Если человек находится за этой границей, события, происходящие в пределах границы, не будут влиять на него.
№4. Внутри горизонта событий происходящие события просто убьют человека. На самом деле, граница - это точка возврата. Неопределенно говоря, все, что находится за границей, безопасно. Все, что находится внутри границы, никогда не вернется и будет полностью уничтожено.
№5. Почему горизонт событий называют точкой невозврата? Это потому, что гравитационное притяжение внутри границы настолько сильно, что избежать этого гравитационного притяжения одним словом - «невозможно».
№6. Горизонты событий в основном встречаются вокруг черных дыр.
№7. Даже если свет испускается внутри границы, он не может избежать огромного гравитационного притяжения и, следовательно, он не может достичь наблюдателя, расположенного за пределами границы.
№8. Поскольку свет не может покинуть горизонт событий, черные дыры буквально невидимы для человеческого глаза.
№9. Если смотреть с другой стороны, если что-то приближается к горизонту событий за пределами границы (сторона, где находится наблюдатель), то оно постепенно замедляется, и этот объект никогда не пройдет через горизонт.
№10. Когда что-то приближается к горизонту событий, его изображение постепенно смещается с каждым мгновением.
№11. Что такое красное смещение? Красное смещение - это состояние, при котором любое электромагнитное излучение или даже свет от какого-либо объекта постепенно увеличивается в длине волны. Это означает, что свет или электромагнитное излучение постепенно смещаются к красному концу спектра. Когда происходит красное смещение, частота или энергия фотона постепенно уменьшаются, что является не чем иным, как увеличением длины волны.
№12. Итак, что вызывает красное смещение, когда что-то приближается к горизонту событий? Когда мы наблюдаем красное смещение, это означает, что свет от объекта возвращается к нам. Это возможно до тех пор, пока объект фактически не войдет в Горизонт Событий, где свет не может выйти. Прежде чем объект войдет в горизонт событий, фотоны в свете, испускаемом объектом, попытаются избежать огромной гравитации.
Это означает, что фотонам придется работать больше, чтобы убежать. Чем больше работы они делают, тем больше энергии они теряют. Другими словами, фотоны должны будут выпустить немного энергии, чтобы вырваться из гравитации. Теперь частота фотонов прямо пропорциональна их энергии.
Итак, если энергия фотона падает, его частота падает. Падение частоты означает увеличение длины волны. Это объясняет, почему объект становится красным по мере приближения к горизонту событий. Это называется гравитационным красным смещением, предсказанным теорией общей теории относительности Эйнштейна.
№13. Итак, почему объект замедляется при приближении к горизонту событий? Это происходит из-за гравитационного замедления времени. Мы объясним гравитационное замедление времени в другом списке.
№14. Забавная вещь в Горизонте Событий состоит в том, что даже если человек, расположенный на безопасном расстоянии от Горизонта Событий, испытывает или наблюдает красное смещение и гравитационное замедление времени, объект, который фактически приближается к границе, не будет испытывать ничего странного. Он не будет испытывать красное смещение или замедление времени и пройдет через горизонт событий в конечном количестве того, что известно как «надлежащее время».
№15. Так что такое надлежащее время? Предположим, что наблюдатель за горизонтом событий привязывает часы к объекту и выбрасывает его к границе. Этот «бросок» - это событие, когда часы были активны и измеряли время. Когда объект приближается к горизонту, часы также приближаются одновременно. Итак, это «приближение» - еще одно событие. Таким образом, надлежащее время - не что иное, как истекшее время, измеренное часами между двумя событиями, учитывая, что сами часы проходят через оба события.
№16. Поскольку объект, приближающийся к горизонту событий, даже не увидит ничего странного, он даже не узнает, что на самом деле приближается к горизонту событий, потому что эта граница не является чем-то физическим. Это только мнимая граница, основанная на математических расчетах.
№17. Только после того, как объект входит в горизонт событий, он может испытывать изменения. Как? Все попытки вернуться на самом деле потерпят неудачу.
№18. Горизонты событий черных дыр порождают явление, известное как спагеттификация или эффект лапши. Это явление, при котором объект, попадающий в горизонт событий, будет растягиваться вертикально и сжиматься в боковом направлении до тех пор, пока он не примет форму спагетти или лапши. Это происходит из-за огромных приливных сил, которые существуют в горизонте событий и вызваны огромным гравитационным притяжением сингулярности.
№19. Интересно, что это спагеттификация может иметь место даже до того, как объект войдет в горизонт событий. Зачем? В широком смысле существует два типа черных дыр - супермассивные и более мелкие черные дыры. Меньшая черная дыра, такая как черная дыра звездной массы, будет иметь свою особенность очень близко к горизонту событий, и в результате приливные силы, вызванные гравитацией этой сингулярности, существуют и распространяются за пределы горизонта событий. Таким образом, любой объект, который приближается к меньшей черной дыре, будет испытывать спагеттификацию даже перед входом в горизонт событий.
№20. В случае сверхмассивных черных дыр точка сингулярности находится далеко от горизонта событий, и поэтому приливные силы не существуют вне горизонта событий. Таким образом, спагеттификация не произойдет, пока объект не войдет в горизонт событий. Итак, можно сделать вывод, что удаленный наблюдатель действительно увидит объект, спагетизированный до того, как он исчезнет, если приблизится к маленькой черной дыре. Наблюдатель вообще не сможет увидеть спагеттификацию, если объект приблизится к сверхмассивной черной дыре.
