Astronomi

Newton'un yerçekimi denklemi kara deliklerin neden bu kadar güçlü olduğunu açıklayabilir mi?

Newton'un yerçekimi denklemi kara deliklerin neden bu kadar güçlü olduğunu açıklayabilir mi?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kara deliğin yerçekimi kuvvetlerinin neden bu kadar güçlü olduğunu merak ediyordum. Bunun genellikle Einstein'ın göreliliği ile açıklandığını biliyorum, bu da bir nesne sonsuz yoğunluğa ulaştığında (yoğun bir kütle) böyle bir yerçekimi kuvveti uygulayabilir ve uzay-zamanı çarpabilir. Ama aynı zamanda Newton'un Yerçekimi Yasası denklemini de öğrendim F = $GM/r^2$. Bu denklem göz önüne alındığında, bir nesnenin yarıçapı çok küçük hale gelirse, o zaman teknik olarak muazzam bir yerçekimine sahip olabilir. Peki, bir kara deliğin yerçekimi kuvveti Newton'un Yerçekimi Yasası ile açıklanabilir mi yoksa bir şeyi mi kaçırıyorum? Teşekkürler.


Hayır yapamazsınız ve Genel Görelilik yerine Newton fiziğini kullanırsanız, kütleli ve ışıklı cisimlerin davranışı kompakt, büyük bir nesnenin yakınında tamamen farklıdır.

Belirli bir sırada değil; GR'nin öngördüğü (ve bazı durumlarda şimdi gözlemsel olarak doğrulanan) ancak Newton fiziğinin yapamayacağı özellikler:

  1. Bir olay ufku. Newton fiziğinde, kaçış hızının Schwarzschild yarıçapında ışık hızına ulaştığı konusunda yanıltıcı bir sayısal tesadüf vardır. Ancak Newton fiziğinde, sabit bir itme uygulayarak yine de kaçabilirsiniz. GR, hiçbir koşulda kaçışın mümkün olmadığını tahmin ediyor.

  2. Daha ileri; bu sayısal çakışma yalnızca radyal olarak hareket eden ışık için geçerlidir. Newton fiziğinde kaçış "hızı", bir cismi hangi yöne ateşlediğinizden bağımsızdır, ancak GR'de ışık, radyal olarak dışa doğru ateşlenmedikçe Schwarzschild'den (hemen yukarıda) kaçamaz. Diğer yönler için ışığın kaçabileceği yarıçap daha büyüktür.

  3. GR, en içteki kararlı dairesel yörüngeyi tahmin eder. Newton fiziğinde herhangi bir yarıçapta kararlı bir dairesel yörünge mümkündür.

  4. GR'de bir miktar açısal momentuma ve çok fazla kinetik enerjiye sahip bir parçacık kara deliğe düşecek. Newton fiziğinde sonsuza saçılır.

  5. Newton fiziği, iki cisimli bir eliptik yörüngenin devinimini öngörmez. GR yörüngesel presesyonu tahmin eder.

  6. Newton fiziği, büyük bir cisme yakın seyahat eden ışığın, GR tarafından tahmin edilen miktarın yaklaşık yarısı kadar kavisli bir yörüngeye sahip olduğunu tahmin eder. Işığın Schwarzschild yarıçapının 1,5 katı yörüngede dönebilmesi de dahil olmak üzere, kara deliğin yakınında bile daha garip etkiler tahmin ediliyor.

Yerçekimine GR yaklaşımı temel olarak ve felsefi olarak Newton yerçekiminden farklıdır. Newton için yerçekimi evrensel bir kuvvettir. GR'de yerçekimi bir kuvvet değildir. Serbest düşen cisimlerin "ataletsiz" olduğu söylenir. Hızlanırlar, üzerlerine bir kuvvet etki ettiği için değil, uzay-zaman kütlenin (ve enerjinin) mevcudiyeti tarafından büküldüğü için.

Newton kütleçekim alanlarının zayıf olduğu çoğu durumda, bu farkın sonuçları küçüktür (ancak ölçülebilir - örneğin Merkür'ün yörünge devinimi veya GPS saatlerindeki yerçekimi zaman genişlemesi), ancak kara delikler ve nötron yıldızları gibi büyük, kompakt kütlelere yakındır. , farklılıklar keskin ve kaçınılmaz hale gelir.


@ProfRob'un cevabına hayran kalırken, her Astronomy SE okuyucusu Genel Relativiteyi tüm görkemiyle kucaklamaya hazır olmadığından, yardımcı bir basamak olarak hizmet edebilecek bazı ek perspektif/arka plan ekleyeceğim.

Newton'un yerçekimi denklemi kara deliklerin neden bu kadar güçlü olduğunu açıklayabilir mi?

  1. basit denklem1 $F = Gmm/r^2$ hiçbir şeyi açıklamıyor ama uzayın "normal" olduğu ve bir kuvvet olarak yerçekimi hakkında konuşabileceğimiz Newton mekaniğinde genellikle oldukça yararlı olan bir sonuç verdiği kesin.
  2. Genel görelilik denilebilir bir açıklama sunun yerçekiminin nasıl çalıştığı ve sadece Newton yerçekiminin çalıştığı yerlerde değil, hızların çok yüksek olduğu ve/veya yerçekiminin çok çok güçlü olduğu aşırı durumlarda (ve diğer durumlarda da) işe yarayan sonuçlar verir.
  3. Merkür'ün Güneş etrafındaki yörüngesi veya Dünya'nın yörüngesindeki uydular gibi biraz aşina olduğumuz durumlarda bile, Newton mekaniğinin tahminleri ölçülebilir şekilde kapalı ve GR bunu netleştiriyor.
  4. Flip tarafında, istersen yaklaşık bir kara delikten çok uzaklardan geçen bir yıldızın veya bir toz parçasının yörüngesi, kesinlikle devam edebilir ve Newton denklemlerini kullanabilirsiniz. Yörüngeler hala Kepler yörüngelerine yakın olacak.

Sadece örnekleme amacıyla bazı sayılar oluşturacağım. 20 güneş kütleli bir yıldız süpernovaya giderse ve çıkan tüm kütle ve enerjiyi toplarsanız ve bu 12 güneş kütlesi ise, geriye 8 güneş kütleli bir kara delik beklersiniz.

Büyük bir mesafede yörüngesinde dönen bir yoldaş yıldız varsa veya "güvenli bir mesafeden" uçarsanız ve ne olduğuna bakarsanız, ister 8 güneş kütlesi olsun, ister 8 güneş kütlesi için beklediğiniz gibi olacaktır. kara delik, bir nötron yıldızı, normal bir yıldız veya (sihirli bir şekilde kendi kendini destekleyen) bir beton küre.

Yalnızca yaklaştığınızda GR'yi kullanmanız gerekir ve ister kara delik ister nötron yıldızı gibi daha geleneksel yoğun bir nesne olsun, onu kullanmanız gerekir.

1Unutmayın, bir kuvvet için iki kütle vardır, ivme için sadece bir tane vardır. $a=F/m = GM/r^2$


Einstein'ın GR denklemleri bilinen koordinatlar (Kartezyen, küresel,… ) cinsinden genişletilirse, genişlemenin baskın veya önde gelen terimleri (ivme için) tek Newton terimi GM/r^2 olarak yazılabilir. Genişletmenin sonraki terimleri, bu öncü terime GR düzeltmeleri olarak düşünülebilir.

GR'nin yayınlanmasından önce, 19. yüzyıl astronomları, Merkür'ün günberisinin ilerlemesinin Newton'un yerçekimi fiziği tarafından doğru bir şekilde tahmin edilmediğini fark ettiler. Bu önemli bir sorun haline geldi. Bir noktada, gökbilimci/matematikçiler, Newton'un Yerçekimi Yasasına, günberi ilerlemesini doğru bir şekilde tahmin eden yeni/gözden geçirilmiş bir kuvvet yasası üreten düzeltmeler eklediler. Sonuçlar doğruydu, ancak yeni yerçekimi teorileri "diğer" tahminleri açısından Einstein'ın GR'si kadar zengin değildi.


Fizikte uzman değilim ve diğerlerinin açıklaması mükemmel. Ancak, muhakemenizde ele almadıkları bir kusur fark ettim.

Yazdın:

Newton'un Yerçekimi Yasası denklemini göz önünde bulundurarak $F = GM/r^2$, Eğer yarıçap Bir cismin boyutu süper küçülürse, teknik olarak muazzam bir yerçekimine sahip olabilir.

bu yüzden okuduğunu anlıyorum $r$ olarak denklemde yarıçap aslında nesnenin iki nesne arasındaki mesafe. Dolayısıyla, "yarıçap ne kadar küçükse, yerçekimi o kadar güçlü olmalıdır" formülüne dayalı bir mantık yoktur. Doğru okuma, "nesne kara deliğe ne kadar yakınsa, yerçekimi o kadar güçlüdür" olurdu, ancak bu sadece kara delikler için değil tüm cisimler için geçerlidir.


Einstein, Newton'un yerçekimi konusunda yanıldığını gösterdi. Şimdi bilim adamları Einstein için geliyorlar.

Albert Einstein pek çok şeyi açıklayabilir ama belki karadelikleri değil. Bilim adamları, bu devasa gök cisimlerinin mürekkebi derinliklerinde, evrenin yasalarının kendi içlerine katlandığına ve Einstein'ın genel görelilik teorisinde ortaya konan zarif yerçekimi modelinin bozulduğuna inanıyorlar.

Bunun nasıl ve nerede olduğunu tam olarak bilmiyorlar, ancak yeni bir çalışma onları cevaba yaklaştırıyor.

Science dergisinde 16 Ağustos'ta yayınlanacak olan çalışma, yerçekiminin bir kara deliğin en ucunda bile Einstein'ın öngördüğü gibi çalıştığını gösteriyor - bu durumda Sagittarius A*, Samanyolu'muzun merkezindeki süper kütleli kara delik gökada. Ancak bu çalışma, Einstein'ın modelinin dağıldığı noktayı bulmaya yönelik geniş kapsamlı bir çabanın yalnızca açılış salvosu.

Berkeley'deki California Üniversitesi'nden bir astrofizikçi olan çalışmanın ortak yazarı Jessica Lu, "Artık yerçekimi teorilerini daha önce hiç yapamadığımız şekillerde test edecek teknolojik kapasiteye sahibiz" dedi. "Einstein'ın yerçekimi teorisi kesinlikle artı işaretlerimiz."

Bu, Einstein'ın göreliliğinin yerini henüz tanımlanmamış yeni bir kütleçekim teorisinin alacağı güne daha yakın olabileceğimiz anlamına geliyor.

İlişkili

Bilim Bir kara deliğin ilk fotoğrafı görünmez olduğunu ortaya çıkardı

Andrea Ghez, "Newton [yerçekimi] tanımıyla uzun süre harika zaman geçirdi ve sonra bir noktada bu açıklamanın kenarlarda yıprandığı açıktı ve ardından Einstein daha eksiksiz bir versiyon teklif etti" dedi. UCLA'da astrofizikçi ve yeni araştırmanın ortak lideri. "Ve bugün yine, yerçekimini kara delikler bağlamında tanımlamamıza izin veren daha kapsamlı bir şey olması gerektiğini anladığımız noktadayız."


Newton'un yerçekimi denklemi kara deliklerin neden bu kadar güçlü olduğunu açıklayabilir mi? - Astronomi

    Neden bazı yıldızlar kara delik oluyor? [Veya,] Dışlama ilkesinin bir yıldızın kara deliğe dönüşmesiyle ne ilgisi var?

Neden bazı yıldızlar kara delik oluyor?

Bununla birlikte, bir yıldız nükleer yakıtı bittiğinde ve bu nedenle yüzeyden enerji kaybetmeye devam ettiğinde (ışık enerjisi yayar), kayıp enerjiyi nükleer füzyon yoluyla yerine koymazken (artık nükleer yakıt yok), yerçekimi iç enerjiden galip gelecektir. basınç ve yıldız, iç yapı ve kompozisyonun ayrıntılarına bağlı olarak yavaş yavaş büzülür veya hızla çöker. Yerçekimi, yıldızın iç basıncına galip gelir, çünkü bu basınç normal, sıcak bir gaz tarafından üretilir ve yıldız yüzeyden enerji yayarken bu gaz enerji kaybeder.

Böylece yıldız bir kara delik haline gelebilir. Başka bir basınç kaynağı (normal, sıcak gaz tarafından üretilenler dışında) içe doğru yerçekimi kuvvetini dengelemek için yeterince güçlü hale geldiğinde, çökmenin daha küçük bir boyutta durdurulup durdurulmayacağına bağlıdır. Sıcak gazın ürettiği basınçtan başka basınç türleri de vardır. Elinizi bir masa üstüne bastırmak, bu diğer baskılardan birini yaşamanıza izin verecektir --- masa size doğru itilir, aslında ağırlığınızı destekleyebilir (yerçekimi kuvveti)! Masayı ağırlığınıza karşı sabit tutan basınç, masadaki atomlar arasındaki kuvvetlerden kaynaklanır.

Ayrıca, atomların içindeki elektronlar birbirlerinden kaçınmalıdır (örneğin, hepsi aynı atomik "yörüngede" olamazlar - buna "dışlama ilkesi" denir). Bu nedenle, serbestçe hareket eden elektronlar topluluğumuz olsaydı, birbirlerinden de kaçınırlardı: topluluğu ne kadar çok sıkıştırırsanız (tuttukları hacim ne kadar küçükse) sıkıştırmaya o kadar çok isyan ederler --- bir basınç, sınırlamanıza karşı koyar. elektronlar.

Bu "elektron kaçınma" basıncı, ancak yıldız yerçekimi tarafından Dünya çapına sıkıştırıldığında, yaklaşık Güneş kütlesindeki bir yıldızın içindeki yerçekimi kuvvetlerine karşı koyacak kadar güçlü hale gelebilir. Böylece Güneş kadar büyük bir yıldızın Dünya boyutuna çöktüğünde karadeliğe dönüşmesi önlenebilir ve iç "elektron kaçınma" basıncı ("dejenere elektron basıncı" olarak adlandırılır) yıldızı tutacak kadar güçlü hale gelir. yukarı. Bu tür bir basınç, yıldızın enerji içeriğine bağlı değildir - yıldız yüzeyinden enerji kaybetmeye devam etse bile, basınç yıldızı yukarıda tutmaya devam edecektir. Güneşimiz asla bir kara delik olamaz.

Bununla birlikte, eğer yıldız 3 ila 5 güneş kütlesinden daha büyükse, yerçekimi kuvvetleri daha büyük olacaktır ve dahili dejenere elektron basıncı, çöküşünü durdurmak için asla yeterli olmayacaktır. Nötronların da dışlama ilkesine uyabilecekleri ve büyük bir yıldız çöktüğünde nötronların bolca üretileceği ortaya çıktı, ancak nötron yozlaşması bile büyük yıldızların çöküşünü durduramaz --- 3 ila 5 güneş kütlesinin üzerindeki herhangi bir şey durdurulamaz. mevcut düşünceye göre bir kara delik olacak.

Bir kara delikte zaman nasıl değişir?

Sizin gördüğünüz gibi saatiniz, tıpkı özel görelilikte olduğu gibi (eğer bunun hakkında bir şey biliyorsanız) tıklama oranını değiştirmese de, bir başkası saatinizde normalden farklı bir tıklama hızı görecek ve onun saatini göreceksiniz. normal orandan farklı bir hızda geçiyor. Örneğin, kendinizi bir kara deliğin hemen dışına yerleştirirseniz, kendi saatinizin normal hızda çalıştığını görürken, delikten çok uzaktaki bir arkadaşınızın saatinin çok daha hızlı bir hızda çalıştığını görürsünüz. seninkinden. Bu arkadaş kendi saatinin normal bir hızda çalıştığını görecektir, ancak saatinizin çok daha yavaş bir hızda çalıştığını görecektir. Böylece bir süre kara deliğin hemen dışında kalırsanız, sonra arkadaşınıza katılmak için geri dönerseniz, arkadaşınızın sizin ayrılığınızdan daha fazla yaşlandığını görürsünüz.

E=mc^2 denklemi bir kara deliğe uygulanabilir mi?

Işıktan başka hiçbir şey ışık hızında hareket etmiyorsa, bir kara delik nasıl olup da ışığı kendi içine çekebilir?

Kara deliklerin varlığına dair en iyi kanıt nedir? Hepsi gerçekten sadece bir teori mi?

Bir şey olay ufkuna düştüğünde bir kara deliğin ışığı ve radyasyonu "geğirme" ettiğini duydum. Bu ne anlama geliyor ve neden oluyor?

Bu durumların hiçbirinde, kara deliğin olay ufkunun altından ışık yayılmaz ve bize ulaşmaz. Olay ufkunun altından hiçbir şey kaçamaz.

Bir kara delik görebiliyor musunuz? Kara delik neye benziyor?

Öte yandan, bir kara deliğin yakınında devam eden havai fişeklerden bazılarını görebilirsiniz. Gaz bir kara deliğe düştüğünde (belki de yakındaki bir yıldızdan geliyor), gaz ısınacak ve parlayacak ve görünür hale gelecektir. Tipik olarak, gaz tarafından yalnızca görünür ışık değil, aynı zamanda X-ışınları gibi daha enerjik fotonlar da yayılır. Görmeyi umduğumuz şey (eğer teleskoplarımız yeterince "yakınlaştırabilseydi"), kara delik diskin merkezinde aşağı doğru olacak şekilde parıldayan dönen bir malzeme diski olurdu. Yukarıdaki cevaplara bakın.

Bir kara delik ne kadar büyük olabilir?

Bir kara delik ne kadar küçülebilir?

[Yukarıdaki 1. soruya verilen cevaba referansla.] Bir yıldızın iç elektron kuvvetleri neden yerçekimi kuvvetleriyle aynı oranda artmaz?

Kara deliğin içine düşen bir gözlemci, kara deliğin dışında evrendeki tüm gelecek olaylara tanık olabilecek mi?

B şeyleri gördüğünde: A olay ufkuna doğru düşer, A'dan gelen fotonların "yerçekimi kuyusundan" dışarı tırmanması daha uzun sürer ve bu da B tarafından görüldüğü gibi A'nın saatinin belirgin şekilde yavaşlamasına yol açar ve A ufukta olduğunda, A'nın saatinden yayılan herhangi bir fotonun B'ye ulaşması (resmi olarak) sonsuz bir zaman alır. Düşünmeyi kolaylaştırmak için her bir kişinin saatinin saatin her bir tıkırtısı için bir foton yaydığını hayal edin. Böylece A, tıpkı sizin dediğiniz gibi, B'nin gördüğü gibi donmuş gibi görünüyor. Ancak, A olay ufkunu geçti! B'ye A'nın asla ufku geçmediğini düşündüren yalnızca bir yanılsamadır (kelimenin tam anlamıyla "optik" bir yanılsama).

A'nın gördüğü gibi: A düşer ve ufku geçer (belki de çok kısa sürede). A, B'nin saatinin foton yaydığını görür, ancak A, B'den hızla uzaklaşır ve bu nedenle, olay ufkunu geçmeden önce asla sonlu sayıda foton toplayamaz. (Dilerseniz bunu, yerçekimi zaman genişlemesinin bir doppler etkisi ile iptali olarak düşünebilirsiniz --- A'nın B'den uzağa hareketi nedeniyle). Olay ufkunu geçtikten sonra, yukarıdan gelen fotonlar kökenlerine göre kolayca sıralanamazlar, dolayısıyla A, B'nin saatinin nasıl işlemeye devam ettiğini çözemez.

A ufku geçmeden önce A tarafından sınırlı sayıda foton yayımlandı ve A ufku geçmeden önce B tarafından yayımlandı (ve A tarafından toplandı).

A olay ufkuna doğru bu kadar yavaş bir şekilde alçaltılsaydı ne olurdu diye sorabilirsiniz. Evet, o zaman doppler etkisi, pratik bir sınıra kadar, A ufka çok yakın olana kadar devreye girmeyecek ve düşmekten kendini alamayacaktır. O zaman A, B'den yalnızca sonlu bir foton toplamı görecektir ( ama şimdi daha büyük bir sayı --- B'nin zamanının çoğunu kapsayan). Tabii ki, eğer A gerçekten düşmeden önce yeterince "beklerse", o zaman A evrenin gelecekteki seyrini görebilir.

Sonuç olarak: sadece bir kara deliğe düşmek size evrenin tüm geleceği hakkında bir fikir vermez. Kara delikler, son büyük kırılmanın parçası olmadan da var olabilir ve madde kara deliklerin içine düşebilir.

Bilim adamı olmayanlar için çok güzel bir kara delikler tartışması için Kip Thorne'un kitabına bakın: Kara Delikler ve Zaman Bükümleri.

Kara delikler enerji kaynağı olarak kullanılabilir mi?

Özetle, dönen bir kara delik, dönüşünde büyük miktarda enerji depolayabilir. Bu enerjiye, rotasyon deliğin dışındaki boşluğa empoze edildiğinden aslında erişilebilir. Prensipte, bu nedenle, kara deliğin dönüşünden enerji çıkarılabilir. Tam olarak hangi mekanizmanın kullanıldığı, potansiyel olarak karmaşık bir hikaye.

ÇOK uzak bir gelecekte karadeliklerin sızıp dağılabileceğini bir yerde okumuştum. Bu olabilir mi? Yapabiliyorsa, nasıl?

Kara deliklerin madde kaybetme sürecine, bunun nasıl olabileceğini ilk bulan kişi olan Stephen Hawking'den sonra Hawking radyasyonu denir. Nasıl olduğu karmaşık bir hikaye. Hikayeye bakmanın bir yolu "sanal parçacıklar" kavramını kullanır. Herhangi bir anda, parçacık-antiparçacık çiftleri herhangi bir yerde, hatta bir kara deliğin olay ufkunun ("yüzeyinin") hemen yakınında ortaya çıkıyor ve kayboluyor. Bu çiftler kısa bir süre için var olur, o kadar kısadır ki, orada olduklarını bile bilecek kadar kütlelerini tam olarak ölçemeyiz (ancak varlıklarını neden oldukları diğer etkilerden biliyoruz). Ancak, bir kara deliğin yakınındaki bir çift için, parçacıklardan biri deliğe düşebilir ve diğerini ortağı olmadan bırakabilir, geride kalan parçacık, şu anda kayıp olan ortağı tarafından hızlı bir şekilde yok edilemez (normalde olan budur). Böylece geride kalan yalnız parçacık kendini artık "sanal" değil, tıpkı vücudunuzdaki herhangi bir parçacık gibi "gerçek" bulur. Bu parçacık artık gerçek olduğundan, bir miktar kütle içerdiğinden ve bu kütle kara deliğin enerjisiyle (deliğin yerçekimi yoluyla) sağlanmıştır: artık gerçek parçacık, kara delikten kütle aldığı için vardır. Böylece kütle yavaş yavaş deliğin dışında ortaya çıkan yeni parçacıklar şeklinde kara deliği terk eder. Kara deliklerin kütle kaybettiği bu süreç çok yavaştır (en azından yıldızlardan oluşan büyük kara delikler için), bu nedenle tipik bir kara deliğin sonunda ortadan kaybolması için gereken süre çok uzundur. (Güneş'in kütlesine eşit kütleye sahip bir kara delik için, tüm süreç yaklaşık 10**66 yıl veya ondan sonra 66 sıfır ile 1 yıl alacaktır.)


Yerçekimi Sabiti Newton'un Evrensel Yerçekimi Yasasındaki "G"dir

Burada, ev dediğimiz uçuk mavi noktada yerçekimi, her günün her saniyesinde hepimizin deneyimlediği bir şeydir.

"Yerçekimi, yıldızlar arasındaki dağınık maddenin yavaşça çökmesine ve yeni hidrojen füzyon makineleri (diğer adıyla yıldızlar) oluşturmasına neden olan yapıştırıcıdır, galaksileri birbirine bağlayan yapıştırıcıdır ve her yıl kendi Dünyamızın güneş etrafında dönmesinden sorumludur." Connecticut Üniversitesi astrofizikçisi Cara Battersby bir e-postada diyor.

Yerçekimi aynı zamanda Sir Isaac Newton'un ünlü "elma" hikayesinde de kilit oyuncuydu.

Bir gün Newton, İngiltere'nin Lincolnshire kentinde bir elmanın ağaçtan düştüğünü gördüğünde takılıyor. (Ya da o öyle iddia etti.)

Önümüzdeki yıllarda Voltaire ve biyografi yazarı William Stukeley gibi birçok tanıdığına yerçekiminin doğası hakkındaki büyük yazılarının bu sıradan küçük olaydan ilham aldığını söyleyecekti. Newton'un asistanı John Conduitt şunları yazdı:

Böylece Newton'un Evrensel Yerçekimi Yasası'nın temeli atılmış oldu. Merkezi yerçekimi sabiti olarak adlandırılan bir fenomendir, aka: "Büyük G" veya sadece "G".

Denklem

Her şey sırayla. Büyük G'yi ele almadan önce, geri adım atmalı ve Newton'un Evrensel Yerçekimi Yasasını açıklamalıyız.

Bir astrofizikçi olan ve "The End of Everything (Astrophysically Speaking)" kitabının yazarı olan Katie Mack'in e-posta yoluyla söylediği gibi, yerçekimi "kütlesi olan şeylerin birbirini çekme mekanizmasıdır."

Newton fark etti güç Belirli bir nesne kümesi arasındaki bu çekimin gücü, (a) ne kadar kütleli olduklarına ve (b) ne kadar uzak olduklarına bağlıdır. Bu, Evrensel Yerçekimi Yasasının matematiksel terimlere koyduğu bir dinamiktir.

"F", "yerçekimi kuvveti" anlamına gelir. "quotm1", birinci nesnenin kütlesi anlamına gelir "quotm2", ikinci nesnenin kütlesini belirtir ve "quotr2", nesne bir ve nesne iki içindeki kütle merkezleri arasındaki mesafenin karesi için kısa yoldur.

Ve "G"? Pekala arkadaşlar, bu Büyük G: Yerçekimi sabiti.

"Aptal, G!"

Mack, "Herhangi iki kütle için, ister bowling topları ister gezegenler olsun, aralarındaki yerçekimi kuvveti kütleleri, uzaklıkları ve G sayısı tarafından belirlenir" diyor.

Henry Cavendish tarafından 1790'larda yapılan deneyler sayesinde, artık yerçekimi sabitinin yaklaşık 6.67 x 10 -11 Newton (m2/kg2) sayısal değerine sahip olduğunu biliyoruz.

Bu bağlamda, "Newton" terimi bir ölçü birimini ifade eder. Bir Newton, kütlesi 2,2 pound (1 kilogram) olan bir şeyi saniyede 3,28 fit (1 metre) hızla hızlandırmak için ihtiyaç duyacağınız kuvvet miktarıdır.

Anders Celsius ve Charles F. Richter gibi, Sir Isaac Newton da onurlarına isim verilmiş birimlere sahip bilim adamlarının övülen listesinde bir yer kazandı. Onun için iyi.

Newton vs Einstein

Şimdi, burada kabul etmemiz gereken bir nüans katmanı var. Görüyorsunuz, Evrensel Yerçekimi Yasası epeyce adından da anlaşılacağı gibi "evrensel".

Battersby'ye göre, Newton'un 17. yüzyılda dile getirdiği "klasik yerçekimi resmi", "tüm evrendeki (kesinlikle Dünya'da) çoğu yerde fiziğin gerçekliğinin tam bir tahminidir."

"Ancak," diye ekliyor, "bu teori, Einstein'ın, maddenin uzay-zamanın kendisini deforme ettiğini (kauçuk bir levha üzerinde çukur oluşturan ağır bir top gibi) öne süren 'Newton Yerçekimi' üzerinde bir gelişme olan Genel Görelilik Teorisi tarafından yerini almıştır. .&alıntı

Güneşimizden bir milyon kat daha fazla kütleye sahip olabilen kara delikler, Newton yasasının açıklayamadığı şekillerde yerçekimini etkiler. Genel Görelilik'in onlar hakkında daha doğru tahminlerde bulunduğu gösterilmiştir.

Mack, "Newton'un yerçekimi tanımının son derece güçlü yerçekimi veya çok hızlı hareket için tam olarak işe yaramadığı gerçeği için düzeltmeler yapmaya başlamalısınız," diyor. "Bu gibi durumlarda Einstein'ın yerçekimi resmine geçmemiz gerekir. Ancak bu aşırı durumlardan birine bakmadığınız sürece, Isaac Newton'un 1686'da 'Evrensel Yerçekimi Yasası' dediği şey için yazdığı denklem gerçekten evrenseldir.

HowStuffWorks, bu makaledeki bağlı kuruluş bağlantılarından küçük bir komisyon kazanabilir.

Sir Isaac Newton'un elma ağacıyla ilgili ipliğinin gerçek bir temeli olabilir. Ne olursa olsun, düşen bir meyvenin kafasına çarptığı iddiası, modern bir süsleme olarak kabul edilir.


Bir Kara Deliğin Yerçekimi Ne Kadar Güçlü?

Kara delikler fizik anlayışımızı test eder. Bunlar, incelenmesi büyüleyici ve anlaşılması zor olan uç noktalardır. Kara deliklerin en ilgi çekici yönlerinden biri, yoğun yerçekimleridir. Hafif bile olsa çok yaklaşan her şeyi yakalamalarına izin veren şey budur. Onları ilk etapta bu kadar ilginç yapan şey budur. Peki bir kara deliğin etrafındaki yerçekimi gerçekten ne kadar güçlü?

1. Kara delikler farklı boyutlarda gelir.
Karadeliklerin hepsi aynı büyüklükte olmadığı için aynı yerçekimi kuvvetine sahip olmayacaktır. Çoğu galaksinin merkezinde yaşayan süper kütleli kara deliklere kadar atom boyutunda kuramsallaştırılmış minik kara delikler vardır. Bir kara delik ne kadar büyük olursa, o kadar güçlü olur.

2. Küçük bir alana çok sayıda madde sığdırılmıştır.
Kara deliklerin bu kadar inanılmaz yerçekimine sahip olmasının nedeni, kütlelerine göre büyüklükleridir. Dünyanın tüm kütlesini alıp sivrisinek büyüklüğünde bir topun içine tıksaydın, bir kara deliğin olurdu. Çok küçük bir uzayda büyük miktarda kütle muazzam yerçekimi yaratır ve muazzam yerçekimi bir kara deliğin özelliğidir.

3. Olay ufku size “güvenli bölgenin” nerede olduğunu söyler.
Yerçekiminin ne kadar güçlü olduğu, olay ufku olarak da bilinen Schwarzchild yarıçapı ile belirlenebilir. Bu, hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçamayacağı tekilliğin (kara deliğin merkezi) etrafındaki yarıçaptır. Schwarzschild yarıçapını ve kara deliğin kütlesini bilerek, o kara delik spoyleri uyarısı için yerçekimi kuvvetini anlayabilirsiniz, bu büyük bir sayı olacaktır.


Kara Delikler Nasıl Çalışır?

Birinin "Masam kara deliğe dönüştü!" dediğini duymuş olabilirsiniz." Televizyonda bir astronomi programı izlemiş veya kara deliklerle ilgili bir dergi makalesi okumuş olabilirsiniz. Bu egzotik nesneler, Einstein'ın öngördüğü zamandan beri hayal gücümüzü ele geçirdi. Genel Görelilik Teorisi 1915'te.

Kara delikler nedir? Gerçekten varlar mı? Onları nasıl bulabiliriz? Bu yazımızda kara delikleri inceleyeceğiz ve tüm bu soruların cevabını vereceğiz!

bir Kara delik büyük bir yıldız öldüğünde geriye kalan şeydir.

Yıldızlar Nasıl Çalışır'ı okuduysanız, o zaman bir yıldızın çok büyük, harika bir şey olduğunu bilirsiniz. Füzyon reaktörü. Yıldızlar çok büyük ve gazdan oluştuğu için, her zaman yıldızı çökertmeye çalışan yoğun bir yerçekimi alanı vardır. Çekirdekte meydana gelen füzyon reaksiyonları, yıldızı patlatmaya çalışan dev bir füzyon bombası gibidir. denge yerçekimi kuvvetleri ve patlayıcı kuvvetler arasında yıldızın boyutunu tanımlayan şeydir.

Yıldız ölürken, nükleer füzyon reaksiyonları durur çünkü bu reaksiyonlar için yakıt yanar. Aynı zamanda, yıldızın yerçekimi malzemeyi içeri doğru çeker ve çekirdeği sıkıştırır. Çekirdek sıkıştıkça ısınır ve sonunda malzeme ve radyasyonun uzaya yayıldığı bir süpernova patlaması yaratır. Geriye kalan, yüksek oranda sıkıştırılmış ve son derece büyük olan çekirdektir. Çekirdeğin yerçekimi o kadar güçlüdür ki ışık bile kaçamaz.

Bu nesne artık bir kara delik ve kelimenin tam anlamıyla gözden kayboluyor. Çekirdeğin yerçekimi çok güçlü olduğu için, çekirdek uzay-zaman dokusunda batar ve uzay-zamanda bir delik yaratır -- bu yüzden nesneye bir cismin adı verilir. Kara delik.

Çekirdek, kara deliğin merkezi parçası haline gelir. tekillik. Deliğin açılması denir olay ufku.

Olay ufkunu kara deliğin ağzı olarak düşünebilirsiniz. Bir şey olay ufkunu geçtiğinde, sonsuza dek gitti. Olay ufkunun içine girdikten sonra, tüm "olaylar" (uzay-zamandaki noktalar) durur ve hiçbir şey (hatta ışık) kaçamaz. Olay ufkunun yarıçapına denir Schwarzschild yarıçapıadını, çalışmaları kara delikler teorisine yol açan astronom Karl Schwarzschild'den almıştır.


Görünmeyeni görmek

Işık bir kara delikten kaçamıyorsa, kara delikleri nasıl görebiliriz?

Gökbilimciler kara delikleri tam olarak doğrudan göremezler. Bunun yerine, gökbilimciler, çevresi üzerindeki etkisiyle bir kara deliğin varlığını gözlemler. Kendi başına galaksimizin ortasında bir kara delik tespit etmek çok zor olurdu.

Bir gece eve geldiğinizi ve mutfağın darmadağın olduğunu hayal edin. Gittiğinde temiz olduğunu biliyorsun, ama şimdi lavaboda kirli bulaşıklar ve tezgahın etrafına kırıntılar saçılmış. Kanıtlardan, siz dışarıdayken birinin mutfağı kullandığını biliyorsunuz, hatta tezgahta gördüğünüz kırıntılar yüzünden sandviç ve cips yaptıklarını bile söyleyebilirsiniz. Ne tür cipslere sahip olduklarına veya sandviçlerine ne koyduklarına bağlı olarak, evinizde kimin mutfakta olduğunu bile belirleyebilirsiniz. O kişiyi mutfakta hiç görmediniz ama mutfaktaki etkisi belliydi.

Kara delikleri incelemek, büyük ölçüde dolaylı algılamaya dayanır. Gökbilimciler kara delikleri doğrudan gözlemleyemezler, ancak diğer nesnelerdeki davranışları ancak yakınlarda çok büyük ve yoğun bir nesnenin varlığıyla açıklanabilir. Etkiler, kara deliğe çekilen malzemeleri, kara deliğin etrafında oluşan yığılma disklerini veya büyük ama görünmeyen bir nesnenin yörüngesinde dönen yıldızları içerebilir.


Evrenimizde yerçekimi

Yerçekimi, gezegenleri güneşin etrafında yörüngede tutan ve ayı Dünya'nın yörüngesinde tutan şeydir. Ayın yerçekimi kuvveti denizleri kendine doğru çekerek okyanus gelgitlerine neden olur. Yerçekimi, yapıldıkları malzemeyi bir araya getirerek yıldızlar ve gezegenler yaratır.

Yerçekimi sadece kütleyi değil aynı zamanda ışığı da çeker. Albert Einstein bu prensibi keşfetti. Bir el fenerini yukarı doğru tutarsanız, yerçekimi onu çekerken ışık algılanamayacak kadar kırmızılaşacaktır. Değişimi gözlerinizle göremezsiniz, ancak bilim adamları bunu ölçebilir.

Kara delikler o kadar küçük bir hacme o kadar çok kütle sığdırır ki yerçekimleri hafif bile olsa her şeyin kaçmasını engelleyecek kadar güçlüdür.

Kara delik nedir?


Kara delikler: üzerinde anlaşmaya varılan terimler mantıklı tartışmalara yardımcı olur.

Oxford Astronomi Sözlüğü Ian Ridpath OUP 2011
"Kara delik. Kaçış hızı ışık hızını aşacak kadar güçlü bir yerçekimi alanına sahip bir nesne. Bir şekilde Kara delikler Büyük yıldızların yaşamlarının sonunda çökmesiyle oluştuğuna inanılıyor. Çöken bir nesne bir Kara delik yarıçapı, Schwarzschild yarıçapı olarak bilinen kritik bir boyuta küçüldüğünde ve ışık artık ondan kaçamaz. Bu kritik yarıçapa sahip yüzeye 'olay ufku' denir ve tüm bilgilerin içinde hapsolduğu sınırı işaretler. Bu nedenle, içindeki olaylar Kara delik dışarıdan gözlemlenemez. Teori, olay ufkunda hem uzayın hem de zamanın çarpıtıldığını ve bir nesnenin tek bir noktaya, bir 'tekillik'e çöktüğünü gösterir. Kara delik. Kara delikler herhangi bir kütleye sahip olabilir. süper kütleli Kara delikler (10^5 güneş kütlesi) aktif gökadaların merkezlerinde bulunabilir. diğer aşırı mini Kara delikler 10^-10 metre yarıçaplı ve bir asteroidinkine benzer kütleli kütleler, Big Bang'den sonraki ekstrem koşullarda oluşmuş olabilir. . . . . . . . . . Kara delikler tamamen siyah değiller teorisi, 'Hawking Radyasyonu' şeklinde enerji yayabileceklerini öne sürüyor.


Evrenin sonuna kadar Heather Couper ve Nigel Henbest DK 1998
"Einstein'ın genel görelilik kuramını yayınlamasından sonraki bir ay içinde, Alman fizikçi Karl Schwarzschild, denklemlerin şaşırtıcı bir tahmine yol açtığını keşfetti. Uzayın bir bölgesi o kadar çarpık hale gelebilir ki, dış Evrenden kopabilir. Nesneler düşebilir, ancak bir daha asla çıkamaz. Bugün böyle bir bölgeye kara delik diyoruz. Einstein'ın kendisi kara deliklere inanmayı reddetmişti ama bir kez olsun yanılmıştı. İlk bakışta, Schwarzschild'in kara deliği Newton'un teorisinin öngördüğüne benziyor. Ancak sadece Einstein'ın teorisi uzay, ışık ve maddenin bir kara deliğin yakınında nasıl davrandığını doğru bir şekilde açıklayabilir. Matematikçiler, neler olduğunu hesaplamak için genel göreliliği bile kullandılar. içeride bir kara delik.


Kozmoloji - Peter Coles tarafından Çok Kısa Bir Giriş Oxford University Press 2001
"Newton'un yerçekiminin bozulduğu bir örnek, çok büyük miktarda maddenin çok küçük bir uzay bölgesinde yoğunlaşmasıdır. When this happens the action of gravity is so strong, and space so warped, that light is not merely bent but is trapped. Such an object is a black hole. . . . . . . . . . One of the first mathematical solutions of Einstein's equations obtained, describes such an object. The famous 'Schwarzschild' solution was obtained only a year after the publication of Einstein's theory in 1916. The solution corresponds to a spherically symmetrical distribution of matter, and it was originally intended that this could form the basis of a mathematical model for a star. It was soon realised, however, that for an object of any mass the Schwarzschild solution implied the existence of a critical radius (now called the Schwarzschild radius). If a massive object lies entirely within its Schwarzschild radius then no light can escape from the surface of the object. For the mass of the Earth the critical radius is only 1 cm, whereas for the Sun it is about 3 km. Making black holes involves compressing material to a phenomenal density."


Universe - the Definitive Visual Guide Ed Martin Rees DK 2012
"A black hole is a region 0f space containing, at its centre, some matter squeezed into a point of infinite density, called a singularity. Within a spherical region around the singularity, the gravitational pull is so great that nothing, not even light, can escape. Black holes can therefore be detected only from the behaviour of material around them those discovered so far typically have a disk of gas and dust spinning around the hole, throwing off hot, high speed jets of material or emitting radiation (such as X-rays) as matter falls into the hole.
There are two main types of black hole - supermassive and stellar. Supermassive black holes, which can have a mass equivalent to billions of suns, exist in the centres of most galaxies, including our own. Their exact origin is not yet understood, but they may be a by-product of the process of galaxy formation. Stellar black holes form from the collapsed remains of exploded supergiant stars, and may be very common in all galaxies."

Complete History of the Universe All About Space Imagine Publishing 2016
Supermassive black holes
The ultimate consequence of gravity is a Kara delik. Imagine a region of space where gravity has caused a star to collapse, at the end of its life, to a point so small and dense that its gravity is practically infinite and completely overwhelms everything else. It's so strong that not even light can escape its grasp - the point of no return is known as the event horizon - explaining where the name Kara delik came from. Ve black holes don't come any more massive than a hefty supermassive Kara delik. With a mass ranging anywhere from hundreds of thousands to billions of times the mass of the Sun, these exotic high gravity objects are more often than not the centrepiece of the many galaxies that litter our Universe. Our own Milky Way even has one, called Sagittarius A*, which is a monster of around 4.3 million times the mass of our Sun, located deep in the middle of our galaxy amid myriad stars and vast clouds of gas and dust. So powerful are these galaxies that they have the power to switch star formation in a galaxy on and off at will." [At will. ]
"Think back to quasars - these are the most extreme form of active supermassive black holes. But less energetic black holes can still produce lower power jets, yet even though they're lower power, they still dominate the galaxy that they are in. Stars need gas to form, and the gas in galaxies often falls on to them from wandering clouds of intergalactic gas. Yet as clouds fall on to galaxies and as the galaxies merge with other galaxies, gas gets funnelled towards the black hole, ending up in a disk surrounding it, some of which is then beamed back out into the galaxy by jets or 'winds' of stellar radiation."
"These jets and radiation heat the gas that is creating stars, causing it to become too hot for star formation and sometimes even blowing right out of the galaxy itself. This is called feedback, and when it happens it brings star formation in a galaxy to a stuttering halt."

Astronomi First midsized black hole detected by Alison Klegman and Jake Parks February 2021
"Black holes come in a variety of sizes, ranging from a few to billions of times the mass of the Sun. . . . . . . . . . scientists at the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) and the partnering Virgo site received the first convincing sign: gravitational waves that point to the violent birth of an intermediate mass black hole (IMBH)."

Black Hole
WORK IN PROGRESS Much further information to be added. 26 May 2021.


Related

Tiny Black Holes

Elements in the Ocean

The Many Worlds Theory Today

This is where gravity becomes odd. If gravity is, as physicists say, mass telling space how to curve and space telling mass how to move, then space is inextricably related to mass. And mass, says Einstein’s E = mc 2 , always implies energy. So space must have energy too. And it does: In quantum theory, even empty space—a vacuum —has energy. The amount of energy in the vacuum, say quantum theorists, is so enormous that space should be curved so tightly that the universe would fit into a proton.

You could be forgiven for thinking this last is the ravings of theoretical physicists. But vacuum energy also crops up in another problem. For the last 14 years, astronomers measuring the universe’s expansion have found that the universe is not, as they’d expected, being slowed by the pull of its own gravity. Instead, the expansion is accelerating, speeding up some push is countering gravity’s pull. A physicist with a sense of poetry, Michael Turner at the University of Chicago, called the push “ dark energy .” And Turner and other physicists say that the simplest, most elegant explanation for dark energy is the energy in the vacuum.

Except the universe isn’t curled up inside a proton: Simple and elegant or not, vacuum energy doesn’t make the dark energy problem go away. “The mystery of dark energy,” says Leonard Susskind, physicist at Stanford University, is that compared to the calculated amount of vacuum energy, “there’s so little of it.” Maybe the calculations are wrong. Maybe dark energy won’t be understood until the excruciatingly complex supersymmetric and/or string theories get worked out. By this point, however, the reasoning is so mathematical—”Oh boy, is it mathematical!” says Susskind—that it’s hard even for physicists to follow.

An ordinary human hardly knows what to make of it. First, you can believe that Newton and Einstein between them described gravity exquisitely. Second, theorists don’t have the last word, and experimentalists are looking for gravitational waves. Gravitational waves are created when accelerating bodies distort space-time, says Gonzalez, “though the distortions are very, very small.” But something like two neutron stars coalescing into a black hole should create intense waves that should be detectable.

The most sensitive experiment is the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, or LIGO , which can measure distortions smaller than 10 -18 meters. LIGO hasn’t yet found gravitational waves, but it’s being upgraded to be able to detect waves over a larger volume of sky.

In fact, a number of different experiments , proposed and operating, stationed all over the world and out in space, are trying in differing ways to find gravitational waves of differing wavelengths coming from astronomical objects that range from binary white dwarf stars in our own galaxy, to the echo of the big bang itself . None of these experiments have found gravitational waves either. But if they do, the waves will carry new kinds of information from the hearts of the universe’s most turbulent creatures.

So what’s the matter with gravity? It may or may not be related to dark energy and it doesn’t fit in with the other forces. If it’s not a particle or a wave, then what else it might be is unclear. “And that’s where it sits now,” Turner says. “But wouldn’t you rather have no answer than the wrong answer?”

Go Deeper
Editor’s picks for further reading

Astronomical Review: Why Gravity is So Weak
In this essay, Martin Rees compares the strength of gravity to the strength of the other fundamental physical forces.

FQXi: The Myth of Gravity
An article on a new model in which gravity is not a fundamental force.

NOVA: Relativity and the Cosmos
In this essay, Alan Lightman explores the history and meaning of general relativity.


Videoyu izle: Güneş Sistemimize Bir Kara Delik Girseydi Dünya Sağ Kalır Mıydı? (Eylül 2022).