Horizont događaja

Analogija prostor-vremenske rešetke

U opštoj teoriji relativnosti horizont događaja je uopšteni naziv za granicu u prostor-vremenu, definisanu u odnosi na posmatrača, iza koje događaji ne mogu da utiču na posmatrača. Ovaj termin je skovao Volfgang Rindler tokom 1950-ih. Svetlo koje se emituje unutar horizonta događaja ne može nikada da stigne do posmatrača i bilo šta što pređe preko horizonta sa posmatračeve strane više nikada ne bude viđeno. Na primer, crna rupa je okružena horizontom događaja. Jedna formalnija definicija glasi:

Horizont događaja je površina zamišljene kugle oko sfernosimetrične raspodele mase iz koje ne može izaći nikakav oblik materije ili energije. Poluprečnik kugle je jednak Švarcšildovom poluprečniku.

Godine 1784, Džon Mičel je predložio da u blizini kompaktnih masivnih objekata gravitacija može biti dovoljno jaka da čak ni svetlost ne može da pobegne. U to vreme dominirala je Njutnova teorija gravitacije i takozvana korpuskularna teorija svetlosti. U ovim teorijama, ako brzina nadvladavanja gravitacionog uticaja masivnog objekta prelazi brzinu svetlosti, tada svetlost koja potiče iz njega može privremeno pobeći, ali će se vratiti. Godine 1958. Dejvid Finkelstajn je upotrebio opštu relativnost da uvede strožiju definiciju lokalnog horizonta događaja u crnoj rupi kao granicu izvan koje događaji bilo koje vrste ne mogu uticati na spoljnog posmatrača. To je dovelo do paradoksa informacija i zaštitnog zida, koji su podstakli preispitivanje koncepta horizonta lokalnih događaja i pojma crnih rupa. Kasnije je razvijeno nekoliko teorija, neke sa horizontima događaja, a neke bez njih. Stiven Hoking, koji je bio jedan od vodećih razvijača teorija za opisivanje crnih rupa, predložio je da se umesto horizonta događaja koristi prividni horizont, rekavši da „gravitacioni kolaps proizvodi prividne horizonte, ali nema horizonata događaja”. Na kraju je zaključio da „odsustvo horizonta događaja znači da ne postoje crne rupe - u smislu režima iz kojih svetlost ne može pobeći u beskonačnost.“

Čini se da svaki objekat koji se približava horizontu sa strane posmatrača usporava i nikada sasvim ne prelazi horizont. Zbog gravitacionog crvenog pomaka, njegova slika vremenom poprima crvenu boju dok se objekat udaljava od posmatrača.

Svojstva

Daleko od crne rupe, čestica se može kretati u bilo kom smeru. Ograničena je samo brzinom svetlosti.

Bliže crnoj rupi prostor-vrijeme počinje da se deformiše. U nekim pogodnim koordinatnim sistemima, više staza ide ka crnoj rupi nego staza koje se udaljavaju.

Unutar horizonta događaja svi budući vremenski putevi približavaju česticu centru crne rupe. Više nije moguće da čestica pobegne, bez obzira u kom pravcu čestica putuje.

Horizont događaja razdvaja prostor na dva dela između kojih je nemoguća komunikacija: prostor unutar i izvan horizonta događaja.

1. Kretanje u prostoru izvan horizonta događaja: Ako posmatramo svemirski brod koje pada prema crnoj rupi, na njemu opažamo vremensku dilataciju uzrokovanu gravitacionim zakrivljenjem prostora oko crne rupe. Drugim rečima, nama kao udaljenom posmatraču se čini kao da vreme na svemirskom brodu sve sporije i sporije teče. Kada svemirski brod dođe do horizonta događaja, nama se čini kao da je na svemirskom brodu vreme stalo, tj. bilo koji konačni interval vremena na svemirskom brodu beskonačno traje za udaljenog posmatrača.
2. Kretanje u prostoru unutar horizonta događaja: Bilo koje telo koje se nađe unutar horizonta događaja nužno pre ili kasnije završava u središnjem singularitetu. To znači da je nemoguće izaći izvan horizonta događaja.

Horizont događaja crne rupe

Glavni članak: Crna rupa

Jedan od najpoznatijih primera horizonta događaja potiče iz opšteg relativnostičkog opisa crne rupe, nebeskog objekta toliko gustog da obližnja materija ili zračenje ne mogu pobeći iz njegovog gravitacionog polja. Često se ovo opisuje kao granica unutar koje je brzina izlaska iz crne rupe veća od brzine svetlosti. Međutim, detaljniji opis je da su unutar ovog horizonta sve svetlosti slične putanje (putevi kojima bi svetlost mogla krenuti), te otuda i sve putanje u svetlosnim konusima čestica unutar horizonta, zakrivljene tako da padaju dalje u rupu. Kada se čestica nađe unutar horizonta, kretanje u rupu je neizbežno kao i kretanje napred u vremenu - bez obzira u kom pravcu čestica putuje - i zapravo se može smatrati ekvivalentnim tome, u zavisnosti od koordinatnog sistema prostor-vremena koji se koristi.

Prema osnovnim modelima gravitacionog kolapsa, horizont događaja se formira pre singularnosti crne rupe. Ako bi se sve zvezde u Mlečnom putu postepeno agregirale prema galaktičkom centru, zadržavajući proporcionalne udaljenosti jedna od druge, sve bi pale u svoj zajednički Švarcšildov radijus mnogo pre nego što budu prisiljene da se sudaraju. Sve do kolapsa u dalekoj budućnosti, posmatrači u galaksiji okruženi horizontom događaja normalno bi nastavili svoj život.

Horizont događaja crne rupe je teleološke prirode, što znači da se mora poznavati ceo budući prostor-vreme univerzuma da bi se odredila trenutna lokaciju horizonta, što je u suštini nemoguće. Zbog čisto teorijske prirode granice horizonta događaja, putujući objekat ne mora nužno doživeti čudne efekte i, zapravo, prolazi kroz proračunsku granicu u pravom vremenu.

Vidi još

• Crna rupa
• Švarcšildov poluprečnik

Literatura

• The Universe in a Nutshell by Stephen Hawking
• Abhay Ashtekar and Badri Krishnan, “Isolated and Dynamical Horizons and Their Applications”, Living Rev. Relativity, 7, (2004), 10; Online Article, cited Feb.2009.
• Ferguson, Kitty (1991). Black Holes in Space-Time. Watts Franklin. ISBN 978-0-531-12524-3. 
• Hawking, Stephen (1988). A Brief History of Time. Bantam Books, Inc. ISBN 978-0-553-38016-3. 
• Hawking, Stephen; Penrose, Roger (1996). The Nature of Space and Time. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-03791-2. 
• Melia, Fulvio (2003). The Black Hole at the Center of Our Galaxy. Princeton U Press. ISBN 978-0-691-09505-9. 
• Melia, Fulvio (2003). The Edge of Infinity. Supermassive Black Holes in the Universe. Cambridge U Press. ISBN 978-0-521-81405-8. 
• Pickover, Clifford (1998). Black Holes: A Traveler's Guide. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-19704-1. 
• Thorne, Kip S. (1994). Black Holes and Time Warps. Norton, W. W. & Company, Inc. ISBN 978-0-393-31276-8. 
• Susskind, Leonard (2008). The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. Little, Brown and Company. ISBN 978-0316016407. 
• Wheeler, J. Craig (2007). Cosmic Catastrophes (2nd izd.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85714-7. 
• Carroll, Sean M. (2004). Spacetime and Geometry. Addison Wesley. ISBN 978-0-8053-8732-2. , the lecture notes on which the book was based are available for free from Sean Carroll's website.
• Carter, B. (1973). „Black hole equilibrium states”. Ur.: DeWitt, B. S.; DeWitt, C. Black Holes. 
• Chandrasekhar, Subrahmanyan (1999). Mathematical Theory of Black Holes. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850370-5. 
• Frolov, Valeri P.; Novikov, Igor D. (1998). Black Hole Physics. Fundamental Theories of Physics. 96. ISBN 978-0-7923-5146-7. doi:10.1007/978-94-011-5139-9. 
• Frolov, Valeri P.; Zelnikov, Andrei (2011). Introduction to Black Hole Physics. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-969229-3. Zbl 1234.83001. 
• Hawking, S. W.; Ellis, G. F. R. (1973). Large Scale Structure of space time. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-09906-6. 
• Melia, Fulvio (2007). The Galactic Supermassive Black Hole. Princeton U Press. ISBN 978-0-691-13129-0. 
• Misner, Charles; Thorne, Kip S.; Wheeler, John (1973). Gravitation. W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-0344-0. 
• Taylor, Edwin F.; Wheeler, John Archibald (2000). Exploring Black Holes. Addison Wesley Longman. ISBN 978-0-201-38423-9. 
• Wald, Robert M. (1984). General Relativity. University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-87033-5. 
• Wald, Robert M. (1992). Space, Time, and Gravity: The Theory of the Big Bang and Black Holes. University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-87029-8. 
• Price, Richard; Creighton, Teviet (2008). „Black holes”. Scholarpedia. 3 (1): 4277. Bibcode:2008SchpJ...3.4277C. doi:10.4249/scholarpedia.4277 . 
• Gallo, Elena; Marolf, Donald (2009). „Resource Letter BH-2: Black Holes”. American Journal of Physics. 77 (4): 294—307. Bibcode:2009AmJPh..77..294G. S2CID 118494056. arXiv:0806.2316 . doi:10.1119/1.3056569. 
• Hughes, Scott A. (2005). „Trust but verify: The case for astrophysical black holes”. arXiv:hep-ph/0511217 .  Lecture notes from 2005 SLAC Summer Institute.

Spoljašnje veze

• Stanford Encyclopedia of Philosophy: "Singularities and Black Holes" by Erik Curiel and Peter Bokulich.
• Black Holes: Gravity's Relentless Pull