в каком году эйнштейн открыл теорию относительности
Без Эйнштейна мы разбирались бы с гравитацией ещё десятки лет
В 1905 году Альберт Эйнштейн перевернул мир теоретической физики с ног на голову, опубликовав работу по дисциплине, которую впоследствии назовут специальной теорией относительности. Она показала, что пространство и время нельзя рассматривать, как абсолютные сущности: время может ускоряться или замедляться, стандартные длины могут сокращаться, массы – увеличиваться.
И, самый знаменитый результат, эквивалентность массы энергии, и их пропорция выражается через уравнение E = mc².
Никто не сомневается в гении Эйнштейна, сформулировавшего ОТО, но принято считать, что если бы он не опубликовал свою теорию в 1905 году, какой-нибудь другой физик вскоре сделал бы это вместо него.
«Крест Эйнштейна» – четыре изображения одного удалённого квазара, полученные из-за того, что свет от него изгибается вокруг галактики, расположенной ближе к нам, работающей как гравитационная линза.
Лишь в 1915 году Эйнштейн продемонстрировал свой гений, опубликовав свою общую теорию относительности. Она утверждала, что кривизна пространства-времени пропорциональна, а также происходит вследствие «плотности энергии-импульса», то есть, энергии и импульсу, связанным с любой материей в единице объёма пространства.
Это утверждение было подтверждено, когда оно совпало с наблюдениями необычной орбиты Меркурия и с изгибающимся вокруг Солнца светом звёзд.
За последние сто лет ОТО была проверена с потрясающей точностью и каждый раз выдерживала проверку. ОТО стала таким гигантским скачком вперёд, что можно сказать – если бы Эйнштейн её не сформулировал, она могла оставаться неоткрытой ещё долго.
Путь к общей теории относительности
Если человек свободно падает, он не ощущает свой вес.
Она привела его к формулировке «принципа эквивалентности», гласящего, что нельзя различить ускоряющуюся систему отсчёта и гравитационное поле. К примеру, если вы стоите на Земле, это будет ощущаться точно так же, как если бы вы стояли в космическом корабле, двигающемся с ускорением в 9,81 м/c² — с ускорением свободного падения на Земле.
Это был первый важнейший шаг к формулировке новой теории гравитации.
Эйнштейн верил, что «вся физика – это геометрия». Он имел в виду, что про пространство-время и Вселенную можно мыслить геометрическими терминами. Самое удивительное заключение ОТО, динамическая природа времени и пространства, по-видимому, привела Эйнштейна к необходимости переосмысления «геометрического» пространства-времени.
Эйнштейн провёл серию аккуратных мысленных экспериментов по сравнению наблюдений, сделанных наблюдателями в инерциальных и вращающихся системах отсчёта.
Он установил, что для наблюдателя во вращающейся системе отсчёта пространство-время не может быть Евклидовым, то есть таким, как та плоская геометрия, что мы все изучаем в школах. Нам необходимо ввести в рассуждения «искривлённое пространство», чтобы учесть аномалии, предсказанные относительностью. Кривизна становится вторым важнейшим предположением, поддерживающим его ОТО.
Для описания искривлённого пространства Эйнштейн обратился к более ранней работе Бернарда Римана, математика XIX века. С помощью своего друга Марселя Гроссмана, тоже математика, Эйнштейн несколько утомительных лет изучал математику искривлённых пространств – то, что математики называют «дифференциальной геометрией». Эйнштейн отмечал, что «по сравнению с пониманием гравитации, специальная теория относительности казалась детской игрушкой».
Теперь у Эйнштейна был математический аппарат для доведения теории до завершения. Принцип эквивалентности утверждал, что ускоряющаяся система отсчёта эквивалентна гравитационному полю. В результате занятий геометрией он считал, что гравитационное поле было простым проявлением искривлённого пространства-времени. Поэтому он мог показать, что ускоряющиеся системы отсчёта были неевклидовыми пространствами.
Развитие
Третьим важнейшим шагом стало устранение сложностей при применении ОТО к ньютоновской гравитации. В специальной теории относительности постоянство скорости света во всех системах отсчёта и утверждение, что скорость света – максимально достижимая скорость, противоречили ньютоновской теории гравитации, постулировавшей мгновенность действия гравитации.
Проще говоря, ньютоновская гравитация говорила о том, что если убрать Солнце из центра Солнечной системы, гравитационный эффект этого события мгновенно ощутится на Земле. Но СТО говорит, что даже эффект исчезновения Солнца будет перемещаться со скоростью света.
Эйнштейн также знал, что гравитационное притяжение двух тел прямо пропорционально их массам, что следовало из ньютоновского F = G*M*m/r². Поэтому масса явно определяла силу гравитационного поля. СТО говорит, что масса эквивалентна энергии, поэтому плотность энергии-импульса тоже должна определять силу гравитации.
В результате, тремя ключевыми предположениями, использованными Эйнштейном для формулировки его теории, были:
1. Во вращающихся (неинерциальных) системах отсчёта пространство искривлено (неевклидово).
2. Принцип эквивалентности говорит, что ускоряющиеся системы отсчёта эквивалентны гравитационным полям.
3. Из СТО следует эквивалентность массы и энергии, а из ньютоновой физики следует, что масса пропорциональна силе гравитации.
Эйнштейн сумел заключить, что плотность энергии-импульса создаёт, и пропорциональна, кривизне пространства-времени.
Неизвестно, когда у него случилось «озарение», когда он смог сложить эту головоломку и связать массу/энергию с кривизной пространства.
С 1913 по 1915 года Эйнштейн публиковал несколько работ, одновременно работая над завершением ОТО. В некоторых работах встречались ошибки, из-за чего Эйнштейн тратил время на ненужные отвлечения в теоретических рассуждениях.
Но итоговый результат, что плотность энергии-импульса искривляет пространство время, как шар для боулинга – натянутый лист резины, и что движение массы в гравитационном поле зависит от кривизны пространства-времени – это, без сомнения, величайшие догадки, сделанные интеллектом человека.
Как долго мы разбирались бы в гравитации, не будь с нами гения Эйнштейна? Возможно, что нам пришлось ждать бы этого много десятилетий. Но в 1979 году загадка наверняка бы вышла наружу. В том году астрономы обнаружили «квазары-близнецы», QSO 0957+561, первый квазар, на котором наблюдалось гравитационное линзирование.
Это удивительное открытие можно объяснить только кривизной пространства-времени. За него наверняка дали бы Нобелевскую премию, если бы не гений Эйнштейна. А может, её всё-таки стоит выдать.
25 ноября исполняется 100 лет общей теории относительности
Восковая фигура Альберта Энштейна
В 1687 году Исаак Ньютон в своем основном труде «Математические начала натуральной философии» вывел закон тяготения. Мир узнал, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. После нескольких десятилетий споров и проверок научное сообщество согласилось, что постулат Ньютона позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать движения небесных тел. Впервые напрямую закон тяготения подтвердил британский физик и химик Генри Кавендиш. В 1798 году он сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, определив гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли. Спустя некоторое время закон тяготения стал считаться фундаментальным законом природы.
Все изменил Эйнштейн
В 1859 году французский астроном Урбен Леверье заметил аномальное смещение перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты планеты или иного небесного тела Солнечной системы) Меркурия. Благодаря этой аномалии ученые поняли, что закон Ньютона не является абсолютным. Вопрос о мистическом смещении перигелия Меркурия оставался открытым вплоть до 1915 года — именно тогда легендарный физик Альберт Эйнштейн разработал ОТО, из уравнений которой вытекало точно такое значение отклонения, которое наблюдалось астрономами.
«Эйнштейну пришлось видоизменить законы тяготения в соответствии с принципами относительности, — говорил лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман. — Первый из этих принципов гласит, что расстояние Х нельзя преодолеть мгновенно, тогда как по теории Ньютона силы действуют мгновенно.
Эйнштейну пришлось изменить законы Ньютона.
Эти изменения, уточнения очень малы, одно из них состоит вот в чем: поскольку свет имеет энергию, энергия эквивалентна массе, а все массы притягиваются, — свет тоже притягивается и, значит, проходя мимо Солнца, должен отклоняться. Так оно и происходит на самом деле. Сила тяготения тоже слегка изменена в теории Эйнштейна. Но этого очень незначительного изменения в законе тяготения как раз достаточно, чтобы объяснить некоторые кажущиеся неправильности в движении Меркурия».
Байка гласит, что однажды Эйнштейн ехал в бернском трамвае и случайно взглянул на уличные часы. Ученого озарила потрясающая мысль: если бы сейчас трамвай разогнался до скорости света, то для пассажиров часы бы остановились, а времени бы не стало. Эйнштейн понял, что все зависит от точки отсчета, в которой находится наблюдатель, — и это озарение привело к созданию теории относительности.
Мы не знаем, насколько достоверна история про бернский трамвай (как не знаем, падало ли яблоко на голову Ньютона), но уверены в одном: формулирование ОТО — это результат долгого и кропотливого труда Нобелевского лауреата.
Кстати, по другой байке, однажды маленький сын Эйнштейна Эдуард спросил отца, почему он так знаменит. На это ученый ответил:
«Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить это».
В 1905 году Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО) — теорию, описывающую движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. Согласно СТО, физическое тело, которое движется со скоростью, близкой к скорости света, сжимается, становится тяжелее и стареет намного медленнее.
Одним из тестов теории является эксперимент Хафеле-Китинга, впервые продемонстрированный в 1971 году. Тогда две пары атомных часов поместили в самолеты, которые дважды обогнули земной шар. После этого «самолетные» часы сравнили с часами, простоявшими все это время в Военно-морской обсерватории США. Оказалось, что
последние отставали от четверки «путешественников» на долю секунды, что соответствует СТО Эйнштейна.
Вскоре ученый решил расширить свою революционную теорию и добавить в нее ускорение. Это заняло у Эйнштейна целое десятилетие: в течение этого времени он сотрудничал с выдающимися коллегами — математиками Давидом Гильбертом и Марселем Гроссманом. Результатом стали полные математические подробности новой теории — ОТО, объявленные Эйнштейном 25 ноября 1915 года. Макс Борн, лауреат Нобелевской премии по физике и один из создателей квантовой механики, сказал, что
новая теория Эйнштейна — «величайшее достижение человеческого мышления в познании природы, поразительное сочетание философской глубины, физической интуиции и математического искусства».
В ОТО к трем пространственным измерениям добавляется время, и мир становится четырехмерным. Согласно теории, перевернувшей с ног на голову всю физику,
гравитация — это следствие искривления пространства-времени под воздействием массы.
Объясняя ОТО гуманитариям, физики часто просят их представить натянутый лист резины, на который опускают массивные шарики. Шарики продавливают резину, и натянутый лист (который олицетворяет пространство-время) деформируется. Согласно ОТО, вся Вселенная — это резина, на которой каждая планета, каждая звезда и каждая галактика оставляют вмятины. Наша Земля вращается вокруг Солнца словно маленький шарик, пущенный кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространства-времени тяжелым шаром. Тяжелый шар — это и есть Солнце.
Золотой век относительности
Альберт Эйнштейн утверждал, что из-за искривления пространства-времени путь света, проходящего вблизи массивного тела, должен искривляться. Ученый пояснил, что, например, звезду, расположенную за Солнцем, мы будем видеть в другом месте (поскольку ее свет отклоняется массой Солнца). 29 мая 1919 года астрономы проверили предсказание Эйнштейна во время солнечного затмения и доказали, что физик оказался прав.
ОТО предсказывает существование во Вселенной черных дыр. Черная дыра — это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (и сам свет в том числе). Граница, отделяющая черную дыру от всего остального мира, называется горизонтом событий: все, что происходит внутри горизонта событий, скрыто от глаз внешнего наблюдателя.
В период с 1960 по 1975 год исследования в ОТО вошли в главное русло теоретической физики (этот период называют «золотым веком ОТО»). Именно во время золотого века ОТО ученые подтвердили, что черные дыры перестают быть чисто теоретическими объектами.
В этот период астрономы открыли квазары, пульсары, а также реликтовое излучение — свидетельство Большого взрыва и последующего расширения Вселенной. Окончанием золотого века принято считать открытие излучения Хокинга — процесса излучения разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов, черной дырой.
Альберт Эйнштейн разработал ОТО, будучи еще молодым ученым. Он прекрасно понимал, что не может вписать свою революционную теорию в рамки квантовой механики — ведь в квантовой механике рассматривается взаимодействие объектов в едином пространстве-времени, а у Эйнштейна само это пространство формирует гравитацию. Нобелевский лауреат безумно хотел объединить ОТО и квантовую механику, создав «теорию всего». Однако эта физико-математическая теория и по сей день является гипотетической.
Сто лет общей теории относительности. Кто помогал Эйнштейну
Сто лет назад, в ноябре 1915 года, Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО)
Эйнштейн опубликовал в берлинском журнале Prussian Academy of Sciences всего четыре небольшие статьи: 1, 2, 3, 4. Последняя из них отправлена 25 ноября 1915 года. В статьях указан один автор, и работу часто принимают как труд одного гения. Но это совершенно не так.
Марсель Гроссманн (слева) и Мишель Бессо (справа) были университетскими друзьями Альберта Эйнштейна (в центре)
На самом деле физик получил неоценимую помощь от друзей и коллег, большинство из которых никогда не стали известными и были незаслуженно забыты, пишет журнал Nature со ссылками на несколько литературных источников, авторы которых изучали жизнь Эйнштейна и историю создания ОТО.
Наиболее значительное влияние на создание ОТО оказали двое друзей Эйнштейна со студенческих лет — Марсель Гроссманн (Marcel Grossmann) и Мишель Бессо (Michele Besso). Гроссманн был талантливым математиком и прилежным студентом, он помог более мечтательному и причудливому Альберту в ключевые моменты, когда тот пытался сформулировать теорию. Бессо — инженер с воображением и в чём-то неорганизованный. Он сохранил дружбу с Эйнштейном на всю жизнь. Свой вклад внесли и другие.
Все трое учились в Высшем техническом училище (Политехникуме), которое сейчас называется Швейцарской высшей технической школой Цюриха (ETH), с 1896 по 1900 годы. Сам Альберт рассчитывал выучиться на школьного учителя физики и математики, здесь же он встретил однокурсницу Милеву, на которой потом женился. По легендам, Эйнштейн часто пропускал занятия (из-за будущей жены?), а потом сдавал зачёты по конспектам Гроссманна.
Высшее техническое училище в Цюрихе, где Альберт Эйнштейн встретил друзей
Отец Гроссманна помог Эйнштейну устроиться на работу в патентном бюро в 1902 году, куда через пару лет пришёл и Бессо. Споры между Бессо и Эйнштейном привели к самым знаменитым научным работам, которые Эйнштейн опубликовал за своим единоличным авторством в 1905 году. В них была сформулирована специальная теория относительности (СТО).
В этот же счастливый 1905 год Альберт Эйнштейн закончил диссертацию и получил степень доктора физики в университете Цюриха.
В 1907 году Альберт начал обдумывать новую идею, развивающую СТО, которая смогла бы универсальным образом связать гравитацию с искривлением пространства-времени. Эта теория позже получила название общей теории относительности. Более плотно работать над ней учёный стал после увольнения из патентного бюро в 1909 году. Он получил должность профессора в университете Цюриха, а спустя два года — в Праге. В 1912 году Эйнштейн вернулся в Цюрих и снова связался с Гроссманом в ETH. Друзья объединили силы и вместе выработали полноправную теорию, которая до этого существовала только в виде идеи.
Сотрудничество двух физиков описано в цюрихском дневнике Эйнштейна. Как результат, в 1913 году они опубликовали совместную научную работу, известную как Entwurf («План»). Основное отличие Entwurf 1913 года от общей теории относительности 1915 года — уравнения поля, которые описывают, как материя искривляет ткань пространства-времени. В ОТО уравнения общековарианты, то есть сохраняют вид в любой системе отсчёта, а в теории Entwurf ковариация жёстко ограничена.
В июле 1913 года в Цюрих приехали два знаменитых немецких физика — Макс Планк и Вальтер Нернст. Они предложили 34-летнему Альберту высокооплачиваемую и свободную от преподавания должность в Прусской академии наук в Берлине. Эйнштейн принял предложение в марте 1914 года. Гравитация не особенно интересовала Планка и Нернста, им были интересны идеи Эйнштейна в области квантовой физики.
Но ещё до отъезда в Берлин физик работал над ОТО. Для проверки гипотезы они вместе с Бессо составляли формулы, которые бы объяснили аномальную прецессию перигилия Меркурия на 43˝ в столетие. Бессо внёс значительный вклад в работу и задавал интересные вопросы. Например, однажды он спросил, есть ли из уравнений Entwurf решение, которое однозначно определяет гравитационное поле Солнца. Современный анализ рукописей Эйнштейна показал, что именно этот вопрос дал Эйнштейну аргумент, убедивший его в ограниченной ковариации уравнений поля Entwurf.
Теория Эйнштейна предсказывала, что гравитация искривляет световые лучи. В августе 1914 года он вместе с молодым немецким астрономом Эрвином Финли Фрейндлихом (Erwin Finlay Freundlich) поехали в Крым для наблюдения солнечного затмения, чтобы проверить это, но были задержаны русскими (начиналась Первая мировая война). Доказательства искривления света пришлось ждать до солнечного затмения 1919 года.
В мае 1914 года Эйнштейн и Гроссманн опубликовали вторую совместную работу с уточнением теории Entwurf. Дальше они не смогли работать вместе, потому что Эйнштейн уехал работать в Берлин.
Прорыв случился вскоре после этого. Брак Альберта распался, и Милена вернулась обратно в Цюрих с двумя сыновьями. Эйнштейн возобновил прерванные два года назад отношения со своей двоюродной сестрой Эльзой. Эйнштейн продолжал работу над теорией, но к лету 1915 года начал нервничать из-за того, что уравнения Entwurf не сходились в системах с вращательным движением (Бессо говорил ему об этом два года назад, но Эйнштейн проигнорировал замечание). Эйнштейн обратился за помощью к астроному Фрейндлиху, поскольку сам не может выйти за рамки («mind was in a deep rut»). Стало ясно, что проблема в уравнениях поля Entwurf. В то же время надо было спешить, потому что идеями Эйнштейна заинтересовался видный немецкий математик Давид Гильберт, и уж он-то точно смог бы довести идеи до ума.
В спешке, Эйнштейн изменил уравнения поля — и опубликовал научную работу в начале ноября 1915 года. На следующей неделе он ещё раз изменил их — и опять опубликовал научную работу. Затем ещё раз. В конце концов, уравнения поля стали общековариантными в четвёртой работе, поданной для публикации 25 ноября 1915 года.
В своей первой работе Эйнштейн написал, что теория является «настоящим триумфом» математиков Карла Гаусса и Бернхарда Римана. Он пишет, что если бы они с Гроссманном два года назад руководствовались чистой математикой, а не физикой, то не допустили бы уравнений поля с ограниченной ковариацией. Но в реальности именно совместная работа с Гроссманном, Бессо, а также авторами похожей теории на ОТО — Гуннаром Нордстремом и Адрианом Фоккером, среди прочих, — помогла ему преодолеть ограничения теории Entwurf, а не только Гаусс с Риманом.
Теория относительности Эйнштейна: кратко и понятно
Теория относительности была представлена Альбертом Эйнштейном в начале 20-го века. В чем же состоит её суть? Рассмотрим основные моменты и понятным языком охарактеризуем ТОЭ.
Теория относительности практически ликвидировала несостыковки и противоречия физики 20-го века, заставила в корне поменять представление о структуре пространства-времени и экспериментально подтвердилась в многочисленных опытах и исследованиях.
Таким образом, ТОЭ легла в основу всех современных фундаментальных физических теорий. По сути – это мама современной физики!
Для начала стоит отметить, что существует 2 теории относительности:
Специальная теория относительности (СТО) – рассматривает физические процессы в равномерно движущихся объектов.
Общая теория относительности (ОТО) – описывает ускоряющиеся объекты и объясняет происхождение такого явления как гравитация и существование частиц гравитонов.
Понятное дело, что СТО появилась раньше и по сути является частью ОТО. О ней и поговорим в первую очередь.
СТО простыми словами
Нужно запомнить: относительно любого тела скорость света будет неизменной величиной, как бы быстро оно не двигалось.
Из этого следуют потрясающие воображение выводы вроде замедления времени, продольном сокращении и зависимости массы тела от скорости. Подробнее об интереснейших следствиях Специальной теории относительности читайте в статье по ссылке ниже.
Суть общей теории относительности (ОТО)
Чтобы лучше её понять, нам нужно вновь объединить два факта:
Мы живем в четырехмерном пространстве
Пространство и время – это проявления одной и той же сущности под названием «пространственно-временной континуум». Это и есть 4-мерное пространство-время с осями координат x, y, z и t.
Мы, люди, не в состоянии воспринимать 4 измерения одинаково. По сути, мы видим только проекции настоящего четырехмерного объекта на пространство и время.
Что интересно, теория относительности не утверждает, что тела изменяются при движении. 4-мерные объекты всегда остаются неизменными, но при относительном движении их проекции могут меняться. И мы это воспринимаем как замедление времени, сокращение размеров и т. д.
Все тела падают с постоянной скоростью, а не разгоняются
Давайте проведём страшный мысленный эксперимент. Представьте, что вы едете в закрытой кабине лифта и находитесь в состоянии невесомости.
Такая ситуация могла возникнуть только по двум причинам: либо вы находитесь в космосе, либо свободно падаете вместе с кабиной под действием земной гравитации.
Не выглядывая из кабинки, абсолютно невозможно отличить два этих случая. Просто в одном случае вы летите равномерно, а в другом с ускорением. Вам придется угадывать!
Возможно, сам Альберт Эйнштейн размышлял над воображаемым лифтом, и у него появилась одна потрясающая мысль: если эти два случая невозможно отличить, значит падение за счет гравитации тоже является равномерным движением. Просто равномерным движение является в четырехмерном пространстве-времени, но при наличии массивных тел (например, планет Солнечной системы) оно искривляется и равномерное движение проецируется в обычное нам трёхмерное пространство в виде ускоренного движения
Давайте рассмотрим еще один более простой, хоть и не совсем корректный пример искривления двухмерного пространства.
Можно представлять, что любое массивное тело под собой создает некоторую образную воронку. Тогда другие тела, пролетающие мимо, не смогут продолжить свое движение по прямой и изменят свою траекторию согласно изгибам искривленного пространства.
Кстати, если у тела не так много энергии, то его движение вообще может оказаться замкнутым.
Стоит отметить, что с точки зрения движущихся тел они продолжают перемещаться по прямой, ведь не чувствуют ничего такого, что заставляет их повернуть. Просто они попали в искривленное пространство и сами того не осознавая имеют непрямолинейную траекторию.
Нужно обратить внимание, что искривляется 4 измерения, в том числе и время, поэтому к этой аналогии стоит относиться осторожно.
Таким образом, в общей теории относительности гравитация – это вообще не сила, а лишь следствие искривление пространства-времени. На данный момент эта теория является рабочей версией происхождения гравитации и прекрасно согласуется с экспериментами.
Удивительные следствия ОТО
Световые лучи могут искривляться, пролетая вблизи массивных тел. Действительно, в космосе найдены далёкие объекты, которые «прячутся» за другими, но световые лучи их огибают, благодаря чему свет доходит до нас.
Согласно ОТО чем сильнее гравитация, тем медленнее протекает время. Этот факт обязательно учитывается при работе GPS и ГЛОНАСС, ведь на их спутниках установлены точнейшие атомные часы, которые тикают чуть-чуть быстрее, чем на Земле. Если этот факт не учитывать, то уже через сутки погрешность координат составит 10 км.
Именно благодаря Альберту Эйнштейну вы можете понять, где по близости располагается библиотека или магазин.
И, наконец, ОТО предсказывает существование черных дыр, вокруг которых гравитация настолько сильна, что время вблизи просто напросто останавливается. Поэтому свет, угодивший в черную дыру, не может её покинуть (отразиться).
В центре черной дыры из-за колоссального гравитационного сжатия образуется объект с бесконечно большой плотностью, а такого, вроде как, быть не может.
Таким образом, ОТО может приводить к весьма противоречивым выводам в отличие от Специальной теории относительности, поэтому основная масса физиков не приняла её полностью и продолжила искать альтернативу.
Но многое ей и удаётся предсказывать удачно, примеру недавнее сенсационное открытие гравитационных волн подтвердило теорию относительности и заставило вновь вспомнить великого учёного с высунутым языком. Любите науку, читайте ВикиНауку.
«Все тела падают с постоянной скоростью, а не разгоняются»
Щито?! Ускорение свободного падения Вам ни о чем не говорит?
ИМХО, самое простое объяснение сути теории относительности:
«Длина минуты зависит от того, с какой стороны двери туалета Вы находитесь.»
Квантовая теория поля: визуализация от ScienceClic
Как согласовать теорию относительности с квантовой механикой? Что такое спин? Откуда берётся электрический заряд?
25 часов в сутки
Вес человека на разных планетах
Ну что, очередное закрытие ресторанов, театров и границ вступило в силу. Пока все мы сидим дома без возможности путешествовать, давайте хоть по планетам полетам. Кстати, а сколько мы там будем весить?😉
О ЯДОВИТОЙ ЛАПШЕ НА УШИ
Пришла пора опубликовать здесь свою заметку, писанную в 2010 году или раньше. Потому что актуальности она не утратила.
Илья Ильф при полной поддержке Евгения Петрова не церемонился со скудоумными соотечественниками. Достаточно вспомнить Эллочку Щукину, которую он сравнивал по уровню развития с людоедами племени мумбо-юмбо, или её подругу Фиму Собак, знавшую богатое слово гомосексуализм. Была в записных книжках Ильфа и шутка про человека такого некультурного, что бактерия ему снилась в виде большой собаки.
Это я к тому, что на днях многочисленные интернет-леди сделали перепост одного и того же текста с проникновенным заголовком «Для всех, кто дорожит здоровьем близких. ».
Привожу его полностью, с авторской орфографией и пунктуацией.
1. Никакой пластиковой посуды в микроволновых печках.
2. Никаких пластиковых бутылок с водой в морозильных камерах.
3. Никаких пластиковых упаковок в микроволновых печах.
Эта информация была опубликована в газете, выпускаемой больницей им. Джона Хопкинса (Johns Hopkins Hospital), а также распространена Медицинским центром Walter Reed Army.
Диоксин вызывает раковые заболевания, особенно рак груди.
Диоксин является высоко ядовитым веществом для клеток человеческого организма.
Не замораживайте пластиковые бутылки с водой, так как это приводит к освобождению дииоксина, входящего в состав пластика.
Особое внимание следует уделить недопустимости использования пластиковой посуды для нагревания пищи в микроволновках. Особо это касается жирной пищи. Сочетание жира, высокой температуры и пластика вызывает освобождение диоксина и его проникновения в пищу, а, соответственно, в конечном счете, в клетки человеческого организма.
Вместо пластика, медики рекомендуют для подогрева пищи использовать стеклянную или керамическую посуду. Результат будет тот же, но без диоксина в пище!
Поэтому продукты быстрого приготовления, такие как растворимые супы, каши и т.д. вначале необходимо переложить из пластиковой упаковки в стеклянную посуду, а затем лишь ставить в микроволновку или любую другую печь.
Также недопустимо использование пластиковых крышек, покрытий во время приготовления пищи в микроволновой печи. Это также опасно, как и использовать пластиковую посуду. Высокая температура приводит к тому, что диоксин практически «растаивает и стекает» с такой крышки в пищу. Намного безопаснее использовать бумажные салфетки.
Конец пространной цитаты…
…которая представляет собой классический образец белиберды, рассчитанной на впечатлительного идиота – или идиотку, да простят меня дамы. Потому что образ диоксина, «освободившегося» из пищевой посуды благодаря «сочетанию жира, высокой температуры и пластика», или диоксина, который «растаивает и стекает» в пищу – это штука посильнее «Фауста» Гёте, как сказал бы один Отец Народов. И очень напоминает ту самую бактерию в виде большой собаки.
Фрэнк Заппа язвил: современная журналистика – это когда тот, кто не умеет писать, берёт интервью у того, кто не умеет говорить, для того, кто не умеет читать. Я бы добавил, что зачастую разговор идёт на тему, в которой ни бельмеса не смыслят все трое.
Пожалуй, в процитированной статейке верно лишь одно: диоксины (их много разных) действительно представляют смертельную опасность. Кроме рака, они вызывают многие болезни, а ядовиты примерно в тысячу раз сильнее, чем боевые отравляющие вещества.
Но вот незадача: в состав любого диоксина входит хлор. Которого нет и быть не может в полиэтилене, состоящем только из углерода с водородом – это проходят в средней школе.
Хлор есть в ПВХ – поливинилхлориде, из которого не посуду делают, а лепят, например, дешёвую напольную плитку. Если такую плитку сжигать (не нагревать в микроволновке, а именно сжигать!), в самом деле можно получить диоксин. И если отбеливать хлором целлюлозную пульпу – тоже. И если производить гербициды хлорфенольного ряда… Но какое, интересно, отношение это имеет к кулинарии?
Есть соблазн поглумиться над каждой строчкой безграмотных авторов, у которых одинаково плохо и с русским языком, и с физикой-химией. Им для начала не худо бы усвоить, что термическая деформация – это физический процесс, а горение – химический. При окислении появляются новые вещества, а при плавлении – нет.
Есть соблазн, и всё же я не стану тратить время. Ограничусь предложением «для всех, кто дорожит здоровьем близких»: если выуживаете в сети заметки на жизненно важную тему – не почтите за труд освежить в памяти школьную программу, наведите пару справок, ведь интернет как раз под рукой!
И не спешите верить всему, что публикуют доброхоты-двоечники. Особенно если они пугают вас подслушанным где-то непонятным словечком диоксин и ссылаются на американскую клинику имени Хопкинса. Очень может быть, что это как раз пациенты клиники резвятся в отсутствие санитаров.
Просьба улучшить качество фильма о теории относительности
В 1964 году Моснаучфильмом был снят замечательный образовательный фильм о теории относительности. Причём с известнейшими актёрами той эпохи: Георгий Вицин, Алла Демидова, Алексей Полевой. Сейчас такого уже никто не снимет.
Хочу показать этот фильм своим ученикам на вводном занятии по теории относительности, но качество оставляет желать лучшего. Самый качественный вариант я нашёл в VK: https://vk.com/video314558845_456239179, но там всего 480p.
Уважаемые @Mrsatana666666, @shivam, @Inquabator и все, кто занимается повышением качество видео, не могли бы вы улучшить эту короткометражку? Заранее спасибо.
Путешествие в космос #1 (О-о-очень длинная картинка)
Привет, друзья! Сегодня я подготовил новую партию интересностей. В этот раз мы поговорим о высоте. В трех частях этой темы, мы преодолеем все слои атмосферы, окажемся в космосе, выйдем на орбиту, а потом и вовсе улетим подальше от Солнца.
Иллюстрация от Where.is.Pluto (да, я сам рисовал😏), но сначала немного текста для любителей текста.
0 км – высота уровня моря.
2 км – до этой отметки проживает 99% всего населения Земли.
3 км – первые проявления «горной болезни» у неподготовленных людей.
5 км – всего лишь 50% от привычного атмосферного давления.
5,1 км – самый высокогорный населенный пункт Ла-Ринконада (Анды, Перу).
5,65 км – гора Эльбрус. На это высоте яркость неба в зените вполовину меньше, чем на высоте уровня моря.
6 км – граница обитания человека. Временные поселения шерпов (Гималаи).
8,2 км – граница смерти без кислородной маски. Любой, даже самый тренированный альпинист, не сможет находиться длительное время на этой высоте без специального оборудования.
8,85 км – гора Эверест. Самая высокая точка Земли. Предел «пешего путешествия в космос». На этой высоте яркость неба в зените составляет лишь четверть от привычной нам.
10-12 км – конец тропосферы.
12 км – верхняя граница полета пассажирских авиалайнеров. 15-20 секунд без кислородной маски и человек теряет сознание.
15 км – лишь 10% от атмосферного давления. Небо над головой темно-фиолетовое.
19 км – линия Армстронга. Начиная с этой высоты, нахождение без герметичного костюма или скафандра невозможно. Из-за низкого давления, вода закипает при температуре тела человека. Яркость неба в зените лишь 5% от той, что мы видим на уровне моря. Самые яркие звезды видны даже днем.
22 км – граница биосферы. Предел подъема ветром спор и бактерий.
26 км – максимальная высота полета реактивных самолетов.
34,4 км – давление у поверхности Марса соответствует этой земной высоте.
35 км – вода закипает при 0°С и дальше не существует в жидком виде. Только в виде газа или льда.
41,4 км – рекорд высоты прыжка с парашютом.
48 км – атмосфера больше не защищает от УФ-излучения Солнца.
Мезосфера и термосфера
55 км – начало мезосферы. Атмосфера больше не защищает от космической радиации.
70 км – верхняя граница появления метеоров.
75 км – высота появления серебристых облаков.
80 км – начало перегрузок при спуске космонавтов.
85 км – конец мезосферы, начало термосферы.
90 км – граница взаимодействия атмосферы с заряженной магнитосферой Земли.
100 км – Линия Кармана – официальная международная граница между атмосферой и космосом. Здесь заканчивается воздушная территория всех государств. Рубеж между аэронавтикой и космонавтикой. Выше этой отметки, летающий корпус и крылья не имеют смысла.
Космос за 5 минут
Как-то раз под конец лета мы сидели на каменистом берегу Ладожского озера в темной ночи и я рассказывал жене про космос и звезды, созвездия и их истории. Это был один из самых романтичных вечеров в том году. И знаете, каждый из вас сможет повторить его.
У меня есть идея написать легкие посты с простым визуалом, чтобы вы тоже смогли задумчиво поднять голову вверх и выдать несколько интересных фактов. Берите своих вторых половинок, родственников, друзей, детей или родителей и рассказывайте им как интересно ночное небо. Гуляете с собакой – расскажите ей. Думаю, она тоже заинтересуется. А самое главное – позвольте самим себе открывать космос.
1. Смотрите на звезды вдали от фонарей, которые светят в глаза: чем дальше от городской засветки, тем лучше.
2. Сделайте яркость телефона/планшета/монитора на минимум. Так вы увидите больше звезд, ведь ваши глаза адаптируются к темноте.
Игральные кости с химическими элементами. Видимо, для азартных химиков. )))
Ужас, летящий на крыльях ночи
Пчела-плотник, также известная как Ксилокопа,
Большая древесная пчела, пчела-древоточец, черная пчела или древогнезд (Xylocopa)– род одиночных пчел семейства Настоящих пчел (Apidae), широко распространенных на нескольких континентах. От обычных медоносных пчел они отличаются темной окраской тела и крыльев, более крупными (20-30мм) размерами тела и весьма низкой агрессивностью. Науке известно около полутысячи видов пчел-плотников, большая часть которых объединена в 30-35 подродов, часть из которых – монофилитические (т.е. включают только один вид). В России и странах СНГ с апреля по сентябрь встречаются преимущественно обыкновенная пчела-плотник (Xylocopa valga) и фиолетовая пчела-плотник (Xylocopa violacea).
Пчелы-плотники – космополиты. Их ареал также охватывает территорию от Западной Европы до Средней Азии. Обычна для Украины и южных территорий России. В последние десятилетия появления пчел-плотников севернее Ростовской области становится все более частым. Отдельных пчел замечали на Приуралье и в Северо-Западном округе.
Крупные размеры, плотное телосложение и большие темно окрашенные крылья позволяют ей преодолевать большие расстояния даже в непогоду. Темный пигмент в тканях крыла придает им дополнительную прочность, а глянцевый блеск у некоторых видов отражает тепловые лучи Солнца, спасая пчелу от перегрева.
Ксилокопы – одиночные пчелы. Это означает, что они не строят ульи, и не образуют строгую иерархию с королевой. Каждая пчела – личность самостоятельная единица: обеспечивает себя пищей и кровом, и самостоятельно ухаживает за потомством. Несколько недель – после чего оставляет личинок на произвол судьбы. Самец же вовсе нужен только для оплодотворения – его срок жизни едва превышает две недели.
Свое название пчела-плотник получила за специфический способ устройства гнезда. Взрослая самка первым делом ищет подходящий кусок мягкой древесины, причем некоторым видам не особо важно – живое дерево или часть постройки. Порой пчелиные «норки» можно обнаружить у себя в заборе или раме окна. При этом пчела буквально прогрызает путь мощными челюстями, что сопровождается характерным звуком, напоминающим работу пилы.
В отсутствии же дерева пчела-плотник может использовать и отмершие части растения с трубчатым стеблем, например, борщевик, сныть или лопух. Один из древних подродов Proxylocopa и вовсе роет норки прямо в сырой земле.
В каждую ячейку ксилокопа кладет комочек собранной пыльцы, смоченной нектаром и склееный слюной самой пчелы. В сладкий пирожок же откладывает одно яйцо. Один комочек – пища для личинки на весь период роста, поэтому пчела собирает оооочень много пыльцы и нектара. Для сбора пыльцы у нее есть специальные пыльцевые складки и ходы в панцире. А для сбора нектара она порой прогрызает цветки с длинным венчиком, буквально высасывая все до последней капли.
После этого каждая ячейка замуровывается клейкой массой из слюны пчелы и опилок, оставляя только доступ воздуха. Две-три недели пчела-мать охраняет свое гнездо, после чего отправляется в путешествие. Личинки все лето растут, в августе-сентябре окукливаются, и осенью становятся имаго. Выходят наружу только ранней весной, прогрызая перегородки. Зимует взрослая пчела, ища укрытие в виде пустых гнезд, ходов жуков-пилильщиков, брошенных ульев и щелей в деревьях и деревянных строений. В гнезде обычно остается одна пчела из нового поколения. Так в одном гнезде могут прожить несколько поколений пчел.
Опасны ли пчелы-плотники?
Сами по себе – нет. Взрослая древесная пчела малоагрессивна, она не нападает на людей или животных, если не пытаться поймать ее или повредить гнездо. Более того, еще недавно пчелы-плотники были занесены в Красную Книгу России и Украины как вид, существование которого находится под угрозой. Сокращению их численности способствовала активная вырубка широколиственных лесов, а также массовая обработка полей инсектицидами во времена позднего СССР. Сейчас же их численность восстанавливается, а ареал расширяется на север и восток.
Впрочем, не из-за укусов некоторые дачники невзлюбили древесных пчел. Заселяя деревянные постройки, опоры, пчелы прогрызают длинные ходы. И если в свежей древесине одно гнездо никаких проблем не создаст (об этом ниже), то в старой может стать последней каплей. Прибавив к этому привязанность пчел к одному месту в течение многих поколений, а также всевозможных древесных жучков можно получить испещренную ходами балку.
Кроме того, пчела может занести с собой споры грибов, которые прорастут плесенью буквально изнутри дерева. Опустевшие гнезда же становятся приютом для других пчел, ос, а также гнездами точильщиков и других насекомых. Чтобы избавиться от них, дачники сооружают специальные ловушки, а также применяют специальные инсектициды.
Итак, пчела-плотник – весьма интересный представитель семейства. Мирные пчелы-плотники обычно не доставляют проблем, если их не трогать. Зато радуют глаз своим блестящим окрасом.
Всего хорошего и не болейте!
P.S. Статья написана биотехнологом Людмилой Хигерович и опубликована в научном сообществе Фанерозой на платформах «Вконтакте», «Хабр» и «Пикабу»
Пить молоко перед сном полезно. Теперь это научный факт
Результаты, полученные в новом исследовании, внесут вклад в развитие новых и естественных методов лечения расстройства сна
Новое исследование подтвердило то, в чем многие матери убеждены уже много лет — стакан теплого молока перед сном улучшает качество сна и помогает при бессоннице.
Современные методы лечения бессонницы нацелены на рецепторы ГАМК — группу клеточных рецепторов, эндогенным агонистом которых является γ-аминомасляная кислота, основной тормозной медиатор в нервной системе позвоночных. С другой стороны, молочные пептиды представляют собой тип более мелких белков, которые могут связывать рецепторы ГАМК. Кроме того, пептидные белки обладают естественными свойствами улучшения сна, а также успокаивающими свойствами.
Применение традиционного метода лечения рецепторов ГАМК и открытие природных пептидов может стать идеальной формулой для хорошего ночного сна. Лучшая часть этого исследования заключается в том, что сложная комбинация содержится в простом стакане теплого молока.
Одним из важнейших этапов исследования был стандартный процесс обработки белка, содержащегося в коровьем молоке, известного как казеин. В лечении бессонницы используется пищеварительный фермент трипсин, который позволяет молоку содержать различные вызывающие сон пептиды. Было обнаружено, что полученный продукт состоит из эффективного пептида, называемого α-казозепином или α-CZP. Этот конкретный пептид считается фактором, который оказывает существенное влияние на легкость сна.
Результаты показали, что пептиды CTH или ферментивный гидролизат казеина, содержащиеся в молоке, оказывает более эффективное воздействие, чем один α-CZP. Более того, было обнаружено, что CTH обладает другими новыми свойствами, которые могут достигать большей эффективности, чем α-CZP. Среди пептидов, показавших лучший потенциал, был белок YPVEPF, который усыплял людей на 25% быстрее и увеличивал продолжительность сна испытуемых в четыре раза.
Вдогонку к посту «Прыгаем в чёрную дыру»
Бонусное видео с прыжком в чёрную дыру. Без комментариев и под атмосферное музыкальное сопровождение. Сделано в формате 360 градусов, так что можно покрутить и наблюдать от первого лица эффекты, описанные в основном видео с теорией.
Прыгаем в чёрную дыру (ScienceCLic)
Как выглядит чёрная дыра? Какие оптические эффекты возникают в непосредственной близости от неё? Что мы увидим при пересечении горизонта событий?
Для визуализации использовались расчёты и симуляции.
Немецкий физик,создавший в 1908 г.счетчик Гейгера.
Почему занавеска в душе хочет к вам прилипнуть
31-летний профессор машиностроения Дэвид Шмидт из Университета Массачусетса в Амхерсте в 2001 году получил Шнобелевскую премию за то, что на софте за 28 000 долларов для моделирования потоков жидкостей просчитал модель, частично объясняющую, почему занавеска хочет прилипнуть к вам в душе. (Публикация в Scientific American )
Дэвид Шмидт исследовал способы точной имитации брызг и распыления (spray). Обычно они использовали эти симуляции распыления, чтобы помочь разработать лучшие дизельные и авиационные двигатели. Однако тот же анализ в равной степени применим и к душевой кабине в ванной. В конце концов, душ — это просто большая струя брызг.
В своей симуляции Дэвид Шмидт учел эффекты дробления капель, модель также учитывала деформацию (distortion) капель, которая существенно влияет на аэродинамическое сопротивление.
Все предыдущие объяснения были теоретические: от эффекта Бернулли (Bernoulli effect) до теории плавучести (buoyancy effect).
Гипотеза эффекта Бернулли
Самым популярным объяснением эффекта занавески для душа является принцип Бернулли. Принцип Бернулли гласит, что увеличение скорости приводит к снижению давления. Эта теория предполагает, что вода, вытекающая из насадки для душа, заставляет воздух, через который движется вода, течь в том же направлении, что и вода. Это движение будет параллельно плоскости занавески для душа. Согласно принципу Бернулли, если воздух движется по внутренней поверхности занавески для душа, давление воздуха там упадет. Это приведет к перепаду давления между внутренним и внешним пространством, что приведет к перемещению занавески внутрь. Эффект будет наиболее сильным, когда зазор между человеком и занавеской будет наименьшим, в результате чего занавеска будет прилипать к человеку.
Но эффект Бернулли основан на соотношении давления и ускорения и не учитывает наличия капель. И, по расчетам лауреата Шнобелевской премии, этот эффект не отвечает за прогиб занавески в душе.
Также называемый эффектом дымохода или эффектом стека/тяги, подразумевает, что теплый воздух (из горячего душа) поднимается над занавеской душа, когда более прохладный воздух (около пола) проталкивается под занавеску, заменяя поднимающийся воздух. Если придвинуть занавеску к струе, вихрь (ближнего действия) и эффекты Коанда становятся более значительными. Однако эффект занавески для душа сохраняется при использовании холодной воды, что означает, что это не может быть единственным действующим механизмом.
Теория плавучести предполагает, что горячий душ вызывает повышение температуры воздуха в душе, уменьшая его плотность. В этом случае давление на душевой стороне занавески будет ниже, чем давление снаружи на той же высоте от пола, что приведет к смещению занавески в сторону более низкого давления. Проблема с этим объяснением состоит в том, что занавеска так же будет втягиваться внутрь к холодному душу.
Эффект Коанда, также известный как «прикрепление пограничного слоя», представляет собой тенденцию движущейся жидкости прилипать к соседней стене.
Гипотеза горизонтального вихря
Для расчета Дэвид Шмидт нарисовал модель типичного душа и разделил зону душа на 50 000 крохотных ячеек. Ванна, душ, карниз и комната за пределами душа также были включены. Шмидт запускал программу Fluent в течение двух недель на своем домашнем компьютере по вечерам и по выходным (когда его жена не использовала компьютер). За это время ему удалось смоделировать 30 секунд потока брызг.
Компьютерное моделирование показало, что брызги образуют горизонтальный вихрь. Этот вихрь имеет в центре зону низкого давления, которая всасывает завесу. Эта область низкого давления притягивает занавеску. Вихрь вращается вокруг оси, перпендикулярной занавеске. Это немного похоже на пылевой смерчик, но в отличие от смерча, этот вихрь не гаснет, потому что он постоянно подпитывается потоком капель.
Капли воды в ливне показаны цветом по величине скорости. На занавеске для душа обозначены заполненные контуры давления.
Векторы скорости показывают движение воздуха в душе. Помимо движения, вызванного лобовым сопротивлением, вблизи ливня имеется большая картина рециркуляции над ним.
Показанный здесь прогиб душевой занавески (не в масштабе) был рассчитан с использованием баланса сил.
Тяга достаточно слабая, поэтому если напор воды небольшой, или душ недостаточно распыляет поток на капли, или занавеска тяжелая, то засасывание не заметно.
Профессор Шмидт непреклонен в том, что это исследование было сделано «для развлечения» в свободное время без использования грантов.
Мое личное десятилетнее наблюдение за «эффектом душевой занавески» показало, что широкая «лейка» вызывает бомбическую тягу, а от температуры воды тяга не меняется.
Автор: Алексей JetHackers Стаценко
ScienceClic: Общая теория относительности
Первая озвучка с переосмыслением визуализации ОТО вызвала множество вопросов, ответы на которые даёт данное видео.
Что такое гравитация? Почему кажется, что объекты притягивают друг друга? Что происходит со временем вблизи массивных объектов? Какие следствия вытекают из теории Эйнштейна? Всё это за 14 минут.
Реставрирую шкаф
Работа не быстрая, поэтому фото до. Нашел в нем тайник, в тайнике фото.
Интересует, что за формула на доске?
Пока ответа не нашлось.
Шкаф в СПБ. Ещё была найдена карта Казани печать старая начало 20 века.
Черные дыры могут иметь «волосы». Эйнштейн не прав?
Недавно проведенное исследование американских физиков об экстремальных черных дырах может опровергнуть знаменитую теорему об отсутствии волос.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры обладают только тремя наблюдаемыми свойствами: массой, спином (момент импульса) и зарядом. Дополнительных характеристик, или, как называют их физики, «волос», не существует.
Чтобы объяснить идею, представим однояйцевых близнецов. Они имеют одинаковый генотип, это генетические копии, но даже такие близнецы будут различаться множеством вещей: от темперамента до прически. Черные дыры, согласно теории гравитации Альберта Эйнштейна, могут иметь всего три характеристики: массу, спин и заряд. Если эти значения одинаковы для любых двух черных дыр, то они идентичны, будет невозможно отличить одну от другой. У черных дыр нет волос.
«Согласно классической общей теории относительности, такие черные дыры были бы абсолютно идентичны», — отмечает Пол Чеслер, физик-теоретик из Гарвардского университета.
Однако ученые задаются вопросом, верна ли теорема об отсутствии волос. В 2012 году математик Стефанос Аретакис, работавший тогда в Кембриджском университете, а теперь в Университете Торонто, предположил, что некоторые черные дыры могут иметь нестабильности (instabilities) на горизонте событий.
Нестабильности придали бы одним участкам горизонта черной дыры более сильное гравитационное притяжение, чем другим. Получается, что в таком случае даже идентичные черные дыры будут различимыми.
Однако уравнения Аретакиса показали, что это возможно только для так называемых экстремальных черных дыр — тех, которые имеют максимально возможное значение для массы, спина или заряда. И, по словам Чеслера, такие черные дыры не могут существовать в природе.
Но допустим, что есть почти экстремальная черная дыра, которая приближается к максимальным значениям, но не достигает их. Такая черная дыра может существовать, по крайней мере, теоретически. Опровергнет ли это теорему об отсутствии волос?
В докладе, опубликованном в конце января, показано, что это возможно.
Более того, земные детекторы гравитационных волн могут уловить такие волосы.
«Аретакис предположил, что существует некоторая информация, которая остается на горизонте событий», — прокомментировал Гаурав Ханна, физик из Массачусетского университета и Университета Род-Айленда, один из соавторов исследования.
Ученые предполагают, что свидетельства образования черной дыры или более поздних возмущений горизонта событий (например, падение вещества в черную дыру) могут создавать гравитационную нестабильность на горизонте событий почти экстремальной черной дыры или рядом с ним.
«Мы предполагаем, что гравитационный сигнал, который мы обнаружим, будет сильно отличаться от обычных черных дыр, которые не являются экстремальными», — говорит Ханна.
Если у черных дыр есть волосы, значит сохраняется некоторая информация об их прошлом, — это затронет и знаменитый информационный парадокс черных дыр, который сформулирован Стивеном Хокингом, как отмечает Лия Медейрос, астрофизик из Института перспективных исследований в Принстоне.
Этот парадокс обнажает фундаментальный конфликт между общей теорией относительности и квантовой механикой, двумя столпами физики XX века.
Если опровергнем одно из условий информационного парадокса, мы сможем решить сам парадокс. Одно из условий — это теорема об отсутствии волос.
Последствия этого открытия будут значительным. «Если мы сможем доказать, что реальное пространство-время черной дыры за пределами черной дыры отличается от того, что мы ожидаем увидеть, тогда, я думаю, это будет иметь действительно огромное значение для общей теории относительности», — сказала Медейрос, соавтор октябрьского доклада, который посвящен тому, соответствует ли наблюдаемая геометрия черных дыр предположениям.
Однако, пожалуй, самым захватывающим моментом исследования является то, что оно открывает путь, как объединить наблюдения за черными дырами и фундаментальную физику. Обнаружение волос на черных дырах, пожалуй, на самых экстремальных астрофизических лабораториях во Вселенной, может позволить исследовать такие идеи, как теория струн и квантовая гравитация, таким способом, каким раньше это было невозможно.
Оказывается, уравнения Эйнштейна настолько сложны, что мы ежегодно открываем новые их свойства. Пол Чеслер
«Одна из больших проблем с теорией струн и квантовой гравитацией заключается в том, что эти предположения сложно проверить, — утверждает Медейрос, — так что, если у нас есть что-то, что можно проверить даже удаленно, это просто потрясающе».
Однако встречаются и серьезные препятствия. Нет уверенности в существовании почти экстремальных черных дыр. По словам Чеслера, в лучших моделях на данный момент обычно образуются черные дыры, которые на 30% отличаются от экстремальных значений. И даже если почти экстремальные дыры существуют, не совсем понятно, достаточно ли чувствительны детекторы гравитационных волн для определения нестабильности по волосам.
Более того, предполагается, что волосы крайне скоротечны, они длятся доли секунды.
Но сам доклад выглядит основательным. «Я не думаю, что кто-то в сообществе сомневается в этом», — сказал Чеслер.
Следующий этап — посмотреть, какие сигналы мы будем обнаруживать с помощью детекторов гравитационных волн: сейчас мы работаем с LIGO и Virgo, но запускается новые инструменты, например, LISA, совместный эксперимент Европейского космического агентства и НАСА по исследованию гравитационных волн.
«Теперь следует опираться на их работу и действительно вычислить, какой будет частота гравитационного излучения. Важно понять, как мы можем измерить и идентифицировать его», — отмечает Хельви Витек, астрофизик из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн.
Хотя шансы обнаружить волосы не так велики, такое открытие поставит под сомнение общую теорию относительности Эйнштейна и докажет существование почти экстремальных черных дыр.
«Мы хотели бы знать, позволяет ли природа существовать такому зверю», — говорит Ханна.
Автор: Jonathan O’Callaghan
Новая визуализация общей теории относительности
Автор канала ScienceCLic предлагает четыре основных изменения распространенной визуализации гравитации с упругой тканью и шарами разной массы, чтобы приблизить отображение к тому, что говорит математика, лежащая в основе общей теории относительности. А также, чтобы улучшить интуитивное понимание теории с минимальными искажениями, использовав преимущества формата видео.
Маргарет Балкли женщина-хирург, которая 60 лет притворялась мужчиной
1809 год. Из Лондона в Эдинбург отправился корабль на борту которого находился не высокий худой юноша, стремящийся раз и навсегда изменить свою судьбу. Впереди его ждали медицинские университеты и блестящая карьера военного врача.
Он проживет еще много лет, объездит пол мира и сделает много полезного для снижения смертности в британской армии. В историю этот человек вошел как Джеймс Барри ― главный медицинский инспектор южноафриканских колоний, прекрасный хирург и вспыльчивый человек со странностями, который мог запросто послать начальство. Но до самой смерти никто так и не узнал его главного секрета. Настоящим именем Джеймса Барри было Маргарет Энн Балкли. И сегодня я расскажу как ей удалось 60 лет притворяться другим человеком.
С чего все началось
Как вы уже догадались светило английской медицины Джеймс Барри на самом деле был женщиной, но при его жизни никто этого не знал кроме нескольких человек. Правда всплыла наружу совершенно случайно, да и то только потому что кое-кто не сумел правильно исполнить его последнюю волю. Как так получилось вообще что девушка решила всю жизнь скрывать свою настоящую личность? Что бы в этом разобраться давайте перенесёмся на 20 лет назад в Ирландию, где у мелкого лавочника Джереми Балкли и его жены рождается второй ребенок, девочка Маргарет. Семья живет не богата и все надежды на будущее связаны со старшим сыном Джоном. Его отправляют учиться в университет Дублина чуть ли не на последние деньги. И Джон сначала, вроде бы, оправдывает ожидания. Не плохо учится, женится на богатой девушке. Но все его попытки открыть собственное дело терпят неудачу и в конце концов он даже вынужден обратиться к отцу за деньгами. Тот влезает в долги и отсылает деньги сыну. А сын бездарно спускает все и пропадает. А так как взаймы брал не он, то долг ложится на отца семейства. В итоге отец садится в тюрьму, Джон бесследно пропадает, а мать с дочерью оказываются одни без средств к существованию.
Через пару лет разгневанная Маргарет будет писать непутевому брату «Если бы я не родилась девушкой то стала бы солдатом». А вскоре в их семье появляется еще одна девочка Джулиана. Так что же делать женщинам в патриархальном государстве? Только надеяться на поддержку мужчин. Мать Маргарет обратилась за помощью к своему брату который был художником королевской академии, но тот долгое время помогать родственникам отказывался.
Первые позитивные изменения в их жизни случились в 1806 году, когда этот самый художник умер, оставив в наследство небольшое состояние. Это позволило матери с дочерью перебраться из Ирландской провинции в Лондон. И там случилось второе знаменательное событие. Пока миссис Балкли занималась наследством, она познакомилась с друзьями своего брата. А как вы понимаете королевский художник вращался в самых прогрессивных кругах лондонского общества. И вот в такую компанию попадает Маргарет, которой на тот момент уже исполнилось шестнадцать. Мать отдает ее учиться на гувернантку, в надежде что это даст ей стабильный доход и определенный статус в обществе для удачного замужества. Но все выходит иначе, и общение с прогрессивными друзьями дяди не проходит даром. Они быстро замечают природные интеллект девушки и её феноменальные способности к обучению.
И друг дяди Маргарет, доктор Эдвард Фраер начинает преподавать ей лечебное дело и кажется, что та схватывает все на лету. Генерал Франсиско Миранда отмечает необычную любовь Маргарет к чтению. И они решают что роль простой гувернантки девушке явно не подходит, ей нужно получить хорошее медицинское образование. Но как это сделать? В те времена для женщин доступ в университеты был закрыт. Да и вообще, кто позволит женщине вести официальную врачебную практику? Но это были люди которые не ищут легких путей и они придумали хитрый план. Маргарет должна превратиться в Джеймса и поступить в университет для мужчин, а после окончания учебы генерал заберет ее с собой Венесуэлу. В молодую страну без гендерных предрассудков. Кстати имя Джеймса Барри было выбрано не случайно, так звали дядю Маргарет, того самого художника. Это сильно упрощало подделку документов.
Начало обучение девушки
И вот мы снова оказываемся в 1809 году на корабле который везет молодого Джеймса в Эдинбург в сопровождении тети, которая на самом деле была его матерью. Итак на пороге университета появился молодой человек маленького роста, в длинном пальто, со слишком высоким голосом и вставками в обуви чтобы казаться выше. Казалось бы, этот нелепый маскарад должны были раскрыть за 5 минут, но нет. Видимо сама мысль что женщина может набраться наглости и приехать поступать в мужском наряде, была настолько фантастичной, что это даже в голову никому не пришло. Просто какой-то странный паренек и все, да еще и вполне способный. За все три года обучения у Джеймса возникла только одна проблема, его не хотели допускать к выпускным экзаменам по причине слишком маленького возраста. Ведь единственное объяснение странной внешности студента, преподаватели объяснили тем, что он завысил свой возраст и на самом деле ему лет 15 а не 22 года. Иначе почему у него до сих пор не сломался голос и не растет борода? Логично.
Чтобы спасти ситуацию в дело вмешался граф Бьюкен, один из тех кто был автором всего плана с переодеванием. Он направил в университет письмо где заявил что нигде в уставе нет правила которое бы ограничивало возраст выпускников. Университет просто был вынужден согласиться с доводами уважаемого графа и Джеймс спокойно сдал экзамены, с отличными оценками почти по всем предметам. И вот план приведен в исполнение. Джеймс Барри он же Маргарет Балкли теперь дипломированный врач. Самое время забыть про фальшивую мужскую личность и отправляться Венесуэлу лечить людей. Но как раз с этим вышла проблемка в тот самый момент когда Джеймс сдавал экзамен, Испания разгромила Венесуэльскую армию, а Франсиско Миранда оказался в тюрьме и так до конца жизни из нее и не вышел. Что было делать дальше было непонятно. Если новоиспеченный доктор сейчас раскроет свой настоящий пол, то это будет пустой тратой трех лет обучения. Работать по специальности он все равно бы не смог, и маскарад затянулся еще на 50 лет.
Карьера Джеймса Барри
После университета молодой врач Джеймс Барри вернулся в Лондон и поступил на работу в одну из больниц в качестве ассистента хирурга, а через полгода и вовсе решил отправиться на службу в армию. И там тоже никто не догадался, что Джеймс на самом деле женщина. Он успешно проходит все комиссии, и в 1813 году оказывается в военном госпитале города Плимут. Через пару лет Джеймс Барри дослужиться до должности помощника штабного хирурга.
Он становится личным врачом лорда Сомерсета, а в 1822 году его назначают колониальным медицинским инспектором. То есть фактически он начинает отвечать за всю медицину в южной Африке, а ему было тогда всего 33 года. Это вызывало сильное неодобрение местных чиновников. Особенно если учесть вздорный характер Барри и его любовь к реформам. Встав во главе ведомства он активно занялся перестройкой вообще всего и старался в любую область внедрить последние научные стандарты. Джеймс Барри потребовал, чтобы все медицинские работники колонии имели хотя бы базовое медицинское образование, затем он занялся продвижением вакцинации задолго до того как ее начали массово практиковать по всему миру, создал хоспис для больных проказой, курировал улучшение качества питьевой воды и всячески боролся с антисанитарией.
В любой больнице, в которой Барри устанавливал новой порядке смертность падала в разы. Естественно что настолько радикальный пересмотр традиций, встречал отчаянное сопротивление врачей старой школы, но такому отношению способствовал и сам Джеймс. Все кто его знал описывали его как неуравновешенного, вспыльчивого и упрямого человека. Он легко мог наплевать на правила приличия и субординацию, если считал себя правым, болезненно реагировал на любые замечания относительно своей внешности. Один раз даже подрался из-за этого на дуэле, к счастью без жертв. В общем Барри точно не был душой компании, практически не имел друзей, но даже враги отмечали его талант хирурга.
Пожалуй самая его известная операция это кесарево сечение. Сегодня для нас такая процедура не считается чем-то экстраординарным, многие женщины рожают с помощью кесарева сечения. Но во времена Барри такая процедура сопровождалась огромным риском.
Но жизнь Джеймса Барри состояла не только из впечатляющих успехов. Порой случались и громкие скандалы. Из-за женственности доктора, его постоянно подозревали в нетрадиционной ориентации. Вероятно что лорд Чарльз был в курсе секрета Джеймса Барии. Между ними вполне вероятно мог быть роман. Во всяком случае когда лорд тяжело заболел и отправился в Лондон, Барри немедленно последовал за ним. Хоть он на тот момент был на службе на острове Маврикий и не имел права самовольно оставлять работу. Когда командование потребовал объяснить такое возмутительное нарушение дисциплины, то Джеймс в своей манере ответил что ему срочно надо было повидать своего парикмахера. Генералы были возмущены от такой наглости и моментально сняли Барри с должности и понизили в звании до штабного лекаря. Но ему было наплевать, он два года продолжал жить в Лондоне и ухаживать за лордом Сомерсетом до самой его смерти в 1831 году.
Следующие назначение Джеймс Барри получит только через пять лет на далекую ямайку, и в течение 15 лет его будет мотать почти по всем английским островам карибского моря. Джеймс Барри успел побывать и в России, правда при не самых благоприятных обстоятельствах. Во время Крымской войны Барри не удалось получить официальное направление на фронт, поэтому он взял отпуск и отправился туда самостоятельно, чтобы помочь организовать уход за ранеными. И там по своему обыкновению снова успел поругаться, причем с другой знаменитой женщиной Флоренс Найтингейл, а это основательница всего института сестринского дела как отдельной профессии.
В 1857 году Джеймс Барри будучи уже довольно пожилым человеком получил чин инспектора по военным госпиталям. Это максимально высокое звание, до которого мог дослужиться медик в британской армии. После чего отправился в Канаду, в последнем дальнюю командировку в своей жизни. Там он по обыкновению в первую очередь взялся за наведение чистоты, менял и расширял питание солдат, пролоббировал постройку отдельных помещений для женатых военных, так как до этого солдатские жены вместе с мужьями жили в общих казармах. В Монреале Барри стал известен тем что передвигался по городу исключительно на ярко-красных санях завернувшись в меха. А еще он умудрился стать членом клуба сент-джеймс, элитной тусовки только для мужчин. Но проработал в Канаде доктор всего два года. За свою жизнь он привык жаркому тропическому климату и холодная страна ему просто не нравилась. В конце концов он заболел бронхитом и уплыл обратно в Лондон.
Он рассчитывал что после выздоровления получит назначение куда-нибудь в более теплое место, но вместо этого его отправили в отставку. Последние пять лет Джеймс Барри прожил в Лондоне, так и не раскрыв свою тайну. Даже наоборот, он хотел чтобы это осталось тайной и после его кончины. Каждый раз когда он чувствовал приближение смерти то первым делом начинал давать распоряжение похоронить себя без традиционного омовения и в той же самой одежде в которой он умер.
Как раскрылась правда
Джеймс Барри умер в 1865 году от дизентерии. Может быть никто так и не узнал кем на самом деле был Барри если бы не служанка София Бишоп, которая пришла готовить тело к похоронам и она ничего не знала про запрет на переодевание. И тут-то все и выяснилось. Служанка поняла, что умерший доктор был женщиной, так еще и рожавшей. Так как нашла на теле следы кесарево сечения. И с этой историей пошла в газету. Неизвестно поверили ей журналисты на слово или просто решили напечатать историю ради рейтингов, но вскоре новость о том, что уважаемый бригадный генерал медицинской службы оказался женщиной, разлетелась по всей британской империи. Для армии это был скандал невероятного масштаба. Как это они в течение 50 лет не могли догадаться, что Барри женщина. Стремясь скрыть свою оплошность, они на всякий случай засекретили все документы о докторе на сто лет, а сама история стала полу легендой. Кто-то думал что Барри переоделась мужчиной, чтобы пойти в армию за своим любимым, кто-то утверждал что Барри была первой феминисткой и боролась за свои права в патриархальном мире.
Исследователи полностью отследили биографию Джеймса Барри и заметили что он появляется будто из воздуха в возрасте 19 лет на борту корабля плывущего в Эдинбург. В этот же самый момент у его тети пропадает старшая дочь Маргарет. Окончательно стало понятно что Джеймс и Маргарет одно и то же лицо после сравнения их почерков.
Маргарет была обычная женщина которая вынуждено притворялась мужчиной. Трудно сказать насколько она сама была довольно такой жизнью. С одной стороны она объездила кучу стран, сделала карьеру, которой позавидовали бы большинство мужчин, реально помогла наладить систему здравоохранения в армии. А с другой, на сколько ей самой было комфортно жить под чужой личностью? Каждый день вставать и быть мужчиной, не выдав себя случайной фразой или действием. На этот вопрос никто уже не даст точного ответа.