Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата → Астрофизика и космология → Эволюция звезд ↓


Чёрные дыры и нейтронные звёзды


На увлекательном пути эволюции звёзд, чёрные дыры и нейтронные звёзды представляют собой одни из самых захватывающих конечных точек. Эти небесные тела формируются из остатков массивных звёзд, которые исчерпали своё ядерное топливо и претерпевают драматические изменения. Хотя их физика сложна, изучение на уровне выпускников может помочь нам оценить их уникальные особенности и драматические процессы, которые приводят к их возникновению.

Жизненный цикл массивной звезды

Звёзды начинают свои жизненные циклы как облака из газа и пыли во Вселенной. Через процесс, называемый ядерным синтезом, они генерируют энергию, превращая водород в гелий в своих ядрах. Внешнее давление реакций синтеза уравновешивает внутреннее гравитационное притяжение, сохраняя звезду стабильной. Однако, когда звезда исчерпывает своё ядерное топливо, этот баланс нарушается, и ядро звезды начинает коллапсировать под действием собственной гравитации.

Формирование нейтронной звезды

Когда звёзды массой от 8 до 25 раз больше массы нашего Солнца достигают конца своих жизненных циклов, они претерпевают зрелищный взрыв, известный как сверхновая. Оставшееся ядро может стать нейтронной звездой.

Характеристики нейтронных звёзд

  • Нейтронные звёзды невероятно плотные; кусочек материала размером с сахарный кубик весит примерно столько же, сколько весит всё человечество.
  • Они имеют сильные магнитные поля и могут часто наблюдаться как пульсары, испускающие лучи излучения.
  • Несмотря на их небольшой размер, около 20 километров в диаметре, они способны конденсировать больше массы, чем Солнце.

Физика нейтронных звёзд

Во время коллапса ядра электроны и протоны объединяются, образуя нейтроны через инверсный бета-распад:

p + e⁻ → n + νₑ

Это создаёт структуру, богатую нейтронами, что даёт нейтронной звезде её имя. Вырожденное давление нейтронов предотвращает дальнейший коллапс, приводя к стабильному (хотя и плотному) телу.

Сцена нейтронной звезды

Нейтронная звезда

Формирование чёрных дыр

Звёзды с массой более 25 солнечных масс имеют иную судьбу. Когда их ядерное топливо исчерпано, их ядро коллапсирует без возврата к равновесию, образуя чёрную дыру.

Характеристики чёрных дыр

  • Определяются горизонтом событий, за который ничего (даже свет) не может вырваться.
  • Чрезвычайно плотные, с гравитационными притяжениями настолько сильными, что они значительно искажают пространство-время.
  • Хотя чёрные дыры невидимы, их эффекты можно увидеть через их гравитационное влияние на близлежащие объекты.

Физика чёрных дыр

Понятие радиуса Шварцшильда помогает нам понять размер горизонта событий:

R_s = (frac{2GM}{c^2})

Здесь (G) — гравитационная постоянная, (M) — масса объекта, и (c) — скорость света. Когда центр звезды сжимается до этого радиуса, образуется чёрная дыра.

Визуализация чёрной дыры

Чёрные дыры

Сравнение нейтронных звёзд и чёрных дыр

Нейтронные звёзды и чёрные дыры являются захватывающими продуктами эволюции звёзд, демонстрируя экстремальные состояния материи и гравитации. Сравнение этих объектов даёт понимание чудес астрофизики:

Особенности Нейтронные звезды Чёрные дыры
Физическое состояние Плотное ядро из нейтронов Сингулярность с горизонтом событий
Размер Около 20 км в диаметре Определяется горизонтом событий
Плотность Очень плотная, но конечная Потенциально бесконечная в центре
Обнаружение Появляются как пульсары или рентгеновские двойные Обнаруживаются по гравитационным эффектам

Заключение

Эволюция звёзд в нейтронные звёзды и чёрные дыры подчёркивает баланс сил, управляющих нашей Вселенной. Понимание того, как формируются эти небесные тела и каковы их свойства, расширяет наши знания о гравитации, ядерной физике и релятивистской физике. Они дают представление о направлениях, в которых наши стандартные законы физики подвергаются испытанию, и демонстрируют необычайный масштаб и силы, существующие во Вселенной.

Дальнейшее изучение

Исследования и наблюдения продолжают приносить новые инсайты о чёрных дырах и нейтронных звёздах. С развитием технологий мы можем ожидать ещё больших открытий, которые позволят ещё больше разгадать тайны этих загадочных небесных гигантов.


Студент бакалавриата → 9.1.2


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (9.1.1)
Звездообразование
Следующий (9.1.3) →
Белые карлики и сверхновые

Комментарии 



Чёрные дыры и нейтронные звёзды

https://www.physicsflow.com/ug/9.1.2?pfal=ru