Эволюция понятий физики чёрных дыр.

[longstreet]

Выбираю конкретную тему для реферата: нужно в историческом контексте раскрыть эволюцию понятий/идей физики чёрных дыр. Какое интересное понятие можно взять для раскрытия? Пока на ум пришло только написать про энтропию чёрных дыр (тут более-менее представляю эволюцию понятия энтропии в термодинамике). О чём можно было бы написать?

В своё познакомился с книгой Макса Джеммера про эволюцию понятий квантовой механики. Она мне очень понравилась. Если можете посоветовать похожие книги, но по физике чёрных дыр, буду очень благодарен.

[DimaM]

Какой уровень изложения ожидается?
Популярно есть книжка Новикова "Черные дыры и Вселенная", ее начало.

[longstreet]

DimaM в сообщении #686108 писал(а):

Какой уровень изложения ожидается?

Извиняюсь. Сразу должен был указать, что реферат по философии кандидатский. Но должен быть не по философии, а именно по истории области, в которой работает диссертант. Так что уровень хороший должен быть.

[DimaM]

(Оффтоп)

longstreet в сообщении #686110 писал(а):

Сразу должен был указать, что реферат по философии кандидатский. Но должен быть не по философии, а именно по истории области, в которой работает диссертант. Так что уровень хороший должен быть.

Эт вряд ли, что там доктора философии на хорошем уровне поймут ;).
Кстати, раньше (у нас) можно было сдавать экзамен без написания реферата.

[longstreet]

Ну, во-первых, самому покапать что-нибудь интересное - тоже хорошо. Но не могу пока найти интересные варианты.
Во-вторых, это всё же по истории эволюции физических понятий... формул не будет, а сложные тексты им не привыкать штудировать. Впрочем, пока ничего сложного у меня и не намечается(

Реферат обязателен. Естественно, сдача экзамена тоже есть.

[Munin]

(Оффтоп)

longstreet в сообщении #686117 писал(а):

формул не будет

Физику нельзя излагать без формул. Они - содержание физики. И истории физики в том числе, разумеется.

[longstreet]

На формулы ругаются. Основные идеи в общих чертах и суть дела, говорят, можно без формул выражать.

-- 20.02.2013, 14:35 --

В качестве примера приводили книгу Стивена Хокинга "От Большого взрыва до черных дыр: Краткая история времени", редактор которой потребовал от автора написать её вообще без формул, и Хокинг смог обойтись одной ($E=mc^2$).

-- 20.02.2013, 14:50 --

Тема должна звучать как "История развития представлений о ..."
ничего годного не не могу придумать.

[Munin]

(Оффтоп)

longstreet в сообщении #686158 писал(а):

На формулы ругаются. Основные идеи в общих чертах и суть дела, говорят, можно без формул выражать.

Кто говорят? Философы? Которые ни разу ни одной основной идеи и сути дела в физике не то что не выражали, но даже и не понимали? Предложите им выразить основные идеи и суть дела, например, распределения Бозе-Эйнштейна. Без формул.

longstreet в сообщении #686158 писал(а):

В качестве примера приводили книгу Стивена Хокинга "От Большого взрыва до черных дыр: Краткая история времени",

которая получилась таким [censored], что плакать хочется.

[longstreet]

Ну, про Бозе-Эйнштейна можно и общие слова сказать (открываем английскую Вики, берём из соответствующей статьи шапку, хистори, приложения и добавляем художественности), и исторически раскрыть можно.
(Munin, я понимаю, что без формул всегда останутся вопросы и соответственно дыры в объяснении; ну и что.)

Про Хокинга согласен.

[Munin]

longstreet в сообщении #686287 писал(а):

Ну, про Бозе-Эйнштейна можно и общие слова сказать (открываем английскую Вики, берём из соответствующей статьи шапку, хистори, приложения и добавляем художественности), и исторически раскрыть можно.

И смысла будет нуль.

Хорошо. Совсем на пальцах. Объясните мне без формул движение пружинного маятника с вынуждающей силой. Которое "общее решение плюс частное решение".

[longstreet]

Munin в сообщении #686301 писал(а):

Объясните мне без формул движение пружинного маятника с вынуждающей силой.

Вы считаете, что этого совсем нельзя сделать?
С формулами есть тут. Что именно интересует в движении? Если конкретизировать, думаю, нет проблем объяснить без явных формул, возможно, с графиками. (И потом, если у меня это не получится, это же не значит, что этого нельзя сделать в принципе?) Диффуры, надеюсь, не придётся объяснять?

-- 20.02.2013, 20:12 --

Munin в сообщении #686301 писал(а):

И смысла будет нуль.

Почему? Вы можете обосновать м-а-т-е-м-а-т-и-ч-е-с-к-и (доказательно), почему без формул нельзя? Я буду рад это передать философу

Впрочем, я согласен использовать в своём реферате формулы - пусть поругают. Мечтаю что-нибудь услышать по сабжу. Я не представляю что можно раскрыть в историческом аспекте интересного по физике чёрных дыр. Всё ещё думаю про энтропию взять (термодинамику чёрных дыр, обычную термодинамику, устаревшую теорию теплоты, может температуру подключить как второе понятие и всё это развить). Но, может, есть что поинтереснее и менее притянутое за уши? Да и источники бы хотелось услышать.

[Munin]

(Оффтоп)

longstreet в сообщении #686326 писал(а):

С формулами есть тут.

Да спасибо, с формулами я и сам знаю. (А может, дерзновенно подумалось, и объяснить смогу.)

longstreet в сообщении #686326 писал(а):

Что именно интересует в движении? Если конкретизировать, думаю, нет проблем объяснить без явных формул, возможно, с графиками. (И потом, если у меня это не получится, это же не значит, что этого нельзя сделать в принципе?) Диффуры, надеюсь, не придётся объяснять?

Интересует тот простой факт на уровне линала, что решение есть сумма общего решения однородного уравнения и частного решения неоднородного. Можно привести и конкретные общее и частное, что нетрудно. Но на то, что дифуры не придётся объяснять, не рассчитывайте :-) У вас нет дифура, у вас маятник и сила, и большего слушатели не знают.

longstreet в сообщении #686326 писал(а):

(И потом, если у меня это не получится, это же не значит, что этого нельзя сделать в принципе?)

longstreet в сообщении #686326 писал(а):

Вы можете обосновать м-а-т-е-м-а-т-и-ч-е-с-к-и (доказательно), почему без формул нельзя?

Ох уж это... Доказать не могу. Но это экспериментальный факт. Многие пытались, и ни у кого не получалось. В общем, как сказал как-то Фейнман, "если бы это можно было объяснить просто, то зачем бы мы объясняли это сложно?"

longstreet в сообщении #686326 писал(а):

Я не представляю что можно раскрыть в историческом аспекте интересного по физике чёрных дыр.

А разве они в целом не интересны? Кусок теории, приводящий к необходимости выйти за пределы теории. (Первый пример такого куска в теоретической физике.) Необычность на краю математического изучения теории, своеобразный "край плоской Земли" в математике, откуда неосторожный прохожий падает в бездну. Соответственно, её восприятие в историческом аспекте: от отрицания и закрывания глаз, к интересу, и наконец к идее, что такие чёрные дыры нам вообще-то остро необходимы для разных надобностей...

[longstreet]

(Оффтоп)

Про диффуры согласен. Их перескочить, судя по всему, нельзя - изложению придётся предпослать сжатое изложение диффуров.

Munin в сообщении #686436 писал(а):

А разве они в целом не интересны?

Но само понятие чёрной дыры (насколько я знаю) не менялось же... Если менялось и есть литература по изменению представлений о чёрных дырах - то вариант очень даже хороший. Я просто не знаю: менялось, или не менялось?

Munin в сообщении #686436 писал(а):

Кусок теории, приводящий к необходимости выйти за пределы теории. (Первый пример такого куска в теоретической физике.)

Разве первый? По-моему, 100500 подобных кусков было.

Munin в сообщении #686436 писал(а):

Соответственно, её восприятие в историческом аспекте: от отрицания и закрывания глаз, к интересу, и наконец к идее, что такие чёрные дыры нам вообще-то остро необходимы для разных надобностей...

Мне кажется, что то, что Вы говорите - несколько сильнее связано с социальной составляющей научного познания, чем с эволюцией понятий внутри науки (или мне мерещится?).

Это было бы мне очень интересно, например, по математике подобное раскрывает Д. Стройк в "Кратком очерке истории математики". Его подход:

Цитата:

С самого начала я понял, что история математики — не только история развития понятий, но одна из частей истории человеческой деятельности, в которой отражается борьба человека с природой, притом не абстрактного человека, а человека как члена общества. Однако большинство историков математики рассматривают ее почти исключительно как историю идей, понятий, переходящих от одного математика к другому, который их далее развивает. Галилей повлиял на Кавальери, Кавальери — на Торричелли, Торричелли — на Паскаля, Паскаль — на Лейбница, а Лейбниц — на братьев Бернулли. Эти историки лишь при случае упоминают о том или ином важном политическом или религиозном событии — таком, как завоевания Александра Македонского или распространение ислама,— влияние которого на развитие математики столь велико, что игнорировать его нельзя. Этот метод односторонен, но не ошибочен — он выявляет важные этапы в истории математики.

Но это ж надо быть мастодонтом, чтоб подобное в физике вскрыть; ведь литературы по подобному раскрытию в физике вроде нет...

Может, взять какое-нибудь математическое понятие, типа неевклидовой геометрии? Во всяком случае, литературы тут предвосхищаю гору.

[Munin]

longstreet в сообщении #686447 писал(а):

Но само понятие чёрной дыры (насколько я знаю) не менялось же...

Ну давайте посмотрим.
1. Решение Шварцшильда. Две "сингулярности": на $r_g=2GM$ и на $r=0.$
2. Эддингтон-Финкельштейн. Выяснение природы первой "сингулярности" как координатной особенности, а второй - как истинной сингулярности. Понимание, как пробные частицы и свет падают в чёрную дыру.
3. Оппенгеймер-Волков или Оппенгеймер-Снайдер (постоянно путаю эти две фамилии). Выяснение возможности образования чёрных дыр из звёзд на конечных этапах их эволюции.
В порядке 2-3 не уверен. Это всё примерно первая половина 20 века, ещё до "золотого века ОТО".
4. Пенроуз вводит понятие горизонта (в т. ч. горизонта событий) независимо от чёрной дыры. Пенроуз и Хокинг доказывают теоремы о неизбежности сингулярностей в некоторых видах пространства-времени (в т. ч. совпадающих с, или находящихся внутри чёрной дыры). "Чёрные дыры не имеют волос", расширение понятия чёрной дыры.
5. Хокинг обнаруживает испарение чёрных дыр - первый эффект на стыке квантовой теории и ОТО. Раз чёрные дыры не вечны, то они могут присутствовать как вакуумные флуктуации в квантовой теории гравитации.
В порядке 4-5 не уверен, но кажется, правильно. Заодно Торн вводит термин "чёрная дыра", и сильно популяризует концепцию, особенно за пределом сообщества физиков. Раньше это понятие сменило несколько названий.
Дальше идёт много уже разнообразных нововведений, в составе и порядке которых я не ориентируюсь, но кое-что припоминаю:
a. Обсуждается извлечение энергии из чёрной дыры, после нескольких вариантов появляется вывод, что материя, падающая в чёрную дыру, может испускать энергию в процессе падения. Астрофизики, изучающие аккрецию газа на звезду, постепенно формулируют модель аккреционного диска, в том числе вокруг чёрной дыры, излучающего в рентгене.
b. В 1970-е обнаруживают рентгеновский источник Cyg X-1 (Лебедь X-1). Долгое время под вопросом, является ли он чёрной дырой. В 1990-е, с обнаружением ещё нескольких источников такого типа, вопрос решается положительно. Примерно тогда или несколько позже, активные ядра галактик (AGN) всех типов сведены в единую модель, опирающуюся на центральную чёрную дыру. В 2000-е получены прямые доказательства сверхмассивных чёрных дыр в ядрах галактик, сверхмассивные чёрные дыры открывают быстрее звёздных.
c. В 1980-е появляется теория струн, и становится кандидатом на теорию квантовой гравитации. В ней, таким образом, необходима чёрная дыра. В 1990-е появляются бранные "аналоги" чёрных дыр.
d. Продолжительное обсуждение вопросов потери информации в чёрной дыре, чёрная дыра как препятствие к объединению квантовой теории и гравитации. Гипотеза "космической цензуры". AdS/CFT соответствие и голографический принцип. Пари Хокинга с Торном, и его итог: новая гипотеза Хокинга, что информация не теряется.
e. Совсем забыл. Обсуждение различных продолжений пространства-времени за горловину и сингулярность чёрной дыры. Начиная с Крускала-Секереша (Сегереша, Жекереса, как только ни транслитерировали этого венгра), потом понятие "кротовой норы" aka "червоточины" (wormhole), всякие фантастические идеи о других вселенных, сверхсветовых туннелях и машинах времени. Ближе к 2000-м - популярность червоточин в инфляционной космологии. Ближе к 2010-м - Новиков предлагает искать червоточины как наблюдаемые астрономические объекты.

Так что, понятие чёрной дыры прошло большой путь. От неприятной (и "видимо, чисто абстрактно-математической") особенности решения, до целого мира: разнообразного зоопарка разновидностей и теоретических (и даже практических астрофизических) приложений.

-- 21.02.2013 02:39:57 --

longstreet в сообщении #686447 писал(а):

Разве первый? По-моему, 100500 подобных кусков было.

По крайней мере, тогда, первый, обративший на себя столь пристальное внимание. Никак от него избавиться не получалось, и затушевать.

longstreet в сообщении #686447 писал(а):

Мне кажется, что то, что Вы говорите - несколько сильнее связано с социальной составляющей научного познания, чем с эволюцией понятий внутри науки (или мне мерещится?).

А одно от другого с трудом отделимо. Научные понятия существуют в составе парадигмы, неотделимой от социального состояния научного сообщества. Меняется сообщество - меняется парадигма, а старые понятия хоть и остаются, но оказываются в новом свете.

longstreet в сообщении #686447 писал(а):

Но это ж надо быть мастодонтом, чтоб подобное в физике вскрыть; ведь литературы по подобному раскрытию в физике вроде нет...

Ну почему, увлечённые люди всегда что-то раскрывают. Например, есть замечательный двухтомник Уиттекера "История теорий эфира и электричества", там и про социальные эффекты, кажется, тоже есть.

longstreet в сообщении #686447 писал(а):

Может, взять какое-нибудь математическое понятие, типа неевклидовой геометрии? Во всяком случае, литературы тут предвосхищаю гору.

Где-то на заре 20 века, даже ещё в конце 19, понятие неевклидовой геометрии стало трюизмом: вообще все геометрии (которые стали плодиться десятками и тоннами), должны были называться неевклидовыми.

Вообще, совет такой: если вы с каким-то понятием не знакомы, то не беритесь описывать его историю. Это если прямиком в лицо. Ну а если знакомы - то вы сами по его истории расскажете окружающим больше, чем окружающие вам :-)

[casualvisitor]

longstreet в сообщении #686447 писал(а):

Но само понятие чёрной дыры (насколько я знаю) не менялось же... Если менялось и есть литература по изменению представлений о чёрных дырах - то вариант очень даже хороший. Я просто не знаю: менялось, или не менялось?

http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole
http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_o ... le_physics
KIP S. THORNE Black holes and time warps