Ciemna gwiazda (mechanika Newtona) - Dark star (Newtonian mechanics)

Ten artykuł dotyczy obiektów astronomicznych opisanych mechaniką Newtona. Dla współczesnej koncepcji opartej na ciemnej materii zobacz ciemną gwiazdę (ciemną materię) . Aby zapoznać się z nowoczesną koncepcją opartą na ciemnej energii, patrz gwiazda ciemnej energii .

Ciemny gwiazda teoretyczna przedmiot zgodny z mechaniką Newtona , że ze względu na dużą masę, której powierzchnia prędkości ucieczki , która jest równa lub większa od prędkości światła . Nie jest jasne, czy na światło wpływa grawitacja w mechanice newtonowskiej, ale gdyby było przyspieszane w taki sam sposób jak pociski, każde światło emitowane na powierzchni ciemnej gwiazdy zostałoby uwięzione przez grawitację gwiazdy , czyniąc ją ciemną, stąd nazwa. Ciemne gwiazdy są analogiczne do czarnych dziur w ogólnej teorii względności .

Historia teorii ciemnej gwiazdy

John Michell i ciemne gwiazdy

W 1783 roku geolog John Michell napisał list do Henry'ego Cavendisha, w którym przedstawił oczekiwane właściwości ciemnych gwiazd, opublikowany przez The Royal Society w tomie z 1784 roku. Michell obliczył, że gdy prędkość ucieczki na powierzchni gwiazdy jest równa lub większa niż prędkość światła, generowane światło zostanie uwięzione grawitacyjnie, tak że gwiazda nie będzie widoczna dla odległego astronoma.

Gdyby półśrednica kuli o tej samej gęstości co Słońce przekraczała średnicę Słońca w proporcji 500 do 1, ciało spadające z nieskończonej wysokości w jej kierunku nabyłoby na swojej powierzchni większą prędkość niż prędkość światło, a w konsekwencji zakładając, że światło będzie przyciągane przez tę samą siłę, proporcjonalnie do swojej siły bezwładności, z innymi ciałami, całe światło emitowane z takiego ciała będzie musiało wracać do niego pod własnym ciężarem. Zakłada się, że grawitacja wpływa na światło w taki sam sposób, jak masywne obiekty.

Pomysł Michella na obliczenie liczby takich „niewidzialnych” gwiazd wyprzedził prace astronomów XX wieku: zasugerował on, że skoro pewna część układów podwójnych gwiazd może zawierać przynajmniej jedną „ciemną” gwiazdę, możemy szukać i skatalogować jak najwięcej układów podwójnych gwiazd i zidentyfikować przypadki, w których widoczna była tylko jedna krążąca gwiazda. Dałoby to następnie podstawę statystyczną do obliczenia ilości innej niewidocznej materii gwiezdnej, która może istnieć oprócz widocznych gwiazd.

Ciemne gwiazdy i przesunięcia grawitacyjne

Michell zasugerował również, że przyszli astronomowie mogą być w stanie zidentyfikować grawitację powierzchniową odległej gwiazdy, obserwując, jak daleko światło gwiazdy zostało przesunięte na słabszy koniec widma, co jest prekursorem argumentu Einsteina o przesunięciu grawitacji z 1911 roku. Jednak Michell zacytował Newtona, mówiąc, że niebieskie światło jest mniej energetyczne niż czerwone (Newton uważał, że bardziej masywne cząstki są związane z większymi długościami fal), więc przewidywane przez Michella przesunięcia widmowe były w złym kierunku. Trudno powiedzieć, czy ostrożne cytowanie przez Michella stanowiska Newtona w tej sprawie mogło odzwierciedlać brak przekonania Michella, czy Newton miał rację, czy tylko akademicką dokładność.

Falowa teoria światła

W 1796 roku matematyk Pierre-Simon Laplace , niezależnie od Michella, promował tę samą ideę w pierwszym i drugim wydaniu swojej książki Exposition du système du Monde .

Ze względu na rozwój falowej teorii światła Laplace mógł usunąć ją z późniejszych wydań, ponieważ światło zaczęło być uważane za falę bezmasową, a zatem niepod wpływem grawitacji i jako grupa, fizycy porzucili ten pomysł, chociaż fizyk niemiecki , matematyka, astronom Johann Georg von Soldner kontynuowano Newton jest krwinek teorii światła dopiero w 1804 roku.

Porównania z czarnymi dziurami

Promieniowanie pośrednie
Zarówno ciemne gwiazdy, jak i czarne dziury mają prędkość ucieczki powierzchni równą lub większą niż prędkość światła, a krytyczny promień r  ≤ 2 M .
Jednak ciemna gwiazda jest zdolna do emitowania pośredniego promieniowania – skierowane na zewnątrz światło i materia mogą na krótko opuścić powierzchnię r = 2 M, zanim zostaną ponownie uchwycone, a poza krytyczną powierzchnią mogą wchodzić w interakcje z inną materią lub być przyspieszane bez wpływu gwiazda poprzez takie interakcje. Dlatego ciemna gwiazda ma rozrzedzoną atmosferę „odwiedzających cząstek”, a to upiorne halo materii i światła może promieniować, choć słabo. Ponieważ w mechanice Newtona możliwe są prędkości większe od światła , możliwe jest również ucieczkę cząstek.
Efekty promieniowania
Ciemna gwiazda może emitować promieniowanie pośrednie, jak opisano powyżej. Czarne dziury opisane przez obecne teorie mechaniki kwantowej emitują promieniowanie poprzez inny proces, promieniowanie Hawkinga , po raz pierwszy postulowany w 1975 roku. Promieniowanie emitowane przez ciemną gwiazdę zależy od jej składu i struktury; Promieniowanie Hawkinga, zgodnie z twierdzeniem o braku włosa , jest ogólnie uważane za zależne tylko od masy, ładunku i momentu pędu czarnej dziury , chociaż paradoks informacji o czarnej dziurze sprawia, że ​​jest to kontrowersyjne.
Efekty zaginania światła
Jeśli fizyka Newtona ma grawitacyjne ugięcie światła ( Newton , Cavendish , Soldner ), ogólna teoria względności przewiduje dwa razy większe odchylenie w wiązce światła przesuniętej przez Słońce. Tę różnicę można wytłumaczyć dodatkowym wkładem krzywizny przestrzeni we współczesnej teorii: podczas gdy grawitacja newtonowska jest analogiczna do składowych czasoprzestrzennych tensora krzywizny Riemanna z ogólnej teorii względności, tensor krzywizny zawiera tylko składowe czysto przestrzenne i obie formy krzywizny przyczyniają się do całkowitego ugięcia.

Zobacz też

Bibliografia