Что такое "Горизонт Событий" ?

Напоминаем, что мы объявляли сентябрь месяцем космических знаний! И пришёл черед мне объяснить один из хитрых терминов на букву Г.

Что такое "Горизонт Событий" ?

Термин этот берёт своё начало в Общей Теории Относительности (ОТО). Описывает область пространства-времени обычно вблизи Черной Дыры (ЧД) за которой нарушается физика в нашем привычном понимании и причинно-следственная связь вместе с ней.

Теперь более подробно об этом и о том как это всё происходит и каким образом учёные пришли к таким гипотезам.

ЧД это объект в космическом пространстве обладающий очень большой массой. Согласно ОТО массивный объект искривляет вокруг себя пространство-время. Другие массивные тела (от звёзд и планет до самых маленьких пылинок) попадая в область искривления начинают испытывать ускорение направленное к центру. Это ускорение внешний наблюдатель воспринимает как действие некоторой силы, которая получила название Гравитация. Причём совершенно не важно какой массой обладает второе тело - оно будет испытывать одно и тоже ускорение.

Одним из самых больших достижений ОТО является описание природы гравитации - а именно связи силы гравитации с кривизной пространства-времени. Чем больше кривизна пространства - тем больше сила, которая действует на тело в области этой кривизны.

Ещё важный момент - чем ближе к гравитационному центру, тем кривизна тоже больше. Это хорошо проиллюстрировано ниже:

А теперь поговорим непосредственно о Горизонте Событий(ГС) на примере нашей с вами Солнечной системы:

В центре находится Солнце с вращающимися вокруг планетами.

Чем ближе к Солнцу, тем линейная скорость планеты, астероида, кометы или любого другого тела больше. На периферии самая далёкая и самая медленная планета - Нептун. Ближе всего находится Меркурий, самая быстрая из планет. Если приближаться к Солнцу ещё ближе, то скорость будет возрастать. И на каком-то расстоянии станет равна скорости света.

Тут есть специальная формула для этого:

где М - это масса Солнца. G - постоянная величина (гравитационная постоянная), c - скорость света.

r с индексом g - это как раз тот самый радиус на котором скорость движущегося объекта будет равна скорости света. Радиус получил особенное название - радиус Шварцшильда - по имени учёного кто впервые вывел эту величину.

Согласно ОТО физические объекты не способны двигаться со скоростью превышающей скорость света. Поэтому можно утверждать, что снаружи от этого радиуса объекты могут существовать, а внутри - нет. По крайней мере в нашем привычном понимании.

Для иллюстрации посмотрим на рисунок:

Обратите внимание, что свет искривляет свою прямолинейную траекторию вблизи гравитационного центра. Не смотря на то, что фотоны, частицы света, не обладают массой. А двигаясь по радиусу Шварцшильда так вообще двигается по окружности.

Поверхность радиуса Шварцшильда с массивным гравитационным центром в центре и есть тот самый горизонт событий.

Для Солнца этот радиус равен 3 км, при его собственном радиусе в 670 тысяч км. То есть горизонт событий для Солнца находится где-то там в его ядре. Для ЧД всё с точностью до наоборот. Вся масса ЧД находится внутри ГС.

Другими словами вне ГС события влияют друг на друга образуя тем самым причины и следствия. Внутри этой области время и пространство кардинально меняют свою структуру и свойства. Время перестаёт быть одномерным, а пространство - трехмерным. Согласно решениям ОТО по временным координатам теперь можно перемещаться и оказаться в любое время, а по пространственным координатам нет. Пространство и время меняются местами. Но это только одно из решений.