Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья об астрономических объектах, описываемых механикой Ньютона. Для современной концепции, основанной на темной материи, см. Темная звезда (темная материя) . Для современной концепции, основанной на темной энергии, см. Звезду темной энергии .

Темная звезда является теоретическим объектом совместим с ньютоновской механики , что, из - за своей большой массы, имеет поверхностную скорость отхода , что равна или превышает скорость света . Неясно, влияет ли на свет гравитация в соответствии с механикой Ньютона, но если бы он ускорялся так же, как и снаряды, любой свет, излучаемый на поверхности темной звезды, был бы захвачен гравитацией звезды , делая ее темной, отсюда и название. Темные звезды аналогичны черным дырам в общей теории относительности .

История теории темной звезды [ править ]

Джон Мичелл и темные звезды [ править ]

В 1783 году геолог Джон Мичелл написал письмо Генри Кавендишу с изложением ожидаемых свойств темных звезд, опубликованное Королевским обществом в их томе 1784 года. Мичелл подсчитал, что когда космическая скорость на поверхности звезды равна или превышает скорость света, генерируемый свет будет захвачен гравитацией, так что звезда не будет видна далекому астроному.

Если бы полудиаметр сферы той же плотности, что и Солнце, превысил бы диаметр Солнца в пропорции 500 к 1, тело, падающее с бесконечной высоты по направлению к нему, приобрело бы на своей поверхности большую скорость, чем скорость тела. свет, и, следовательно, если предположить, что свет притягивается той же силой, пропорциональной его vis inertiae, с другими телами, весь свет, излучаемый таким телом, будет возвращаться к нему под действием его собственной гравитации. Это предполагает, что гравитация влияет на свет так же, как и массивные объекты.

Идея Мичелла о подсчете количества таких «невидимых» звезд предвосхитила работу астрономов 20-го века: он предположил, что, поскольку определенная доля двойных звездных систем может содержать по крайней мере одну «темную» звезду, мы можем искать и каталогизировать как можно больше двойных звездных систем и выявить случаи, когда была видна только одна кружащаяся звезда. Тогда это обеспечит статистическую основу для расчета количества другого невидимого звездного вещества, которое может существовать в дополнение к видимым звездам.

Темные звезды и гравитационные сдвиги [ править ]

Мичелл также предположил, что будущие астрономы смогут определить поверхностную гравитацию далекой звезды, увидев, насколько свет звезды сместился в более слабый конец спектра, что было предшественником аргумента Эйнштейна 1911 года о гравитационном сдвиге. Однако Мичелл процитировал Ньютона, сказавшего, что синий свет менее энергичен, чем красный (Ньютон считал, что более массивные частицы связаны с большими длинами волн), поэтому предсказанные Мичеллом спектральные сдвиги были в неправильном направлении. Трудно сказать, могло ли осторожное цитирование Мичеллом позиции Ньютона по этому поводу отражать неуверенность Мичелла в том, был ли Ньютон прав, или просто академическая тщательность.

Волновая теория света [ править ]

В 1796 году математик Пьер-Симон Лаплас независимо от Мичелла продвигал ту же идею в первом и втором изданиях своей книги Exposition du système du Monde .

Из-за развития волновой теории света Лаплас, возможно, удалил ее из более поздних изданий, поскольку свет стал считаться безмассовой волной и, следовательно, не подвержен влиянию гравитации, и как группа физики отказались от этой идеи, хотя немецкий физик , математик и астроном Иоганн Георг фон Soldner продолжил Ньютон «s корпускулярной теории света , как в конце 1804 года .

Сравнения с черными дырами [ править ]

Непрямое излучение
Темные звезды и черные дыры оба имеют скорость поверхности побега равны или больше , чем Lightspeed, и критический радиус г  ≤ 2 M .
Однако темная звезда способна испускать непрямое излучение - направленный наружу свет и материя могут ненадолго покинуть поверхность с r = 2 M перед повторным захватом, а находясь за пределами критической поверхности, могут взаимодействовать с другим веществом или ускоряться без звезды через такие взаимодействия. Таким образом, темная звезда имеет разреженную атмосферу «посещающих частиц», и это призрачное гало материи и света может излучать, хотя и слабо. Кроме того, поскольку в механике Ньютона возможны скорости выше скорости света, частицы могут улетать.
Радиационные эффекты
Темная звезда может излучать непрямое излучение, как описано выше. Черные дыры, описанные в современных теориях квантовой механики, испускают излучение посредством другого процесса, излучения Хокинга , впервые постулированного в 1975 году. Излучение, испускаемое темной звездой, зависит от ее состава и структуры; Излучение Хокинга, согласно теореме об отсутствии волос , обычно считается зависящим только от массы, заряда и углового момента черной дыры , хотя информационный парадокс черной дыры делает это спорным.
Эффекты искривления света
Если ньютоновская физика действительно допускает гравитационное отклонение света ( Ньютон , Кавендиш , Зольднер ), общая теория относительности предсказывает вдвое большее отклонение светового луча, скользящего по Солнцу. Это различие можно объяснить дополнительным вкладом кривизны пространства в рамках современной теории: в то время как ньютоновская гравитация аналогична пространственно-временным компонентам тензора кривизны Римана общей теории относительности, тензор кривизны содержит только чисто пространственные компоненты, и обе формы кривизны способствуют полному прогибу.

См. Также [ править ]

  • Черная дыра
  • Магнитосферный вечно коллапсирующий объект
  • Q звезда

Ссылки [ править ]

  • Мичелл, Джон (1784 г.), «О способах обнаружения расстояния, величины и т. Д. Неподвижных звезд вследствие уменьшения скорости их света, если такое уменьшение должно быть обнаружено в любом месте». о них, а также такие другие данные должны быть получены из наблюдений, если это будет необходимо для этой цели. Преподобный Джон Мичелл, BDFRS, в письме Генри Кавендишу, эсквайру FRS и A.S. , Philosophical Transactions of the Лондонского королевского общества , 74 : 35-57, Bibcode : 1784RSPT ... 74 ... 35М , DOI : 10.1098 / rstl.1784.0008 , ISSN  0080-4614 , JSTOR  106576
  • Шаффер, Саймон (1979). «Джон Мичелл и черные дыры» . Журнал истории астрономии . 10 : 42–43. Bibcode : 1979JHA .... 10 ... 42S . DOI : 10.1177 / 002182867901000104 . S2CID  123958527 .
  • Гиббонс, Гэри (28 июня 1979 г.). «Человек, который изобрел черные дыры [его работа появляется из тьмы через два столетия]». Новый ученый : 1101.
  • Израиль, Вернер (1987). «Темные звезды: эволюция идеи». В Хокинге, Стивен У; Израиль, Wemer (ред.). Триста лет гравитации . С. 199–276. ISBN 9780521379762.
  • Eisenstaedt, J (декабрь 1991 г.). "Влияние гравитации на распространение света в теории Ньютона. L'archéologie des trous noirs" [Влияние гравитации на распространение света в теории Ньютона. Археология черных дыр. Архив истории точных наук . 42 (4): 315–386. Bibcode : 1991AHES ... 42..315E . DOI : 10.1007 / BF00375157 . S2CID  121763556 .
  • Торн, Кип (1 января 1995 г.). Черные дыры и искажения времени: возмутительное наследие Эйнштейна (переиздание). WW Norton & Company . ISBN 978-0-393-31276-8. См. Главу 3 «Черные дыры обнаружены и отвергнуты».