El romance de "Misteriosos objetos celestes y estrellas oscuras"

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Lo que actualmente llamamos "agujeros negros" son cuerpos celestes predichos por la teoría de la relatividad. Sin embargo, a finales de 2019, dos académicos europeos predijeron la existencia de agujeros negros basándose en la mecánica newtoniana. Sin embargo, en aquel momento no lo llamaron "agujero negro", sino que simplemente hablaron de esta "estrella oscura" con una masa enorme y una fuerte luminiscencia, que era prácticamente invisible para los observadores distantes.

Uno de los estudiosos, Laplace, habló una vez sobre este tipo de "estrella oscura" en su obra maestra "Mecánica celestial" y en el libro de divulgación científica "Teoría de sistemas del universo". "Hay objetos oscuros en el cielo, tan grandes como estrellas, tal vez tantos como estrellas. Una estrella brillante con la misma densidad que la Tierra y un diámetro 250 veces mayor que el del Sol. La luz que emite será atraída por su propia Por esta razón, el objeto más brillante del universo probablemente sea invisible.

Sin embargo, no fue Laplace quien predijo por primera vez este tipo de "estrella oscura", sino "Michelle". Universidad de Cambridge en el Reino Unido. Habló de ello en un artículo en 1784: "Debido a la luz emitida por las estrellas, la velocidad de la luz será cada vez más lenta bajo la influencia de la gravedad. Si la estrella es lo suficientemente grande como para que su propia gravedad retraiga la luz hasta cierto punto, la gente desde lejos podrá observarla.

¿Calcularon que las condiciones para la formación de "estrellas oscuras" son "R RGM/C? En tal fórmula, R es el radio del cuerpo celeste, M es la masa de la estrella, G y C son la constante gravitacional y la velocidad de la luz en el vacío, pero no sabían que C también era una constante, ni sabían que la velocidad de la luz es el límite más alto de velocidad en la naturaleza. es la misma que la velocidad de las partículas ordinarias y cambiará según la segunda ley de Newton bajo la influencia de fuerzas externas. Se cree que si se cumplen las condiciones de esta fórmula, la luz de la estrella será arrastrada por su propia gravedad y se convertirá en. invisible para el mundo exterior

Desde la perspectiva actual, hay dos errores en el argumento anterior:

Laplace habló de las estrellas oscuras que predijo en la primera y segunda edición de. "Mecánica celestial", pero en la tercera edición publicada en 1808, eliminó silenciosamente la descripción de las estrellas oscuras porque en la segunda edición, entre la tercera y la tercera edición, Thomas Young completó el "experimento de interferencia de luz de doble rendija". Laplace sintió que su predicción de las "estrellas oscuras" basada en la teoría de partículas de Newton parecía incorrecta después de que la teoría ondulatoria de la luz derrotara a la teoría de las partículas, la predicción de las "estrellas oscuras" basada en la teoría de partículas fue gradualmente olvidada. >Se necesitaron más de 100 años para que la comunidad académica volviera a hablar de "estrellas oscuras". En 1939, el físico estadounidense "Oppenheimer" al estudiar las estrellas de neutrones, Schneider utilizó la teoría general de la relatividad de Einstein para demostrar una vez más la posibilidad de que existieran. existencia de "estrellas oscuras", que puede considerarse como el desarrollo y extensión de la ley de la gravedad.

Sin embargo, la teoría basada en "Oppenheimer" y otros está lejos de la mecánica clásica basada en Laplace. Creen que la existencia de estrellas oscuras no es la gravedad lo que atrae la luz hacia atrás, sino la enorme masa causada por la estrella. El espacio-tiempo se curva, atrapando la luz dentro de la estrella oscura y sin poder escapar, sino la densidad de la oscuridad. estrella es casi increíble

Si el sol forma una "estrella oscura", su radio se reducirá de 700.000 kilómetros a 3 kilómetros, la densidad parece alcanzar mil millones de toneladas por centímetro cúbico, lo cual es inaceptable. Cifra astronómica. El material más denso conocido en ese momento era el material formado por una "estrella enana blanca" con una densidad de sólo 1 a 10 toneladas por centímetro cúbico. Lo que es aún más aterrador es que la mayoría de los físicos, incluido Einstein, no lo creen. que tales "estrellas oscuras" realmente existen en el universo. Poco después, "Oppenheimer" fue designado para dirigir el proyecto de la bomba atómica, la investigación sobre las "estrellas oscuras" se interrumpió nuevamente. El relativista estadounidense "Wheeler" volvió a estudiar la teoría de la formación de estrellas oscuras de "Oppenheimer" y la utilizó en la base de pruebas nucleares de Estados Unidos. Grandes ordenadores simularon el colapso de estrellas bajo la influencia de la gravedad, confirmando que efectivamente se produciría el colapso de las estrellas de neutrones.

Ilustración: Colapso estelar.

Al principio, los físicos creían que la energía para que las estrellas brillaran y se calentaran provenía de la energía potencial gravitacional. Se contrae en una estrella, la energía potencial gravitacional de la "masa de gas" se convertirá en energía térmica, lo que hará que la temperatura de la estrella aumente y brille y se caliente. Sin embargo, creen que la energía para mantener este proceso luminoso y de calentamiento aún será suficiente. Provienen de la energía potencial gravitacional y de la contracción continua de la materia estelar, lo que significa que la energía gravitacional es la única fuente de calor estelar y energía luminosa.

Sin embargo, más tarde se descubrió que la vida útil de las estrellas es muy larga, llegando a alcanzar los .

Así que el astrofísico británico "Eddington" propuso que la fuente de energía de las estrellas debería ser la reacción de fusión, es decir, la reacción de fusión en la que cuatro núcleos de hidrógeno se fusionan en núcleos de helio. La física nuclear aún no estaba desarrollada en ese momento, y muchos físicos nucleares creían que las cargas positivas de los protones en el núcleo de helio se repelerían entre sí, por lo que era imposible que se unieran. Para acercar los protones es necesario proporcionarles suficiente energía cinética, lo que significa que la temperatura de la estrella es muy alta. La temperatura de la estrella estimada en ese momento estaba lejos de ser tan alta. En respuesta al argumento de los físicos nucleares de que las estrellas no son lo suficientemente calientes para formar la reacción termonuclear en la que el hidrógeno se fusiona para formar helio, Eddington respondió: "No discutimos con los críticos que dicen que las estrellas no son lo suficientemente calientes, simplemente les decimos para seguir adelante. Ve y descubre por qué hay temperaturas más altas."

La historia demuestra que "Eddington" tenía razón. De hecho, la contracción de una estrella puede hacer que la temperatura en su centro sea muy alta y la presión muy alta, de modo que la energía cinética de los protones puede alcanzar un nivel suficiente para superar la repulsión electrostática entre ellos, provocando así una reacción termonuclear. Y con el desarrollo de la física, la gente se dio cuenta de que cuando la distancia entre protones, neutrones y otros núcleos atómicos se acerca a los 10 a 15 metros, se generará una fuerza gravitacional mucho más fuerte que la repulsión electrostática, que es lo que llamamos hablar de "fuerte". fuerza de interacción". Es esta fuerza combinada la que une a protones y neutrones para formar núcleos estables.

"Eddington" hizo que la comunidad académica se diera cuenta de que la energía de las estrellas no es energía potencial gravitacional, sino energía nuclear liberada por reacciones de fusión. El papel de la energía potencial gravitacional se limita a la ignición, es decir, el material estelar original que no está muy caliente y no producirá reacciones de fusión se encoge bajo la acción de la gravedad, y la energía potencial gravitacional se convierte en energía térmica, provocando la temperatura y la presión de la estrella seguirán aumentando hasta que la temperatura y la presión en la parte central de la estrella alcancen un nivel que induzca una reacción termonuclear y se inicie la reacción de fusión. Después, las estrellas brillarán intensamente.

Más tarde, el astrofísico "Hoyle" desarrolló la idea de "Eddington". Primero se dio cuenta de que el helio podía fusionarse aún más para producir carbono y oxígeno, y que el carbono y el oxígeno podían fusionarse aún más para producir hierro y silicio más pesados. Esto no sólo explica el mecanismo de productividad en las distintas etapas del desarrollo estelar, como la formación de "enanas blancas", "estrellas de neutrones" y el proceso de "explosiones de supernovas", sino que también explica el proceso.

En los primeros días del universo, sólo había dos elementos, hidrógeno y helio. Sin embargo, hoy en día existe una variedad de elementos pesados ​​en el universo, como el hierro y el silicio. Los astrofísicos no conocían el origen de estos elementos pesados ​​y el trabajo de Hoyle descubrió el secreto.

Cuando el universo nació, se encontraba en un estado de temperatura extremadamente alta. El elemento original era hidrógeno y los núcleos de hidrógeno se fusionaban a altas temperaturas para formar núcleos de helio. A medida que el universo continúa expandiéndose, la temperatura del gas disminuye gradualmente y la reacción termonuclear en la que el hidrógeno se convierte en helio se detiene gradualmente. En este momento, los elementos del universo son aproximadamente un 70% de hidrógeno y un 20% de helio. Esta mezcla de gases no es absolutamente uniforme ni estática.

A medida que cambian las fluctuaciones, el gas comienza a acumularse en grupos, que se contraen gradualmente bajo la acción de la gravedad. Durante el proceso de contracción, la energía potencial gravitacional se convierte gradualmente en energía térmica y la temperatura de estas masas de aire comienza a aumentar. La temperatura en el centro de una masa de aire puede alcanzar decenas o cientos de millones de grados, y la presión también puede alcanzar cientos de miles de millones de atmósferas. En este estado de alta temperatura y alta presión, la reacción termonuclear del hidrógeno que se polimeriza en helio comienza en el centro del gas, liberando una gran cantidad de luz y calor, convirtiéndose en.

Ilustración: Ilustración del nacimiento de una estrella.

Las estrellas seguirán existiendo en la fase de "secuencia principal" durante miles de millones a decenas de miles de millones de años. En esta etapa, las reacciones termonucleares dentro de la estrella son relativamente estables y emiten luz y calor estables. Cuando el hidrógeno dentro de la "estrella de secuencia principal" básicamente se quema y se convierte en helio, el hidrógeno de la capa exterior comienza a arder. En este momento, la estrella comienza a expandirse, su temperatura disminuye ligeramente y se convierte en una enorme "gigante roja" o "supergigante roja". Grandes cantidades de helio se acumulan en las partes centrales de las gigantes rojas y supergigantes rojas. A medida que la temperatura del helio disminuye gradualmente, se contraerá aún más bajo la influencia de la gravedad, lo que desencadenará la reacción de fusión en la que el helio se polimeriza en carbono y oxígeno.

En definitiva, en las últimas etapas de la evolución estelar, pasarán por la etapa de gigante roja o supergigante roja y formarán una "enana blanca", "estrella de neutrones" o "agujero negro".

Ilustración: Diagrama de evolución estelar

La razón por la que los planetas no se reducen a "puntos" bajo la influencia de la gravedad es que cuando los átomos se acercan mucho, la distribución de la nube de electrones en el exterior Los átomos cambiarán. Cuando cargas del mismo tipo se acercan entre sí, aumenta la repulsión electrostática. Cuanto más fuerte es la fuerza gravitacional, más cerca están los átomos y mayor es la repulsión electrostática entre los electrones. La repulsión de la fuerza electromagnética y la atracción de la gravedad alcanzan un equilibrio, lo que significa que el planeta ha alcanzado un estado estable.

La situación con las "estrellas" es diferente a la de los "planetas". Sus temperaturas son muy altas y sus beneficios termorrepelentes son muy fuertes. Esta repulsión térmica puede competir con la gravedad para mantener la estrella en un estado estable. Este es el caso tanto de las estrellas de la secuencia principal como de las estrellas gigantes rojas.

Sin embargo, las "enanas blancas" son masivas y densas, y sus efectos de repulsión térmica y electromagnética no son suficientes para contrarrestar su propia gravedad. En este momento, la capa de electrones fuera del núcleo se romperá, permitiendo que los electrones se muevan libremente en la red cristalina formada por el núcleo, o la red cristalina flotará en un mar de electrones. En este momento, los electrones están muy cerca, creando un nuevo efecto repulsivo, es decir, la fuerza repulsiva generada por el "Principio de Exclusión de Pauli". El principio de exclusión de Pauli fue propuesto mientras se estudiaba la estructura atómica. Para explicar la disposición de los electrones fuera del núcleo, el físico alemán Pauli propuso el siguiente principio: "Cada estado electrónico sólo puede albergar un electrón, y cada órbita electrónica de un átomo tiene dos estados, por lo que cada órbita sólo puede tener dos estados. electrones."

Ahora use este principio para explicar la fuerte repulsión en la materia de las "estrellas enanas blancas". La densidad material de las "enanas blancas" es extremadamente alta, la capa de electrones está fragmentada y los electrones están muy juntos. Debido a que más de dos electrones ocupan el mismo estado, habrá una "repulsión de Pauli" entre ellos, que es más fuerte que la repulsión térmica y la repulsión electromagnética. En eso se basa White Dwarf.

Sin embargo, las "enanas blancas" no son el único destino de todas las estrellas en sus últimas etapas. El físico indio Chandrasekhar descubrió que las estrellas con una masa restante de más de 1,4 masas solares se encuentran en estado de "enana blanca". Debido a que la fuerza gravitacional es demasiado grande, la "repulsión de Pauli" entre los electrones no podrá resistir la atracción de la gravedad y la estrella seguirá colapsando. En su investigación, se dio cuenta de que cuando la gravedad obliga a los electrones a acercarse entre sí, para las estrellas en estado de "enana blanca" con una masa superior a 1,4 veces la masa del Sol, la velocidad de los electrones será cercana a la velocidad de la luz. , formando un "gas de electrones relativista". En este momento, su repulsión de Pauli se debilitará repentinamente, por lo que las estrellas no permanecerán en el estado de "enanas blancas" y continuarán colapsando, por lo que Chandrasekhar concluyó que las "enanas blancas" existen.

Los resultados de la investigación son diferentes. Bajo una fuerte presión gravitacional, los electrones serán presionados hacia el núcleo y neutralizarán la carga de los protones en el núcleo para formar una estrella de neutrones, que está compuesta principalmente de neutrones. La estrella está sostenida por la repulsión de Pauli entre neutrones, que es mucho mayor que la repulsión de Pauli entre electrones. Si la estrella excede el límite de "Oppenheimer", la repulsión de Pauli entre neutrones no puede resistir la gravedad y la estrella colapsará en un agujero negro.

La física puede seguir encontrando repulsión más poderosa, pero hay un límite superior cada vez que se encuentra, mientras que no hay límite superior para la gravedad, y siempre se encontrará un valor crítico. Los objetos con masas superiores a este valor crítico nunca encontrarán ninguna fuerza repulsiva dentro del rango conocido para contrarrestar el poderoso efecto de contracción de la gravedad.

Ilustración: El proceso de formación de "estrellas de neutrones" a principios de la dinastía Yuan

Desde la perspectiva de la astronomía y la evolución estelar, podemos ver la posibilidad de formación de agujeros negros, pero esto No es la base de la teoría del agujero negro. Si quieres entender qué sucede con los agujeros negros, hay una teoría que no se puede pasar por alto: la teoría general de la relatividad.

En 1905, Einstein derivó la transformación de Lorentz basándose en los principios de la relatividad y el principio de invariancia de la velocidad de la luz, y estableció la teoría de la relatividad especial. En el sistema inercial, acortó la regla en movimiento, ralentizó el reloj en movimiento y sacó importantes y novedosas conclusiones como la relación masa-energía "E=mc?", la paradoja de los gemelos, etc. La "teoría de la relatividad" se rompió. a través del marco de la teoría de Newton y mostró un nuevo sistema físico y una nueva visión del tiempo y el espacio.

Einstein señaló que la diferencia clave entre su teoría de la relatividad y la física clásica de Newton no es el principio de la relatividad, sino el principio de la velocidad constante de la luz, porque Galileo expuso correctamente el principio de la relatividad hace mucho tiempo. , y Newton también aplicó este principio en su propia mecánica. Einstein creía que su mayor avance fue darse cuenta de que la velocidad de la luz es absoluta y está basada en el vacío.

Mientras el mundo entero se alegraba por el éxito de la teoría de la relatividad, el propio Einstein vio con calma que había graves fallos en su teoría:

Estos dos fallos son muy graves. La teoría de la relatividad de Einstein estudia la relación entre sistemas inerciales, lo que significa que la teoría de la relatividad se basa en sistemas inerciales. Esta base aún no se puede definir. Por otro lado, en aquella época sólo se conocían dos fuerzas, a saber, la "fuerza electromagnética" y la "gravedad universal", pero la "gravedad universal" no podía incluirse en el marco de la teoría de la relatividad.

Einstein consideró dos problemas básicos en la "Teoría Especial de la Relatividad"

Dado que el marco inercial no se puede definir, Einstein basó su teoría en cualquier marco de referencia, incluidos los sistemas no inerciales que se extienden. el principio original de la relatividad y las leyes físicas a las mismas leyes físicas en todos los sistemas de referencia. Éste es el llamado "principio de la relatividad general", que evita la dificultad de definir un sistema inercial, pero también crea nuevas dificultades. Un marco no inercial se diferencia de un marco inercial en que tiene fuerzas de inercia. Entonces, ¿cómo lidiar con las fuerzas de inercia? Además, Einstein notó una característica importante de la fuerza de inercia, que es proporcional a la masa inercial de un objeto. Esta propiedad es muy similar a la gravedad, que también es proporcional a la masa gravitacional de un objeto.

En Principia Mathematica, Newton definió la masa como la cantidad de materia contenida en un objeto. La masa es la cantidad de materia, igual al producto de la densidad por el volumen, y es directamente proporcional al peso del objeto. Esta masa se llama "masa gravitacional". En otra parte del libro, Newton también habló de que la masa de un objeto es proporcional a su inercia, de modo que cuando diferentes objetos experimentan la misma aceleración bajo la acción de una fuerza externa, la masa del objeto es proporcional a la magnitud de la fuerza externa aplicada. Newton no vio ninguna razón para creer que la masa gravitacional y la masa inercial fueran la misma cosa, pero la ley de caída libre nos dice que son iguales. Independientemente de su composición química y peso, la aceleración a de cualquier objeto que cae es la misma, igual a G, lo que resulta en la igualdad numérica de la masa gravitacional y la masa inercial.

En la época de Einstein, había un físico húngaro llamado "Otvos". Utilizó un experimento con un péndulo de torsión y descubrió que no había diferencia entre la masa gravitacional y la masa inercial con una precisión de 10 elevado a la octava potencia negativa. Después de que se publicó la teoría de la relatividad, otro físico, "Dick", realizó 10 elevado a menos 11, y el ruso "Brazinsky" realizó 10 elevado a menos 12 con precisión, demostrando estrictamente que la masa gravitacional y la masa inercial son iguales. .

Ilustración: Fórmula de la Gravitación Universal

Einstein notó que estos experimentos mostraban que la masa gravitacional y la masa inercial eran exactamente iguales. Finalmente se dio cuenta de que el problema de la inercia debía resolverse junto con el problema de la gravedad. Las dos dificultades que encuentra la "relatividad especial" son en realidad la misma dificultad. Después de pensarlo repetidamente, decidió llevar esta conclusión un paso más allá y proponer un principio de equivalencia, es decir, la equivalencia local de "campo inercial" y "campo gravitacional". Para ilustrar esta equivalencia, Einstein dio una conferencia sobre ascensores.

Un observador en un ascensor cerrado no puede obtener ninguna información fuera del ascensor. Cuando ve que todo en el ascensor cae libremente y que la aceleración de caída A no tiene nada que ver con el tamaño y la composición material del objeto, no puede juzgar si se encuentra en las dos situaciones siguientes:

Caso 1: El ascensor está parado La superficie de un planeta con un fuerte "campo gravitacional".

En el segundo caso, el ascensor se mueve con aceleración A en un espacio sin "campo gravitacional".

En otras palabras, no se puede utilizar ningún experimento físico para distinguir los principios equivalentes de "campo gravitacional" y "campo inercial", y además decirnos que cuando sólo hay un campo gravitacional o un campo inercial, cualquier partícula, independientemente de su masa, traza la misma curva en el tiempo y el espacio.

Lanza una bola de oro, una bola de hierro y una bola de madera al vacío. Siempre que la velocidad inicial y la inclinación del proyectil sean las mismas, las tres bolas trazarán la misma trayectoria en el espacio, lo que hace que las tres bolas sigan la misma trayectoria en el espacio. Significa que el movimiento de una partícula bajo la acción de la gravedad pura y la fuerza de inercia no tiene nada que ver con su masa y composición, por lo que Einstein hizo otro avance importante en el pensamiento físico. Supuso audazmente que "el efecto de la gravedad puede ser un efecto geométrico". , y la gravedad no es una fuerza ordinaria, sino una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo”.

¿Cuál es la relación entre la geometría del espacio-tiempo y la materia en movimiento?

Einstein sintió que le faltaban conocimientos matemáticos, por lo que recurrió a su compañero de universidad, el matemático suizo Grossmann, en busca de ayuda. Grossmann le dijo a Einstein que la geometría de Riemann y el análisis de tensores podrían resultarle útiles.

Ahora sabemos que la geometría euclidiana, de Roche y de Riemann describen espacios con diferentes curvaturas:

El matemático "Riemann" combinó estas geometrías en la "Geometría de Riemann". En ese momento, Einstein tenía una conjetura similar a la de "Riemann". En ese momento, Einstein había dominado una gran cantidad de conocimientos físicos y las condiciones para teorías innovadoras estaban maduras.

Al principio, "Einstein" y "Grossmann" colaboraron para aprender y dominar la "geometría riemanniana" y encontrar las ecuaciones básicas que conectan la materia y la geometría del espacio-tiempo, es decir, las "ecuaciones de campo". Intentaron escribir algunas ecuaciones, pero todas tenían defectos importantes.

Después de que Einstein llegó a Alemania, discutió con "Hilbert". Hilbert era un maestro de las matemáticas. Después de conversar con él, Einstein presentó sus "ecuaciones de campo" unos meses más tarde. La nueva teoría supera dos dificultades básicas de la antigua teoría y reemplaza el "principio especial de la relatividad" por el "principio general de la relatividad", que incluye la gravedad.

La relatividad especial cree que el tiempo y el espacio son un todo, es decir, el espacio-tiempo cuatridimensional, y la energía y el impulso son un todo, es decir, el impulso cuatridimensional, pero no da la relación entre el espacio-tiempo y la energía y el impulso. La relatividad general señala además esta relación, creyendo que la existencia de energía y momento, es decir, la existencia de materia, doblará el espacio-tiempo de cuatro dimensiones. La gravedad no es una fuerza real, sino una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo. Si la materia desapareciera, el espacio-tiempo volvería a ser una línea recta.

La "teoría de la relatividad" significa que las curvas en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones son "líneas de eventos". La relatividad general sostiene que la gravedad no es una fuerza general, sino un efecto geométrico provocado por la curvatura del espacio-tiempo. El movimiento de partículas bajo la influencia de la gravedad, como la caída libre sobre la Tierra y el movimiento de los planetas alrededor del Sol, no está sujeto a fuerza, sino que es un movimiento libre en el espacio-tiempo curvo, es decir, un movimiento inercial. Aunque la "línea de sucesos" que trazaron en el espacio y el tiempo no era una línea recta, era una generalización de líneas rectas en el espacio y el tiempo curvos. Es decir, una geodésica es una geodésica, que es la línea recta más corta entre dos puntos. Cuando el espacio y el tiempo vuelven a ser rectos, las geodésicas se convierten en líneas rectas ordinarias.

Por ejemplo: "Doblación del espacio y el tiempo"

Cada una de las cuatro personas apretó una esquina de la sábana. En este espacio bidimensional, la lámina es plana. Coloca una pequeña bola de cristal encima. Si no lo empujas, permanecerá estacionario o se moverá en línea recta a velocidad constante.

Si colocas una bola de plomo en medio de un plato, el plato se hundirá y el espacio bidimensional se curvará. En este momento, si coloca una pequeña bola de vidrio en la hoja, la bola de vidrio rodará hasta la bola grande en el medio. En este ejemplo, podemos pensar en la pelota grande como la Tierra y en la pelota pequeña como el cuerpo que cae.

Según el punto de vista de Newton, la bola grande tiene gravitación universal para atraer a la bola pequeña. Sin embargo, según el punto de vista de Einstein, el espacio-tiempo es curvado debido a la existencia de la bola grande, y. no hay gravedad. La bola pequeña cae hacia la bola más grande como movimiento libre en un espacio curvo. Si le das a la bola pequeña una velocidad lateral, girará alrededor de la bola grande. En este momento, la bola grande puede considerarse el sol y la bola pequeña puede considerarse el planeta.

Según el punto de vista de Newton, debido a que la pelota es atraída por la pelota grande, no puede correr muy lejos. Pero según el punto de vista de Einstein, la pelota no recibe ninguna fuerza, simplemente porque el espacio y el tiempo son curvos, puede moverse libremente en el espacio curvo y no puede volar muy lejos.

El ejemplo anterior sólo habla de la curvatura del espacio, mientras que la teoría general de la relatividad habla de la curvatura del espacio-tiempo de cuatro dimensiones. La presencia del sol curva el espacio-tiempo de cuatro dimensiones. El movimiento de los planetas alrededor del Sol es un movimiento inercial en un espacio-tiempo curvo, sin gravedad alguna. Einstein dio las ecuaciones básicas de la relatividad general, llamadas "ecuaciones de campo de Einstein". Este sistema de ecuaciones en realidad está compuesto por 10 ecuaciones diferenciales parciales no lineales de segundo orden, lo cual es muy difícil de entender. Cuando Einstein publicó su teoría de la relatividad,

Cuando Einstein publicó su teoría, también propuso tres experimentos para probar la teoría general de la relatividad:

Número 1: Desplazamiento gravitacional al rojo.

Segundo: La precesión del punto del perihelio de la órbita del planeta.

Tercero: Desviación de la luz.

Estos tres experimentos fueron confirmados mediante observación. El propio Einstein no obtuvo una solución a las "ecuaciones de campo". Utilizó soluciones aproximadas para calcular los resultados de tres experimentos y completó la "Teoría General de la Relatividad" a finales de 1915.

Figura: Fórmula de solución aproximada para ecuaciones de campo"

En 1916, un año después de que Einstein publicara la teoría general de la relatividad, el matemático y astrónomo alemán "Schwarzschild" calculó una solución significativa a La "ecuación de campo" de la relatividad general "Schwarzschild" significa que hay una masa esférica simétrica constante en el aire y un vacío fuera de la bola. Esta solución describe la curvatura del espacio-tiempo en el área del vacío fuera de la bola. -el tiempo dentro de la esfera es curvo. El espacio-tiempo dentro de la esfera debería describirse mediante la llamada solución de Schwarzenegger, pero para resistir la fuerza gravitacional entre la materia es necesario imaginar que existe algún tipo de fuerza repulsiva. Dentro de la esfera, se obtuvieron diferentes soluciones de Schwarzenegger, por lo que la solución de Schwarzenegger no es única. La "solución externa" que describe la curvatura del espacio-tiempo fuera de la esfera es única, y la gente está más interesada en esta "solución externa" porque se utiliza en. astronomía. Es de gran utilidad en física y física. Esta solución también se llama "solución de Schwarzschild".

Ilustración: Fórmula "Solución de Schwarzschild", el lado izquierdo de la fórmula es la distancia entre dos puntos en el espacio y el tiempo, y el lado derecho es una serie de factores.

Los físicos están estudiando la solución de Schwarzschild Se encuentra que cuando R = 0, un coeficiente de esta solución se volverá infinito, lo que significa que la curvatura del espacio-tiempo es infinita y este infinito no puede eliminarse mediante transformación de coordenadas. No importa qué sistema de coordenadas se elija, R = 0 es el punto de partida, el "punto central del agujero negro" y la fórmula de la "ecuación de campo" que Schwarzschild resolvió hoy. ", "G" es la constante gravitacional, "C" es la velocidad de la luz y "M" es la masa del cuerpo celeste. Se puede inferir que este conjunto de números solo está relacionado con la masa. Este "2GM/ ¿DO?" "La física general lo llama "2G", que también es el famoso "radio de Schwarzschild". El significado de "radio de Schwarzschild" es que si una determinada masa de materia se comprime dentro de este radio, no habrá fuerza conocida que pueda impedir la El material se comprime en un "agujero negro" bajo la acción de su propia gravedad.

Basándose en la ley de gravedad de Newton y la segunda ley de la mecánica, Laplace y Michel predijeron una estrella oscura. , un agujero negro. Calcularon las condiciones para la formación de una estrella oscura. ¿El radio es inferior a 2GM/C? Esto es lo mismo que el radio de Schwarzschild, pero sólo se puede decir que es una coincidencia. partículas ordinarias, cambia bajo la influencia de fuerzas externas. Creen que la razón de la formación de agujeros negros es que la luz de la estrella es arrastrada por su propia gravedad. Ahora sabemos que la velocidad de la luz es constante. significa que el proceso que derivaron funciona en principio es incorrecto, aunque el radio de Schwarzschild finalmente llegó a la misma conclusión que antes.

De acuerdo con la fórmula de solución de la "ecuación de campo" obtenida por "Schwarzschild", nosotros. También se pueden derivar propiedades extrañas del agujero negro

Dentro y fuera del agujero negro, es decir, "Rs & gt" Parece que el rango de 2G y Rs2G formará un "horizonte" de "Rs". =2G". Una vez que cualquier partícula cae en el evento, nunca volverá a salir. Ya no volverá a salir. Esto es lo que hoy llamamos un "agujero negro".

Aunque el agujero negro derivado de la relatividad general de Einstein y el agujero negro derivado de la teoría de Newton tienen el mismo nombre, no son en absoluto lo mismo. El primero proviene de una comprensión más profunda del tiempo y el espacio por parte de la humanidad. No es necesario que comprenda completamente la fórmula de la solución de Schwarzschild. Quizás puedas sentir un poder ahora. Todos estos corolarios surgen de la suposición original de Einstein de que la velocidad de la luz es constante. En aquella época las "estrellas oscuras" sólo existían en fórmulas matemáticas.

Por supuesto, la "solución de Schwarzschild" es sólo la solución más simple de la relatividad general, que representa el valor preciso del campo de gravedad de un objeto cuyo radio es absolutamente esféricamente simétrico y no gira. Hay muchas otras soluciones a las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, y el tema de los agujeros negros está lejos de terminar. ......

Huang Wei/Works

El tiempo no existe en absoluto. El tiempo es sólo una palabra que acuñamos.

La mecánica cuántica no puede explicar la causa fundamental de la naturaleza de la gravedad.

El eje de la Tierra gira una vez cada 25.786 años.

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