В проекции Меркатора мы знаем, что линии долготы и широты не просто заканчиваются на краю страницы - они зацикливаются. Общая теория относительности использует нулевую геодезическую линию - путь, пройденный световыми лучами, - в сетке пространства-времени, и мы также предполагаем, что эти линии не заканчиваются. Нет резкого перегиба пространства-времени, развевающегося на ветру.
Единственное место, где заканчиваются геодезические - это настоящие сингулярности, как в центре черной дыры. На диаграмме Пенроуза мы видим, что световые лучи могут либо уйти от черной дыры на бесконечное расстояние, либо продвинуться к центру черной дыры и потеряться.
Диаграмма Пенроуза Pt.2 (пунктирные линии показывают движение света от будущего космического горизонта и сингулярности черной дыры, в то время как другие линии показывают движение света к будущему космическому
горизонту и сингулярности черной дыры от прошлого
космического горизонта.)
Мы также видим, что световые лучи могут входить издалека в сторону черной дыры - никаких проблем там нет. Но как насчет лучей света, идущих в другом направлении? У них нет разумной точки происхождения.
Мы говорим, что диаграмма Пенроуза геодезически неполна, потому что есть лучи света с неопределенным происхождением. Это равносильно тому, что мы не исследовали весь диапазон координат Пенроуза в рамках описания черной дыры Шварцшильдом. Если мы проследим эти координаты в полном объеме, мы получим так называемое максимально расширенное решение Шварцшильда - и оно обнаруживает странные новые области на диаграмме Пенроуза. Если мы проследим луч света назад от нашей вселенной, то столкнемся с областью, которая похожа на черную дыру - но с обращенным временем. Это белая дыра - еще одна очень странная область. Область определяется путем отслеживания движущихся вправо световых лучей назад изнутри черной дыры.
В наших координатах Пенроуза или Крускала-Секереша этот регион выглядит как наша вселенная. Фактически, это похоже на зеркально отраженную версию нашей вселенной, по крайней мере, с точки зрения координат пространства-времени.
Диаграмма Пенроуза, показывающая параллельную вселенную
Вопрос: реальна ли эта параллельная вселенная? Можем ли мы туда добраться? Прежде чем продолжить, я должен сказать: карта, которую вы только что увидели, предназначена для случая вечной черной дыры Шварцшильда. Той, чьи координаты не меняются со временем, подразумевая, что она всегда существовала. Позже мы увидим, как все изменится в случае черной дыры, возникшей в результате коллапса звезды. А пока давайте посмотрим, сможем ли мы отправиться в параллельную вселенную вечной черной дыры.
Единственный способ пройти между этими вселенными - путешествовать быстрее света. Это видно по тому факту, что между вселенными могут проходить только мировые лнии с наклоном менее 45 градусов. Но представьте, что вы могли бы путешествовать с бесконечной скоростью - тогда вы могли бы пойти по этим горизонталям, которые погрузились бы за горизонт событий, и появились бы в зеркальной вселенной. Вы только что пересекли мост Эйнштейна-Розена - червоточину.
Что вы увидите, оказавшись внутри черной дыры?
Свет может достичь вас из вселенной за вами, который обгоняет вас и направляется к центральной сингулярности. Свет также может достигать вас снизу - это свет от всего, что упало перед вами. Он пытается сбежать и в конечном итоге потерпит неудачу, увлеченный каскадной тканью пространства. Но сейчас вы обгоняете этот свет и видите прошлое черной дыры. Вы никогда не увидите сингулярность - она проявляется как неизбежное сокрушительное будущее, в котором пространство вокруг вас становится бесконечно искривленным.
Так что вы сделаете?
Вы можете повернуться и попытаться вернуться тем же путем, которым пришли - и если вы сможете путешествовать быстрее, чем свет, то выйдете из черной дыры через тот же горизонт событий, который вас поглотил. Или вы можете погрузиться быстрее света в направлении света, идущего снизу. Вопреки интуиции, движение в этом направлении быстрее света не приведет вас к сингулярности быстрее - вместо этого вас выбросит через параллельную вселенную. Внутри черной дыры вы видите горизонт событий позади и впереди себя. Но только сверхсветовые скорости приведут вас к горизонту.
Предположим, вы можете достичь параллельной вселенной.
Что бы вы увидели?
Здесь мнения разделились. Некоторые думают, что параллельная вселенная и белые дыры являются просто координатными отражениями обычной вселенной и черной дыры и не имеют независимого существования.
Как и в проекции Меркатора, путешествие за пределы пространства-времени Шварцшильда возвращает вас в другое место в том же пространстве-времени. Где именно -зависит от того, как работает это отражение. Возможно, вы выходите из прошлой белой дыры, путешествующей вперед во времени, или из будущей черной дыры, но путешествуя назад во времени. Это было бы похоже на падение в черную дыру, но движущуюся назад во времени. Это было бы похоже на падение в черную дыру того, кто движется вперед во времени.
Это очень смущает. И это нормально, поскольку в этом нет особого смысла - движение быстрее, чем свет, всегда приводит к глупым парадоксам, потому что это невозможно. Мало того, что путешествие быстрее света невозможно, но и вечных черных дыр тоже не существует.
Параллельная вселенная и белая дыра необходимы на карте вечной черной дыры Шварцшильда, чтобы геодезические линии могли откуда-то исходить. Но настоящие черные дыры образуются из коллапсирующих звезд - в их прошлом нет белой дыры. И внутри этих черных дыр любой исходящий луч света может быть прослежен до поверхности коллапсирующей звезды и до ее внутренней части.
Хотя параллельная вселенная черной дыры Шварцшильда вряд ли будет реальной, существуют интригующие возможности. Например, мост Эйнштейна-Розена может потенциально вывести нас к различным частям нашей вселенной и может быть пройден, если его можно будет открыть. Это было бы здорово, поскольку позволило бы мгновенно путешествовать между отдаленными местами. И в случае вращающейся черной дыры, проходимую червоточину и даже параллельную вселенную не так просто отбросить, как в случае черной дыры Шварцшильда. На самом деле, надеюсь, мы скоро сумеем пройти по скоростной дороге через черные дыры Керра в параллельные области пространства-времени.
https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-what-is-energy-d6f16f3452fe
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ?
Этан Сигель
В школьном курсе физики мы изучаем, что такое энергия. Но знаем ли мы на самом деле, что же это такое?
Мы говорим об энергии, спорим об этом и даже ведем войны за энергию. Мы знаем это, когда видим это. Но что такое энергия?
Когда речь идет о том, чтобы быть человеком на планете Земля, энергия влияет практически на все аспекты нашей жизни. Содержание энергии в комнате определяет температуру; способность использовать энергию направленным способом - перемещаясь; мы используем энергию для приготовления пищи; энергия, которую мы сжигаем в наших телах, необходима, чтобы поддерживать нас в живых. От энергии движения к накопленной энергии до ее распределения или сохранения - энергия влияет на все аспекты нашей жизни. Но даже определение того, что такое энергия, может быть очень сложной задачей.
Мы говорим об энергии и знаем, что существуют различные формы энергии, и вы можете работать с ней, и она должна быть сохранена, энергия и материя взаимозаменяемы и т. д. Но что такое энергия?
Физика может многое сказать об энергии, но даже ведущие физики-теоретики не могут придумать определение, которым каждый может быть доволен.
Во время слияния двух нейтронных звезд должно высвобождаться огромное количество энергии, а также тяжелых элементов, гравитационных и электромагнитных волн, как показано здесь. Существует множество типов энергии, которые вступают в игру в подобном событии, и все же нам все еще не хватает однозначного, универсально применимого определения самой энергии.
Первое определение энергии, на котором построено физическое определение, было таково: энергия - это способность выполнять работу. Но работа в физике не случайно определена особо, поскольку обычно мы имеем в виду работу скорее в разговорном смысле. Вместо этого работа означает нечто очень специфическое: сила, приложенная к объекту, который перемещается на определенное расстояние в том же направлении, в котором действует сила.
Если вы нажимаете на коробку с усилием 10 Н в том же направлении, в котором коробка перемещается на расстояние 1 метр, вы выполняете 10 Дж работы.
Если вы нажимаете на коробку с силой 10 Н в направлении, противоположном тому, что коробка перемещается на расстояние 1 метр, вы выполняете -10 Дж работы.
И если вы нажимаете на коробку с силой 10 Н, перпендикулярной направлению, в котором она движется на 1 метр, вы вообще работу не совершаете.
Концепция лазерного паруса DEEP основана на большой лазерной матрице, ускоряющей космический корабль малой массы с большой площадью поверхности. Потенциально так можно ускорить неживые объекты до скоростей, приближающихся к скорости света, что делает возможным межзвездное путешествие в течение одной человеческой жизни. Работа, выполняемая лазером с применением силы, когда объект перемещается на определенное расстояние, является примером перехода энергии из одной формы в другую.
Традиционно все другие определения энергии полагаются на способность превращаться в способность выполнять работу. Энергия определяется вашей способностью выполнять работу, но работа (циклически) определяется как передача энергии от одного источника к другому. Однако, несмотря на наше невежество, мы можем с уверенностью сказать, что есть много вещей, которые не вызывают сомнений, в том числе:
- масса и материя содержат это,
- это можно определить количественно,