Действительно, у фотона нет массы, и, казалось бы, гравитация на него не должна действовать.
Тогда почему говорят, что свет не может покинуть черную дыру?
Дело в том, что массивные тела искривляют пространство-время.
А в искривленном пространстве свет может двигаться уже не по прямой, а по искривленной траектории, даже по замкнутой.
Этот эффект подтвержден экспериментально: например, свет от далеких звезд искривляется, когда проходит вблизи Солнца.
А вот около черной дыры пространство искривлено настолько сильно, что свет просто не может, грубо говоря, взобраться на слишком крутую стену искривленного пространства. Вот истинная причина черноты черных дыр.
Внешний вид черной дыры в представлении художника. Взято из открытых источников
О существовании в глубинах космоса черных дыр слышали все. Но не все знают, что это такое и откуда возникают черные дыры. Сегодня, попробуем вам объяснить простыми словами, что такое черные дыры и какова их природа существования и возникновения.
Для начала нужно сказать, что в космосе нет ничего быстрее фотонов света или простыми словами, быстрее света ничто не передвигается в пределах всей Вселенной. А теперь представим, что в космосе есть такое место, где гравитация сильна настолько, что даже сами фотоны света не могут уйти от этой самой гравитации и все те объекты, скорость которых равна скорости света. Так вот, такой объект в космосе, который обладает столь огромной гравитацией и есть черная дыра. Считается, что столь мощная гравитация возникает, потому что в данном объекте вся материя сжата в очень крошечном пространстве.
Строение черной дыры. Взято из открытых источников
Есть мнение, что черные дыры возникают, когда сверхмассивные звезды, как минимум, в 20 раз тяжелее нашего Солнца, истрачивается все топливо и термоядерные процессы останавливаются. После этого, из-за того, что гравитация у такой звезды просто огромна, то она начинает ускоренными темпами сжиматься до размеров нейтронной звезды. И тут два развития событий: сжатие звезды остановится на стадии сверхплотной нейтронной звездой или же это сжатие продолжится с огромной силой, из-за которой даже фотоны света не сумеют преодолеть гравитацию и покинуть ее пределы. Вот тогда, бывшая массивная звезда и станет чёрной дырой.
Так как чёрные дыры не излучают и не отражают никакого света, как большая часть объектов во Вселенной, то ученые могут понять, что в определенном месте находится черная дыра по ряду причин признаков. В этом им помогают специальные приборы, которые могут зафиксировать очень сильное влияние гравитации на близкие к черной дыре звёзды и межзвездные газы и скопления. Так что, из-за характерного поведения объектов, находящихся около черных дыр, можно доказать, что в данной области существует именно черная дыра, которая и вызывает сжатие пространства и притягивает к себе все эти объекты.
Внешний вид черной дыры в представлении художника. Взято из открытых источников
Ну и немного о том, что же произойдет с объектами, которые попадут в черную дыру. Вообще, у черный дыры есть ее воображаемая граница "невозврата", которую называют горизонтом событий. Ученые не могут точно ответить, что же может находиться дальше за этим горизонтом. Но точно понятно, что внутри черной дыры пространство и время устроены так, что движение всегда идет сторону центра черной дыры, там куда попадают все объекты. Говоря проще, любой объект, который пройдет горизонт событий будет двигаться только к центру черной дыры уже за, неизвестным нам, горизонтом событий и пространство разорвет этот объект на атомы.
Поэтому, чего бы вы не делали, обратной дороги из черной дыры нет, она имеет способность искажать даже время и пространство, привычное для человеческого понимания. Получается так, что все объекты, которые попали внутрь черной дыры просто разрываются на атомы и сжимаются в одной крошечной точке, в которой действует настолько чудовищная сила гравитации, которая невообразима в масштабах Вселенной. Приходя к итогу, скажем, что в центре нашей галактики - Млечного Пути, находится сверхмассивная черная дыра, которая называется Стрелец А. Масса этой черной дыры в 4 миллиона раз больше массы нашей звезды - Солнца.
Первое реальное фото тени чёрной дыры, полученное в радиодиапазоне. Взято из открытых источников
Так вот, вокруг этой черной дыры Стрелец А движутся, практически, все объекты, расположенные в нашей галактике. Это как звезды и другие объекты, так и межзвездный газ и всевозможные скопления. Но скажем сразу, что совершенно не стоит пугаться, ведь учеными давно доказано, что все большие галактики во Вселенной, как раз-таки, имеют в своем центре сверхмассивную черную дыру. Но не обязательно, что Стрелец А поглотит всю галактику. Но, если такое и произойдет, то точно не скоро, так как пройдут миллиарды лет, пока наступит это гипотетическое событие.
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу
Короче, чуваки, рассказываю: когда вы движетесь со скоростью близкой к скорости света, то и весь микро мир внутри вас тратит свою скорость на эту скорость вперед в пространстве, а поскольку скорость не бесконечна, то и скорости на свое обычное движение у них не остается и получается, что вы как бы "замораживаетесь", что ощущается как остановка времени для вас (чем оно по сути и является, ведь время мы считаем по колебанию атомов и если ваши атомы колебаются медленней, то ваше время течет медленней)
Меня давно мучает вопрос. Если свет притягивается массивными телами вроде звезд и черных дыр, из последних он вообщесвырваться не может, значит на свет(эми - электромагнитное излучение) влияет гравитация. Гравитация распространяет свое действие на бесконечное пространство, чем дальше от объекта гравитации тем меньше воздействие согласно формуле. Допустим такую модель, что у нас есть очень массивный объект гравитации, а вокруг него пустое пространство(нет ни звёзд, ни галактик, ничего). Далее испускаем фотон света в противоположную сторону от объекта гравитации. Фотон перемещается со скоростью света, и на протяжении всего пути на него действует гравитация объета. На бесконечно удаленном расстоянии действует бесконечно малая сила гравитации. Соответственно фотон должен откланиться от своей траектории в какую-либо сторону, чем дольше он будет лететь тем больше должен будет откланяться. И в итоге должен повернуть обратно к объекту гравитации.
Следовательно, через бесконечно долгое время можно будет увидеть на объекте гравитации тот самый вернувшийся фотон?
И ещё если свет притягивается гравитацей, то свет притягивается друг к другу или нет? Допустим, есть два луча света испускаемых параллельно в вакууме. То на бесконечно удаленном растоянии лучи начнут притягиваться, и уже будут не параллельными?
Простой, но интересный момент из физики, чтобы напрячь мозги. Просьба подумать, как бы вы распутали эти противоречия.
Итак, имеем такую ситуацию.
1. Где-то в глубине космоса происходит некое событие, в результате которого появляется 2 (два) фотона света. Возникший луч света (а свет, как мы знаем, всегда распространяется по прямой) оказывается направлен прямо на Землю, которая находится на расстоянии L. Направление луча примем за ось Y. Посередине этого пути один фотон попадает в мерзкие скользкие холодные серые лапы пришельцев и они забирают его на опыты. А другой фотон долетает до Земли и оказывается в тёплых заботливых белых (неполиткорректно!) чёрных руках астрофизика для дальнейшего изучения:
2. Астрофизик начинает листать учебник и находит там такие выражения:
3. Астрофизик подставляет в первое уравнение "y = L" и получает, что напряженность электрического поля в точке L в любой момент времени равна E = E0 * cos (w*t - k*L). Отсюда он делает вывод, что свет распространяется с бесконечной скоростью, поскольку в тот самый момент, когда в далеком космосе появляется фотон, на Земле по изменению напряженности E = E0 * cos (-k*L) уже зафиксируют появление этого фотона. И это изменение напряженности можно даже использовать в хозяйстве, заставляя колебания электромагнитного поля вырабатывать ток в фотоэлементах.
4. Астрофизик обращается в Нобелевский комитет с просьбой выплатить ему энную сумму за доказательство бесконечной скорости распространения света, но там ему неполиткорректно сообщают что он дурак и выкладки его неправильные. "Но почему?!" - недоумевает наш герой. Его просят не верить всему что написано в учебнике и отправляют изучать работы Максвелла и Эйнштейна.
5. Пытливый ум нашего героя вычитывает, что свет движется с определённой скоростью, потому что это следует из уравнений Максвелла:
На этом месте наш астрофизик совсем запутывается, потому что из этих уравнений следует, что свет вовсе не движется по прямой, а одновременно распространяется по осям x, y и z. То есть световая волна является сферической и у неё нет какого-то одного выделенного направления. Соответственно, этот фотон мог быть пойман как на Земле, так и на созвездии Козерога.
6. Коллеги сочувствует тяжкому положению нашего героя и советуют ему почитать что-то про уравнение Шредингера, поскольку поведение фотона света с начала XX века было выведено из-под юрисдикции Максвелла и передано в ведение сумрачной германской науки:
7. "Ну и как отсюда следует, что свет должен двигаться по прямой?" - вопрошает наш герой - "Это же почти то же самое, уравнение опять трёхмерное и фотон точно так же мог быть пойман в созвездии Козерога?"
8. "Нуу", - отвечают ему, - "видишь ли, фотона вообще не существует до тех пор, пока его кто-то не поймал. То есть этот фотон действительно могли поймать в созвездии Козерога, и тогда луч света был бы направлен не к Земле, а к мерзким зелёным козерожцам. Про кота Шредингера слыхал?"
9. Когда бурление в голове нашего героя проходит, он тихо интересуется: "А что если.. что, если бы я поймал этот фотон не в момент времени T = L / c, а чуть позже? Ведь согласно уравнению Шредингера после того как фотон проскочил мимо, вероятность его обнаружения не падает до нуля? А значит скорость света равна c = 299 792 458 м/с лишь с некоторой вероятностью?"
10. Придя домой, наш герой продолжает буйствовать: "А что, если бы мерзкие серые инопланетяне в точке L/2 перехватили мой фотон? Значит в этот момент для меня все эти волновые уравнения перестали бы действовать? Что это вообще за волна такая, если её можно мгновенно погасить по всей Вселенной?"
Ну а что бы вы посоветовали курить нашему герою? И что упущено или напутано в рассуждениях?
такая скорость позволяет сделать доступным человеческому глазу наблюдение за распространением световых волн и убедиться, что эти волны не непрерывны, а распространяются порциями (квантами), подтверждая правоту эйнштейна о квантовой природе света
Для всех поклонников футбола Hisense подготовил крутой конкурс в соцсетях. Попытайте удачу, чтобы получить классный мерч и технику от глобального партнера чемпионата.
А если не любите полагаться на случай и сразу отправляетесь за техникой Hisense, не прячьте далеко чек. Загрузите на сайт и получите подписку на Wink на 3 месяца в подарок.
Наблюдая за звездами, мы видим свет, зачастую излученный ими тысячи лет назад. Но что происходит со светом, который излучает обычная лампочка? Что с ним случается в момент, когда мы щелкаем выключателем? Попробуем разобраться.
Свет — довольно простая штука. Он проходит практически бесконечные расстояния через огромное, зачастую пустое межзвездное и межгалактическое пространство, ни с чем не сталкиваясь.
Космос, в свою очередь, — уникальный случай: в промежутках между массивными объектами свет путешествует практически через абсолютный вакуум. Факт движения света в такой вакуумной среде означает, что возможность его столкновения с чем-либо крайне мала. Именно поэтому ему просто преодолевать невероятные расстояния, ведь ничего не преграждает путь.
Итак, что же случится, если что-то помешает свету? У него есть два варианта — отражение или поглощение. Мы неплохо знакомы с первым, так как видим отражение в зеркале именно благодаря физике этого явления. Это происходит каждый раз, когда свет сталкивается с гладкой поверхностью, с его точки зрения. То, насколько гладкой должна быть для этого поверхность, зависит от длины волны света. Так, оптическому свету нужна более гладкая поверхность для чистого отражения, чем радиоволнам, чьи волны гораздо длиннее.
Второй вариант — поглощение. Благодаря этому процессу камни нагреваются на Солнце. Они постепенно впитывают солнечный свет, энергия которого нагревает их поверхность. Любой свет может быть поглощен, а не только его инфракрасная (тепловая) часть. Плохое зеркало может впитать достаточно света, чтобы ваше отражение выглядело как едва различимый образ. Тепло от электрической лампочки сегодня почувствовать сложнее, так как их производят таким образом, чтобы энергия была максимально использована для освещения, которое помогает нам видеть в темноте.
Итак, когда лампочка зажжена, она выделяет фотоны, которые разлетаются во все стороны по комнате и сталкиваются с каждым объектом в ней. Эти объекты поглощают большую часть врезающихся фотонов, но также отражают некоторые из них, что, по сути, позволяет нам видеть вещи в комнате. Когда лампочка выключена, новые фотоны больше не излучаются, а те, что еще находятся внутри комнаты, отражаются от объектов бесчисленное количество раз, пока не будут поглощены полностью. Но подробнее об этом — ниже.
Если на уроках физики в школе вы были достаточно внимательны, когда учитель объяснял основы оптики (или если вы увлекаетесь физикой элементарных частиц), то, скорее всего, знаете, что свет состоит из миллионов мельчайших частиц, известных как фотоны. Эти фундаментальные частицы переносят все виды электромагнитного излучения, включая радиоволны, ультрафиолетовые волны, микроволны и, конечно, видимый свет.
Когда вы заходите в комнату и включаете лампу, она тут же заполняется светом. А если точнее, то комната наполняется триллионами фотонов, которые помогают нам видеть все, что находится в в ней. Но куда девается свет, когда вы выключаете лампу? Что происходит с миллиардами фотонов в комнате? Они куда-то исчезают или просто перестают существовать?
Прежде чем ответить на эти вопросы, освежим в памяти основные концепции.
Фотоны: элементарные частицы, переносящие свет
Возможно, вы уже в курсе, что видимый свет — это вид электромагнитного излучения и небольшая часть электромагнитного спектра , в который входят радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, гамма-излучение и так далее.
Электромагнитный спектр.
Фотон — самая фундаментальная частица любого типа электромагнитного излучения, будь то радиоволны, переносящие сигналы Wi-Fi, микроволны, разогревающие еду в микроволновой печи, или же видимый свет, который помогает нам видеть окружающий мир. С массой покоя, равной нулю, фотон движетсяна скорости почти 300 тысяч километров в секунду в вакууме (это, в свою очередь, и есть скорость света).
Как фотоны освещают вещи
Источник света — например лампа, — находящийся в комнате, испускает миллионы фотонов, разлетающихся во всех направлениях, когда его включают. Так как лампа находится в комнате (то есть в закрытом пространстве), испускаемые ею фотоны сталкиваются со всем, что находится у них на пути, тем самым освещая все в комнате.
Куда пропадают фотоны, когда источник света выключается
Пока лампа светит, комната получает постоянный поток фотонов. Из всего бесчисленного количества фотонов, врезающихся в находящийся в комнате объект (например, стол), некоторые будут поглощены, а другие отразятся и потеряют часть энергии в процессе. Эти отраженные фотоны столкнутся еще с чем-то в комнате и потеряют еще сколько-то энергии. По сути, фотон будет продолжать отскакивать от объектов до тех пор, пока какой-то из них его не поглотит.
Таким образом, комната остается освещенной столько, сколько работает лампа. Однако, как только вы ее выключите, все очень быстро изменится.
Фотоны, испущенные до выключения лампы, продолжат отскакивать от объектов до тех пор, пока находящиеся в комнате предметы их полностью не поглотят. И это успевает произойти всего за долю миллисекунды.
Если бы лампа продолжала светить, быстрое поглощение этих фотонов ничего бы не изменило, так как она бы постоянно испускала новые порции фотонов в комнату. Но, как мы уже выяснили, когда лампа выключается и новые фотоны больше не испускаются, объекты в комнате поглощают испущенные ранее фотоны. Их энергия используется для нагревания поглотивших их объектов, так как, согласно первому закону термодинамики, энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного процесса в другой.
Все это — испускание фотонов лампой, их отражение и поглощение другими объектами — происходит примерно за одну миллионную секунды. Это необычайно быстро, чтобы человек мог воспринять или хотя бы составить об этом явлении сколь-нибудь удобоваримое представление. Именно поэтому комната погружается во тьму, когда выключается свет.
Возвращаясь к тому, о чем мы говорили в начале статьи, заметим, что в открытом космосе ситуация была бы несколько иной. В отличие от выключения света в комнате на Земле, фотоны, испущенные в открытом космосе, долго продолжали бы свое движение через бесконечный вакуум, прежде чем столкнуться с чем-либо.