Гидростатическое равновесие
Этот термин впервые был введен физиками для описания состояния жидкости, при котором действующие на нее силы уравновешены.
В этом случае жидкость находится в состоянии покоя.
На поверхности Земли, например, это может быть баланс между силой тяжести, действующей на жидкость, и силой давления самой жидкости, возникающей за счет межмолекулярных взаимодействий.
Однако не только жидкости можно описывать такими терминами.
Например, взаимодействие молекул газа, составляющих воздух, влияет на гравитацию Земли, что приводит к выравниванию атмосферы.
И гравитация не позволяет этому взаимодействию выбросить нашу атмосферу в космическое пространство.
Подобным образом можно описывать и изучать скалистые планеты, а также звезды, межзвездные облака газа и пыли и даже звездные скопления.
Например, согласно определению, принятому Международный астрономический союз в 2006 году планету отличает от других небесных тел то, что ее гравитация преодолевает сопротивление материала, из которого она состоит, придавая ей эллипсоидную форму и делая ее состав изменчивым по мере ее спуска от поверхности к центру.
Говорят, что планета находится в гидростатическом равновесии.
Звезды находятся в гидростатическом равновесии, поскольку внутреннее давление тепла и излучения, направленное наружу, компенсируется гравитацией их вещества.
Если звезда вращается, она может оставаться в гидростатическом равновесии до определенной максимальной скорости вращения — и за счет центробежных сил вращающееся небесное тело на экваторе имеет больший диаметр, чем то, которое соединяет ее полюса.
Чем больше энергии выделяется при термоядерном синтезе, тем больше расширяется звезда.
Когда у него заканчивается топливо, он начинает сжиматься.
Плазма, заполняющая звездные скопления, до достижения определенной массы сохраняет гидростатическое равновесие благодаря высокой температуре, которая не дает ей схлопнуться.
Горизонт событий
Прямое изображение черной дыры в центре галактики Мессье 87. Массивные тела притягивают друг друга.
Чтобы одному телу избежать гравитационного притяжения другого, ему необходимо набрать определенную скорость.
Для того чтобы космическая ракета могла не только выйти на орбиту вокруг Земли, но и выйти в космическое пространство, ей необходимо обрести т.н.
«вторая скорость убегания» или «скорость убегания».
Он рассчитывается по формуле:
Где G — гравитационная постоянная, R — расстояние от центра планеты до тела, а М — ее масса.
Чем больше масса планеты, тем большую скорость вам нужно набрать, чтобы освободиться из ее гравитационной хватки.
На Луне она составляет 2,3 км/с, на Земле – 11,2 км/с, на Юпитере – 60 км/с, на Солнце – 617,5 км/с.
Однако в своей Специальной теории относительности Эйнштейн постулировал существование максимальной скорости — скорости света в вакууме.
Оказывается, небесное тело может набрать такую массу, что, оказавшись на его поверхности (вернее, приблизившись на определенное расстояние к его центру), ничто, даже свет, уже не сможет уйти обратно в космос.
Для этого тело должно быть одновременно массивным и достаточно компактным (так как чем больше расстояние до центра R, тем меньше будет скорость убегания).
Джон Мичелл, священник из английской деревни, натуралист, геолог и астроном, придумал эту идею еще в 1784 году.
Такие гипотетические объекты он назвал «темными звездами».
И такие тела существуют в реальности – это черные дыры.
В начале 20 века Эйнштейн показал, что гравитация влияет на движение света.
Затем Карл Шварцшильд решил уравнения Эйнштейна для точечных и сферических масс.
Так появилось понятие Радиус Шварцшильда – расстояние от центра объекта, на котором вторая скорость убегания совпадает со скоростью света.
Американский физик Вольфганг Риндлер предложил называть сферу такого радиуса «горизонтом событий», а физик-теоретик Дэвид Финкельштейн в 1958 году впервые определил термин «черная дыра» как область в космосе, которую ничто не может покинуть.
Существует несколько парадоксов физики, связанных с черными дырами и горизонтом событий — противоречий, которые мы не знаем, как разрешить.
Например, внутри горизонта событий есть «сингулярность» — место, где некоторые члены уравнения Эйнштейна становятся бесконечными (например, кривизна пространства-времени).
Кроме того, сочетание квантовой механики и общей теории относительности приводит к информационному парадоксу, возникающему вблизи горизонта событий.
В 1970-е годы Стивен Хокинг показал, что черная дыра должна испускать фотоны, а параметры этого излучения определяются исключительно ее массой, зарядом и угловым моментом.
Более того, благодаря такому излучению черная дыра способна полностью «испариться» за довольно продолжительное время.
Получается, что вся остальная физическая информация о материи, попавшей в черную дыру, бесследно исчезает. Однако это противоречит одному из основных принципов физики — что состояние системы в определенный момент времени должно определять ее последующие состояния в будущем.
В частности, в квантовой физике состояние системы описывается волновой функцией, а его изменение во времени – унитарным оператором.
Унитарность предполагает, что по волновой функции, взятой в любой момент времени, можно определить значение этой функции в прошлом или будущем.
В 1997 году было высказано предположение, что существует связь между теориями, описывающими квантовую гравитацию с точки зрения теории струн, и квантовыми теориями поля.
Соответствие требованиям AdS/KTP .
Это предположение позволяет предположить, что информация все еще сохраняется при испарении черных дыр.
Поклонники теории струн считают, что излучение Хокинга не является строго тепловым — оно содержит небольшие квантовые поправки, которые кодируют информацию о материи, запертой в черной дыре.
Поклонники петлевой квантовой гравитации считают, что информация хранится в черной дыре до последнего момента, а высвобождается в самые последние моменты ее испарения, когда квантовые эффекты уже начинают влиять на ее эволюцию.
Некоторые физики вообще верит , что в нарушении унитарности нет ничего плохого, а при наличии гравитации квантовые системы уже ведут себя неунитарно.
Также в космологии горизонт событий — это максимальное расстояние до объекта, свет от которого, излучаемый в данный момент, может достичь нас в будущем.
Из-за постоянного расширения Вселенной все объекты, не связанные гравитацией с нашей системой, удаляются от нас – и чем дальше находится объект, тем быстрее он удаляется.
В результате достаточно удаленные объекты удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света (что не нарушает специальную теорию относительности, ограничивающую максимальную скорость только для локальных систем).
Поэтому мы никогда не сможем увидеть свет от некоторых предметов.
Гравитационное линзирование
На рубеже XVI и XVII веков Ньютон описал закон всемирного тяготения.
С его точки зрения, сила тяжести действовала мгновенно и на любом расстоянии на все тела, обладающие массой, притягивая их друг к другу.
Он уже задавал себе вопрос (в своей книге «Вопросы», где перечислял нерешенные на тот момент научные проблемы): могут ли массивные тела притягивать свет? Сто лет спустя видные учёные того времени Генри Кавендиш (в основном занимавшийся изучением газов) и Иоганн фон Зольднер (астроном, физик и математик) сошлись во мнении, что так и должно быть – в то время преобладала корпускулярная теория света.
, согласно которому свет представляет собой поток элементарных частиц.
Последний даже рассчитал угол отклонения светового луча под воздействием массивного тела.
Позже, в 1911 году, Эйнштейн получил тот же результат, что и его, – только он вычислил этот угол исключительно исходя из принципа гравитационное замедление времени .
Чуть позже Эйнштейн разработал общую теорию относительности, согласно которой результаты, рассчитанные ранее им и фон Зольднером, были вдвое меньше необходимых.
И это блестяще подтвердилось 29 мая 1919 года во время солнечного затмения.
Поскольку Солнце закрывалось Луной, можно было наблюдать идущий к нам свет звезд. А звезда, расположенная на небе недалеко от Солнца, действительно оказалась немного «не на своем месте» — гравитационное искривление пространства привело к тому, что свет звезды отклонился от прямой линии.
Это экспериментальное подтверждение настолько поразило общественность, что новости о нем попали на первые полосы крупнейших газет мира.
Именно после этого Эйнштейн и его ОТО добились мировой известности.
Когда ассистент спросил учёного, что было бы, если бы его расчёты не подтвердились, Эйнштейн ответил: «Мне было бы жаль Господа Бога.
Но моя теория в любом случае верна».
Угол отклонения света определяется по формуле:
Где M — масса объекта, G — гравитационная постоянная, r — расстояние до центра объекта.
Сам Эйнштейн предположил, что из-за искажения света от источника можно будет наблюдать несколько его «копий», благодаря тому, что свет будет обтекать массивное тело с разных сторон.
Однако первым опубликовал работу на эту тему Орест Данилович Хвольсон — российский и советский физик и педагог, член-корреспондент Петербургской АН, почётный член РАН.
В короткой статье «О ложной двойной звезде» в журнале Astronomische Nachrichten в 1924 году он описал свое ожидание кольцеобразного изображения источника света при гравитационном линзировании.
В 1936 году Эйнштейн опубликовал свою статью, в которой рассчитал радиус такого кольца.
В 1937 году астрофизик Фриц Цвики предположил, что недавно открытые галактики могут быть одновременно источником света и гравитационной линзой.
В 1963 году несколько астрофизиков независимо друг от друга предположили, что идеальным источником света для наблюдения гравитационного линзирования должен быть квазары .
Но впервые этот эффект наблюдался лишь в 1979 году.
Изображение квазара Двойное QSO оказалась раздвоенной благодаря галактике YGKOW G1, расположенной непосредственно между Землей и квазаром.
С 1980-х годов благодаря распространению ПЗС-матрицы и компьютерной обработки изображений эффект гравитационного линзирования стал наблюдаться регулярно.
Словарь Абсолютная величина Адаптивная и активная оптика Альбедо Астрономическая единица Барионные акустические колебания белый Гном Процесс захвата быстрых нейтронов Скопления галактик Галактическое гало Галилеевы спутники гелиосфера Гидростатическое равновесие Горизонт событий Гравитационное линзирование Сила тяжести Диаграмма Герцшпрунга-Рассела Закон Хаббла Затменные звезды Звезда Вольфа-Райе Зодиакальный свет ионосфера Квазар Кома Коричневый карлик скорость убегания Космические лучи Красный карлик Магнетар Межзвездная среда Местная группа Молекулярные облака Нейтрино Нейтронная звезда Неправильная галактика Новая звезда Параллакс Парсек Планета Планетарная туманность Северное сияние Приливное отопление Протопланетный диск Радиационный пояс рассеянное звездное скопление реликтовое излучение Сверхновая типа Ia Сверхновая типа II Яркость Сильное взаимодействие Слабое взаимодействие Диапазон Стандартные свечи Темная материя Темная энергия Тень и полутень Теория большого взрыва Транснептуновый объект Хромосфера Цефеиды Червоточины Черные дыры Шаровые скопления Кирквуд трещины Ээксцентриситет орбиты Ээлектромагнетизм эллиптическая галактика ?Эффект Допплера Теги: #астрономия #Популярная наука #физика #гравитационное линзирование #горизонт событий #гидростатическое равновесие
-
Петли Междоменной Маршрутизации
19 Oct, 24 -
Нужны Разные Метрики, Разные Метрики Важны
19 Oct, 24 -
Spring Remoting — Spring + Rmi
19 Oct, 24 -
5-Й Харьковский Open
19 Oct, 24 -
Бумажная Настольная Игра Doodlebattle
19 Oct, 24 -
Многооконный Интерфейс: Шаг В Будущее
19 Oct, 24