Movatterモバイル変換


[0]ホーム

URL:


Mine sisu juurde
Vikipeedia
Otsing

Sündmuste horisont

Allikas: Vikipeedia
 See artikkel räägib üldrelatiivsusteooria mõistest; ulmeraamatute sarja kohta vaata artiklistSündmuste horisont (raamatusari).

LähtuvaltEinsteiniüldrelatiivsusteooriast, onsündmuste horisontkosmosesaegruumi koht, millest kaugemal/sügavamal toimuvad sündmused ei mõjutasündmuse vaatlejat.

Lihtsalt ja lühidalt selgitatuna on tegemist mingi ruumiosaga, kust ei ole võimalik tagasi pöörduda, sestgravitatsioonijõud on muutunud nii suureks, et sellest eemaldumine on isegivalgusele võimatu. Seetõttu ei olegi võimalik mõjutada sündmuste vaatlejat – kui sündmuste horisondist oleks kaugemal mõni valgust kiirgav või peegeldav keha, ei jõuaks seegravitatsioonilise vastastikmõju tugevuse tõttu kunagi vaatlejani. Kui jälgida sündmuste horisondile lähenevat keha väljaspool horisonti, näib vaatlejale keha pidevalt aeglustuvat, kuid mitte kunagi sündmuste horisondini või sealt läbi jõudvat. Keha peegeldatavavalguse lainepikkus muutub pikemaks (keha aeglustub) ning seetõttu liigub lähemalevalgusspektri punasele vahemikule ehk toimub pidevpunanihe (ing.redshift). Horisondile lähenevas kehas muutusi tema perspektiivist ei toimu ning erinevalt vaatlejale näivast olukorrast ületab keha tegelikult sündmuste horisondi piiri ning see protsess ei ole lõpmatu, ehk omab kindlatajalist väärtust.

Üldiselt on sündmuste horisondid seostatudmustade aukudega (näiteksabsoluutne horisont janähtav horisont), kuid horisonte on eri tüüpe ning paljud neist ei ole tegelikult mustade aukudega seotud (näiteksCauchy jaKillingi horisont;footonorbiidid/footonkerad jaKerri lahenduseergosfäärid).Isoleeritud jadünaamilised horisondid on mustade aukude uurimistöös tihti loetud kõige olulisemateks.

Mustade aukude sündmuste horisondid

[muuda |muuda lähteteksti]
Mustadast aukudest kaugel saab valgus liikuda igas võimalikus suunas
Liikudes mustale augule lähemale, on aegruumi paindumise tõttu suunatud musta augu sisse rohkem valgusteid, kui neid on väljas
Olles sündmuste horisondist musta augu pool, viivad kõik võimalikud valgusteed sügavamale auku, ehk sellest põgeneda ei ole võimalik (v.aHawkingi radiatsioon)

Üks paremaid ja lihtsamini hoomatavaid sündmuste horisondi (antud juhul absoluutne horisont) tööpõhimõtte seletusi tulenebmustade aukude olemuse kirjeldusest –taevakeha, mis on nii massiivne, et temagravitatsiooniväljast (ehk tema poolt painutatud aegruumist) ei saa väljuda ükskimateeria egakiirguse vorm. Mustade aukude puhul kirjeldatakse sündmuste horisonti kui piiri, millel musta augu gravitatsiooniväljastpõgenemiskiirus on suurem, kuivalguse kiirus. Tegelikult on seda nähtust täpsem selgitada läbi valgusetrajektooride – sündmuste horisondil piiril ning sellest seespool on kõikvalgusteed (trajektoorid, mida mööda valgus, ehk antud juhulfootonid, saaks liikuda)aegruumis painutatud nii, et ainuke viis liikuda on musta augu sissepoole. Kui footon on horisondist seespool, on augu sisse liikumine vältimatu, samamoodi nagu seda on ajas edasi liikumine (kusjuures, sellises olukorras tõmmatakse nende kahe vahele võrdusmärk, ehk nähtuse kirjeldamine on läbi mõlema muutuja korrektne).

Schwarzschildi printsiip

[muuda |muuda lähteteksti]

Staatilisel, mittepöörleval kehal kattub sündmusehorisontSchwarzschildi raadiusele vastava kerasfääriga (seda ainult juhul, kui keha oma massiga mahub vastava raadiuse piiridesse). Kusjuures, pöörleva musta augu puhul on Schwarzschildi seaduse toimimine analoogne, kuid paari erinevusega.

Teoorias saab mustaks auguks muutuda igasugune mateeria (keha), kuid seda ainult juhul, kui vastava keha mõõtmed on omamassi kohta piisavalt väiksed, et mahtuda oma massile vastava Schwarzschildi raadiuse sisse (ehk antud raadiusele vastava kera sisse, või kattub sellega).

Teoretiseerides onPäikese puhul tema massile vastav Schwarzschildi raadius umbes 3 kilomeetrit,Maa puhul on see suurus aga ainult 9 millimeetrit. Reaalsuses ei saaks aga ei Päike ega Maa mustaks auguks muutuda, sest kummalgi ei ole piisavalt massi (järelikult ka suutlikkust piisavalt suure gravitatsioonilise vastastikmõju tekitamiseks), et ületada jõudu, mis hoiab mateeriaosakesi (elektronid, neutronid jne) formeerituna (stabiilse tähe puhul on see jõud, mis takistab gravitatsioonijõul tähte kokkukukkumast, ehk on sellega võrdne). Vähim mass, mis on vajalik, et seda jõudu ületada (Tolmani-Oppenheimeri-Volkoffi piir) on võrdne umbes kolme Päikese massiga.

Valearusaamad

[muuda |muuda lähteteksti]

Kahjuks mõistetakse mustade aukude toimimist ja nende sündmuste horisontide tööpõhimõtet tihti valesti. Levinud on arvamus (mis on täiesti ebakorrektne), et mustad augud lihtsalt "imevad" endasse lähedaloleva mateeria. Reaalsus on aga see, et mustad augud ei ole suutelised mateeriat endasse imema kuidagi teistmoodi, kui seda teevad kõik kehad – nad on lihtsalt väga massiivsed, mistõttu on nende tekitatav jõud gravitatsioonilises vastastikmõjus suur. Samamoodi nagu iga teise massiga keha puhul, peab musta augu mõjutatav keha olema tema gravitatsioonivälja mõjuraadiuses (kuigi gravitatsioonilisel vastastikmõjul puudub mõjupiir, on piisavalt suure distantsi puhul kehadevaheline jõud nii väike, et üksteist ei mõjutada, või mõjutatakse väga marginaalselt).

Teine levinud valearusaam mustade aukude kohta on see, et olles mustast august väljaspool, on võimalik vaadelda auku "sissekukkuvat" mateeriat, mis on aga võimatu. Vaatlejana on võimalik näha mustade aukude ümber tekkivaid nn juurdekasvu või mateeriakettaid, mis liiguvad ümber augu väga suurel kiirusel. Suure liikumiskiiruse ja osakeste rohkuse tõttu on kettas pidevalt suur hõõrdejõud, mis omakorda tekitab kõrgeenergialist kiirgust, mida on võimalik mõõta ja jälgida. Lisaks mõõdetavale kiirgusele, eraldub ketastest tsentripentaaljõu tõttu mateeriat, mis tekitavad nähtavaid "jugasid". Kokkuvõtvalt, vaatleja ei näegi midagi ületamas sündmuste horisonti, vaid märkab augule läheneva keha pidevat ja lõpmatut aeglustumist ning samal ajal kehalt peegelduva valguse punanihet, ehk pidevat liikumist spektri punasele poolele.

Erinevad sündmuste horisondid kosmoloogias

[muuda |muuda lähteteksti]

Kosmoloogiline sündmuste horisont

[muuda |muuda lähteteksti]

Kosmoloogias nimetatakse jälgitavauniversumi kosmoloogiliseks sündmuste horisondiks suurimat distantsi punktini aegruumis (ingcomoving distance), kust antud/praegusel ajahetkel kiiratud osakesed (üldiselt footonid, seetõttu kiiratud valgus) saab kunagi üldse vaatlejani jõuda, kusjuures distantsi määramisel ei arvestadauniversumi paisumisest tingitud kaugusemuutust. Kui valgusallikas või valgust kiiranud sündmus on antud horisondist kaugemal, ei ole valgusel olnud kunagi piisavalt aega, et vaatlejani jõuda (isegi siis, kui sündmus toimus näiteksSuure Paugu ajal).

Osakeste horisont

[muuda |muuda lähteteksti]

Osakeste sündmuste horisondi puhul määratakse aegruumis maksimaalset distantsi, mille on kunagi (näiteks universumi alguses) kiiratud osakesed saanud läbida nii, et nad on juba jõudnud, või jõuavad vaatlejani. Distantsi määramisel arvestatakse kauniversumi paisumistegurit ning seetõttu saab tekkida olukord, kus universum paisub lihtsalt liikuvatel osakestel eest ära ning ei jõuagi kunagi vaatlejateni – sellise olukorra puhul osakeste sündmuste horisont puudub. Osakeste horisondi leidmise üks kasutustest on näiteks määrata universumi tegelikku vanust.

Määramaks, kas kiiratud osakesed saavad kunagi vaatlejani jõuda, ehk kas osakeste horisont antud universumis on reaalne, kasutatakse järgnevat valemit:

dp=0t0ca(t)dt .{\displaystyle d_{p}=\int _{0}^{t_{0}}{\frac {c}{a(t)}}dt\ .}

Valemis onauniversumi suhteline paisumistegur,cvalguse kiirus jat0universumi vanus. Kuidp{\displaystyle d_{p}\rightarrow \infty }, siis antud universumil puudub osakeste horisont, kui agadp{\displaystyle d_{p}\neq \infty }, siis antud universumis horisont eksisteerib.

Kosmoloogilsed mudelid, kus on ülekaalus mateeria ja kiirgus, on sellised, millel üldiselt osakeste horisondid puuduvad (sest nende paisumistegur ajaühikus on lihtsalt nii suur, et aegruum paisub osakestel eest ära).

Ilmekas näide reaalse osakeste horisondiga kosmoloogilsest mudelist on näiteks universum, mis allubkosmoloogilise konstandi printsiibile (ntde Sitteri universum). Lühidalt kirjeldades, universum, millesvaakumi energiatiheduse väärtus on nii väike, et aegruumi paisumist ei teki ning universum on konstantse suurusega, tänu millele saavad kiiratavad osakesed jõuda ükskõik missuguses ruumipunktis asuva vaatlejani.

Erinevus kosmoloogilise ja osakeste sündmuste horisondi vahel

[muuda |muuda lähteteksti]

Lühidalt, võrreldes kosmoloogilist sündmuste horisonti (maksimaalne distants, milleni praegu kiiratavad osakesed saavad jõuda nii, et nad on vaadeldavad) osakeste sündmuste horisondiga (maksimaalne distants, kust kiiratud osakesed on saanud universumi algusest saadik vaatlejateni jõuda) on neil põhimõtteline vahe – kosmoloogilise horisondi puhul tegeletaksepraegu kiiratavate osakestega ning määratakse, kui kaugele see jõuda saab, osakeste horisondi puhul aga osakestega, mis on kiiratudminevikus, ehk mingil varasemal ajahetkel ning kas see on kunagi saanud vaatlejani jõuda.

Kiirendatud osakese "näiline" sündmuste horisont

[muuda |muuda lähteteksti]

Valguskoonused

[muuda |muuda lähteteksti]
Valguskoonuse skeem

Nähtuse mõistmiseks on vaja baasteadmisi või ideed sellest, mida kujutavad endastvalguskoonused. Valguskoonus on kogum kõikidest võimalikest teedest, milleüksiksündmusest pärit (aegruumi ainsas kohas, üheainsa ajahetkel jooksul toimunud sündmus) valgus saabaegruumis levimiseks võtta.

Joonisel kujutab vertikaaltelg aega ja horisontaaltelg ruumi (saame praegu teha sünonüümi teepikkusega). Seetõttu on sisuliselt tegemist skeemiga selle kohta, kuhu kohta aegruumis mingist sündmusest tulnud valgus/informatsioon/energia levida saab ning seda lähtuvalt konkreetsest sündmusest pärinevast valguse kiirusest – tekivadkoonused, millest ülemine on tulevikukoonus ja alumine mineviku oma, mõlema koonusemoodustajad kujutavad valguse kiirust. Järelikult kõik see, mis jääb koonuste sisse või on täpselt selle piiril, saab olla antud sündmust ja vaatlejat (joonisel koonuse tipp või telgede nullkoht) potentsiaalselt mõjutav. See, mis jääb koonustest välja, ei ole antud vaatleja ega sündmusega seotud (näiteks seetõttu, et asub mõnes teises ruumipunktis, mis ei kattu kunagi selle konkreetse vaatlejaga, sest ei saa ületada valguse kiirust), ehk see ei saa mõjutada meie vaadeldavat sündmust, ega meie sündmus ei saa mõjutada ühtegi sündmust, mis asub väljaspool selle sündmuse valguskoonuseid.

Ühtlaselt liikuv osake aegruumis

[muuda |muuda lähteteksti]

Kui osake (näiteks footon) liigub staatilises, ehk mittepaisuvas universumis ühtlase kiirusega nii, et teda ei mõjuta ükski gravitatsiooniväli, siis iga universumis toimuv sündmus on vaadeldav selle osakese kaudu, sest sündmuse tekitatud tuleviku valguskoonused mõjutavad osakese liikumist juhul, kui need lõikuvad osakesemaailmajoonega (sarnane mõiste trajektrooriga, kuid seda neljadimensioonilises aegruumis, ehk lihtsustatult osakese kõik võimalikud asukohad igal võimalikul ajahetkel).

Kiirendatud osakese näiline horisont

[muuda |muuda lähteteksti]
Ühtlaselt kiirendatava osakese näiline horisont

Kui osakest agakiirendatakse, siis võib tekkida olukord, kus mõne sündmuse valguskoonused ei kattugi kunagi osakese maailmajoonega ning järelikult ei ole võimalik mingitvastastikmõjus osalemist osakeses täheldada. Sellistes tingimustes tekibki osakesele temaperspektiivis näiline horisont – piir, mille tagant tulev info on osakesele vaadeldamatu, ehk osakese jaoks seda ei ole.

Näiteks selline olukord saab juhtuda osakesega, mida kiirendatakse ühtlaselt (seda kirjeldav joonis allkirjaga "Ühtlaselt kiirendatava osakese näiline horisont"). Kui osakest kiirendatakse ühtlaselt, läheneb selle kiirus oma algpunkti suhtelisele valguse kiirusele, kuid tegelikult ei saavuta seda kunagi (sest alguses liikus ta oluliselt aeglasemalt ning kaotatud aega ei saa antud juhul tagasi teha). Joonisel on näha, et osakese P liikumist on kujutatudruutfunktsiooniga (parabool), misasümptootiliselt läheneb lõpmatult 45-kraadise nurga all olevale, sündmuse E valguskoonust piiravale joonele. Sellisel juhul (kui sündmuse valguskoonust piirav joon ei lõiku ega kattu osakeseliikumisgraafikuga), ei saa kiirendatav osake kunagi mingit informatsiooni, mis on kaasnenud sündmusega E ning seetõttu osakese perspektiivist on tekkinud näiline horisont, mille tagant ei saa informatsioon temani kunagi jõuda – järelikult on tekkinud kiirendatava osakese näiline horisont.

Sellise sündmusega väga sarnaseid olukordi saab pärismaailmas tekkida (näiteksosakestekiirendites jasünkrotronides), kuid identset olukorda, kus oleks osakese jaoks eksisteeriv sündmuste horisont täielikult olemas, ei ole võimalik luua. Piiravaks teguriks saab see, et osakest on vaja ühtlaselt kiirendada ning seda piiramata aja jooksul – selle jaoks on vaja aga mõõtmatult palju energiat ja ruumi.

Välislingid

[muuda |muuda lähteteksti]
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Sündmuste_horisont&oldid=6862479"
Kategooria:

[8]ページ先頭

©2009-2025 Movatter.jp