Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Teoria relativității » Orizontul evenimentelor

Orizontul evenimentelor

În relativitatea generală, orizontul evenimentelor este o limită în spațiu, dincolo de care evenimentele nu pot afecta un observator extern. În termeni laici, acesta este definit ca fiind învelișul „punctelor fără întoarcere”, adică punctele în care atracția gravitațională devine atât de mare încât să facă imposibilă evadarea, chiar și pentru lumină. Un orizont de evenimente este cel mai frecvent asociat cu găurile negre. Lumina emisă din interiorul orizontului evenimentului nu poate ajunge niciodată la observatorul extern. De asemenea, orice obiect care se apropie de orizont de partea observatorului pare să încetinească și să nu treacă niciodată prin orizont, imaginea devenind din ce în ce mai deplasată spre roșu pe măsură ce trece timpul. Aceasta înseamnă că lungimea de undă devine mai lungă, pe măsură ce obiectul se îndepărtează de observator. Obiectul care călătorește, cu toate acestea, nu simte efecte ciudate și, de fapt, trece prin orizont într-o cantitate finită de timp propriu.

Tipurile mai specifice ale orizontului includ orizonturile corespunzătoare absolute și aparente, dar distincte, existente în jurul unei găuri negre. Alte noțiuni distincte includ orizonturile Cauchy și Killing; sferele fotonice și ergosferele soluției Kerr; particule și orizonturi cosmologice relevante pentru cosmologie; și orizonturi izolate și dinamice importante în cercetarea actuală privind găurile negre.

Orizontul evenimentelor unei găuri negre

Unul dintre cele mai cunoscute exemple ale unui orizont de evenimente derivă din descrierea generală a relativității unei găuri negre, un obiect ceresc atât de masiv încât nicio materie sau radiații învecinate nu pot să iasă din câmpul gravitațional. Adesea, aceasta este descrisă drept limita în care viteza de evadare a găurii negre este mai mare decât viteza luminii. Cu toate acestea, o descriere mai exactă este că, în acest orizont, toate luminoase (căile pe care lumina ar putea să le ia) și, prin urmare, toate căile din conurile luminoase ale particulelor din orizont, sunt deformate, astfel încât cad mai departe în gaură. Odată ce o particulă se află în interiorul orizontului, mișcarea în gaură este la fel de inevitabilă ca înaintarea în timp și poate fi considerată ca fiind echivalentă cu a face acest lucru, în funcție de sistemul de coordonate spațiu-timp utilizat.

Suprafața la raza Schwarzschild acționează ca orizont de eveniment într-un corp care nu se rotește și care se potrivește în interiorul acestei raze (deși o gaură neagră rotativă funcționează puțin diferit). Raza Schwarzschild a unui obiect este proporțională cu masa sa. Teoretic, orice cantitate de materie va deveni o gaură neagră dacă este comprimată într-un spațiu care se potrivește în raza Schwarzschild corespunzătoare. Pentru masa Soarelui această rază este de aproximativ 3 kilometri, iar pentru Pământ este de aproximativ 9 milimetri. În practică, însă, nici Pământul, nici Soarele nu au masa necesară și, prin urmare, forța gravitațională necesară, pentru a depăși presiunea de degenerare a electronului și a neutronilor. Masa minimă necesară pentru ca o stea să se poată prăbuși dincolo de aceste presiuni este limita Tolman-Oppenheimer-Volkoff, care este de aproximativ trei mase solare.

Orizonturile evenimentelor găurilor negre sunt de obicei greșit înțelese. Frecvent, deși eronat, apare noțiunea că găurile negre „aspiră” materiale în vecinătatea lor, deși de fapt nu mai sunt capabile să caute materiale de consumat decât orice alt corp atractiv gravitațional. Ca și în cazul oricărei mase din Univers, materia trebuie să intre în sfera gravitațională a acesteia pentru a putea exista o captare sau o consolidare cu orice altă masă. La fel de comună este ideea că materia care intră într-o gaură neagră poate fi observată. Acest lucru nu este posibil. Astronomii pot detecta numai discuri de acumulare în jurul găurilor negre, unde materia se mișcă cu o viteză atât de mare încât fricțiunea creează radiații de înaltă energie care pot fi detectate (similar, unele materii din aceste discuri de acumulare sunt forțate să curgă de-a lungul axelor spinului găurii negre, creând jeturi vizibile atunci când aceste fluxuri interacționează cu materia, cum ar fi gazul interstelar). În plus, un observator îndepărtat nu va vedea niciodată ceva ce trece peste orizont. În schimb, în ​​timp ce se apropie de gaură, obiectul va părea că merge mai încet, în timp ce orice lumină pe care o emite va fi redusă în continuare și mai mult.

Departe de gaura neagră
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:BH-no-escape-1.svg

 (Departe de gaura neagră, o particula se poate mișca în orice direcție, fiind limitată doar de viteza luminii.) )

Mai aproape de spațiu temporal al găurii negre
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:BH -no-evacuare-2.svg

 (Mai aproape de spațiutimpul al găurii negre începe să se deformeze. În unele sisteme de coordonate convenabile, există mai multe căi care merg spre gaura neagră decât căile care se depărtează. )

În interiorul orizontului evenimentului
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:BH-no-escape- 3.svg

 (În interiorul orizontului evenimentului, unde toate căile aduc particula mai aproape de centrul găurii negre, nu mai este posibilă scăparea particulei.) )

Orizontul evenimentelor cosmice

În cosmologie, orizontul evenimentelor universului observabil este cea mai mare distanță comobilă de la care lumina emisă acum poate ajunge vreodată la observator în viitor. Acest lucru diferă de conceptul de orizont de particule, care reprezintă cea mai mare distanță comobilă de la care lumina emisă în trecut ar fi putut ajunge la observator la un moment dat. Pentru evenimentele dincolo de acea distanță, lumina nu a avut timp să ajungă la locația noastră, chiar dacă a fost emisă în momentul în care universul a început. Modul în care orizontul de particule se schimbă odată cu timpul depinde de natura expansiunii Universului. Dacă expansiunea are anumite caracteristici, există părți ale Universului care nu vor fi niciodată observabile, indiferent de cât timp observatorul așteaptă ca lumina din acele regiuni să ajungă. Limita trecută peste care evenimentele nu pot fi observate vreodată este un orizont de eveniment și reprezintă gradul maxim al orizontului de particule.

Criteriul pentru a determina dacă există un orizont de particule pentru Univers este după cum urmează. Definiți o distanță comobilă dp ca

dp ​​= ∫0t0 (c/a(t)) dt.

În această ecuație, a este factorul scării, c este viteza luminii și t0 este vârsta Universului. Dacă dp → ∞ (adică puncte arbitrar la fel de departe pe cât se poate observa), atunci nu există orizont de eveniment. Dacă dp ≠ ∞, există un orizont.

Exemple de modele cosmologice fără orizont de evenimente sunt universurile dominate de materie sau de radiații. Un exemplu de model cosmologic cu orizont de eveniment este un univers dominat de constanta cosmologica (un univers de Sitter).

Un calcul al vitezelor evenimentelor cosmologice și al orizonturilor de particule a fost dat într-o lucrare pe modelul cosmologic FLRW, apropiindu-se de Univers ca fiind constituit din componente neinteresante, fiecare fiind un fluid perfect.

Orizontul aparent al unei particule acceormă, P, și un eveniment E, care este în afara orizontului aparent al particulei. Conul de lumină al evenimentului nu intelerate

Diagrama spațiu-timp care prezintă o particulă uniformă, P, și un eveniment E, care este în afara orizontului aparent al particulei
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Event -horizon-particle.svg

 (Diagrama spațiu-timp care prezintă o particulă unifrsectează niciodată linia de univers a particulelor: )

Dacă o particulă se mișcă cu o viteză constantă într-un univers neexpandant fără câmpuri gravitaționale, orice eveniment care apare în acel Univers va fi în cele din urmă observabil de către particulă, deoarece conurile luminoase din aceste evenimente intersectează linia de univers a particulelor. Pe de altă parte, dacă particulele se accelerează, în anumite situații conurile luminoase din unele evenimente nu intersectează niciodată linia de univers a particulelor. În aceste condiții, un orizont aparent este prezent în cadrul de referință al particulei (accelerat), reprezentând o limită dincolo de care evenimentele sunt neobservabile.

De exemplu, acest lucru are loc cu o particulă uniform accelerată. O diagramă spațială a acestei situații este prezentată în figură. Pe măsură ce particula accelerează, se apropie, dar nu ajunge niciodată, la viteza luminii în raport cu cadrul original de referință. Pe diagrama spațială, calea sa este o hiperbolă, care se apropie asimptotic de o linie de 45 de grade (calea unei raze de lumină). Un eveniment a cărui margine a conului de lumină este asimptot sau este mai departe decât această asimptotă nu poate fi niciodată observată de către particula accelerată. În cadrul de referință al particulei, se pare că există o limită în spatele ei, din care nu pot scăpa semnale (un orizont aparent).

Deși aproximările acestui tip de situație pot să apară în lumea reală (de exemplu, în acceleratoarele de particule), nu este niciodată prezent un adevărat orizont al evenimentului, deoarece aceasta necesită accelerația pe termen nedefinit (necesitând cantități mari de energie în mod arbitrar și un aparat arbitrar de mare).

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *