Масса Хокинга и поиск идеального уравнения для расчета массы космического региона

25 Марта 2014 в 13:00, Илья Хель 5 625 просмотров 26

Теория относительности

Если вы захотите узнать массу вашего тела, вы встанете на весы и посмотрите на индикатор. Но если вы захотите узнать массу региона в космосе, нет никаких космических весов — лучшее, что вы сможете сделать, это обратиться к геометрическим формулам.

Три последних математических доказательства нацелились на переработку одной из самых полезных формул такого рода: определение массы региона в пространстве-времени за авторством Стивена Хокинга. Команда из трех математиков и физиков недавно опубликовала препринт своей работы на arXiv.org.

Используя теорию гравитации Альберта Эйнштейна, математика может описать поведение физического мира, вроде движения планет вокруг Солнца и своеобразную орбиту Меркурия. Но определение точной массы объекта — безнадежная задача для одной формулы, поскольку массивные объекты сами по себе искривляют пространство-время.

«Проблема определения массы в определенном регионе пространства-времени фундаментальна для понимания общей теории относительности, которая в настоящее время царит среди теорий крупномасштабной структуры Вселенной», — говорит Хьюберт Брей, профессор математики и физики в Университете Дьюка.

Не имея универсального уравнения, математики и теоретические физики создали десятки формул, рассчитывающих массу региона.

«Все они представляют собой догадки, и ни одна из них не совершенна», — говорит Брей. И чем точнее функция массы, тем сложнее формула, выражающая ее.

Австралийский математик Роберт Бартник, к примеру, определил формулу массы региона, которая стала «золотым стандартом для того, чем на самом деле является правильный ответ». Но ее практически невозможно рассчитать.

Масса Хокинга — другой вопрос. Известный физик Стивен Хокинг разработал свою теорию массы в рамках общей теории относительности, также известную как энергия Хокинга, в 60-х годах. Спустя полвека она остается одним из любимых определений массы, благодаря своей простоте.

«Масса Хокинга — хорошая простая формула, но у нее есть свои пределы, — отмечает Брей. — Ее легко рассчитать, но она редко обладает свойствами, которые нужны физикам. Тем не менее мы смогли показать, что масса Хокинга хорошо работает для областей, ограниченных специальными площадями под названием пространства плоского времени».

Такие пространства относятся к площадям, которые остаются в настоящем, но не в будущем и не в прошлом.

Брей уподобляет космос двухспальной кровати, одеяло которой представляет собой ткань пространства-времени. Если вы положите большой объект, например шар для боулинга, на кровать, на одеяле образуется впадина. Небольшие объекты, какие-нибудь шарики для гольфа, создают меньшие впадины. И если вы бросите мяч для гольфа через одеяло, вместо того, чтобы катиться по прямой, он закрутится вокруг углубления, созданного шаром для боулинга.

Этот эффект — кривизна пространства-времени — именно он делает вычисления массы региона в глубоком космосе сложным процессом.

Интуиция подсказывает, что регион пространства-времени с позитивной плотностью материи (звезды, планеты, газ и пыль) сам должен обладать позитивной массой, считает Брей. Также интуиция подсказывает, что впоследствии крупные регионы должны обладать большей массой. Но интуиции недостаточно — математики должны доказать, что формула массы региона, как масса Хокинга, на самом деле обладает этим свойством в некоторых случаях.

«Примечательно то, что такая компактная формула вроде хокинговой обладает этим растущим свойством при условии, что регионы ограничены пространствами плоского времени.

Брей и его соавторы взяли это свойство за основу и вывели геометрические доказательства того, что согласно массе Хокинга, масса региона всегда будет увеличиваться по мере увеличения размеров. Масса Хокинга не обладает совершенной функциональностью, но Брей считает, что она крайне полезна для описания классов поверхностей пространства-времени.

Геометрия, которая используется в этих доказательствах, прошла долгий путь еще со времен древнегреческого математика Пифагора. Если бы он жил сегодня, он изучал бы пространство-время, а не треугольники и квадраты. Мы хорошо разобрались с этими фигурами, но слишком много вопросов о пространстве-времени остаются открытыми. Работы полно.

Масса Хокинга и поиск идеального уравнения для расчета массы космического региона

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

26 комментариев

  1. GLStark

    Молодцы, что решили найти новую формулу, возможно будет такой же шок как несколько лет назад, ученые узнали что Мы видим всего 10-20% всего космоса (в цифрах могу ошибаться, потому что давно читал, но точно не больше), если они смогут найти новую формулу и данные будут совершенно другими, за этим последует переосмысление других теорий и формул, так что так держать!

    • Archer

      Они так и держат. =)))
      Сначала придумывают формулу, а затем впихивают в нее физические смыслы. Это очень удобно, когда не понимаешь физической сути процессов в в окружающем тебя пространстве.

      • GLStark

        а чтобы понять окружающее тебя пространство нужно понять их физические процессы, а физические процессы проще и удобнее всего понимать через определенные формулы, чтобы можно было в будущем применять эти формулы к похожим процессам)))) Так что они все правильно делают

        • Archer

          Вовсе не правильно. Сначала необходимо понять как все это работает, какие именно физические процессы происходят (и почему), а уж потом, применить к ним математический аппарат. Природа и вовсе не использует ни формул, ни математики, ни (даже) физики, тем не менее, творит то, что нам не доступно, со всей нашей наукой.

          • 3DPascal

            Не путайте наблюдение и объяснение. Увидеть как падает яблоко, это не одно и тоже как, почему оно падает, чтобы понять почему оно падает, простыми наблюдениями не отделаешься, нужно найти закономерность и записать её в виде формулы.

            • Archer

              У любого события может быть несчетное количество объяснений. И самое первое: Божий промысел. =)) сможете его оспорить???
              А ведь, это объяснение ни чем не хуже ОТО и СТО, теории струн и квантовой механики. =)))

          • 3DPascal

            Само понятие природа очень обширное, природа может быть слепой, но может быть и не слепой, так как человек это тоже природа, мы применяет формулы, математику и физику, потому что мы не слепы и нам так удобней представлять мир. Но другое, что создавалось и создается не человеком слепое. Если бы не метеорит, который случайно упал много миллионов лет назад, то нас бы не было, так как динозавры бы доминировали над млекопитающими.

            • Archer

              Общение не всегда приводит к истине. Нет ни какой возможности внятно объяснить слепцу, что такое красный цвет и чем он отличается от зеленого.
              Вам рассказали про метеорит, а Вы, с радостью, поверили... Ваша беда в том, что Вы не попросили доказательств =( ...

      • 3DPascal

        Формулы - это по сути математика, а математика - это наука о структурах, порядке и отношениях объектов, отсюда следует, что с помощью математики описывают все физические процессы. Даже любовь и сознание можно описать языком математики.

        • Archer

          Убогая у тебя любовь =)))

          • 3DPascal

            Всё что происходит в человеке, в том числе любовь - это перемещение элементарных частиц. Предположим, что частица - это какой-то объект, математика через формулы показывает отношениях этих объектов в пространстве. Если вы креационист, то для вас любовь это что-то божье, необъяснимое, но это не так. За объект можно взять не только элементарные частицы, это может быть рука, нога, половой орган. Зависит от того на каком уровне учёный собирается найти и вывести закономерность посредством формул. Я часто вижу вас в обсуждениях и практически везде вы пытаетесь занизить научные достижения, учёных, теории, предположения, всякими паронормальными явлениями.

            • Archer

              На буду с вами спорить. Вы думаете, что человек может любить каким-то органом (рукой, ногой, или ушами) это ваше право. Хотелось бы донести до Вас такую мысль, что Вы (да и любой из нас) вовсе не являетесь телом как таковым (не говоря уже о его частях). Наше тело в младенчестве и в старости это совершенно разные тела, в них нету ни одной общей клетки. Есть только одно сознание которое и строит физическое тело для своих нужд.
              Попробуйте описать с помощью математики (науки о мнимом) хотя бы один атом, или просто электрон.... =) ваше описание будет похоже на реальность не более, чем этот смайлик на реальную улыбку.

              • vanya.vasyliv

                Попробуйте описать конкретный атом без помощи "науки о мнимом" и сделайте свои высновки (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                • Archer

                  Природа сложнее любого нашего описания. Она сама просто создает эти атомы, не испытывая необходимости в их описаний.
                  Есть причина по которой человек пытается осмыслить все происходящее вокруг него, эта причина - необходимость обоснования своего существования.

                  • vanya.vasyliv

                    Необходимость в описании атома выразили вы в своём прошлом комментарии. А и кстати- где доказательства? ;-) (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                    • Archer

                      Вы ошибаетесь, я утверждал о невозможности описать вообще, что либо, чем либо.
                      Описывая что-то мы невольно ограничиваем это, мы делаем из реального (из живого) некий сурагат, имитирующий и ущемляющий реальность.
                      Ну невозможно описать закат солнца. Даже фотография, это не сам закат, это всего лишь кусочек бумаги, с его изображением. Она не описывает закат, она его ограничивает и во времени и в пространстве.

                    • Archer

                      Вы ошибаетесь, я утверждал, что нет ни какой возможности (да и необходимости) описать что-то с помощью чего-либо. Любое описание только ограничивает оригинальное явление.
                      Нет возможности описать закат солнца, фотография - это только его жалкое отражение.

                      • vanya.vasyliv

                        Нет возможности описать что-либо? Человечество описывает вещи уже много столетий. Описание само по себе- ограничение во времени и пространстве, но в отсутствии необходимости его производить вы ошиблись. В некотором роде ваш комментарий- описание ваших мыслей. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                        • Archer

                          Конечно, любое изложение своих мыслей это лишь их жалкая тень. =)
                          Нет ни какой насущной необходимости в любых наших мыслях. Их (мысли) рождает и "обмусоливает" наше ложное "Я". Благодаря ему возникает внутренний диалог, преследующий нас почти постоянно.

                          • vanya.vasyliv

                            По вашим аргументам нет никакой необходимости в жизни, ибо она ограничивает сознание... Знаете, наверное я никогда не смогу понять вашу точку зрения :-( (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                            • Archer

                              Ни что не может ограничить Сознание. Оно бесконечно во времени. Время это иллюзия нашего разума. Жизнь - это всего лишь один из эпизодов его состояния.
                              Не следует так же путать Ум, разум и Сознание. Так Ум без сознания не возможен, но Сознание запросто обходится без всякого Ума, да и тело для него лишь временное пристанище.

  2. gl0buz

    Очень интересно наблюдать за вашей полемикой, и, безусловно, каждая точка зрения имеет право быть.
    Заметил одну тенденцию, все чаще встречаю людей развитых и стремящихся к духовному развитию, это не может не радовать.

    • Archer

      Спасибо, за Ваш интерес и теплые слова. Многим кажется, что можно познать окружающий нас Мир с помощью наук придуманных людьми. =)

      • zzz7

        Могу объяснить всё...если кто подскажет правильный ответ о ,,курице и яйце,,))) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

        • Archer

          Ответ на вопрос про яйцо и курицу не так сложен, как это может показаться на первый взгляд. Это скорее загадка на логику.
          Предположим, что куриц когда-то не было. Но в те давние времена существовали другие животные, которые размножались при помощи яиц. Те же черепахи крокодилы и т.д. Значит яйца были, но куриц еще не было. Получается, что яйцо появилось гораздо раньше чем курица. =)))

  3. Taras-proger

    Не уподобляйтесь англичанам. По-русски позитивной может быть только эмоция.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.