VIDEO TRANSCRIPTION
Wszechnica FWW
Jak działa czarna dziura? / Dr hab. Andrzej Dragan
Description generated by Skrybot
No description has been generated for this video.
Transcription generated by Skrybot
Naczącym się Andrzej Dragan, pracuję tutaj i w Singapurze. Zajmuję się łączeniem teorii dźgnęności z teren kwantową, cokolwiek by to znaczyło. W praktyce to oznacza tyle, że badamy takie dosyć standardowe zagadnienia teorie informacji kwantowej i zastanawiam się co by się stało gdyby w pobliżu np. znajdowała się czarna dziura albo co by się stało gdyby cały ten protokój znajdował się w takich dziwnych okolicznościach, w których przestrzeń jest pokrzywiona i w jaki sposób to by wpływało na takie zagadnienia jak teleportacja kwantowa i tego typu rzeczy.
Problem jest taki, że 100 lat temu powstała teoria względności, niedawno obchodziliśmy stulecie odkrycia ogólnej teorii dźgnęności, ale złośliwi mówią, że można by równie dobrze obchodzić stulecie nieodkrycia kwantowej teorii dźgnęności albo kwantowej teorii grawitacji, dlatego że problem polega na tym, że mamy ogólną teorię wdźgnęności, ogólną teorię wdźgnęności, która opisuje skale kosmiczne, gwiazdy, układy słoneczne, czy tak jak nasz albo całe galaktyki, albo takie ekstremalne twory, o których dzisiaj będę mówił, jakimi są czarne dziury, ale z drugiej strony mamy teorię kwantową, która opisuje mikroświat, zagadnienia w mikroskali i ten opis jest kompletnie inny, i te opisy dosyć się nie pasują i zastanawiamy się czy istnieje teoria, która by łączyła w jakiś sposób opis jedno skal mikro i skal makro, w taki sposób, żeby ogólna tora wdźgnęności była jakimś granicznym przejściem z tej nieznanej jeszcze kwantowej teorii grawitacji, a z kolei taka znana nam teoria kwantowa byłaby przejściem granicznym tej nieznanej teorii do mikroskal.
Póki coś takiego nie udało się skonstruować i walczymy z tym od 100 lat, dosyć bezskutecznie. Natomiast ja dzisiaj będę mówił o poczciwej tej 100-letniej teorii ogólnej torii wdźgnęności bez jakichkolwiek, bez włączania w to zagadnieni kwantowych. Chciałbym państwu powiedzieć mniej więcej na temat tego czym są czarne dziury, ale nie w taki sposób jak można o tym czytać w opracowaniach popularno-naukowych, gdzie można nie przeszkadzać jak się zachowują, jakie są ich właściwości, ale jesteście zdani na to, żeby uwierzyć autorowi tej książki, bo po prostu są to skomplikowane zagadnienia i nie do wszystkiego można dojść samodzielnie czytając po prostu sobie sam tekst.
Chciałbym państwu postarać się pokazać dlaczego właściwości czarnych dziur są takie jakie są i chciałbym część tych właściwości państwu w pewien sposób wyprowadzić prostymi rozumowaniami, które prowadzą jako w logiczny sposób do wniosków, o których możecie czytać na przykład w prasie popularno-naukowej. Także będziecie mogli w zasadzie prześledzić te argumenty, które będę wam przedstawiał i sami ocenić czy rozumiecie tą drogę, czy coś co was przekonuje czy nie. W tym sensie jest to bliższe fizyce, bo fizyce staramy się nie wierzyć nikomu na słowo i też nie chcę, żebyście mi wierzyli na słowo, więc jeżeli coś was niepokoi albo z tym się nie zgadzacie, to chętnie podyskutuję również. Jak są jakieś pytania, to możecie mi przerywać na bieżąco.
Tak jak Einstein dotarł do ogólnej tej względności poprzez spostrzeżenie, o którym za chwilę powiem, on twierdzi, że to spostrzeżenie było najsięśliwszą myślą w jego życiu. To co za chwilę wam powiem, on uznał za tak ważne spostrzeżenie, dzięki któremu po 10 latach pracy, wytężonej pracy, bardzo frustrującej zresztą, udało mu się odkryć ogólną teorię względności, której konsekwencjami są czarne dziury, której konsekwencjami są fale grawitacyjne i wiele innych rzeczy. Tak swoją drogą, Einstein mimo że odkrył równania ogólnej teorii względności, po raz pierwszy podał je w poprawnej formie, mimo że po drodze się wiele razy mylił, to nie wierzył do końca w konsekwencje swojej własnej teorii.
Na przykład poddawał pod wątpliwość możliwość istnienia czarnych dziur, o których dzisiaj będę mówił, o których już obecnie wiemy, że istnieją. Poddawał pod wątpliwość istnienie fal grawitacyjnych, które zostały parę lat temu odkryte i za to była przyznana nagroda Nobla. Zresztą te fale grawitacyjne powstały w wyniku zdarzenia się czarnych dziur, więc Einstein powiązł prawie o wistnienie jednych i drugich. Mimo że jednej i drugiej logiczny wynikają z jego własnej teorii, więc to pokazuje, że nawet tak wybitni ludzie często mają wątpliwości co do zupełnie logicznych rozumowań, które wynikają z ich własnych przemyśleń, dlatego że te konsekwencje są tak dziwne i zaskakujące. I nawet on nie chciał wierzyć do końca, że coś takiego jest możliwe.
Ale to myśl, o której się wszystko zaczęło, przydarzyła mu się zdaję się, jak on jechał windą i zauważył, że jak winda przyspiesza albo spowalnia, to czuje się taką dodatkową siłę, która wbija nas w podłogę. Jak winda jedzie w górę i przyspiesza w górę, to czujemy, że stajemy się trochę ciężsi, podczas gdy winda zaczyna przyspieszać w dół, to czujemy się trochę lżejsi. Einstein zauważył, że gdyby taka winda zaczęła spadać z przyspieszeniem g, czyli spadać swobodnie, to w takiej windzie czulibyśmy się tak jakbyśmy w ogóle nic nie ważyli, jakbyśmy byli w stanie nieważkości.
I wszystko wokół, obok nas też byłoby w stanie nieważkości i mogłoby nam się zdawać, że żadnej grawitacji nie ma, że jesteśmy w pustej przestrzeni kosmicznej, sobie latamy, podczas gdy tak naprawdę jesteśmy w polu grawitacyjnym, w którym spadały. Więc to postrzenie było takie, że grawitacja może być włączana, wyłączana, włączana, włączana przy pomocy przyspieszenia, przy pomocy ruchu z przyspieszeniem i może być też symulowana poprzez ruch z przyspieszeniem.
Gdybyśmy na przykład byli w pustej przestrzeni, w której nie ma żadnej grawitacji, ale pomieszczenie, w którym jesteśmy, na przykład to, w którym teraz jesteśmy, zaczęło by przyspieszać w górę, gdyby pod podłogą były silniki rakietowe, które ktoś włączył i całe pomieszczenie zaczyna przyspieszać w górę, moglibyśmy się nie zorientować, czy my przyspieszamy, czy jesteśmy po prostu w polu grawitacyjnym. I gdybym na przykład tutaj miał na ścianie taki przycisk, który mogę włączać i wyłączać pole grawitacyjne tutaj, powiedzmy, że wyłączam pole grawitacyjne i wszystko jest w stanie zupełnie nieważkości, gdybym tym przyciskiem włączył pole grawitacyjne, to wszystkie tego efekty byłyby nieodróżnialne od sytuacji, w której tym przyciskiem nie włączyłbym pole grawitacyjnego, tylko włączyłbym silniki rakietowe pod podłogą, które powodują, że wszystko przyspiesza.
I powód, dla którego Einstein taką hipotezę przyjął, że nie ma różnicy pomiędzy efektami grawitacji i efektami przyspieszenia jest następujący. Gdybym teraz wyłączył pole grawitacyjne i wszystko by zaczęło sobie wisieć w powietrzu i lewitować tutaj, i gdybym w różnych miejscach tego pomieszczenia umieścił różne przedmioty, studenta, piórko, długopis, kredę, książkę, cokolwiek by mi się idzie do głowy, elektron, antyelektron, jakikolwiek przedmiot, który mi przyjdzie do głowy, mógłbym sobie tu umieścić, włączyłbym przycisk, który odpala mi pole grawitacyjne, to wszystkie te przedmioty, pod warunkiem, że nie ma tutaj powietrza, wszystko jest w próżni, wszystkie te przedmioty zaczęłyby spadać w jednakowy sposób, z takim samym przyspieszeniem.
I to jest fakt doświadczalny, który wiemy, który znamy z obserwacji, nie istnieje jakiekolwiek ciało, które by spadało chociażby minimalnie innym przyspieszeniem niż jakiekolwiek inne ciało. Nawet najbardziej egzotyczne cząstki elementarne, cząstka Hicsa czy cokolwiek innego, spada z takim samym przyspieszeniem G, jeżeli tylko włączymy pole grawitacyjne. Natomiast jest jeszcze drugi sposób, w którym mógłbym spowodować, że wszystkie te przedmioty po włączeniu przycisku zacząć spadać równocześnie, z takim samym przyspieszeniem. I tym drugim sposobem jest przyspieszenie całego pomieszczenia. Jeżeli tutaj wiszą przedmioty sobie w stanie nieważkości i ja stoję na podłodze i włączam przyspieszenie, to z mojej perspektywy te wszystkie przedmioty będą się tak samo zwilzać do podłogi, bo ta podłoga się porusza, się do nich zbliża.
Więc jest to dosyć oczywiste, że jak przyspieszam całe pomieszczenie, to wszystko będzie koniecznie spadało w ten sam sposób, dokładnie tak jak się to obserwuje w polu grawitacyjnej. I ta obserwacja spowodowała, że Einstein uwierzył, że grawitacja, to podobieństwo między grawitacją a efektami przyspieszenia jest czymś więcej niż tylko zbiegiem o liczności. I ludzie od stu lat poszukują jakichkolwiek odstępstw od tego prawa, które mówi, że wszystkie ciała spadają w polu grawitacyjnym taki sam sposób i póki to nikomu się to nie udało, czegoś takiego nie udało się znaleźć. Wszystkie obiekty, jakie znamy, kiedykolwiek udało nam się zaobserwować, zachowują się dokładnie tak samo w polu grawitacyjnej.
I ta hipoteza, że efekty grawitacji są niedróżniane od efektów przyspieszenia, nazywa się zasadą równoważności i to jest podstawa ogólnej teorii względności, którą po 10 latach Einstein zdało wyprodukować. Ta obserwacja może się wydawać taka dosyć prosta, ale konsekwencje są bardzo poważne, dlatego że jak jedziemy autobusem i autobus nagle zahamuje, albo przyspieszy, albo skręci, to wszyscy czujemy, że rzuca nami jakaś taka wirtualna siła, która wiąże się z tym, że jesteśmy w, jak to się mówi, nieinercjalnym układzie odniesienia, w takim, który zmienia swoją prędkość. Ta wirtualna siła, zgodnie z hipotezą Einsteina, jest nieodróżnialna od siły grawitacyjnej.
I w tym sensie siła grawitacji jest pewnym rodzajem wirtualnej siły, która może zupełnie zniknąć, jeśli tylko przejdziemy do układu odniesienia, który swobodnie spada. Tak jak siła, ta pozorna siła jest w autobusie, bo jedziemy, jesteśmy przypięni do podłogi, ale z perspektywy kogoś, kto stoi na chodniku i patrzy na skręcający autobus, tam żadnej siły nie ma, po prostu autobus skręca, a my chcemy jechać dalej prosto i dlatego poruszamy się względem autobusu. Więc siła grawitacji z tego punktu widzenia wydaje się taką wirtualną siłą, nieodróżnialną od siły wirtualnej. Tutaj trzeba kilka takich obostrzeń umieścić, dlatego że ta zasada równoważności, ona działa w małych obszarach.
To znaczy, jeżeli nasz pokój, nasze pomieszczenie, które rozważamy jest odpowiednio małe, to wówczas siła grawitacji się staje nieodróżnialna od takiej wirtualnej siły wynikającej z przyspieszenia. Więc to co mówię sprawdzą tylko w granicy, kiedy te obszary, które rozważamy są bardzo małe. Czy to jest mniej więcej jasne? Co powiedziałem? Są jakieś pytania? To teraz skoro tak, to zamiast zabierać się za rozumienie grawitacji i czarnych dziur, które są bardzo skomplikowanymi rzeczami, jeszcze niewiele o nich wiemy, zastanówmy się co się dzieje w układach, które są nieinercjalne, czyli które poruszają się z jakimś sposób z ruchem z przyspieszeniem.
Dlatego, że badając zachowania rzeczywistości w takich układach dowiemy się czegoś o działaniu grawitacji i w związku z tym dowiemy się czegoś być może o działaniu czarnych dziur. I okazuje się, że większość właściwości czarnych dziur można zrozumieć badając właściwości ruchu z przyspieszeniem. I o tym będę dzisiaj mówił. Chciałem zacząć od takiego bardzo prostego eksperymentu myślowego. Wyobraźmy sobie, że mamy człowieka z linijką w ręku, który stoi w środku koła, który sobie narysował na podłodze. I powiedzmy, że ten człowiek patrząc góry to wygląda w ten sposób. Wyobraźmy sobie, że człowiek chce sobie zmierzyć obwód tego koła.
Ma linijkę, więc przy pomocy linijki można to zrobić odkładając tą linijkę n razy wokół całego obwodu, licząc ile razy ta linijka musi być odłożona, żeby zatoczyć cały obrót. I powiedzmy, że w ten sposób zmierzyliśmy sobie obwód naszego koła. I to jest liczba x. W podobny sposób można zmierzyć sobie średnicę, odkładając linijkę y razy wzdłuż tej średnicy. I w ten sposób możemy wyznaczyć efektywnie w jednostek, którą jest długość linijki, jaka jest długość tej średnicy. I jak się podzieli jedno przez drugie, to ze szkoły wiadomo, że to musi być liczba pi. Stosunek obwodu koła do średnicy to jest pi. W przybliżeniu dlatego, że nasze pomiary nie muszą być idealne.
No dobrze, a teraz zastanówmy się, co by się stało, gdyby ten człowiek, który trzyma linijkę, kręcił się, gdyby był w obracającym przy układzie odniesienia, który to układ nie jest układem inercjalnym. W takim układzie pojawiają się siły pozorne. Na przykład pojawiają się siły odśrodkowe. Pojawiają się jeszcze inne siły, siła Coriolisa i tak dalej. Pojawiają się jakieś takie wirtualne siły, wynikające z tego, że się obracam, że nie jestem obserwatorem inercjalnym, że fakt istnienia tych przeciążeń to w zasadzie oznata, że jestem w układzie nieinercjalnym. I wiem już, że te efekty nieinercjalne mogą mieć coś wspólnego z grawitacją, więc warto się zastanowić, jakie będą konsekwencje.
Okazuje się, że jeżeli przejdę do układu obracającego się, to w tej prostej geometrii znajdą poważne zmiany. Na przykład ze szczególnej toli względności wiadomo, że jak coś się porusza szybko, to się skraca w kierunku ruchu. To jest jedna z konsekwencji szczególnej toli względności, że rakieta, która leci szybko, jest krótsza. Człowiek, który idzie szybko, też się spłaszcza. Oprócz tego czas powalnia również w układach, które się poruszają. Na przykład teraz mój zegarek chodzi odrobinę wolniej niż gdybym stał w miejscu z Waszej perspektywy. Jak na przykład teraz zacznę iść, ten zegarek w zasadzie trochę wolniej chodzi. Moje serce bije trochę wolniej, moje włosy rosną trochę wolniej. Czas powalnia w wyniku ruchu.
I też delikatnie się skracam. Te efekty są bardzo słabe, bo poruszam się z małymi prędkościami, ale jeśli sobie wyobrazimy, że ten obrót jest szybki, albo promień tego kółka jest duży, to te efekty stają się coraz większe, im bardziej oddalamy się od osi. No w każdym razie ten efekt zachodzi i w związku z tym ta linijka, którą człowiek przykłada wzdłuż obwodu ulegnie trochę skróceniu. A jak ulegnie skróceniu, to znaczy, że jestem w stanie odłożyć większą liczbę razy wzdłuż całego obwodu i liczba x wzrośnie w wyniku tego, że się obraca.
Natomiast jeśli chodzi o średnicę, tutaj się nic nie zmieni, dlatego że linijka przyłożona do średnicy porusza się prostopadle do swojej długości i takich prostopadłych efektów szczególnej telewizjonalności nie ma. Nie skraca się linijka prostopadle do kierunku ruchu, tylko wzdłuż ruchu. W związku z tym liczba y nie ulegnie zmianie. Czyli jeżeli ja teraz mam to narysowane kółko na ziemi i kręcę się razem z linijką i chcę sprawdzić ile razy będę w stanie przyłożyć w moim układzie odniesienia obracającym się linijkę do obwodu i do średnicy, to się okaże, że jak podzielę jedno przez drugie, to dostanę liczbę większą niż pi. Czyli wzór na obwód koła przestaje działać w nieinercjalnym, w obracającym się układzie odniesienia.
Po prostu przestaje działać. Cała geometria szkolna, mówiąca, że suma kątów, w których kącie wynosi 180 stopni, też przestaje działać. W układach nieinercjalnych, w których trzeba wziąć pod uwagę efekty szczególnej telewizjonalności, geometria przestrzeni ulega zmianie. Nie tylko to. Mówiłem o tym, że czas powalnia, jeżeli coś się porusza z dużą prędkością. Zwróćcie uwagę, że jak jestem w obracającym się układzie odniesienia, to im dalej od osi obrotu, tym większa prędkość tego ruchu obrotowego. Dlatego zegar, który jest blisko osi obrotu, porusza się wolniej niż zegar, który jest daleko od osi obrotu i można spodziewać się, że w takim obracającym się układzie odniesienia, im dalej od osi, tym czas będzie płynął wolniej.
Więc czas nie płynie w takim układzie równomiernie, tylko spowalnia w miarę oddalania się od osi obrotu. No i skoro tego typu ciekawe rzeczy, zaburzenia geometrii przestrzeni, zaburzenia upływu czasu, dzieją się nawet w takich prostych obracających się układach odniesienia, to czegoś podobnego należy spodziewać się w obecności pól grawitacyjnych, które też wytwarzają jakieś siły wokół źródeł tych pól, nazywamy to siłą grawitacji, ale to jest siła wirtualna, która jest lokalnie w małych obszarach nieodróżnialna od takich sił pozornych, które są w przyspieszającym autobusie albo w obracającym się układzie odniesieniu, w którym też jakieś siły wirtualne działają. Więc podobny rzecz należy spodziewać się w obecności sił grawitacyjnych pod warunkiem, że zasada równoważności jest prawdziwa.
No i jak powiedziałem od 100 lat nie udało się znaleźć jakiegokolwiek odstępstwa od zasady równoważności. Póki co wszystkie przewidywania oparte na tej zasadzie, przewidziania teorii względności się potwierdzają. Jaki wniosek można wyciągnąć z tego prostego eksperymentu myślowego w odniesieniu na przykład do Ziemi, do źródła pola grawitacyjnego, które znamy najlepiej? Otóż zwróćcie Państwo uwagę, że w obracającym się układzie odniesieniu, w którym im dalej od osi obrotu, im dalej od źródła, to jest w tym samym razie, że jest to, co jest w tej wersji. W tym samym razie, w którym im dalej od osi obrotu, im dalej od źródła, od tego punktu symetriki, czy osi symetriki, tym czas płynie wolniej.
Są też siły wirtualne, na przykład siła odśrodkowa, która działa na zewnątrz, wyrzuca wszystko na zewnątrz, jakby odpycha nas od tej osi obrotu. Pole grawitacyjne z kolei nie odpycha tylko przyciąga. W polu grawitacyjnym te siły wirtualne, te siła grawitacji jest skierowana do środka i można by przypuszczać, że jeżeli odwrócimy kierunki działania sił w tym przykładzie, to również powinny się odwrócić te efekty na przykład spowolnienia upływu czasu, o którym mówiłem. I można by spodziewać się, że nie tak jak w układzie obracającym się im dalej od osi obrotu, tym czas płynie wolniej, ale w przypadku pola grawitacyjnego im bliżej Ziemi, tym czas płynie wolniej.
I jak się sprawdzi bardzo precyzyjnymi pomiarami, to się okazuje, że rzeczywiście taki efekt się obserwuje. Im bliżej pola grawitacyjnego, im bliżej źródła pola grawitacyjnego, tym czas płynie wolniej. Obecnie eksperymenty, które bardzo precyzyjnie mierzą różnicę upływu czasu na niewielkich różnicach wysokości, są w stanie wykryć różnicę upływu czasu na różnicach wysokości zbędne do 10 cm. To znaczy można by stwierdzić doświadczalnie, że moja broda się starzeje trochę wolniej niż moje włosy. Jest efekt bardzo słaby, wymaga bardzo precyzyjnych pomiarów, żeby go wykryć na tak niewielkich odległościach, ale w skalach na przykład, w których poruszają się satelity wokół Ziemi, efekty się stają coraz bardziej istotne.
I na przykład w systemie GPS, który jest używany do określenia naszego położenia, który to system wymaga komunikacji z satelitą, który jest na sporej wysokości. Te efekty stają się na tyle istotne, dlatego że satelita jest daleko od Ziemi i tam czas płynie troszeczkę szybciej, że trzeba te efekty uwzględnić, ażeby system działał poprawnie. Gdyby zaniedbać, zignorować efekty ogólnej turyzm zgodności, ten efekt opóźnienia upływu czasu, nasze urządzenia GPS, na przykład mój telefon, myliłby się w określeniu mojego położenia o nawet kilkadziesiąt metrów. I wiadomo, że to jest taki najbardziej namacalny dowódów poprawności tych wniosków z ogólnej turyzm zgodności.
Więc nawet tego po prostu rozumowanie pozwala nas naprowadzić na wniosek, że należy się spodziewać w polu graficyjnym efektów takich jak dilatacja czasu, czyli opóźnienie upływu czasu. I ten efekt dilatacji czasu znajduje idealnie potwierdzenie we wszystkich pomiarach, jakie kiedykolwiek były wykonane przez ostatnie sto lat. Więc czy są jakieś pytania co do tego? Tak. Pomyślałem, że nie graficyjne obywateli się nie można zrozumieć jako pojedynki w polach graficyjnych. Jakiemu polu graficyjnym ma podana wiruska? Ta równoważność między jednym a drugim działa ściśle w nieskończenie małych obszarach, znaczy w punkcie formalnie rzecz biorąc matematycznego punktu widzenia. W dobrym przybliżeniu to mogą być małe wycinki przestrzeni.
Czyli zapewne nie znajdę takiego rozkładu pola graficyjnego, który by odpowiadał o takiej wirówce, ale znalazłbym pola graficyjny, który odpowiada fragmentowi takiej wirówki. Gdybym na przykład spojrzał na niewielki kawałek takiego układu nieinercjalnego, to ten niewielki kawałek będę w stanie zasymulować pewnym rozkładem mas. W innym kawałku musiałbym użyć innego rozkładu masy i tak dalej. Więc globalnie zazwyczaj się tego nie da zrobić, ale lokalnie jest to jak najbardziej możliwe. Więc ta zasada równoważności ma charakter lokalny. Ale jakby zachęceni tym przykładem zastanówmy się nad efektami działania przyspieszeń na obserwatora, dlatego że z tego się dowiemy najważniejsze rzeczy o czarnej dziurze.
Okazuje się, że wszystkie najważniejsze rzeczy dotyczące czarnej dziury można nie poznać, tylko zrozumieć rozważając przykład obserwatora, który się porusza jednostajnym ruchem jednostajnie przyspieszonym. Ruch jednostajnie przyspieszony w teorii względności jest dosyć problematyczny, dlatego że jakbym rozważał prędkość, która stale wzrasta, to prędzej czy później przekroczę prędkość światła i to jest dosyć kłopotliwe z perspektywy szczytu. Ruch jednostajnie przyspieszony to jest taki ruch, w którym ja przyspieszając odczuwam siłę, tą pozorną siłę, która mnie wbije na przykład fotel samochodu, który jest w stanie się rozprężyć w ten sposób, żeby się nie skończyło. Ruch jednostajnie przyspieszony to jest taki ruch, w którym ja przyśpieszając odczuwam siłę, tą pozorną siłę, która mnie wbije na przykład fotel samochodu, cały czas w ten sam sposób.
Jeżeli wcisnę gaz do dechy i czuję, że niejakaś wirtualna siła wbija fotel i cały czas czuję, że ta siła nie zmienia się w czasie, jest cały czas taka sama z mojej perspektywy, to to jest właśnie ruch jednostajnie przyspieszony. Ktoś, kto patrzy na taki samochód przyspieszający z boku stwierdzi, że jego prędkość wzrasta, to jest taki ruch jednostajnie przyspieszony. Ktoś, kto patrzy na taki samochód przyspieszający z boku stwierdzi, że jego prędkość wzrasta, coraz bardziej i coraz bardziej, ale o dziwo okaza się, że ta prędkość nie będzie dostać w nieskończoność, tylko będzie coraz bardziej zbliżać się do prędkości światła i tej prędkości nigdy nie przekroczy.
Mimo, że ja w samochodzie czuję, że siła mnie cały czas wbija fotel w ten sam sposób, to ktoś, kto stoi z boku stwierdzi, że prędkość się nie zmienia w czasie, to jest taki ruch jednostajnie przyspieszony. Ktoś, kto patrzy na taki samochód przyspieszony w boku stwierdzi, że jego prędkość nie będzie dostać w nieskończoności światła i tej prędkości nigdy nie przekroczy. Mimo, że ja w samochodzie czuję, że siła mnie cały czas wbija fotel w ten sam sposób, to ktoś, kto stoi z boku stwierdzi, że prędkość się nie przekroczy z tego prostego powodu, że masa mojego samochodu rośnie coraz bardziej.
Datkowe zwiększanie prędkości coraz bardziej wzrasta i to asymptotycznie dąży do sytuacji, w której poruszam się z prędkością światła, ale i nie przekratam. I teraz, żeby coś powiedzieć bardziej konkretnie na temat tych ruchów z przyspieszeniem, będę się posługiwał tego typu prostymi wykresami i tego typu proste wykresy pozwolą nam zrozumieć charakter czarnych dziur i ich wszystkie właściwości najważniejsze. Na takich wykresach najczęściej rysuje się zależność położenia od czasu.
Na przykład jeżeli mam obserwatora, który spoczywa, który się nie rusza, to trajektora takiego obserwatora na takim wykresie to jest pionowa linia prosta, którą zaznaczyłem literą A, bo w kolejnych chwilach czasu położenie jest cały czas takie samo, nie zmienia się, to jest właśnie spoczywający obserwator, czyli ktoś, kto spoczywa. Ktoś, kto się porusza, to jest taki ktoś, którego położenia się zmienia w czasie. Jeżeli się porusza ze stałą prędkością, to temu odpowiada ta trajektoria zaznaczona literą B, na której nachylenie jest cały czas takie samo, czyli tempo zmiany położenia w kolejnych chwilach jest cały czas takie samo. Taką przerwanną linią, która jest tutaj zaznaczona literą C, będę oznaczał trajektoria, po których porusza się światło.
Światło porusza się z dużą prędkością, z prędkością mniej więcej taką, że byłoby w ciągu sekundy w stanie okrążyć ziemię gdzieś z 8 razy czy 9, coś koło tego, więc bardzo duża prędkość. Dokłady nachylenie zależy od wyboru jednostek, od wyboru skali, które tutaj mam na tych wykresach. Możemy przyjąć taką konwencję, że światło jest nachylone pod kątem 45 stopni, co oznata, że wszystkie dopuszczalne ruchy rakiet samochodów i takich obiektów tego typu, które nie mogą przekroczyć prędkości światła, powinny być nachylone nie więcej niż pod kątem 45 stopni. To jest taka podstawowa informacja, którą trzeba wiedzieć i to w zasadzie wystarczy nam do zrozumienia najważniejszej właściwości czarnej dziury.
Czy są jakieś pytania co do tego? No dobrze, to wróćmy do ruchu jednostanie przyspieszonego. Powiedziałem, że w takim ruchu prędkość jest coraz większa, ale nie przekroczy prędkości światła, co oznata, że trajektoria takiego ruchu z przyspieszeniem jednostajnym będzie taka, że nachylenie się coraz bardziej zwiększa, dlatego że startujemy z położenia spoczynku, stopniowo zwiększamy prędkość, zwiększamy prędkość, nachylenie się coraz bardziej zwiększa, ale to nachylenie nie może przekroczyć 45 stopni. W związku z tym ta trajektoria będzie się trochę stabilizować, w którymś momencie będzie nachylona pod kątem 45 stopni i już nie więcej. I w matematyce się mówi, patrząc na takie funkcje, że takie funkcje mają asymptotę. To jest takie określenie, które się używa w szkole średniej.
Ta asymptota w tym przypadku to jest taka prosta nachylona pod kątem 45 stopni. Co oznacza, że ta trajektoria ruchu przyspieszonego będzie się coraz bardziej zbliżać do takiej asymptoty, będzie coraz bardziej nachylona, coraz bardziej, coraz bardziej, ale to nachylenie nie przekroczy 45 stopni, będzie się do niego zbliżać, ale go nie przekroczy. I też taką asymptotę można narysować i rzeczywiście okazuje się, że ta trajektoria nigdy nie przecina tak narysowanej asymptoty. Jak ktoś ma większe zacięcie matematyczne i chce sobie sprawdzić dokładnie jak to wygląda na wzorach, to może się przekonać, że taka trajektoria ruchu jednostajnie przyspieszonego to jest bardzo prosta funkcja.
To jest funkcja y w równości 1 przez x, która wygląda trochę inaczej na pierwszy rzut oka, bo jak mamy taką prostą funkcję y w równości 1 przez x, to ta funkcja wygląda tak. Natomiast ruch jednostajnie przyspieszony to jest taka właśnie funkcja 1 przez x, ale obrócona od 45 stopni. Gdybym ten wykres obrócił od 45 stopni, to odtworzę dokładnie kawałek tego ruchu jednostajnie przyspieszonego, przy czym rolę asymptoty będzie odgrywać oś y. I taka krzywa nazywa się hiperbolą, to jest hiperbola. To jest szczegół matematyczny nieistotny dla wszystkich, których wzory nie interesują. W zupełności wystarczy informacja, że mamy jakąś krzywą, która jest coraz bardziej nachylona i jakąś asymptotę, której tak szybko nie przecina.
Czy są jakieś pytania? No dobrze, to teraz zastanowimy się nad konsekwencjami tego faktu. Zwróćcie uwagę, że jeżeli w pewnej odległości od tego samochodu, który przyspiesza, czy rakiety, która przyspiesza w jakąś stronę, wybuchnie bomba atomowa, na przykład samochód wystartował tu, a kawałek dalej wybuchła bomba atomowa chwilę później, to konsekwencje tego wybuchu dotrą do samochodu z pewnym opóźnieniem. Dlatego, że bomba wybucha, potrzeba trochę czasu, żeby informacja dotarła do samochodu, który jest w pełnej odległości, czyli do rakiety, która jest w pełnej odległości. I taką linią przerywaną narysowałem najwcześniejszy moment, po jakim ktoś w tym samochodzie może się dowiedzieć o wybuchu bomby atomowej. Ten najwcześniejszy moment to jest światło, które pochodzi od tego wybuchu.
Chwilę później dojdzie dźwięk, powiew, być może jakieś inne konsekwencje. I te wszystkie konsekwencje wybuchu są zaznaczone na tym diagramie, takim zakreskowaną obszarem. To jest obszar, do których dociera informacja o wybuchu. I tam, gdzie jest punkt przedsięwzięcia tej przerywanej linii z trajektorią rakiety, to jest moment, w którym gość w rakiecie dowiaduje się, że gdzieś tam obok wybuchła bomba atomowa. I to nie jest jakiś specjalnie zaskakujące. Natomiast ciekawa rzecz jest taka, że jeżeli ten wybuch będzie miał miejsce powyżej tej asyptoty, czyli w jakimś miejscu, który jest powyżej asyptoty, na przykład ten wybuch mógłby być dokładnie w miejscu, z którego ten samochód wystartował, tylko trochę później. Tak jak jest na tym rysunku dokładnie.
Ta pszaszka znajduje się dokładnie nad punktem startu. Czyli mam rakietę, która startuje tam, z pewnym przyspieszeniem, gość tu jest w rakiecie, czuje cały czas stałe przeciążenie i za jakiś czas wybucha bomba atomowa w tym miejscu, gdzie rakieta wystartowała. I teraz pytanie jest takie, kiedy człowiek w rakiecie dowie się o wybuchu? Nigdy. Nigdy, dlatego że trajektoria rakiety nigdy nie przetnie się z informacją uciekającą z wybuchającej bomby. Ale to jest pewien problem, dlatego że informacja o wybuchu rozprzestrzenia się z prędkością światła. Ta bomba świeci. Z tej bomby wylatuje światło. Ono porusza się po tej trajektorii przerywanej, którą tam narysowałem.
To jak to się dzieje, że rakieta, która leci tam, nigdy nie zobaczy światła, które się zapaliło w tym miejscu? Czy to nie jest jakaś. . . nie ma takiej sprzeczności. No jak to stanie się sprzecznąć, to oczywiście zobaczy. Ale co by się stało, gdyby to przyspieszenie trwało zawsze? Gdybyśmy mieli dużo paliwa, jakiś nowoczesny silnik, który operuje zaną technologią, który pozwala na przyspieszenie w sposób nieprzerwany. Co wtedy? Co wtedy? No wtedy tego światła obserwator w rakiecie nigdy nie zobaczy.
Ale pytanie jest takie, czy to nie jest sprzeczne z tym, o czym państwo pewnie sto razy słyszeli, że światło porusza się zawsze z prędkością C? Z perspektywy gościa w rakiecie światło powinno się poruszać z prędkością C, powinno się zwilżać do tej rakiety z prędkością C, więc jak coś się do mnie zwilża ze stałą prędkością, no to musi do mnie w końcu dotrzeć prędzej czy później. Jak to się dzieje, że to światło nie dociera? Odpowiedź jest taka, że ta regułka, że światło porusza się z prędkością C dotyczy wyłącznie obserwatorów inercjalnych, wyłącznie obserwatorów, którzy poruszają się bez przyspieszenia. W momencie, jak mam obserwator, który przyspiesza, światło przestaje poruszać się z prędkością C.
Przynajmniej to jest pewna subtelność, musiałbym na ten temat coś więcej powiedzieć. Jest kilka sposobów patrzenia na to, co to jest prędkość, jaką w ogóle zdefiniować, ale taka prędkość mierzona przez obserwatora, która jest tam, która stara się w jakiś sposób zmiedzyć prędkość światła, która jest tu, w wyniku tego typu rozważań prędkość, którą się otrzymuje, to nie jest prędkość światła. To jest trochę inna prędkość i w największym skrócie można powiedzieć w ten sposób.
Gość, który tam w tamtą stronę przyspiesza, czuje siłę wbijającą go w dół, w podłogę, czyli czuje się jak gdyby był w polu grawitacyjnym, a gdzieś tam daleko na dole, pod jego nogami jest światło, które próbuje go gonić, ale to światło znajduje się w obszarze, w którym czas spowalnia. I fakt, że ten czas spowalnia powoduje, że ten impuls świata porusza się trochę wolniej. I z tego powodu światło pod naszymi nogami porusza się trochę wolniej niż w C, a to, które jest wysoko nad nami, porusza się trochę szybciej niż w C. Pod warunkiem, że mierzymy je, jakby biorąc tutaj, gdybyśmy byli tuż obok, to wynik byłby trochę inny.
To są jakieś tam subtelności tory wzemności, ale w największym skrócie, to ten efekt powolni, opóły czasu powoduje, że światło też spowalnia i wszystko inne spowalnia. W związku z tym światło wcale nie zbliża się z prędkością co do tego gościa w rakiecie i dlatego właśnie go nigdy nie dogoni. I zwróćcie uwagę, że to, o czym powiedziałem nie dotyczy tylko światła, dotyczy wszystkiego co się wydarzy powyżej asyptoty. Cokolwiek się stanie powyżej tej asyptoty, to żadna informacja na ten temat nigdy nie dotrze do człowieka w rakiecie. Nigdy. Tam się może wydarzyć cokolwiek, gość w rakiecie się o tym nigdy nie dowie, to nie będzie miał najmniejszego wpływu na jego życie.
I z tego powodu ten asyptotek, dosyć malowniczo się nazywa horyzontem zdarzeń. To jest określenie, które mogliście słyszeć, pewnie w kontekście czarnych dziur, ale ono pojawia się również w ruchu jednostannie przyspieszonym. Obserwator poruszający się ruchem jednostannie przyspieszonym stwierdza obecność pod swoimi nogami pewnego horyzontu zdarzeń, pod którym dzieją się rzeczy, o których się on nigdy nie dowie. I które nie będą miały nigdy żadnego wpływu na życie gościa w rakiecie. Teraz, czy to jest zbyjek okoliczności, że to samo pojęcie odnosi się do czarnych dziur? Nie.
Nie, dlatego że jak wam powiedziałem obowiązuje zasadowno ważności i gość, który jest w rakiecie, który czuje, że wbija go jakaś wirtualna siła w podłogę i twierdzi, że pod jego nogami w jakiejś odległości jest horyzont zdarzeń, jest nieodróżnialny, znaczy jego obserwacje są nieodróżnialne od obserwacji gościa, który stoi na jakiejś platformie nad źródłem pola grawitacyjnego, który może być ziemia, ale może być czarna dziura. Gdybym teraz całą ziemię ścisnął do rozmiarów bardzo małych, do rozmiarów paru centymetrów, to ziemia zamieni się w czarną dziurę.
I z mojej perspektywy, jeżeli ja będę cały czas na jakiejś platformie w tym miejscu, nie odczuję żadnej zmiany, dlatego że pole grawitacyjne wytworzone przez kule i przez punkt o tej samej masie są takie same, więc ja nie odczuję w żaden sposób konsekwencji tego. Natomiast w niewielkiej odległości od środka tego punktu pojawi się horyzont zdarzeń, dlatego że jeżeli horyzont zdarzeń pojawia się w układzie przyspieszonym, a nie ma sposobu odróżnienia od tego, czy jest to w układzie przyspieszonym, czy w polu grawitacyjnym, to horyzont zdarzeń musi się również pojawić w polu grawitacyjnym w pewnych okolicznościach. I jak widać, obecność, znaczy konieczność istnienia horyzontów zdarzeń można wyedukować rozwazając tylko tego typu prosty rysunek. Nic więcej nie trzeba.
Więc od dzisiaj nie musicie wcale wierzyć fizykom, którzy wam mówią o horyzontach zdarzeń, za których żadna informacja nie może się wydostać na zewnątrz, tylko wiecie dlaczego coś takiego mówimy. To wynika w logiczny sposób tylko z zasady równoważności i z prostych rozważań dotyczących ruchu jednostaniem przyspieszenia. Czy są jakieś pytania? No dobrze, co dalej? Tak jak powiedziałem, gość w rakiecie odczuwa obecność horyzontu zdarzeń, za niego żadna informacja nie może się wydostać. Jak coś wpadnie za horyzont zdarzeń, to już się nie wydostanie na zewnątrz. Z perspektywy kogoś to jest w takiej rakiecie.
A co odczuwałoby jabłko, które sobie swobodnie spada? Jeżeli na przykład jestem nad czarną dziurą, czy nad obiektem, który ma dużą masę, jest bardzo mały i wokół tego obiektu gdzieś w jakiejś odległości pod moimi nogami jest horyzont zdarzeń, co by się stało, gdybym upuścił jabłko, które zaczęłoby spadać swobodnie na taką czarną dziurę? Otóż takie jabłko poruszając się swobodnym spadkiem byłoby równoważne jabłku, które sobie swobodnie leci po wypadnięcie z rakiety w ruchu jednostaniem wspieszonym. Znaczy, jeżeli jest równoważność pomiędzy gościem w rakiecie i gościem stojącym na jakiejś platformie nad czarną dziurą, to jest też równoważność pomiędzy jabłkiem, które swobodnie spada nad czarną dziurę i jabłkiem, które wypadło mi z rakiety i sobie swobodnie leci.
Ruch swobodny to jest po prostu rózestawą prędkością. Czyli trajektoria takiego jabłka to jest prosta linia, która jest styczna do trajektorii rakiety w miejscu, w którym akurat to jabłko się odłączyło od rakiety. Więc jeżeli to jabłko wypadło w początkowej chwili, kiedy rakieta spoczywała, to jabłko będzie cały czas spoczywać. I z perspektywy jabłka wpadnięcie za horyzont zdarzeń nie jest niczym szczególnym, dlatego że jak jabłko ktoś się porusza po linii prostej, nie widzi żadnego horyzontu zdarzeń. Ten punkt, w którym jabłko przecina horyzont zdarzeń nie jest w żaden sposób inny do jakiegokolwiek innego punktu na trajektorii jabłka.
Z czego można by przypuszczać, że wpadnięcie do czarnej dziury, minięcie horyzontu zdarzeń nie będzie w żaden sposób szczególnym wrażeniem dla kogoś, kto spadał do takiej czarnej dziury. Tam nic szczególnego się nie wydarzy. Przynajmniej z perspektywy takiej klasycznej teorii nie uwzględniającej zjawisk kwantowych. A tylko taką się dzisiaj zajmujemy. Ktoś, kto sobie spada do czarnej dziury, minie sobie horyzont zdarzeń i nic ciekawego tam nie zauważy. I tak rzeczywiście czegoś takiego spodziewamy się, gdybyśmy wpadli do dużej czarnej dziury. Do wystarczająco dużej, żeby ta zasadarność horyzontu zdarzeń lokalnie obowiązywała w jakichś takich obszarach charakterystycznych dla obiektów takich jak człowiek czy jabłko.
Natomiast na temat tego jak się wpada do czarnej dziury, zdecydowanie odmienne zdanie ma człowiek w rakiecie. Dlatego, że tak jak powiedziałem z perspektywy tego człowieka w rakiecie, czas pod jego nogami spowalnia i płynie coraz wolniej, coraz wolniej, coraz wolniej. I takie jabłko, które wypadło mu i spada coraz niżej, znajdzie się w obszarze, w którym czas płynie coraz wolniej. W związku z tym to jabłko będzie się zarzyć coraz wolniej, coraz wolniej, coraz wolniej. I mimo, że siła grawitacji rozpędza to jabłko do coraz większej prędkości, to jest jeden efekt. To drugi efekt, który polega na tym, że czas płynie wolniej w coraz niższych obszarach, spowoduje to jabłko w którymś momencie zacznie spowalniać.
I jak się upuści takie jabłko na czarną dziurę, to ono się zacznie rozpędzać, osiągnie dokładnie połowę prędkości światła, po czym zacznie się nie rozpędzać, ale spowalniać. Dlatego, że upływ czasu, spowalnie upływ czasu zacznie dominować i to jabłko z perspektywy kogoś w rakiecie zacznie wyhamowywać, wyhamowywać, aż wreszcie zatrzyma się, kompletnie zatrzyma się, zamarznie nad samym horyzontem zdarzeń. Efekt spowalnia upływ czasu staje tam się nieskończony. Z perspektywy kogoś w rakiecie czas zatrzymuje się kompletnie na horyzoncie zdarzeń. I według kogoś kto upuścił jabłko na czarną dziurę, to jabłko zbliży się do horyzontu zdarzeń, ale go nie przekroczy.
Zniknie nam z oczu, dlatego, że światło wysyłane przez jabłko będzie podlegać skalajnemu przesunięciu Doplerowskiemu i kolory się staną coraz bardziej czerwone, czerwone, aż wyjdą poza zakres widzialny i nie będzie jabłka widzieć, ono będzie czarne. Ale ono formalnie też biorąc nie przekroczy horyzontu zdarzeń z perspektywy kogoś, kto jest w rakiecie. Mijęcie horyzontu się nigdy nie wydarzy, mówiąc najprościej. Z perspektywy kogoś, kto jest w rakiecie. Natomiast z perspektywy jabłka nie ma żadnego problemu. Jabłko mija horyzont zdarzeń i znajduje się pod spodem w skończonym czasie.
Więc w obecności pól grawitacyjnych zasada względność zjawisk jest o wiele bardziej daleko posunięta niż w szczególnej torie względności, gdzie czas mógł płynąć wolniej albo szybciej, ale to najwyżej tyle. Tutaj w ogólnej torie względności, gdzie mamy działanie pól grawitacyjnych i jakichś skrajnych zjawisk z tym związanych, względność zdarzeń jest tak skrajnie posunięta, że pewne zdarzenia może się w ogóle nie wydarzyć z perspektywy kogoś, z perspektywy jednego obserwatora. Na przykład z perspektywy gościa w rakiecie jabłko nigdy nie przekroczy horyzontu zdarzeń, a z perspektywy jabłka jak najbardziej horyzont zdarzeń zostanie przekroczony i nic tam się w ogóle nie wydarzy.
Więc ta skrajność, względność wydarzeń staje się skrajna, czy to mamy do czynienia z staremi dziurami, czy nawet z nieinercjalnymi obserwatorami takimi jak tutaj w tej rakiecie. Przesłucham jakieś pytania. Więc jak widać takie najbardziej podstawowe własności czarnych dziur mogą zostać zrozumiane na bazie tego typu prostego rysunku. I to ma bezpośrednie przewożenie na właściwości tego, co nazywamy statycznymi czarnymi dziurami, albo Schwartz-Lidowskimi czarnymi dziurami. To są czarne dziury, które nie kręcą się, które są statyczne i nie mają momentu pędu. Tego typu czarne dziury i ich zachowanie może być w dobry sposób opisane tego typu diagramami. I dobrym przybliżeniem tego, co się dzieje wokół czarnej dziury jest analiza tego, co się dzieje w jednostanie przyspieszającej rakiecie.
Natomiast też można te rozwazania kontynuować. Można się zastanawiać co się dzieje, gdy mamy więcej niż jednego przyspieszonego obserwatora. Ja mam pytanie. Ja jestem za umiejętnie psychologicznym. Tutaj dawno się nie wyczuwam. Co Pan teraz powiedział? Chciałbym powiedzieć, że w horyzoncie zdarzeń z tym miejscu prowadzi się siła reputacji tej czarnej dziury z tym upływem czasu. To znaczy, że mimo, że na horyzoncie zdarzeń siła przyciągania staje się nieskończenie duża, to upływ czasu zatrzymuje się tak naprawdę i ten upływ czasu zaczyna dominować. To teraz pytanie. Czy fizycy wierzą, że czasami się wszystko zatrzymuje? To w takim razie jak powstała ta czarna dziura.
Jeśli chodzi o obiektywy, kogoś, kto jest daleko, to to nie jest czarna dziura jak sobie wyobrażam punkt. To jest zapadająca się gwiazda, która się zapada, zapada, zapada, zapada, zapada. Już prawie się zapadła, już prawie, prawie. To jest epsilon nad horyzontem zdarzeń cała ta materia, czyli bardzo, bardzo mało. Ale ten horyzont zdarzeń się nie uformował, nie został przekroczony. W środku naszej galaktyki, gdzie mówi się, że jest czarna dziura, o ma się tam 6 milionów mas Słońca, tak naprawdę jest materia, która się zapada, zapada, zapada i to jest prawie czarna dziura. Z naszej perspektywy. Natomiast z każdego praktycznego punktu widzenia nie ma różnicy, czy to jest punkt, czy prawie punkt.
Czy czarna dziura, czy prawie czarna dziura, dlatego że jak powiedziałem wcześniej, siła grawitacyjna i wszystkie efekty, które wytwarza czarna dziura są nieodróżniane od efektów kuli. Czyli gdyby to była kula albo punkt, efekt będzie z naszej perspektywy taki sam. I dlatego na przykład, gdyby Słońce teraz zamieniło się w czarną dziurę, to za tam 8-9 minut zrobi się ciemno, bo światło przestanie do nas docierać. Przez te 8 minut ziema będzie się kręcić normalnie wokół tego Słońca, co się stanie potem? Nic się nie stanie. Ziema będzie się kręcić dokładnie dalej tak samo, dlatego że siła przyciągania Słońca i czarnej dziury zrobionej ze Słońca, gdyby Słońce zostało ściśnięte do punktu, jest taka sama.
Więc z obserwacyjnego punktu widzenia to, co widzimy w środku galaktyki, nie różni się niczym od czarnej dziury, ale formalnie to jest to zapadająca się materia, która już się prawie zapadła. Chociaż z perspektywy samej tej materii ta czarna dziura została utworzona, bo materia wpadła, materia może ten punkt w samym środku osiągnąć, tylko my tego nigdy nie zaobserwujemy. Czy Słońce jest za bani z czarnej dziury? To jest niemożliwe, bo ona ma za mało masy. Jak to zadać? Półki wciągnie? Nie, dlatego że jakbym teraz ścisnął Ziemię do punktu albo Słońce do punktu, to siła grawitacji w określonej odległości jest taka sama, nie zmieni się w ogóle.
Siła grawitacji zależy tylko od masy, a nie od promienia kuli, w jakiej ta masa jest rozłożona. Czy Słońce jest za bani z czarnej dziury? Oto jest dobre pytanie, o tym nie zdążyłem powiedzieć, a powinienem, bo za chwilę o tym będę mówił. Elektrony mają masę i one spadają tak samo jak cała reszta, ale pytanie co się dzieje ze światłem? Czy światło spada w polu grawitacyjnym czy nie? I pewnie część z Was zna odpowiedź, bo mogła o niej gdzieś czytać, ale teraz Wam powiem dlaczego, jakiej odpowiedzi należy się spodziewać, jakiej odpowiedzi można logicznie wymagać od teorii względności, jeśli zasada równoważności miałaby działać.
Otóż żeby odpowiedzieć na pytanie czy światło spada w polu grawitacyjnym, zastanówmy się czy światło spada w przyspieszającym układzie odniesienia. Wyobraźmy sobie, że mam ten przycisk na ścianie, który powoduje, że moje pomieszczenie zaczyna przyspieszać w górę, z przyspieszeniem g na przykład. Czyli wszystkie ciała, które sobie były w stanie nieważkości z perspektywy kogoś to przyspiesza, zaczynają spadać. Wszystkie tak samo. Co się stanie ze strumieniem świata, które sobie lecia poziomo? Jeżeli mam na przykład światło laserowe, które sobie leci poziomowo i nagle podłoga zaczyna przyspieszać w górę, to ta podłoga zaczyna się zbliżać do tego strumienia światła.
Czyli z perspektywy kogoś, kto stoi na podłodze światło będzie coraz niżej, coraz niżej, coraz niżej, coraz niżej, czyli tak jak gdyby spadało. Więc jeśli zasadowa ruch na wartości ma działać, to światło powinno spadać w polu grawitacyjnym, tak samo jak wszystko inne. Teraz mam pytanie do pani, z jakim przyspieszeniem będzie spadać światło? Jak na przykład mam strumień świata, które sobie leci poziomo i mija elektron. I wiem, że elektron spada, jak podłoga się zbliża, porusza się z przyspieszeniem g, to z perspektywy podłogi elektron spada z przyspieszeniem g. Teraz pytanie, jak szybko się będzie zbliżać światło, tak samo jak elektron, czy z jakimś innym temtem? Ale to działownie przyciągania ładunków nie uwzględniamy.
Więc jeżeli akurat sobie wyobrazić, że jest jakaś materia, która leży na jakimś takim odcinku i akurat ten odcinek jest mijany przez światło, to jedno i drugie będzie spadać z tym samym, zbliżać się do podłogi w tym samym tempie, no bo z perspektywy podłogi, która przyspiesza, ona się po prostu podnosi. Tak, jeżeli jest próżnie, oczywiście, bo bez próżni to byłoby co innego. Więc można by spodziewać, można by się spodziewać, że światło będzie spadać tak samo jak cała reszta z przyspieszeniem g. Jak się zrobi dokładne pomiary, to się okazuje, że fotony, które tutaj latają po tym pomieszczeniu spadają z przyspieszeniem g tak samo jak cała reszta, jak jabłka. Dokładnie z tym samym przyspieszeniem.
Co można precyzyjnie wyznaczyć robiąc pomiary? Nie widzimy tego dlatego, że światło porusza się tak szybko, że poruszając się na przykład od lampy do mojego oka, pokonuje tę odlebłość w tak krótkim czasie, że spadając z przyspieszeniem g, to jest za krótki czas, żeby to zaobserwować po prostu. Nam się wydaje, że to jest linia prosta, bo to jest bardzo słabo zagięta linia prosta, ale to jest zagięta linia prosta i odpowiada przy przyspieszeniu g. Więc nawet światło powinno zgodnie z ogólną tradycjonalności podlegać spadaniu w ten sam sposób. I to zaobserwowano zresztą wkrótce po ogłoszeniu teoria Einsteina i to było pierwsze potwierdzenie doświadczania teoria Einsteina.
Muszę trochę pominąć, bo czas kończy, ale tutaj jest taka symulacja sprzed paru dni, którą NASA opublikowała tego, jak wyglądałaby czarna dziura, gdybyśmy byli w niewielkiej odległości. To jest tamta animacja na środku. Gdyby do tej czarnej dziury wpadał jakiś pył materii i ten pył materii, gdyby się poruszał w takim okrągłym dysku, bardzo cienkim dysku, który się teraz bardziej spiralnie zbija do czarnej dziury i jest zasosany przez czarną dziurę, rozgrzewa się do dużych temperatur. Te cząstki się zdrżają ze sobą, się rozgrzewają i zaczynają świecić, więc widzielibyśmy światło, ale światło z tego dysku zagięte w pobliżu czarnej dziury w ekstremalny sposób, bo spada w polu grawitacyjnym, tak jak wszystko inne, będzie tworzyć tego typu iluzję.
Taka czarna dziura zaczyna się zachować trochę jak soczewka, która zagina światło. Czarna dziura też zagina światło i dlatego iluzja będzie taka, gdyby ten pierściny jakoś opływał tą czarną dziurę, bo ta dziura naprawdę jest płaski. Pod obym sposobem okulary tworzą pewne iluzje, prawda, czy soczewka tworzy pewną iluzję, wydaje nam się, że światło jakoś się wygina, to tylko dlatego, że patrzymy przez soczewkę. Więc z tego prostego rozumowania, o którym mówiłem, można jakościowo spodziewać się, że wokół czarnej dziury obraz będzie jakoś zdeformowany, a jak dokładnie będzie zdeformowany, to właśnie zrobiono symulację i to wygląda tak jak na tej animacji.
A z kolei w lewym górnym rogu jest znana państwu pewnie rekonstrukcja obrazu czarnej dziury na podstawie bardzo skomplikowanych pomiarów wykonanych w wielu laboratoriach na świecie. Genetyczne ilości danych zostały przeanalizowane i na ich podstawie zrekonstruowano obraz czarnej dziury, które jest bardzo daleko stąd. No i ten rysunek jest właśnie tam w lewym górnym rogu. Gdybyśmy byli blisko i widzieli trochę sytuację lepiej, to można by się spodziewać czegoś takiego. To jest wszystko, co ja dzisiaj znowu ze powiedzieć. Jakby ktoś chciał coś więcej na ten temat poczytać, to jest książka, którą napisałem na ten temat, wszystkie rysunki, to o czym mówiłem to jest fragment tej książki, więc więcej, że to znajduje się w środku. Dziękuję bardzo.
.
S K R Y B O T
Skrybot. 2023, Video transcriptions from YouTube
By visiting or using our website, you agree that our website or the websites of our partners may use cookies to store information for the purpose of delivering better, faster, and more secure services, as well as for marketing purposes.