В последние пару лет мы с Алексеем Кудрей освоили жанр «Ответы на вопросы трудящихся» — это словосочетание запало в память с давних советских времен. Мы сначала собираем вопросы через соцсети, потом я готовлюсь, потом записываем ролик по скайпу в виде диалога, где Алексей зачитывает вопрос, я отвечаю, а он вставляет дополнительные комментарии или реплики. Потом выкладываем на мой канал в YouTube. Такая «обратная связь» оказалась на удивление удачной, а ролики более популярными, чем просто просветительские лекции. Вскоре мы обнаружили, что не одиноки — такой же жанр практикует Сергей Попов. Вероятно, и не только он.
Причем эти самые вопросы-ответы неизвестно, для кого полезней, — для слушателей или для меня самого. Дело в том, что человек, задающий вопрос, не заботится о том, знаю ли я ответ. Но раз взялся за гуж… Раз назвался ученым, должен знать всё! Поэтому приходится лезть далеко за пределы зоны своей компетенции и хватать новые знания на лету — вопросов много, а времени мало. Это, кстати, очень сильное средство от деменции! К тому же развивает интуицию, когда нет времени на доскональное изучение вопроса — приходится полагаться на нее. Другое дело, что это небезопасно — «на лету» можно и провраться. Но кто не рискует… Конечно, вопросы часто повторяются, часто вопросы попросту глупые, но и на глупый вопрос можно интересно ответить, и повторение — мать учения, главное — терпение и спокойствие. Отвечаем на всё, что относится к астрофизике и космологии, не пренебрегая такими вариантами ответов, как «не знаю» и «этого не знает никто».
Итак, примеры вопросов-ответов.
Василий Зонов:
Простой вопрос: свет не может вырваться из-под сферы Шварцшильда, поскольку вторая космическая скорость для черной дыры больше скорости света. А почему же оттуда вырывается гравитация, скорость распространения которой тоже равна c?!
Ответ:
Гравитация не вырывается из черной дыры. У нее есть только стационарное гравитационное поле, оно не несет сигнала. Что-то вырывалось бы, если бы под горизонтом происходили какие-то пертурбации и мы бы регистрировали гравитационные волны от этих пертурбаций, тогда да, можно было бы сказать «вырвался гравитационный сигнал». Но именно это невозможно. Мы же не говорим, что из электрона вырывается кулоновское электростатическое поле!
FirstGaming:
Луч света нашего Солнца — это фотон. Частица взаимодействия, которая переносит не массу, а энергию. Например, на Земле есть черное полотно или глубокое озеро, которые принимают эту энергию и нагреваются. Вопрос такой. Что будет, если Солнцу некуда будет передавать энергию? Будет ли оно излучаться и будет ли оно еще сильнее нагреваться? Что произойдет на Солнце, если оно достигнет критической температуры? Или, наоборот, вообще не будет происходить ядерного синтеза, поскольку Солнцу некуда будет передавать энергию?
Ответ:
Так и регулируются звезды. Если излучению трудно пробиться наружу — а такое бывает — то температура в центре увеличивается, недра звезды распухают, плотность падает, темп ядерных реакций тоже падает. Это происходит сплошь и рядом — такая терморегуляция. Обычно хватает небольших изменений температуры, но если вообще перекрыть излучение наружу, то термоядерные реакции вообще прекратятся. Это, конечно, сильно упрощенная картина.
Королева Марго, или Елена из Кунцево:
А можно вопрос от блондинки с Рублёвки, но аудитора и с первым образованием института связи? А что, рассуждения Рубакова о теории суперструн у Гордона на НТВ уже не актуальны? Их можно не смотреть, как потому, что Сурдин сказал, «что каждые десять лет учебник астрономии можно выкинуть»?? Что-то в последнее время о теории суперструн молчат и говорят только о теории струн? Концевич Максим Львович вроде получал за это премию в этой области. Я в курсе о Концевиче, потому что его жена — моя подруга.
Ответ:
Всё, что сказал Рубаков о теории струн, осталось без изменений. Ту передачу не только можно, но и нужно смотреть. Струны и суперструны — синонимы: суперструны — те же струны с дополнительной симметрией, делающие теорию стройнее. Говорят и так, и так, обычно подразумевая суперструны. За последние двадцать лет в теории появились новые изобретения, теория развивается, но ее статус не меняется. Тот же Рубаков лет десять назад рассказывал мне, что в конце 1980-х приезжал один из отцов-основателей теории струн Эдвард Виттен и рассказывал в ФИАНе, что еще чуть-чуть — и теория струн объяснит всю физику элементарных частиц вплоть до значений всех масс и констант взаимодействия. С тех пор воз и ныне там. Теория струн остается многообещающей — всё обещает и обещает. Там масса интересных математических приложений, в теории возникают разные интересные картины мира, но они непроверяемы. Она оторвалась от реальности и даже не проходит критерий Поппера — то есть нет гипотетического способа ее опровергнуть — нельзя придумать эксперимент или факт, который бы ее опроверг. Теория висит в воздухе и при всей ее красоте по-прежнему не описывает реальный мир.
Почему так произошло? Теория претендовала на мощные предсказания. Допустим, весь мир состоит из струн планковского размера, чьи вибрации разных гармоник дают весь набор частиц. Были воодушевляющие находки: теория предсказывала безмассовую частицу со спином 2 — чем не гравитон?! Проблема в том, что теорию струн надо сильно сократить по числу измерений, чтобы она имела отношение к нашему миру. А сделать это можно почти бесконечным числом способов, и найти подходящий, сконструировать нужный вакуум, чтобы теория встала в соответствие с нашей физикой, практически невозможно. То есть теория в тупике, и это очень жаль, поскольку струны могли бы стать основой квантовой гравитации. Тем не менее теория струн осталась очень интересной областью математики — там огромное поле деятельности, где Концевич как раз и добился результатов, которые, признаться выше моего понимания.
Надо добавить, что я по сути не понимаю теорию струн, поскольку не знаю соответствующей довольно сложной математики. Я рассказываю с чужих слов, впрочем, так делаю не только я.
Jury Novikov:
Кольца планет, в том числе кольца Сатурна, — они хитро исчерчены — то есть в них полно «пустых дорожек». Это (вроде слышал) следствие их возрастных изменений — то есть «деградации» — потери однородности.. Оседает ли при этом вещество из этих пустот на соседние более низки орбиты? Или оседает на поверхность Сатурна? Чем это может быть похоже на процессы деградации «оседания» космического мусора в околоземном пространстве?
Ответ:
Щели в кольцах — результат гравитационного взаимодействия в основном с крупными глыбами, летающими в плоскости колец. Глыбы расчищают щели, выталкивая мелкие льдины в смежные кольца и сгребая часть из них на свой экватор (они приливно замкнуты, поэтому экватор лежит в плоскости колец). Из-за этого спутники Сатурна в щелях похожи на пельмени. Вообще, кольца — удивительное образование. При ширине в десятки тысяч километров их толщина — порядка 10 м. В кольцах есть много интересного: «спицы», «волны», «пропеллеры» — всё это результат слабой гравитации возмущающих тел.
gaHuJIa Macmep:
Хочу задать вопрос про доказательства инфляции. Есть интервью покойного Рубакова здесь, на YouTube, где он объясняет это, но мне его объяснение непонятно. Готов дать ссылку на видео с указанием точного места. Такой вопрос годится, или надо своими словами переформулировать?
Ответ:
Вопрос годится. Я привожу его объяснение в своих лекциях, и оно, по-моему, понятно. Смотрим на карту реликтового излучения — снимок Вселенной возраста 380 тыс. лет. Мы знаем, по какому закону расширялась Вселенная в то время — это уравнение Фридмана. И мы знаем размер горизонта в то время — он на этой карте размером с горошину — примерно градус на небесной сфере. Но мы видим на этой карте пятна размером с грецкий орех — 10-20°. Как могли разные части этого пятна «договориться» между собой, что здесь должно быть холодней или горячей, чем в среднем? Они не могли бы успеть обменяться никаким сигналом — на то он и горизонт. Значит, до расширения по Фридману было что-то еще очень важное, и теория инфляции как раз это и объясняет. И много чего еще. В том числе то, что сначала было предсказано, потом подтвердилось. Но в строгом смысле теория инфляции не доказана. Просто аргументы в ее пользу столь сильные, что она принята за основу большинством физиков
Denis Porubov:
Меня всё время интересует: а что нового? Сформулирую свой вопрос так. Про телескоп «Джеймс Уэбб» постоянно пишут, что он «опрокинул» наши представления о Вселенной. С точки зрения астрофизика, удалось ли наблюдательным данным с «Джеймса Уэбба» опрокинуть, пошатнуть или хотя бы слегка «накренить» существовавшие до его запуска представления ученых об эволюции ранней Вселенной, и если да — то какие?
Ответ:
Данные ничего не опровергли, но слегка «накренили» наши представления, но не в части космологии, а в части астрофизики: массивные объекты, галактики и квазары формируются раньше, чем считалось. Расхожие модели образования галактик и квазаров не дают нужной скорости. Скажем, видят квазар массы миллиард солнечных, но есть ограничение на скорость роста и не удается «вырастить» такой квазар из черной дыры звездной массы за такое время.
А считать это не так просто — там замешана куча факторов. Например, скорость отдачи тепла наружу из сжимающегося газового облака. А она в свою очередь зависит от всяких тонкостей: например, есть ли там молекулярный водород или только атомарный. Молекулярный водород действует как дополнительный холодильник. Это всё надо хорошо считать. Что касается квазаров — казалось бы, есть ограничение на темп роста, эддингтоновский предел: когда темп аккреции слишком большой, то излучение тоже слишком большое, настолько, что оно расталкивает стягивающееся вещество. И есть несколько квазаров, которые из-за этого предела не должны были успеть вырасти с затравочной черной дыры звездной массы, например 100 масс Солнца не получается. Надо брать зародыш 100 тыс. масс Солнца, а где его взять? И люди предлагают: пусть это будет первичная черная дыра. А по поводу первичных черных дыр надо сильно напрягаться, чтобы получить их в теории. Хотя, если есть эффективный холодильник для сжимающихся облаков, то можно получить черную дыру в 100 тысяч и даже миллион солнечных масс их прямым коллапсом.
По-моему, есть более простое объяснение. Допустим, на черную дыру упала масса М. Какая доля от Мс2 выделилась наружу в виде излучения? Считается нормой одна десятая. А если это одна тысячная? Может такое быть? При большом темпе аккреции, который плохо поддается численным оценкам, — вполне. Рассматриваются упрощенные модели аккреции, в реальности эффективность может быть гораздо ниже. В формуле для максимального темпа аккреции ее эффективность стоит в знаменателе. И если эффективность около тысячной или даже сотой — проблема исчезает.
То есть в связи с данными «Джеймса Уэбба» есть некая напряженность — не проходят простые модели, надо их модифицировать. Пожалуй, это и хорошо, что данные заставляют напрячься.
Другое дело, что на этом разгоняют сенсации: «Данные телескопа „Джеймс Уэбб“ опровергли теорию Большого взрыва» и т. п. Ну, люди любят сенсации… И публика любит, и некоторые ученые не брезгуют. На самом деле ничего не опровергнуто, но добавлено пищи для размышлений.
Борис Штерн
Видео, из которых взяты примеры:
youtu.be/btMspkgZ0i0
youtu.be/ngW_s0hxyu4
Канал:
youtube.com/@Boris_Stern/videos
Отличный формат! Записывайте такие видео, это очень увлекательно познавательно. Вы не представляете какая это отдушина — слушать Бориса Евгеньевича. Здоровья ему! Любим!
Борис, баба-яга против! 1) внутри ЧД ее поле всегда нестационарно, даже когда оно стационарно снаружи, и это принципиальный момент. Вот, в этой статье немного про это написано https://www.trv-science.ru/2020/10/nobelevskoe-priznanie-chernyx-dyr/ 2) С точки зрения физики, никакого ограничения на темп аккреции Эддингтоновский предел не дает! Он дает ограничение на светимость, при сверхэддингтоновской аккреции фотоны просто в основном адвектируются в ЧД аккреционным потоком. Я немного задолбался это повторять.
Так я это и написано у меня (про эддингтоновский предел)
А, да, пардон, после этой фразы «Что касается квазаров — казалось бы, есть ограничение на темп роста, эддингтоновский предел: когда темп аккреции слишком большой, то излучение тоже слишком большое, настолько, что оно расталкивает стягивающееся вещество.» я и не читал, сразу вспылил. Ну,
да, дальше написано вроде ок, гомэнасай!
Три вопроса.
1. Металлы в самых молодых (то есть в самых ранних) звездах, о которых сообщил нам Уэбб — это в порядке вещей?
2. https://academic.oup.com/mnras/article/524/3/3385/7221343 — наплевать и забыть?
3.Идеи Пенроуза о том, что и до Большого взрыва что-то было — тоже забыть?
Мы же не говорим, что из электрона вырывается кулоновское электростатическое поле! =============
Расскажите это 2-му электрону, который движется относительно первого. А у гравитации разве не так?
Ну, тут Борис поди имел в виду, что электростатическое поле не распостраняется в виде волны. Впрочем, подождем ответов автора, ибо «Раз назвался ученым, должен знать всё!» (с) :)
Тем более, что вопрос не совсем школьный. В свое время Б.М. Болотовский даже написал несколько методических заметок в УФН насчет перестройки статического поля. Честно говоря, еще более менее наглядно, что источники обмениваются волнами (квантами) при взаимном движении. А чем они обмениваются в стационаре? Вакуум натягивают электростатическим полем? Тогда вроде проницаемость должна появиться?
Я как-то особо не смотрел, как выглядит электростатика с точки зрения КЭД, но вроде бы там используются состояния поля, содержащие бесконечное число когерентных волн, которые принципиально отличаются от обычного фотона. Ну, подождем комментариев автора :)
Дисклеймер — в цитируемой выше статье в одном месте оказывается написано, то, что решение Керра стационарно..это, разумеется, справедливо только снаружи горизонта! То, что внутри никакой стационарности нет, следует из предыдущего изложения, про ловушечные поверхности..Я почему-то уверен, что оплошность с Керром на совести второго соавтора, не Бориса :)
Да, вопрос еще не совсем закрыт:
https://arxiv.org/pdf/2003.07473
«теория в тупике, и это очень жаль, поскольку струны могли бы стать основой квантовой гравитации»
Струны либо существуют, либо нет, причём тут «жаль»?
Хорошо бы получить таки ответ про металлы.
Там не только металлы. Кризис комплексный и продолжает углубляться.
Вот популярная статья от инсайдеров проекта:
https://www.quantamagazine.org/the-beautiful-confusion-of-the-first-billion-years-comes-into-view-20241009/?mc_cid=aec528f32b&mc_eid=17633c372c
На карте реликтового излучения два пунктирных круга «размером с грецкий орех» видны отчетливо, а вот черный кружок «размером с горошину» — не виден.
Пожалуйста, пометьте его стрелкой.
Заретушировали… бывает…
ИИ отвечает на все вопросы, но предупреждает о возможной ошибочности своих ответов, — и, что удивительно, легко признает свою неправоту и корректирует ответ. ))
Вот, как пример, мой сильно урезанный диалог с GPT4 о реликтовом излучении.
Я: Какие эмпирические наблюдения показывают, что реликтовое излучение заполняет всю наблюдаемую вселенную?
GPT4: Космическое микроволновое фоновое излучение (КМФ) наблюдается по всему видимому космосу на основе нескольких ключевых эмпирических наблюдений:
Однородная температура, спектр излучения абсолютно чёрного тела, изотропия с небольшими анизотропиями и поляризационный сигнал КМФ по всему небу свидетельствуют о том, что это излучение заполняет наблюдаемую Вселенную. Эти особенности являются доказательством того, что КМФ является реликтом ранней Вселенной, присутствующим повсеместно.
Я: Ты не прав, — однородность реликтового излучения в зависимости от радиального расстояния от Земли до границы видимой Вселенной никто из жителей Земли не проверял экспериментально.
Как мог бы выглядеть такой эксперимент?
GPT4: Вы правы, у нас пока нет экспериментальных данных, которые бы подтвердили однородность КМФ в зависимости от радиального расстояния от Земли.
Предположение об однородности основано на космологических принципах, особенно на **космологическом принципе**, который утверждает, что Вселенная однородна и изотропна в больших масштабах. Все текущие наблюдения КМФ проводятся с Земли или с близких к Земле спутников, где мы измеряем излучение КМФ в разных направлениях, но не напрямую в зависимости от радиального расстояния.
Для того чтобы эмпирически проверить однородность КМФ на разных радиальных расстояниях, необходим совершенно новый эксперимент. Вот как может выглядеть такой эксперимент:
1. Размещение датчиков на разных радиальных расстояниях
2. Релятивистские зонды или космические аппараты
3. Гравитационное линзирование как косвенный метод
4. Космическое нейтринное фоновое излучение как дополнительный тест
5. Наблюдения сверхновых и других стандартных свечей
6. Абсорбционные линии квазаров и межгалактическая среда
Спасибо, очень интересно.
Подскажите, знакомы ли вы с работой Н. Горькавого «Осциллирующая Вселенная»? И если да, то какое у вас мнение об этой теории?
Хоть я и не Борис, отвечу — как мне кажется, у Г. все неправильно. Беда в том, что отсутствие необходимой квалификации этого автора компенсируется весьма активной саморекламой, поэтому о его «трудах» вспоминают время от времени,
насколько я понимаю, только в непрофессиональном сообществе. Вторая беда, что в начале этой деятельности он смог опубликовать две грубо ошибочные статьи (по моему мнению, разумеется) в известном журнале MNRAS, вероятно попался недоброкачественный рецензент. Это, к огромному сожалению, некий общий тренд, даже в «топовых» журналах качество рецензии в настоящее время, мягко говоря, оставляет желать лучшего..
Както не убеждает и не объясняет объясенние прохода гравитации через горизонт.
В предложеной Вами пояснении напрашивается илюстрация что сила гравитации — это вроде каната, натянутого через горизонт, и только колебания по нему этот барьер не преодолевают.
В этой модели канат то оказывается вроде «эфира» — да волны по нему летают со скоротью света, но сам он связность свою дожен обеспечивать чем то более «скоростным», чемто вне времени.
Приходит на ум более адекватная илюстрация — это поток который падает на сингулярность. Но в этом случае сила этого подока обеспечивается давлением снаружи, а не тягой из под горизонта.