Нобелівський комітет присудив премію з фізики за дослідження чорних дір, а у нас і наших читачів з'явилася маса питань про ці об'єкти. Наприклад, що буде, якщо взяти довгу палицю і опустити один її кінець під горизонт подій? Невже не можна буде витягнути її назад? Редакція за допомогою фізиків Дмитра Левкова з ІЯІ РАН і Дмитра Труніна з ІТЕФ підготувала для вас тест і пропонує розібратися, що буде, якщо два фольклорних червоноармійця відправляться порибалити до чорної діри в центрі нашої Галактики.
- 1. Отже, Петька і Василь Іванович вирішили злітати за вихідні до чорної діри в центрі нашої Галактики на риболовлю. Летять вони на Ан-2 з двигунами, які можуть видавати будь-яке прискорення, за винятком нескінченного. Коли Петька і Василь Іванович повернуться з риболовлі, якщо вони планують дістатися як мінімум до останньої стабільної орбіти навколо чорної діри?
- Правильно!
- Неправильно!
- 2. Приятель кавалеристів, фізик Джозеф Полчінскі, попереджав їх, що чорні діри оточені «вогняними стінами». Чи побачать наші герої в ілюмінатори цю вогняну стіну і чи зможуть, не згорівши, дістатися до останньої стабільної орбіти?
- Правильно!
- Неправильно!
- 3. Після прильоту Петька спробував довести Василю Івановичу, що ніяка інформація не може повернутися з-під горизонту подій. У відповідь Василь Іванович витягнув вудку, насадив на гачок хробака і закинув наживку під горизонт подій. Чи зможе черв'як розповісти Василю Івановичу, що відбувається в надрах чорної діри?
- Правильно!
- Неправильно!
- 4. Засмучений втратою хробака Василь Іванович дочекався, поки Петька піде подрімати після обіду, і вирішив випробувати безпрограшний, на його погляд, спосіб зазирнути в чорну діру. Він прив'язав до вудки не ліску, а кабель з веб-камерою. Підключивши інший кінець кабелю до ноутбука, він почав опускати вудку до горизонту. Звичайно, веб-камера до нього більше не повернеться, але може бути Василь Іванович зуміє отримати картинки з неї, перш ніж кабель порветься?
- Правильно!
- Неправильно!
- 5. Зневірений Василь Іванович вирішує зістрибнути в чорну діру самостійно, щоб дізнатися, нарешті, що вона приховує - нехай навіть він нікому не зможе про це розповісти. Розбужений звуком грюкнувших дверей, Петька виглянув в ілюмінатор у момент, коли Василь Іванович перетинав горизонт подій. Чи довго Петька зможе бачити свого комдива?
- Правильно!
- Неправильно!
- 6. Василь Іванович благополучно перетнув горизонт подій і почав рухатися далі. Скільки у нього буде часу на те, щоб оглянутися і провести якісь прості експерименти?
- Правильно!
- Неправильно!
- 7. Знаючи, що в чорній дірі досить темно, Василь Іванович захопив з собою кишеньковий ліхтарик. Всередині чорної діри він дістав його з кишені, притиснув до грудей і посвітив собі в обличчя, щоб перевірити, чи не сіли батарейки. Чи побачить Василь Іванович світ ліхтарика, якщо припустити, що батарейки в порядку, а він сам падає в чорну діру ногами вперед?
- Правильно!
- Неправильно!
- 8. Не розібравшись, що сталося з ліхтариком, кавалерист підняв його над головою і посвітив прямо вгору. Чи вийде у нього висвітлити папаху, яку зірвало з його голови по ходу падіння?
- Правильно!
- Неправильно!
- 9. Петька подумки попрощався з Василем Івановичем, розгорнув Ан-2, і потягнувся до ручки газу, щоб полетіти від чорної діри. Але чи зможе він полетіти?
- Правильно!
- Неправильно!
- Вітаємо, ваш результат: з
- Поділитися результатами
- Вітаємо, ваш результат: з
- Поділитися
1. Отже, Петька і Василь Іванович вирішили злітати за вихідні до чорної діри в центрі нашої Галактики на риболовлю. Летять вони на Ан-2 з двигунами, які можуть видавати будь-яке прискорення, за винятком нескінченного. Коли Петька і Василь Іванович повернуться з риболовлі, якщо вони планують дістатися як мінімум до останньої стабільної орбіти навколо чорної діри?
- [] Ймовірно, ніколи. Час на цій орбіті практично зупиняється, так що навіть хвилина буде їм коштувати мінімум десяток мільярдів років
- Залежить тільки від клеву. Ніхто не завадить їм бути вдома ввечері неділі
- [] Ця поїздка займе у них кілька десятків років
- [] На політ і риболовлю піде кілька десятків тисяч років. На Землі багато чого встигне статися, але Сонце ще не згасне
Правильно!
Велика частина часу піде на подорож до центру Галактики - до об'єкта Стрілець А * близько 26 тисяч світлових років. Якщо Ан-2 наших героїв будете рухатися з постійним прискоренням порядку 3500 g, то по для них пройде лише кілька днів, а на Землі - більше 27 тисяч років. Якщо ж Петька та Василь Іванович вирішать подорожувати з комфортним прискоренням до 1 g, то для них подорож триватиме близько десятка років, а на Землі пройде приблизно ті ж 28 тисяч років. Порахувати час подорожі точніше ви можете за допомогою нашого калькулятора. Уповільнення часу в останньої стабільної орбіти в цьому запізненні істотної ролі грати не буде: ця орбіта знаходиться на дистанції приблизно трьох шварцшильдовських радіусів, і час там сповільнюється приблизно в 1,7 рази. Якби нашим героям потрібно було в понеділок на роботу кудись в найближчих околицях чорної діри, вони запізнилися б на тільки на пару днів.
Неправильно!
Велика частина часу піде на подорож до центру Галактики - до об'єкта Стрілець А * близько 26 тисяч світлових років. Якщо Ан-2 наших героїв будете рухатися з постійним прискоренням порядку 3500 g, то по для них пройде лише кілька днів, а на Землі - більше 27 тисяч років. Якщо ж Петька та Василь Іванович вирішать подорожувати з комфортним прискоренням до 1 g, то для них подорож триватиме близько десятка років, а на Землі пройде приблизно ті ж 28 тисяч років. Порахувати час подорожі точніше ви можете за допомогою нашого калькулятора. Уповільнення часу в останньої стабільної орбіти в цьому запізненні істотної ролі грати не буде: ця орбіта знаходиться на дистанції приблизно трьох шварцшильдовських радіусів, і час там сповільнюється приблизно в 1,7 рази. Якби нашим героям потрібно було в понеділок на роботу кудись в найближчих околицях чорної діри, вони запізнилися б на тільки на пару днів.
2. Приятель кавалеристів, фізик Джозеф Полчінскі, попереджав їх, що чорні діри оточені «вогняними стінами». Чи побачать наші герої в ілюмінатори цю вогняну стіну і чи зможуть, не згорівши, дістатися до останньої стабільної орбіти?
- Не треба наговорювати на нашу чорну діру, вона ще занадто молода для таких феєрверків
- [] «Вогняна стіна» - лише образ. Це всього-на-всього фотони, що застрягли в гравітаційному полі, шкоди від них не більше, ніж від ліхтарика
- Не морочте нам голову, гіпотеза вогняної стіни давно відкинута
- Загроза реальна, - Петьці і Василю Івановичу доведеться одягти скафандри і вийти у відкритий космос з вогнегасниками
Правильно!
Згідно з початковою гіпотезою, сформульованою Полчінскі і його співавторами в 2012 році, вогняна стіна, що складається зі спалюючих всі частинок високих енергій, дійсно повинна виникати навколо чорних дір - але тільки навколо дуже старих, які вже втратили як мінімум половину маси за рахунок випромінювання Хокінга. На те, щоб схуднути наполовину, навіть чорній дірі зоряної маси потрібен час, що перевищує час життя Всесвіту. Тому нашим героям побоюватися нічого - Стрілець А * це надмасивна чорна діра, її фаєрвол ще не сформувався. Сама гіпотеза вогняної стіни жива і живе, оскільки це один з небагатьох варіантів дозволу інформаційного парадоксу чорних дір. Є теоретики, які пропонують вирішити парадокс за допомогою теорії голографічної відповідності (Ads/CFT-відповідності). Якщо ці ідеї будуть підтверджені, то «вогняна стіна» виявиться непотрібною.
Неправильно!
Згідно з початковою гіпотезою, сформульованою Полчінскі і його співавторами в 2012 році, вогняна стіна, що складається зі спалюючих всі частинок високих енергій, дійсно повинна виникати навколо чорних дір - але тільки навколо дуже старих, які вже втратили як мінімум половину маси за рахунок випромінювання Хокінга. На те, щоб схуднути наполовину, навіть чорній дірі зоряної маси потрібен час, що перевищує час життя Всесвіту. Тому нашим героям побоюватися нічого - Стрілець А * це надмасивна чорна діра, її фаєрвол ще не сформувався. Сама гіпотеза вогняної стіни жива і живе, оскільки це один з небагатьох варіантів дозволу інформаційного парадоксу чорних дір. Є теоретики, які пропонують вирішити парадокс за допомогою теорії голографічної відповідності (Ads/CFT-відповідності). Якщо ці ідеї будуть підтверджені, то «вогняна стіна» виявиться непотрібною.
3. Після прильоту Петька спробував довести Василю Івановичу, що ніяка інформація не може повернутися з-під горизонту подій. У відповідь Василь Іванович витягнув вудку, насадив на гачок хробака і закинув наживку під горизонт подій. Чи зможе черв'як розповісти Василю Івановичу, що відбувається в надрах чорної діри?
- [] Поряд з горизонтом подій час майже зупиняється. Василь Іванович закидатиме вудку вічно.
- Закинуть удочку он закинет, а вот вытянуть ее не сможет никак.
- Зусилля, яке потрібно Василю Івановичу, щоб утримувати вудку, миттєво стане нескінченним. Наших героїв і їхній літак миттєво потягне під горизонт подій
Правильно!
Сила, з якою Василь Іванович утримує лісок, змінюється за рахунок гравітаційного розтягнення простору біля горизонту. Перебуваючи досить далеко від чорної діри, вудку втримати можна. Але натягнення всередині ліски стає нескінченним в тому місці, де вона перетинає горизонт. Нерозтяжуваних об'єктів немає в теорії відносності (навіть у спеціальній), це веде до парадоксів. Тому ліску можна розглядати тільки розтяжливу, і вона порветься в місці, де вона перетинає горизонт.
Неправильно!
Сила, з якою Василь Іванович утримує лісок, змінюється за рахунок гравітаційного розтягнення простору біля горизонту. Перебуваючи досить далеко від чорної діри, вудку втримати можна. Але натягнення всередині ліски стає нескінченним в тому місці, де вона перетинає горизонт. Нерозтяжуваних об'єктів немає в теорії відносності (навіть у спеціальній), це веде до парадоксів. Тому ліску можна розглядати тільки розтяжливу, і вона порветься в місці, де вона перетинає горизонт.
4. Засмучений втратою хробака Василь Іванович дочекався, поки Петька піде подрімати після обіду, і вирішив випробувати безпрограшний, на його погляд, спосіб зазирнути в чорну діру. Він прив'язав до вудки не ліску, а кабель з веб-камерою. Підключивши інший кінець кабелю до ноутбука, він почав опускати вудку до горизонту. Звичайно, веб-камера до нього більше не повернеться, але може бути Василь Іванович зуміє отримати картинки з неї, перш ніж кабель порветься?
- [] Всередині чорної діри абсолютна темрява, так що Василь Іванович навіть не зуміє зрозуміти, передала щось веб-камера або відразу зламалася
- Цей спосіб може спрацювати. Електрони - квантові частинки, теорія відносності не може заборонити їм тунелювати по проводах
- [] Фотони, тобто електромагнітні хвилі, не можуть виходити за межі горизонту подій. А значить і струм через нього не тече. Василь Іванович нічого не побачить
Правильно!
Електромагнітні хвилі, дійсно, не можуть перетинати горизонт, і ніякого сигналу Василь Іванович не отримає. Якщо враховувати квантові ефекти - зокрема, випромінювання Гокінга - то в ньому дійсно можуть бути електрони, які тунелювали з чорної діри, але знайти в спектрі випромінювання інформацію про ці електрони - те ж саме, що і вирішити інформаційний парадокс. Для цього треба дочекатися, поки пройде час скремблювання - час, за який інформація, що потрапила в чорну діру, перемішається і повернеться назад у вигляді випромінювання Гокінга (для Стрільця А * цей період становить кілька десятків годин) і спробувати вирахувати потрібні нам дані. Однак для цього потрібно мати точне уявлення про випромінювання невідшкодованої чорної діри, для чого потрібно спостерігати за нею приблизно стільки ж, скільки вона існує. Так що дані з вебкамери отримати все-таки не можна. Нарешті, навіть якщо знехтувати цим і уявити, що камера змогла передати зображення, то все, що вона може побачити - це фотони, що летять до сингулярності, тобто на картинці буде видно тільки оточення чорної діри, але не її «надра».
Неправильно!
Електромагнітні хвилі, дійсно, не можуть перетинати горизонт, і ніякого сигналу Василь Іванович не отримає. Якщо враховувати квантові ефекти - зокрема, випромінювання Гокінга - то в ньому дійсно можуть бути електрони, які тунелювали з чорної діри, але знайти в спектрі випромінювання інформацію про ці електрони - те ж саме, що і вирішити інформаційний парадокс. Для цього треба дочекатися, поки пройде час скремблювання - час, за який інформація, що потрапила в чорну діру, перемішається і повернеться назад у вигляді випромінювання Гокінга (для Стрільця А * цей період становить кілька десятків годин) і спробувати вирахувати потрібні нам дані. Однак для цього потрібно мати точне уявлення про випромінювання невідшкодованої чорної діри, для чого потрібно спостерігати за нею приблизно стільки ж, скільки вона існує. Так що дані з вебкамери отримати все-таки не можна. Нарешті, навіть якщо знехтувати цим і уявити, що камера змогла передати зображення, то все, що вона може побачити - це фотони, що летять до сингулярності, тобто на картинці буде видно тільки оточення чорної діри, але не її «надра».
5. Зневірений Василь Іванович вирішує зістрибнути в чорну діру самостійно, щоб дізнатися, нарешті, що вона приховує - нехай навіть він нікому не зможе про це розповісти. Розбужений звуком грюкнувших дверей, Петька виглянув в ілюмінатор у момент, коли Василь Іванович перетинав горизонт подій. Чи довго Петька зможе бачити свого комдива?
- Всім відомо, що час біля горизонту подій зупиняється для зовнішнього спостерігача. Петька бачитиме Василя Івановича вічно
- [] Бачити його Петька буде досить довго, але все-таки не вічно
- [] Біля горизонту подій панує темрява, всі фотони йдуть вниз і Петька не зможе бачити Василя Івановича
Правильно!
Формально час на горизонті подій з точки зору зовнішнього спостерігача дійсно зупиняється. Але, по-перше, інтенсивність світла, випущеного або відображеного Василем Івановичем, експоненціально вбиватиме. Через деякий, відносно невеликий, час ця інтенсивність стане такою маленькою, що Петька буде ловити тільки окремі фотони. А рано чи пізно прийде останній фотон. Пов'язаний цей ефект з тим, що фотони, випущені Василем Івановичем, «застрягають» на довгий час поблизу горизонту. Але кількість їх все одно звичайно. Якщо у Василя Івановича буде ліхтарик, то світло від нього буде доходити.
Неправильно!
Формально час на горизонті подій з точки зору зовнішнього спостерігача дійсно зупиняється. Але, по-перше, інтенсивність світла, випущеного або відображеного Василем Івановичем, експоненціально вбиватиме. Через деякий, відносно невеликий, час ця інтенсивність стане такою маленькою, що Петька буде ловити тільки окремі фотони. А рано чи пізно прийде останній фотон. Пов'язаний цей ефект з тим, що фотони, випущені Василем Івановичем, «застрягають» на довгий час поблизу горизонту. Але кількість їх все одно звичайно. Якщо у Василя Івановича буде ліхтарик, то світло від нього буде доходити.
6. Василь Іванович благополучно перетнув горизонт подій і почав рухатися далі. Скільки у нього буде часу на те, щоб оглянутися і провести якісь прості експерименти?
- Долі секунди. Спагеттифікація не чекатиме
- Пара хвилин або близько того
- [] Час для нього зупинився, скільки разів можна повторювати. У нього тепер вся вічність для експериментів
Правильно!
Чим більше чорна діра, тим милосердніше вона до пірнальників. Радіус Стрільця А * можна порівняти з радіусом Сонця - близько 10 мільйонів кілометрів. Ця відстань Василь Іванович пролетить за пару хвилин. Причому суттєва різниця між приливними силами, що діють на його ноги і голову, виникне вже відносно близько до сингулярності в самому центрі. Тільки на відстані в кілька тисяч кілометрів від неї вони розірвуть комдива на частини. А ось невелика чорна діра зоряної маси може перетворити астронавта на спагеті навіть за межами горизонту подій.
Неправильно!
Чим більше чорна діра, тим милосердніше вона до пірнальників. Радіус Стрільця А * можна порівняти з радіусом Сонця - близько 10 мільйонів кілометрів. Ця відстань Василь Іванович пролетить за пару хвилин. Причому суттєва різниця між приливними силами, що діють на його ноги і голову, виникне вже відносно близько до сингулярності в самому центрі. Тільки на відстані в кілька тисяч кілометрів від неї вони розірвуть комдива на частини. А ось невелика чорна діра зоряної маси може перетворити астронавта на спагеті навіть за межами горизонту подій.
7. Знаючи, що в чорній дірі досить темно, Василь Іванович захопив з собою кишеньковий ліхтарик. Всередині чорної діри він дістав його з кишені, притиснув до грудей і посвітив собі в обличчя, щоб перевірити, чи не сіли батарейки. Чи побачить Василь Іванович світ ліхтарика, якщо припустити, що батарейки в порядку, а він сам падає в чорну діру ногами вперед?
- [] Побачить
- Фотони в чорній дірі не можуть рухатися нікуди крім як до центру. Василь Іванович не побачить ні ліхтарика, ні своєї руки, ні взагалі нічого нижче рівня очей.
- [] Тут є тонкість: через надвисоку гравітацію випромінювання ліхтарика перетвориться на інфрачервоне, і тільки тому побачити його Василь Іванович не зможе
Правильно!
Фотони рухаються до центру, але і герой рухається до центру, тому вести вони себе будуть в околицях комдива точно так само, як і на Землі. Довжина хвилі світла від ліхтарика може змінитися, але в інший бік - фіолетову, оскільки простір стискається.
Неправильно!
Фотони рухаються до центру, але і герой рухається до центру, тому вести вони себе будуть в околицях комдива точно так само, як і на Землі. Довжина хвилі світла від ліхтарика може змінитися, але в інший бік - фіолетову, оскільки простір стискається.
8. Не розібравшись, що сталося з ліхтариком, кавалерист підняв його над головою і посвітив прямо вгору. Чи вийде у нього висвітлити папаху, яку зірвало з його голови по ходу падіння?
- Ні, тато залишиться в темряві, а от світло ліхтарика він побачити зможе - фотони від променя ліхтарика розвернуться і підуть йому назустріч
- [] Так, вийде, якщо папаха відстає від нього на невелику відстань
Правильно!
Все падає в чорну діру, і фотони теж. Але вони падають повільніше, ніж тата, і можуть відбитися від неї. Папаху вийде висвітлити, якщо вона не сильно відстала. Головне для успіху - встигнути зловити відбите світло до остаточного падіння в сингулярність (або смерті через спагеттифікацію).
Неправильно!
Все падає в чорну діру, і фотони теж. Але вони падають повільніше, ніж тата, і можуть відбитися від неї. Папаху вийде висвітлити, якщо вона не сильно відстала. Головне для успіху - встигнути зловити відбите світло до остаточного падіння в сингулярність (або смерті через спагеттифікацію).
9. Петька подумки попрощався з Василем Івановичем, розгорнув Ан-2, і потягнувся до ручки газу, щоб полетіти від чорної діри. Але чи зможе він полетіти?
- Це остання стабільна орбіта, але щоб відлетіти від неї, знадобиться нескінченне прискорення. Двигуни Ан-2, як ми пам'ятаємо, так не тягнуть, так що Петьці доведеться оселиться там назавжди
- Друга космічна швидкість на останній стабільній орбіті не дорівнює швидкості світла, але нескінченно до неї наближається, тому набирати її доведеться нескінченний час. Не бачити Петьці Землі
- [] Ніяких проблем, звичайно полетить
- Все вийде, але ординарцю доведеться витримати прискорення 2000 метрів в секунду за секунду протягом приблизно року
Правильно!
Остання стабільна орбіта - на те й остання стабільна орбіта, що будь-яке прискорення дозволить поступово полетіти від чорної діри. Чим більше прискорення, тим швидше буде рости висота орбіти, і тим швидше Петька відлетить від чорної діри.
Неправильно!
Остання стабільна орбіта - на те й остання стабільна орбіта, що будь-яке прискорення дозволить поступово полетіти від чорної діри. Чим більше прискорення, тим швидше буде рости висота орбіти, і тим швидше Петька відлетить від чорної діри.
Вітаємо, ваш результат: з
Червоноармієць
На жаль, космічні польоти до чорних дір вимагають трохи інших навичок.
Поділитися результатами
Вітаємо, ваш результат: з
Рятувальник галактики
Ви вмієте не тільки шашкою рубати! Але деякі тонкощі пристрою нашої галактики вас все ще здатні здивувати.