Что такое горизонт событий в астрономии кратко

Обновлено: 08.07.2024

это условная сфера, окружающая черную дыру, пересекая которую уже ничто не способно вернуться обратно, в т. ч. и свет. т. е. за этой границей (горизонтом) мы уже ничего не видим и не знаем.

Горизо́нт собы́тий — воображаемая граница в пространстве-времени, разделяющая те события (точки пространства-времени), которые можно соединить с событиями на светоподобной (изотропной) бесконечности светоподобными геодезическими линиями (траекториями световых лучей), и те события, которые так соединить нельзя. Так как обычно светоподобных бесконечностей у данного пространства-времени две: относящаяся к прошлому и будущему, то и горизонтов событий может быть два: горизонт событий прошлого и горизонт событий будущего. Упрощённо можно сказать, что горизонт событий прошлого разделяет события на изменяемые с бесконечности и на неизменяемые; а горизонт событий будущего отделяет события, о которых можно что-либо узнать, хотя бы в бесконечно отдалённой перспективе, от событий, о которых узнать ничего нельзя.

Что-нибудь понятно? Мне так — нет. Если не знать.

Брось эти рассуждения, применяемые к ЧД: ну, не было их в науке, в астрофизике, а горизонт событий был. Поняли мы это, как только Эйнштейн открыл неизменность скорости света — уже более 100 лет назад. Из чисто формальных рассуждений. Без всякой астрофизики.

Предполагаем, что следствие не может предшествовать причине, его вызвавшей, что вполне естественно. В специальной теории относительности событие А называется абсолютным прошлым события В, если не существует такой инерциальной системы отсчета, в которой В предшествует А.

Световой конус причинности, возникающий из наличия и постоянства скорости света и проходящий через данную точку, делит физическое пространство на абсолютно прошлое, абсолютно будущее и две абсолютно удаленные области.

Горизонт же событий поэтому и состоит из четырёх горизонтов: абсолютно прошлого и абсолютно будущего (это группа временнЫх горизонтов) и двух абсолютно удалённых, отделяя эти "абсолютные" области — совершенно недостижимые — от "обычных", достижимых. Горизонт — это граница областей. И ничего другого.

Здесь остановимся, успев разложить горизонт событий на четыре составляющие. Наука так далеко умчалась вперёд, что и говорить-то о таких мелочах — составляющих — уже и не принято, вот и шлёпают общими терминами. Переписывая их друг у друга. Но мы покопаемся в деталях.

Если абсолютно удалённое ещё как-то понятно — туда никак не попадёшь, как, например, гонясь за уходящим поездом со своей малой скоростью — то с абсолютными будущим и прошлым только может показаться, что понятно. К счастью, есть бытовой пример — относится он, правда, не к световой скорости, а к скорости транспорта, которым можешь воспользоваться.

Итак, на работе надо быть к 9.00, добираться до работы 1 ч, а сейчас на часах 8.01. Всё. Опоздали. Не попадём вовремя — для нас момент прихода на работу — абсолютно будущее. Вот так просто!

Конечно, можно и на такси — тогда ещё не опоздали и в обычном будущем будем вовремя. Но! В природе такси не возьмёшь — быстрее скорости света не сможешь перемещаться. И если заменить транспорт в предыдущем примере на свет, то всё равно ничего не спасёт — опоздали.

Вывод: если где-то происходят события, до которых не успеть даже со скоростью света, то происходят они в абсолютном будущем, о котором мы никогда ничего не узнаем. Впрочем, выговор нам влепят — ещё как узнаем!

Теперь абсолютно прошлое. Известно ли, что мы, Земля, находимся прямо в Центре видимой Вселенной? Это потому, что в какую сторону ни глянь, всюду видно на 13,7 млрд. лет. А что дальше? Там, откуда за время существования Вселенной свет до нас ещё не дошёл? А ведь как интересно? Что нас родило?

Там — абсолютно прошлое! Прошлое, из которого ничего не пришло. Потому, что оно абсолютное. Конечно, с течением времени видимая Вселенная расширялась для нас — мы видели всё дальше и дальше. Но! Так было, пока космологическая константа k была равна единице — длилось это на протяжении 10. 12 млрд. лет. А теперь это не так!

Сейчас k > 1, и это означает, что не будем видеть всё дальше и дальше, а в точности наоборот — будем видеть всё меньше и меньше объектов, они будут уходить в область абсолютно будущего. От них свет уже не дойдёт до нас — вот эту тему и доят (разрабатывают) чёрнодырочники, заполонившие со своими ЧД всё информационное пространство: как же, каждому хочется быть на острие науки. Вернее, показать, что он на острие.

Горизонт событий можно описать как точку невозврата - космическая тюрьма, из которой не может выбраться даже сам свет, порог, за которым никакие события не могут повлиять на наблюдателя.

Горизонт событий можно описать простым языком как точку невозврата. Это космическая тюрьма, из которой даже сам свет никогда не сможет выбраться, порог, за которым никакие события не могут повлиять на наблюдателя. Чтобы более детально понять, как концептуализируется горизонт событий, нужно говорить в контексте астрофизики, а именно теории общей относительности и черных дыр, с которыми тесно связано понятие о горизонте событий.

Точка невозврата

Горизонт событий является частью черной дыры, его можно представить как внешнее кольцо, окружающее черную дыру, и если конкретный объект проходит мимо этого внешнего кольца, он больше никогда не сможет вернуться. Похоже, что оно "прилипло" к глазам наблюдателя. Как именно теория относительности Альберта Эйнштейна играет в этом роль? Законы общей относительности гласят, что гравитационные тяготения черных дыр настолько сильны, что ни один объект не может от них ускользнуть.

Как утверждает Эйнштейн, нет ничего, что может путешествовать быстрее скорости света. Как только что-то входит в это кольцо вокруг черной дыры, которую мы называем горизонтом событий, необходимая скорость для побега начинает превышать скорость света. Но если скорость света самая высокая, как можно избежать этого? Никак, поэтому мы называем это точкой невозврата. Чем ближе кто-то или что-то приближается к центру черной дыры, тем быстрее увеличивается скорость, необходимая для побега.

Поскольку горизонт событий на самом деле является точкой входа, в которой скорость убегания становится больше скорости света, можно с уверенностью сказать, что из него невозможно выйти. Мы не можем быть свидетелями какого-либо события, которое происходит внутри границ горизонта событий, и, как мы уже сказали, ничто не может избежать его. Центр этого места, т. е. черная дыра, также называется сингулярностью. Сингулярность - это место, где сосредоточена масса черной дыры с бесконечной плотностью.

Что такое квазар?

Если мы посмотрим на галактику нашей собственной Солнечной системы, Млечный Путь, то в ее центре есть черная дыра, масса которой равна массе 250 0000 Солнца, а горизонт событий простирается на многие миллионы километров. Важно заметить, что на самом деле никто никогда не видел черную дыру. Тем не менее физики убеждены в их существовании.

Единственное, что мы на самом деле можем видеть, это то, что называется аккреционным диском. Это дискообразный поток различных космических материалов, таких как газ и пыль, который подошел достаточно близко к черной дыре, но достаточно далеко, чтобы не упасть в нее. Эти галоподобные вещества, окружающие черную дыру, также называют квазарами, неологизмом, состоящим из "квазизвездного радиоисточника". Они называются так потому, что квазары были впервые обнаружены как радиоисточники. Они также являются одним из древнейших тел во Вселенной, а также самыми дальними и яркими объектами, которые мы можем видеть.

$<\displaystyle G_<\mu \nu ></p> <p>+\Lambda g_<\mu \nu >=<8\pi G \over c^<4>>T_<\mu \nu >\,>$

Горизонт событий обычно является 3-мерной мировой линией наблюдателя светоподобными (изотропными) геодезическими линиями, направленными соответственно в будущее — горизонт событий прошлого, и в прошлое — горизонт событий будущего, и события, с которыми этого сделать нельзя. Например, постоянно равномерно ускоренный наблюдатель в пространстве Минковского имеет свои горизонты прошлого и будущего (см.

Содержание

Горизонт событий чёрной дыры

Горизонт событий будущего является необходимым признаком чёрной дыры как научно подтвержденного объекта. Горизонт событий сферически-симметричной чёрной дыры называется сферой Шварцшильда и имеет характерный размер, называемый гравитационным радиусом.

Находясь под горизонтом событий, любое тело будет двигаться только внутри чёрной дыры и не сможет вернуться обратно во внешнее пространство. C точки зрения наблюдателя, свободно падающего в чёрную дыру, свет может свободно распространяться как по направлению к чёрной дыре, так и от неё. Однако после пересечения горизонта событий даже свет, распространяющийся от наблюдателя наружу, никогда не сможет выйти за пределы горизонта. Предмет, попавший внутрь горизонта событий, в конце концов, вероятно, попадает в сингулярность, а перед этим разрывается вследствие высокого градиента силы притяжения чёрной дыры (приливных сил).

Энергия, возможно, может покидать чёрную дыру посредством т. н. излучения Хокинга, представляющего собой квантовый эффект. Если так, истинные горизонты событий в строгом смысле у сколлапсировавших объектов в нашей Вселенной не формируются. Тем не менее, так как астрофизические сколлапсировавшие объекты — это очень классические системы, то точность их описания классической моделью чёрной дыры достаточна для всех мыслимых астрофизических приложений [1] .

№1. Чтобы даже понять горизонт событий, нам нужно объяснить пространство-время. Пространство-время, в физике - это математическая модель, в которой пространство и время (которые являются двумя различными объектами) объединены в единый континуум.

№2. Итак, что такое континуум? Континуум - это не что иное, как непрерывная последовательность, в которой элементы, смежные друг с другом, заметно не различаются, но на конечностях они очень различны. Таким образом, в пространственно-временном континууме пространство и время заметно не различаются. Однако на конечностях они очень разные. Например, пространство имеет три измерения, а время, с другой стороны, имеет только одно измерение, которое мы называем четвертым измерением.

№3. Теперь, когда у нас есть краткое представление о том, что такое пространство-время, мы можем перейти к Горизонту Событий. Горизонт событий - это граница в пространственно-временном континууме. Если человек находится за этой границей, события, происходящие в пределах границы, не будут влиять на него.

№4. Внутри горизонта событий происходящие события просто убьют человека. На самом деле, граница - это точка возврата. Неопределенно говоря, все, что находится за границей, безопасно. Все, что находится внутри границы, никогда не вернется и будет полностью уничтожено.

№6. Горизонты событий в основном встречаются вокруг черных дыр.

№7. Даже если свет испускается внутри границы, он не может избежать огромного гравитационного притяжения и, следовательно, он не может достичь наблюдателя, расположенного за пределами границы.

№8. Поскольку свет не может покинуть горизонт событий, черные дыры буквально невидимы для человеческого глаза.

№9. Если смотреть с другой стороны, если что-то приближается к горизонту событий за пределами границы (сторона, где находится наблюдатель), то оно постепенно замедляется, и этот объект никогда не пройдет через горизонт.

№10. Когда что-то приближается к горизонту событий, его изображение постепенно смещается с каждым мгновением.

№11. Что такое красное смещение? Красное смещение - это состояние, при котором любое электромагнитное излучение или даже свет от какого-либо объекта постепенно увеличивается в длине волны. Это означает, что свет или электромагнитное излучение постепенно смещаются к красному концу спектра. Когда происходит красное смещение, частота или энергия фотона постепенно уменьшаются, что является не чем иным, как увеличением длины волны.

№12. Итак, что вызывает красное смещение, когда что-то приближается к горизонту событий? Когда мы наблюдаем красное смещение, это означает, что свет от объекта возвращается к нам. Это возможно до тех пор, пока объект фактически не войдет в Горизонт Событий, где свет не может выйти. Прежде чем объект войдет в горизонт событий, фотоны в свете, испускаемом объектом, попытаются избежать огромной гравитации.

Это означает, что фотонам придется работать больше, чтобы убежать. Чем больше работы они делают, тем больше энергии они теряют. Другими словами, фотоны должны будут выпустить немного энергии, чтобы вырваться из гравитации. Теперь частота фотонов прямо пропорциональна их энергии.

Итак, если энергия фотона падает, его частота падает. Падение частоты означает увеличение длины волны. Это объясняет, почему объект становится красным по мере приближения к горизонту событий. Это называется гравитационным красным смещением, предсказанным теорией общей теории относительности Эйнштейна.

№13. Итак, почему объект замедляется при приближении к горизонту событий? Это происходит из-за гравитационного замедления времени. Мы объясним гравитационное замедление времени в другом списке.

№16. Поскольку объект, приближающийся к горизонту событий, даже не увидит ничего странного, он даже не узнает, что на самом деле приближается к горизонту событий, потому что эта граница не является чем-то физическим. Это только мнимая граница, основанная на математических расчетах.

№17. Только после того, как объект входит в горизонт событий, он может испытывать изменения. Как? Все попытки вернуться на самом деле потерпят неудачу.

№18. Горизонты событий черных дыр порождают явление, известное как спагеттификация или эффект лапши. Это явление, при котором объект, попадающий в горизонт событий, будет растягиваться вертикально и сжиматься в боковом направлении до тех пор, пока он не примет форму спагетти или лапши. Это происходит из-за огромных приливных сил, которые существуют в горизонте событий и вызваны огромным гравитационным притяжением сингулярности.

№19. Интересно, что это спагеттификация может иметь место даже до того, как объект войдет в горизонт событий. Зачем? В широком смысле существует два типа черных дыр - супермассивные и более мелкие черные дыры. Меньшая черная дыра, такая как черная дыра звездной массы, будет иметь свою особенность очень близко к горизонту событий, и в результате приливные силы, вызванные гравитацией этой сингулярности, существуют и распространяются за пределы горизонта событий. Таким образом, любой объект, который приближается к меньшей черной дыре, будет испытывать спагеттификацию даже перед входом в горизонт событий.

№20. В случае сверхмассивных черных дыр точка сингулярности находится далеко от горизонта событий, и поэтому приливные силы не существуют вне горизонта событий. Таким образом, спагеттификация не произойдет, пока объект не войдет в горизонт событий. Итак, можно сделать вывод, что удаленный наблюдатель действительно увидит объект, спагетизированный до того, как он исчезнет, если приблизится к маленькой черной дыре. Наблюдатель вообще не сможет увидеть спагеттификацию, если объект приблизится к сверхмассивной черной дыре.

$G_<\mu \nu></p> <p>+ \Lambda g_ <\mu\nu>= <8\pi G\over c^4>T_<\mu \nu>\,$

Горизо́нт собы́тий — воображаемая граница в пространстве-времени, разделяющая те события (точки пространства-времени), которые можно соединить с событиями на светоподобной (изотропной) бесконечности светоподобными геодезическими линиями (траекториями световых лучей), и те события, которые так соединить нельзя. Так как обычно светоподобных бесконечностей у данного пространства-времени две: относящаяся к прошлому и будущему, то и горизонтов событий может быть два: горизонт событий прошлого и горизонт событий будущего. Упрощённо можно сказать, что горизонт событий прошлого разделяет события на те, на которые можно повлиять с бесконечности, и на которые нельзя; а горизонт событий будущего отделяет события, о которых можно что-либо узнать, хотя бы в бесконечно отдалённой перспективе, от событий, о которых узнать ничего нельзя. Это связано с тем, что скорость света является предельной скоростью распространения любых взаимодействий, так что никакая информация не может распространяться быстрее.

Горизонт событий обычно является 3-мерной гиперповерхностью. Необходимым и достаточным условием его существования является пространственноподобность хотя бы части светоподобной (изотропной) бесконечности. Следует отметить, что горизонт событий — понятие интегральное и нелокальное, так как в его определении участвует светоподобная бесконечность, то есть все бесконечно удалённые области пространства-времени. Поэтому в своей непосредственной окрестности горизонт событий ничем не выделен, что представляет проблему при численных расчётах в общей теории относительности. Для решения этой проблемы предложены некоторые близкие по свойствам к горизонту событий, но локально определяемые понятия: динамический горизонт, ловушечная поверхность и кажущийся горизонт (apparent horizon).

Существует также понятие горизонта событий отдельного наблюдателя. Он разделяет между собой события, которые можно соединить с мировой линией наблюдателя светоподобными (изотропными) геодезическими линиями, направленными соответственно в будущее — горизонт событий прошлого, и в прошлое — горизонт событий будущего, и события, с которыми этого сделать нельзя. Например, постоянно равномерно ускоренный наблюдатель в пространстве Минковского имеет свои горизонты прошлого и будущего (см. горизонт Риндлера).

Содержание

Горизонт событий чёрной дыры

Горизонт событий будущего является необходимым признаком чёрной дыры как теоретического объекта. Горизонт событий сферически-симметричной чёрной дыры называется сферой Шварцшильда и имеет характерный размер, называемый гравитационным радиусом.

Находясь под горизонтом событий, любое тело будет двигаться только внутри чёрной дыры и не сможет вернуться обратно во внешнее пространство. C точки зрения наблюдателя, свободно падающего в чёрную дыру, свет может свободно распространяться как по направлению к чёрной дыре, так и от неё. Однако после пересечения горизонта событий даже свет, распространяющийся от наблюдателя наружу, никогда не сможет выйти за пределы горизонта. Предмет, попавший внутрь горизонта событий, в конце концов, вероятно, попадает в сингулярность, а перед этим вытягивается в струну вследствие высокого градиента силы притяжения чёрной дыры (приливных сил).

Читайте также: