Разработка модели заряженной черной дыры Райсснера-Нордстрема в среде программирования Delphi

Анализ основных представлений о черных дырах. Заряженные и нейтральные черные дыры. Математическое описание модели черной дыры Райсснера-Нордстрема. Черные дыры с электрическим зарядом Райсснера-Нордстрема. Решения уравнений Эйнштейна для чёрных дыр.

Рубрика Астрономия и космонавтика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 28.09.2015
Размер файла 4,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Темно-фиолетовые линии - линии постоянного времени Райсснера-Нордстрема, в то время как вертикальные синие линии - линии постоянной окружности радиуса r. Зеленая линия обозначает сингулярность.

Рис. 2.9. Диаграмма пространства геометрии Райсснера-Нордстрема при максимальном заряде.

При слиянии двух горизонтов мы можем видеть, что смены пространства и времени не происходит.

3. Моделирование пространства Финкельштейна для геометрии Рейсснера-Нордстрема. Данный режим позволяет увидеть направления входящих и исходящих лучей света геометрии Райсснера-Нордстрема в координатах Финкельштейна. По мере изменения заряда картина меняется. Изменение лучей света можно проследить на рис. 2.10, 2.11 и 2.12.

Рис. 2.10. Диаграмма пространства Финкельштейна для геометрии Райсснера-Нордстрема при нулевом заряде.

Две вертикальные красные линии - это внутренние и внешние горизонты. Желтые линии - мировые линии световых лучей, движущихся радиально внутрь снизу-вверх, линии цвета охра - мировые линии световых лучей, движущихся радиально наружу также снизу-вверх. Темно-фиолетовые линии - линии постоянного времени Шварцшильда, в то время как вертикальные синие линии - линии постоянной окружности радиуса r. Зеленая линия обозначает сингулярность.

Данное направление лучей демонстрирует реальную картину направления входящих и исходящих лучей света. Позиция удаленного наблюдателя находится справа. Удаленный наблюдатель никогда не увидит, что происходит за внешним горизонтом, так как исходящие лучи света цвета охра, направленные снизу-вверх, сильно отклоняются под действием сил гравитации и будут очень сильно запаздывать во времени.

Рис. 2.11. Диаграмма пространства Финкельштейна для геометрии Райсснера-Нордстрема при наличии заряда.

В нормальном состоянии, без действия сил гравитации они должны выходить под углом 45 градусов, также как и входящие лучи света.

Рис. 2.12. Диаграмма пространства Финкельштейна для геометрии Райсснера-Нордстрема при максимальном заряде.

4. Моделирование водопада пространства Райсснера-Нордстрема. Данный режим позволяет увидеть движение пространства из нашей вселенной в другую вселенную подобно водопаду, падающему из нашей вселенной и выходящему в другой вселенной. Изменяя заряд, продемонстрируем поведение лучей света. Поведение лучей света можно проследить на рис. 2.13, 2.14 и 2.15.

Рис. 2.13. Движение водопада пространства при отсутствии заряда.

Рис. 2.14. Движение водопада пространства при наличии умеренного заряда.

Голубым цветом обозначены входящие лучи в нашей вселенной, синим цветом - исходящие лучи в другой вселенной. Точка белого цвета - это сингулярность, две окружности розового и красного цвета определяют внутренний и внешний горизонт соответственно.

При нулевом заряде характер движения лучей света подобен движению для черной дыры Шварцшильда. Лучи света поглощаются сингулярностью в центре и никуда не выходят, как показано на рис. 2.13.

Рис. 2.15. Движение водопада пространства при максимальном заряде.

При наличии заряда лучи света входят из нашей вселенной и выходят в другой, так как вокруг сингулярности образуется поле антигравитации, которое отталкивает любые объекты (см. рис. 2.14 и 2.15).

5. Построение диаграммы Пенроуза для черной дыры Райсснера-Нордстрема. В этом режиме можно увидеть повторяющиеся трафареты нашей и других вселенных.

На рисунках 2.16, 2.17 и 2.18 белым цветом обозначена внешняя вселенная, зеленым цветом - сингулярность, розовый и красный цвет определяют внутренний и внешний горизонты. Голубой цвет означает траекторию движения объекта из вселенных прошлого во вселенные будущего.

Рис. 2.16. Диаграмма Пенроуза для черной дыры Райсснера-Нордстрема при отсутствии заряда, которая преобразуется в Шварцшильдовскую черную дыру.

Рис. 2.17. Диаграмма Пенроуза для черной дыры Райсснера-Нордстрема при наличии умеренного заряда.

Мы видим, что объект может путешествовать из одной вселенной в другую, пересекая по два горизонта в черной и белой дыре.

Рис. 2.18. Диаграмма Пенроуза для предельной черной дыры Райсснера-Нордстрема при наличии максимального заряда.

В случае предельно-заряженной черной дыры, два горизонта сливаются и частица пересекает только один горизонт, при пересечении которой смена времени и пространства не происходит, и частица попадает во вселенную будущего.

Таким образом, было выполнено физическое моделирование заряженной черной дыры Райсснера-Нордстрема в пяти режимах.

Заключение

В литературе, посвященной физике черных дыр описание черных дыр Райсснера-Нордстрема строго формализовано и носит, в основном, теоретический характер. Кроме того, астроном, наблюдающий за небесными телами, никогда не увидит строение заряженной черной дыры. Недостаточная освещенность данного вопроса и, невозможность физического наблюдения заряженных черных дыр, стали основой исследования работы.

В настоящее время под чёрной дырой принято понимать область в пространстве, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Граница этой области называется горизонтом событий, а ее радиус (если она сферически симметрична) называют гравитационным радиусом.

Релятивистская теория тяготения была создана, в основном, Эйнштейном и получила название общей теории относительности (ОТО). Именно на ней и основывается современная теория астрофизических чёрных дыр. Связь искривления пространства-времени с характером распределения и движения заключающихся в нём масс даётся основными уравнениями теории -- уравнениями Эйнштейна.

Моделирование проводилось по блочному методу в среде программирования Delphi 2009. Программа работает в пяти режимах, в которых возможен просмотр пространства черной дыры с разных точек зрения.

1. Просмотр строения черной дыры. Позволяет моделировать изменение положения внутреннего и внешнего горизонтов в зависимости от заряда черной дыры.

2. Моделирование диаграммы пространства в Райсснера-Нордстрема. Данный режим позволяет увидеть изменение направлений входящих и исходящих лучей света, представленных в геометрии Райсснера-Нордстрема.

3. Моделирование пространства Финкельштейна для геометрии Рейсснера-Нордстрема. Данный режим позволяет увидеть направления входящих и исходящих лучей света геометрии Райсснера-Нордстрема в координатах Финкельштейна, которые удобны тем, что отображают реальную картину для лучей света на горизонтах событий.

4. Моделирование водопада пространства Райсснера-Нордстрема. Данный режим позволяет увидеть движение пространства из нашей вселенной в другую вселенную подобно водопаду, падающему из нашей вселенной и выходящему в другую вселенную.

5. Построение диаграммы Пенроуза для черной дыры Райсснера-Нордстрема. В этом режиме можно увидеть повторяющиеся трафареты нашей и других вселенных.

Таким образом, было выполнено физическое моделирование заряженной черной дыры Райсснера-Нордстрема

Список использованной литературы

1. Guidry. M. General Relativity, Black Holes, and Cosmology, 2012. Электронный ресурс: http://eagle.phys.utk.edu/guidry/astro490/

2. Michael Quinion. Black Hole. World Wide Words.

3. Гальцов Д.В. Частицы и поля в окрестности черных дыр. М. МГУ. 1986

4. Ж-П. Люмине, Черные дыры: Популярное введение. Пер. с фран. - М., Электронный ресурс: http://www.astronet.ru/db/msg/1180462/index.html

5. Малышев А.И. Невидимая вселенная: УМП. - Нижний Новгород: НГУ, 2008. - 26 с.

6. Мизнер Ч., Торн, К. Уилер Дж. Гравитация. Т.3. М. Мир. 1977.

7. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Пер. с англ./ Под ред. А.А. Гурштейна. - М.: Просвещение, 1985. - 255 с.

8. Новиков И.Д., Фролов В.П. Физика черных дыр. М. Наука. 1986.

9. Сергей Попов. Экстравагантные консерваторы и консервативные эксцентрики //Троицкий Вариант: газета. -- 27 октября 2009. -- В. 21 (40N). -- С. 6--7.

10. У. Дж. Кауфман Космические рубежи теории относительности. - 1977. Электронный ресурс: http://www.astronet.ru/db/msg/1174703/kaufman-10/kaufman-10.html

11. Чандрасекар С. Математическая теория черных дыр: в 2-чч. Пер. с англ. - М.: мир, 1986, 276 с.

12. Черная дыра. Википедия. Электронный ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Черная дыра

13. Чёрная дыра. Энциклопедия Кругосвет. Электронный ресурс: http://www.krugosvet.ru/

14. Чёрные дыры: Мембранный подход, 1988, с. 9.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Образование черных дыр. Расчет идеализированного сферического коллапса. Современная теория звездной эволюции. Пространство и время. Свойства черной дыры. Общая теория относительности Эйнштейна. Поиск черных дыр. Горизонт событий и сингулярность.

    презентация [4,4 M], добавлен 12.05.2016

  • Черные дыры - самый таинственный объект во всей науке. Формирование и особенности черных дыр. Загадки и расширение Вселенной. Демография Черных дыр. Теория Стивена Хоккинга, который объединил теорию относительности и квантовую механику в единую теорию.

    презентация [771,6 K], добавлен 20.10.2016

  • Черные дыры как области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения, основное назначение. Общая характеристика теоремы Биркгофа. Сущность понятия "кротовая нора", знакомство с ключевыми особенностями.

    презентация [2,0 M], добавлен 08.01.2014

  • Свойства "черной дыры" - пространства, в которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни вещество, ни излучение не могут эту область покинуть. Косвенные признаки нахождения "черной дыры", искажение нормальных характеристик ближайших объектов.

    статья [21,8 K], добавлен 08.02.2010

  • Черная дыра - порождение тяготения. История предсказаний поразительных свойств черных дыр. Важнейшие выводы теории Эйнштейна. Процесс релятивистского гравитационного коллапса. Небесная механика черных дыр. Поиски и наблюдения. Рентгеновское излучение.

    реферат [29,3 K], добавлен 05.10.2011

  • Определение и теоретическая концепция "черных дыр": условия их появления, свойства, действие гравитационного поля на близкие к ним объекты, способы поиска в галактиках. Теория струн как гипотетическая возможность рождения микроскопических "черных дыр".

    творческая работа [1018,6 K], добавлен 26.04.2009

  • Ознакомление с историей открытия, особенностями формирования, свойствами (массивность, компактность, невидимость), видами (сверхмассивные, первичные, квантовые), эффектом испарения, процессом гравитационного коллапса и направлениями поиска черных дыр.

    реферат [57,3 K], добавлен 08.05.2010

  • Черные дыры как уникальные по своим свойствам продукты эволюции звезд, анализ сценариев их образования. Знакомство с особенностями нейтронных звезд. Характеристика методов радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Рассмотрение квантовых черных дыр.

    реферат [42,1 K], добавлен 06.05.2014

  • Возникновение, развитие и гибель Вселенной. Создание модели Вселенной. Идея "большого взрыва". Открытие момента, когда Вселенная стала создавать свои первые атомы. Притяжение черной дыры и скорость убегания. Принципы и основы формирования черных дыр.

    презентация [30,3 M], добавлен 16.02.2012

  • Люди, проложившие дорогу к звёздам. Схема орбитального корабля "Буран". Описание положения, параметров и характеристик планет Солнечной системы. Свойства и особенности черной дыры как космического объекта. Практическое значение освоения космоса человеком.

    презентация [8,3 M], добавлен 19.02.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.