Hi, Spaceland,
I'm Matt Kleban.
I'm an associate professor of physics at New York University
and I'm here to answer your questions.
First question is:
Is there a maximum size for a black hole?
So, it's a very good question.
Before I answer it, just quickly:
What do we mean by the "size of a black hole"?
The size of a black hole is the radius of the event horizon.
Black holes are regions that not even light can escape from.
There is a certain size to the region from which no light can get out.
The edge of that region is called the "event horizon"
and has a radius, it has a size.
That's what we mean by the size of a black hole.
Actually, the radius of the event horizon,
so the size of the black hole, is just proportional
to the amount of matter and energy that you throw into it.
In fact, if you had access to an infinite amount of matter and energy,
you could just keep feeding into the black hole,
and it could just keep growing bigger and bigger.
There's no limit in that sense.
But, of course, in the universe we live in,
we don't have access to an infinite amount
of matter and energy.
And even if we could somehow fly around
all of the universe and collect all the matter and energy in it,
even if we did that, we would still have a maximum size.
Because there's a finite amount of matter and energy
in the universe that we could collect.
That size would be a fraction of the size of the universe today.
So, it would be maybe billions of light year across,
very very big, but still a finite size.
The second question is:
Can matter exist without space?
That's a very good question and a very hard question.
The honest answer is: We don't know for sure.
But what we can say is that we have a theory that relates
matter to space, and to time as well.
Although we don't think that theory is an exact description
of the world, it's the best one we've got.
That theory is called "general relativity."
It's the theory that Albert Einstein, in 1916 or so, first discovered.
According to Einstein, there's an equation -actually a set
of equations, called "Einstein's equations",
which relate matter to space and time.
It turns out it's possible to solve those equations
when there's no matter.
You can have zero matter and zero energy,
but still have space and time.
But it's not possible to solve those equations
when you have matter but without space and time.
In other words, you can have space and time without matter but,
at least according to Einstein's equations,
you can't have matter without space and time.
We don't think that that's the end of the story.
We don't think that the exact laws of physics.
It could be that whatever is the exact laws of physics could
somehow allow matter to exist without space.
But, I think, at least for the moment,
the state of the art is no.
As far as we know it's not possible.
The third question is:
If we were able to overcome the problem
of infinite energy for light travel
and travel through space at C [at the speed of light],
would time dilation mean that from our perspective
traveling anywhere would be instantaneous?
And would this then mean that we would actually
exist at every point in our vector at the same time?
That's another good question.
The reason for the question is that when you move very fast,
when you move very close to the speed of light,
there's a phenomenon called "time dilation",
which means that for you, if you're the one moving very
close to the speed of light, not very much time
is going to pass.
For instance, if you travel from the Earth to Alpha Centauri
on a spaceship that is moving
very close to the speed of light,
then very little time will pass for you.
You won't age very much at all.
Your clocks won't take off very much time.
The people on Earth and the people on Alpha Centauri will
watch you make this trip
and they'll say it took you a couple of years
at least to make that trip.
But for you, it could be a very short amount of time.
The interesting thing is this is a theory of relativity
and everything should be relative to the observer
so, you might ask:
How could it be that you could make that trip in such
a short period of time?
And the answer is if you go to your "reference frame",
if you're driving a car in the highway,
you see buildings and trees, and stuff like that
along the road, coming toward you at 60 m/h,
you at rest, the trees and the buildings
are coming towards you.
That's your reference frame.
In the spaceship, you are at rest,
and Alpha Centauri is coming towards you.
The speed is coming towards you is pretty close
to the speed of light.
It can never be greater.
It can never go faster than the speed of light.
But it will be coming toward you at nearly the speed of light.
The reason that you make the trip in such a short period of time,
is because there's another strange phenomenon
in relativity which is called "Lorenz contraction":
Distances get contracted.
Distances look shorter when objects are moving fast.
The distance that you would measure
between you and Alpha Centauri,
is much shorter than the distance that someone at rest
on Earth would measure.
That's how you are able to make the journey
in such a small period of time.
So, to answer the question about whether everything
would be instantaneous in the limit that
you're moving at the speed of light,
the answer is yes.
Because in the limit that you are moving
at the speed of light,
no time passes for you as you make this trip.
And from your point of view,
there's no distance actually between Earth and Alpha Centauri.
That's how you can cross it in just an instant.
So yes.
You would be everywhere between Earth and Alpha Centauri
at the same time in one instant.
Thanks for the great questions.
If you have more questions for the next expert,
please leave them in the comments below.
اهلا بكم يا رواد الفضاء.
ادعى مات كليبن.
أ نا استاذ محاضر في مجال الفيزياء بجامعة نيويورك.
و انا هنا لاجيب على اسئلتكم.
السؤال الاول :
هل يوجد حد اقصى لحجم الثقب الاسود؟
سؤال جيد.
قبل ان اجيب، في عجالة :
ما ذا نعني بحجم الثقب الاسود؟
حجم الثقب الاسود هو نصف قطر أفق الحدث.
الثقوب السوداء هي مناطق لا يفلت منها شيء بما في ذلك اضوء
توجد ثقوب بأحجام معينة لا يفلت منها الضوء .
حد هذه المنطقة يدعى "أفق الحدث"
و لديها نصف قطر، حجم .
هذا ما يعنيه حجم ثقب أسود .
في الواقع، فإن نصف قطر أفق الحدث،
أي حجم الثقب الأسود، يتناسب
طردا ً مع كمية المادة و الطاقة التي توضع فيه.
في الواقع، اذا كانت لديك إمكانية الوصول إلى كمية لانهائية من المادة والطاقة،
بإمكانك ادراجها في الثقب الأسود باستمرار،
و سوف يستمر ببساطة في التوسع.
لا يوجد حد في هذا الاتجاه.
لكن بالطبع ،في الكون الذي نحيا فيه،
ليست لدينا إمكانية الوصول إلى كمية غير محدودة.
من المادة والطاقة .
حتى و إن تمكَّنَّا، بطريقة ما من السفر
عبر الكون كلَه وتجميع كلَ المادة و كلَ الطَّاقة،
سيكون هناك دائماً حجم أقصى.
في الواقع هناك كمية محدودة من المادة و الطَاقة
في الكون نستطيع تحصيلها.
سيمثل هذا الحجم جزءاً بسيطاً من حجم الكون اليوم.
وبالتالي فإنه يمثل مليارات سنة ضوئية.
حجم ضخم حقا لكن لا يزال محدودا.
السؤال الثاني:
هل يمكن أن تكون هناك مادة من دون الفضاء ؟
هذا سؤال جيد وصعب جدا في نفس الوقت .
بصراحة الجواب هو :أننا لسنا متأكدين من ذلك.
ومع ذلك، ما يمكننا قوله هو أنه لدينا نظرية
تربط المادة بالفضاء و بالوقت
حتى لو كنا لا نعتقد أن هذه النظرية تقدم وصفا دقيقا
للعالم، هذا أفضل مالدينا
وهذه النظرية تسمى "النسبية العامة".
إنها نظرية ألبرت أينشتاين التي اكتشفها في حدود 1916.
وفقا أينشتاين، هناك معادلة (في الواقع مجموعة
معادلات معادلات آينشتاين)
تربط المادة بالمكان والزمان.
فمن الممكن حل هذه المعادلات
عندما لا يكون هناك مادة.
قد يكون هناك لا مادة ولا طاقة،
ولكن لا يزال لدينا الزمكان.
ولكن ليس من الممكن حل هذه المعادلات.
عندما يكون لديك المادة، ولكن من دون الزمكان.
وبعبارة أخرى، يمكنك الحصول على الزمكان من دون المادة،
ولكن، على الأقل على أساس معادلة أينشتاين،
لا يمكن أن تكون هناك مادة دون الزمكان.
نحن لا نعتقد أن هذا هو كل شيء.
نحن لا نعتقد أن هذا هو القانون الدقيق للفيزياء.
فمن الممكن مهما كان القانون الدقيق للفيزياء،
أنه يسمح بطريقة أو بأخرى، بوجود المادة دون الفضاء
ولكن أعتقد، على الأقل في الوقت الراهن،
حالة الفن تدل على العكس
نحن نعتقد أن هذا غير ممكن.
السؤال الثالث:
إذا كان من الممكن التغلب على مشكلة
الطاقة اللانهائية لسفر الضوء
والسفر عبر الفضاء بسرعة الضوء،
هل أن تمدد الزمن يعني، من وجهة نظرنا،
أن السفر إلى أي مكان يمكن أن يكون فوريا؟
هل سيعني هذا اننا سنتواجد
على كل نقاط شعاعنا في نفس الوقت؟
وهنا سؤال آخر جيد.
السبب في طرح السؤال هو أنك عندما تتحرك بسرعة كبيرة
عند التنقل بسرعة قريبة جدا من سرعة الضوء،
تحدث ظاهرة تسمى "تمدد الزمن"
مما يعني أنه إذا تنقلت بسرعة قريبة جدا
من سرعة الضوء فإن القليل فقط من الوقت
سيمر
على سبيل المثال، إذا سافرت من الأرض إلى ألفا سنتري
على متن مركبة فضائية بسرعة
مشابهة جدا لسرعة الضوء،
فإن القليل فقط من الوقت يمر بالنسبة إليك .
لن تشيخ كثيرا
توقيت الساعات الخاصة بك لن يتقدم كثيرا.
الناس على الأرض والناس على ألفا سنتوري
سيشاهدونك تقوم بهذه الرحلة
ويقولون أنك استغرقت سنتين إلى ثلاث سنوات
للقيام بها
ولكن بالنسبة لك، فإنها ستكون فترة قصيرة جدا.
ما هو مثير للاهتمام هو أن الأمر يتعلق بنظرية النسبية
وكل شيء يتوقف على الملاحظ
لذلك قد تتساءل:
كيف أمكنك القيام بهذه الرحلة
في هكذا زمن قصير؟
والجواب هو أنك إذا ذهبت في "إطارك مرجعي"
إذا كنت تقود سيارة على الطريق السريع،
فسوف ترى المباني والأشجار ومختلف الأشياء
طوال الطريق قادمة إليك بسرعة 100 كم / ساعة،
سترى أنك متوقف و ان الأشجار والمباني
قادمة نحوك
وهذا هو إطارك المرجعي
في المركبة الفضائية، انت متوقف.
وألفا سونتري يتقدم نحو ك.
السرعة القادمة نحوك قريبة جدا
من سرعة الضوء
لا يمكن أبدا أن تتعدى سرعة الضوء.
لا يمكن أبدا أن تمضي بوتيره اسرع من ذلك.
ولكنها عمليا ستآتي اليك بسرعة الضوء.
السبب في أنك تقوم بهذه الرحلة في هذه المدة من الزمن
هو وجود ظاهرة غريبة أخرى
في مجال النسبية وتدعى "تحولات لورنز"
المسافات تتقلص.
المسافات تبدو أقصر حين تتحرك الأشياء بسرعة.
المسافة التي تقيسونها
بينك وبين ألفا سونتوري
أقصر بكثير من المسافة التي يقيسها شخص في حالة سكون
فوق الأرض
هذا هو تفسير قيامكم بهذه الرحلة
في هكذا وقت قصير
و هكذا و للاجابة على السؤال "هل بالامكان أن يكون كل شيئ فوريا
اذا تنقلتم
بسرعة الضوء؟"
الجواب هو :"نعم"
في الواقع اذا تنقلتم
بسرعة الضوء،
فإن الزمن لا يتقدم أثناء قيامكم بهذه الرحلة.
من وجهة نظركم،
لا وجود لأية مسافة بين الأرض و سنتوري.
و هكذا بإمكانكم عبور الفضاء في لحظة.
الجواب إذن هو نعم.
ستتواجدون في كل نقطة بين الأرض و ألفا سونتري
في نفس الوقت و في اللحظة ذاتها.
شكرا لطرحكم هذه الأسئلة الممتازة.
اذا كانت لديكم اسئلة اخرى للخبير التالي ،
ضعوها في المكان المخصص للتعاليق تحت الفيديو
Hola, Spaceland,
Soy Matt Kleban.
Profesor titular de física en la Universidad de Nueva York
y estoy aquí para contestar a vuestras preguntas.
La primera pregunta es:
¿Existen un tamaño máximo para los agujeros negros?
Bueno, es una muy buena pregunta.
Antes de contestarla, un apunte rápido:
¿Qué queremos decir con "tamaño de un agujero negro"?
El tamaño de un agujero negro es el radio de su horizonte de sucesos.
Los agujeros negros son regiones de las cuales ni la luz puede escapar.
La zona de la cual la luz no puede escapar tiene un tamaño definido.
El límite de dicha región se llama "horizonte de sucesos"
y tiene un radio, un tamaño.
Eso es lo que queremos decir cuando hablamos del tamaño de un agujero negro.
De hecho, el radio de un horizonte de sucesos,
o sea, el tamaño de un agujero negro, es directamente proporcional
a la cantidad de materia y energía que queda atrapada en él.
De hecho, si tuvieras acceso a una cantidad infinita de materia y energía,
podrías continuar alimentando un agujero negro
y éste seguiría creciendo más y más.
No hay ningún límite a ese respecto.
Pero, por supuesto, en el universo en que vivimos,
no tenemos acceso a una cantidad ilimitada
de materia y energía.
E incluso aunque pudiéramos de algún modo volar
por todo el universo recolectando toda la materia y energía que hay en él,
incluso si hiciéramos eso, aún así existiría un tamaño máximo.
Porque hay una cantidad finita de materia y energía
que podemos recolectar en el universo.
Ese tamaño sería una fracción del tamaño actual del universo.
Así que mediría miles de millones de años luz,
muy muy grande, pero seguiría siendo finito.
La segunda pregunta es:
¿Puede la materia existir sin el espacio?
Esa pregunta es muy buena y muy difícil.
La respuesta más honesta es: no estamos seguros.
Pero lo que podemos decir es que tenemos una teoría que relaciona
la materia con el espacio, y también con el tiempo.
Aunque no creemos que dicha teoría sea una descripción exacta
del mundo, es la mejor que tenemos.
Dicha teoría es la "Teoría de la Relatividad".
Se trata de la teoría que descubrió Albert Einstein entorno a 1916.
Según Einstein, hay una ecuación - bueno, toda una serie
de ecuaciones, llamadas "Ecuaciones de Einstein".
que relacionan la materia con el espacio y el tiempo.
Resulta que es posible resolver dichas ecuaciones
cuando no hay materia.
Puedes tener cero materia y cero energía,
pero aún así tener tiempo y espacio.
Pero no es posible resolver las ecuaciones
cuando tienes materia sin espacio y sin tiempo.
Dicho de otro modo, puedes tener tiempo y espacio sin materia, pero
según las ecuaciones de Einstein,
no puedes tener materia sin espacio y tiempo.
No creemos que sea el final de la historia.
No creemos que sea las leyes exactas de la física.
Podría ser que, sean cuales sean las leyes exactas de la física,
la materia pudiera existir de algún modo sin espacio.
Pero creo, al menos por el momento, que
las investigaciones más punteras apuntan a que no.
Por lo que sabemos no es posible.
La tercera pregunta es:
SI fuéramos capaces de superar el problema
de la energía infinita para viajar a la velocidad de la luz
y viajáramos por el espacio a C [la velocidad de la luz]
¿la dilatación del tiempo significaría que desde nuestra perspectiva
cualquier viaje sería instantáneo?
Y ¿significaría ello que podríamos de hecho
existir en cualquier punto de nuestro vector al mismo tiempo?
Esa es otra buena pregunta.
El porqué de la pregunta es que cuando te mueves muy rápido,
cuando te mueves a velocidades cercanas a la de la luz,
se da un fenómeno llamado "dilatación temporal",
lo cual para ti significa, que si te estás moviendo
casi a la velocidad de la luz,
no va a pasar mucho tiempo.
Por ejemplo, si viajas desde la Tierra a Alpha Centauro
en una nave espacial que se mueve
casi a la velocidad de la luz,
para ti pasaría muy poco tiempo.
No envejecerás mucho.
Los relojes no marcaran el paso de mucho tiempo
La gente en la Tierra y la gente en Alpha Centauro
te verán viajar
y dirán que has tardado un par de años
al menos en hacer ese viaje.
Pero para ti, podría ser muy poco tiempo.
Lo interesante es que es una teoría de la relatividad
y todo debería ser relativo para el observador
así que puede que te preguntes:
¿Cómo puede ser que yo realice semejante viaje en tan
corto espacio de tiempo?
Y la respuesta es que si vas a tu "marco de referencia",
si estás conduciendo un coche por la autopista,
ves edificios y árboles y ese tipo de cosas
a lo largo de la carretera, viniendo hacia a ti a 100 km/h,
desde tu reposo los árboles y los edificios
vienen hacia ti.
Eso es tu marco de referencia.
En la nave, tú estás en reposo,
y Alpha Centauro viene hacia ti.
La velocidad a la que viene es bastante cercana
a la de la luz.
Nunca puede ser mayor.
No se puede ir más rápido que la velocidad de la luz.
Pero vendrá hacia ti a casi la velocidad de la luz.
La razón por la que has viajado en tan poco tiempo
es que se da otro extraño fenómeno
en la relatividad llamado "Contracción de Lorenz":
Las distancias se contraen.
Las distancias parecen más cortas cuando los objetos se mueven rápido
La distancia que medirías
entre ti y Alpha Centauro,
es mucho menor que la distancia que una persona en reposo
en la tierra mediría.
Así es como puedes hacer el viaje
en tan poco periodo de tiempo.
Así que para responder a la pregunta sobre si todo
sería instantáneo dentro del límite
en el que estás moviéndote a la velocidad de la luz,
la respuestas es sí.
Debido a que el límite en el que te desplazas
a la velocidad de la luz,
el tiempo no pasa para ti durante el viaje.
Y desde tu punto de vista,
no hay distancia entre la Tierra y Alpha Centauro.
Así es como puedes hacer el viaje en un instante.
Así que sí.
Estarías en todos los sitios entre la Tierra y Alpha Centauro,
en el mismo momento en un instante.
Gracias por las buenas preguntas.
Si tenéis más preguntas para el siguiente experto,
por favor ponerlas en los comentarios.
[Música]
Hola, Spacelab,
Soy Matt Kleban,
Soy profesor adjunto de Física en la Universidad de Nueva York
Estoy aquí para responder a sus preguntas.
Primera pregunta: ...
[¿Hay un tamaño máximo para un hoyo negro?]
Bueno, esa es una muy buena pregunta.
Antes de responderla, veamos algo rápidamente:
¿Qué significa "el tamaño de un hoyo negro"?
El tamaño de un hoyo negro es el radio
del "horizonte de sucesos".
Los hoyos negros son regiones que ni siquiera la luz puede escapar de ellos.
Hay un tamaño de esa región para la cual la luz no puede escapar de ella.
El límite de esa región se llama "horizonte de sucesos",
y tiene un radio: su tamaño.
Eso es a lo que nos referimos
por tamaño de un hoyo negro.
De hecho, el radio del horizonte de sucesos,
es decir, el tamaño del hoyo negro, es proporcional
a la cantidad de materia y energía que le arrojes a él.
De hecho, si tuvieras acceso a una
cantidad infinita de materia y energía,
podrías seguir alimentando al hoyo negro,
y este seguiría creciendo más y más.
No hay límite en ese sentido.
Sin embargo, por supuesto,
en el universo en el que vivimos,
no tenemos acceso a una cantidad infinita
de materia o energía.
E incluso si pudiéramos ir de un lado a otro
del universo y recolectar toda la materia y energía de él,
aun si lo hiciéramos, tendríamos
incluso un tamaño máximo,
porque hay una cantidad finita de materia y energía
en el universo que podríamos recolectar.
Dicho tamaño sería hoy una
fracción del tamaño del universo.
Así que, quizá tomaría miles
de millones de años-luz atravesarlo,
muy muy grande, pero aun así un tamaño finito.
La segunda pregunta es:
¿Puede la materia existir sin el espacio?
Esa es una muy buena pregunta... y difícil de responder.
La respuesta sincera es que no lo sabemos del todo.
Pero lo que podemos decir es que
tenemos una teoría que relaciona
la materia al espacio y al tiempo también.
Si bien no creemos que esa teoría
sea una descripción exacta
del mundo, es la mejor que tenemos.
Esa teoría se le llama "relatividad general".
Es la teoría que Albert Einstein,
por allí de 1916, descubrió primero.
De acuerdo con Einstein, hay una ecuación, de hecho,
un conjunto de ecuaciones,
llamado "ecuaciones de Einstein".
las que relacionan la materia con el espacio y tiempo.
Resulta que es posible resolver dichas ecuaciones
cuando no hay materia.
Puedes tener cero materia y cero energía,
pero aun así tener espacio y tiempo.
Sin embargo, no es posible resolver las ecuaciones
cuando tienes materia, pero sin espacio o tiempo.
En otras palabras, puedes tener espacio y tiempo
sin materia;
pero, al menos de acuerdo
con las ecuaciones de Einstein,
no puedes tener materia sin espacio ni tiempo.
No creemos que ese sea el final de la historia.
No creemos que sean exactas las leyes de la física.
Podría ser que, cualquiera que sea la exactitud de las leyes de la física,
podrían, de alguna manera, permitir que la
materia exista sin el espacio.
No obstante, creo que, al menos por el momento,
la respuesta final es no.
Hasta donde sabemos no es posible.
La tercera pregunta es...
Si fuéramos capaces de superar el problema
de la energía infinita para viajes [a la velocidad] de la luz
y viajar por el espacio a C [la velocidad de la luz],
¿significaría que la dilatación del tiempo desde nuestra perspectiva
el viajar a cualquier lugar sería instantáneo?
Y, ¿significaría entonces que de hecho existiríamos
en cualquier punto en nuestro vector al mismo tiempo?
Esa es otra buena pregunta.
La razón para esta pregunta es que
cuando te mueves muy rápido,
cuando te desplazas casi a la velocidad de la luz,
aparece un fenómeno llamado "dilatación del tiempo",
lo que significa que para ti, si eres quien se mueve
muy cerca de la velocidad de la luz, no transcurrirá
mucho tiempo.
Por ejemplo, si viajas de la Tierra a Alfa Centauri
en una nave espacial que se mueve
muy cerca a la velocidad de la luz,
entonces para ti habrá transcurrido muy poco tiempo.
No envejecerás mucho para nada.
Tus relojes no avanzarán mucho.
Las personas de la Tierra y las personas en Alfa Centauri
te verán hacer este viaje
y dirán que te tomó, al menos,
un par de años este viaje.
Pero para ti sería muy breve.
Lo interesante es que esta es una teoría de la relatividad
y todo debería ser relativo al observador
Así que, podrías preguntar:
¿Cómo sería que hicieras ese viaje
en tan corto tiempo?
Y la respuesta es que vas a tu "marco de referencia",
si vas manejando un auto por la carretera,
ves edificios y árboles y cosas por el estilo
a lo largo del camino moverse hacia ti a 96 km/h,
tú estás en reposo, y los árboles y edificios
vienen hacia ti.
Ese es tu marco de referencia.
En la nave espacial, tú estás en reposo,
y Alfa Centauri viene hacia ti.
La velocidad a la que se acerca a ti es muy cercana
a la velocidad de la luz.
Nunca puede ser mayor que ella.
No puede ir más rápido que la velocidad de la luz.
Pero se acercará hacia ti a cerca de la velocidad de la luz.
La razón de que hagas el viaje en tan corto tiempo
es porque aparece otro fenómeno extraño
en la relatividad, llamado "contracción de Lorenz".
Las distancias se contraen.
Las distancias parecen más cortas cuando los objetos se mueven muy rápido.
La distancia que medirías
entre tú y Alfa Centauri
es mucho más pequeña que la distancia que alguien en reposo
sobre la Tierra mediría.
Así es como tú eres capaz de hacer la travesía
en tan poco tiempo.
Así que, para responder a la pregunta acerca de si todo
sería instantáneo en el límite en que
te estás moviendo a la velocidad de la luz,
la respuesta es sí,
porque en el límite en que te estás moviendo
a la velocidad de la luz
no transcurre ningún momento para ti conforme haces el viaje.
Y, desde tu punto de vista,
no hay distancia de hecho entre la Tierra y Alfa Centauri.
Así es como puedes cruzarlo en sólo un instante.
Así que, sí
estarías en todo el recorrido entre la Tierra y Alfa Centauri
al mismo tiempo en un instante.
Gracias por las maravillosas preguntas.
Si tienen más preguntas para un próximo experto,
anótenlas por favor abajo en los comentarios.
Salut les astronautes,
Je m'appelle Matt Kleban.
Je suis maître de conférence dans le domaine de la physique à l'Université de New York
et je suis ici pour répondre à vos questions.
Première question :
Y a-t-il une taille maximum pour un trou noir ?
Très bonne question.
Avant d'y répondre, très rapidement :
qu'entendons-nous par la « taille d'un trou noir » ?
La taille d'un trou noir est le rayon d'un horizon des événements.
Les trous noirs sont des régions d'où rien ne peut s'échapper, y compris la lumière.
Une certaine taille existe pour cette région d'où la lumière ne peut s'échapper.
La limite de cette région s'appelle « horizon des événements »
et elle possède un rayon, une taille.
Voilà ce qu'on entend par la taille d'un trou noir.
En fait, le rayon de l'horizon des événements,
donc la taille du trou noir, est simplement proportionnel
à la quantité de matière et d'énergie que vous y mettez.
En réalité, si vous avez accès à une quantité infinie de matière et d'énergie,
vous pourriez continuer de l'intégrer au trou noir,
et il continuerait simplement de prendre de l'ampleur.
Il n'y a pas de limite dans ce sens-là.
Mais évidemment, dans l'univers dans lequel nous vivons,
nous n'avons pas accès à une quantité illimitée
de matière et d'énergie.
Même si nous pouvions, d'une manière ou d'une autre, voyager
dans tout l'univers et collecter toute la matière et toute l'énergie,
nous aurions toujours une taille maximale.
En effet, il y a une quantité limitée de matière et d'énergie
dans l'univers qui peut être collectée.
Cette taille représenterait une fraction de la taille de l'univers aujourd'hui.
Cela représenterait donc des milliards d'années-lumière,
une taille vraiment énorme mais quand même limitée.
Deuxième question :
La matière peut-elle exister sans l'espace ?
C'est une très bonne question et une question très difficile.
Honnêtement, la réponse est : nous ne le savons pas avec certitude.
Toutefois, ce qu'on peut dire c'est que cette nous avons une théorie
qui lie la matière à l'espace et au temps.
Même si nous ne pensons pas que cette théorie soit une description exacte
du monde, c'est la meilleure que nous avons.
Cette théorie s'appelle « relativité générale ».
C'est la théorie que Albert Einstein a découvert vers 1916.
Selon Einstein, il y a une équation (en fait, un ensemble
d'équations, les équations d'Einstein)
qui lie la matière à l'espace et au temps.
Il se trouve qu'il est possible de résoudre ces équations
lorsqu'il n'y a pas de matière.
Vous pouvez avoir aucune matière et aucune énergie,
mais toujours avoir l'espace-temps.
Mais il n'est pas possible de résoudre ces équations
quand vous avez de la matière mais sans l'espace-temps.
En d'autres termes, vous pouvez avoir l'espace-temps sans la matière,
mais, du moins sur la base des équations d'Einstein,
vous ne pouvez pas avoir de la matière sans espace-temps.
Nous ne pensons pas que ce soit tout.
Nous ne pensons pas que ce soit la loi exacte de la physique.
Il se pourrait que quelle que soit la loi exacte de la physique,
elle permette, d'une manière ou d'une autre, à la matière d'exister sans l'espace.
Mais je pense, du moins pour le moment,
l'état de l'art démontre que non.
Selon nous, ce n'est pas possible.
Troisième question :
S'il était possible de surmonter le problème
de l'énergie infinie pour le voyage de la lumière
et le voyage à travers l'espace à la vitesse de la lumière,
est-ce que la dilation du temps signifierait, de notre point de vue,
que voyager n'importe où pourrait être instantané ?
Cela signifierait-il donc que nous existerions
sur tous les points de notre vecteur en même temps ?
Voici une autre bonne question.
La raison pour laquelle la question est posée est que, lorsque vous vous déplacez très vite,
lorsque vous vous déplacez à une vitesse très proche de celle de la lumière,
il se passe un phénomène appelé : « dilation du temps »,
ce qui signifie que, si vous vous déplacez à une vitesse très proche
de celle de la lumière, très peu de temps
va passer.
Par exemple, si vous voyagez de la Terre jusqu'à Alpha Centuri
dans un vaisseau spatial qui avance
à une vitesse très proche de celle de la lumière,
alors très peu de temps passera pour vous.
Vous ne vieillirez pas beaucoup.
Vos horloges n'avanceront pas beaucoup.
Les gens sur Terre et les gens sur Alpha Centauri
vous regarderont faire ce voyage
et ils diront qu'il vous a fallu deux-trois ans
pour le faire.
Mais pour vous, cela représenterait une période très courte.
Ce qui est intéressant, c'est qu'il s'agit de la théorie de la relativité
et tout devrait dépendre de l'observateur.
Vous pourriez donc vous demander :
comment avez-vous pu faire ce voyage
en aussi peu de temps ?
Et la réponse est que si vous allez dans votre « cadre de référence »,
si vous conduisez une voiture sur l'autoroute,
vous voyez des immeubles, des arbres et toutes sortes de choses
le long de la route, venant vers vous à 100 km/h,
vous êtes en arrêt, les arbres et les immeubles
avancent vers vous.
C'est ça votre cadre de référence.
Dans le vaisseau spatial, vous êtes en arrêt
et Alpha Centuri s'avance vers vous.
La vitesse qui vient vers vous est très proche
de celle de la lumière.
Elle ne peut jamais excéder la vitesse de la lumière.
Elle ne peut jamais aller plus vite qu'elle.
Mais elle viendra vers vous pratiquement à la vitesse de la lumière.
La raison pour laquelle vous faites ce voyage en ce laps de temps
est qu'il existe un autre phénomène étrange
dans le domaine de la relativité appelé « transformations de Lorenz » :
les distances rétrécissent.
Les distances semblent plus courtes lorsque les objets se déplacent rapidement.
La distance que vous mesureriez
entre vous et Alpha Centuri
est beaucoup plus courte que la distance que quelqu'un en arrêt
sur Terre mesurerait.
Voilà comment vous pouvez faire le voyage
en aussi peu de temps.
Ainsi, pour répondre à la question : « Est-ce que tout serait instantané
si vous vous déplacez
à la vitesse de la lumière ? »
La réponse est : « Oui. »
En effet, si vous vous déplacez
à la vitesse de la lumière,
le temps n'avance pas pendant que vous réalisez ce voyage.
De votre point de vue,
il n'y a aucune distance entre la Terre et Alpha Centuri.
C'est comme cela que vous pouvez traverser l'espace en un instant.
La réponse est donc oui.
Vous seriez partout entre la Terre et Alpha Centuri
en même temps et en un instant.
Merci pour vos excellentes questions.
Si vous avez d'autres questions pour l'expert suivant,
posez-les dans l'espace réservé aux commentaires sous la vidéo.
שלום Spaceland,
Salve, Spaceland
Sono Matt Kleban.
Sono un professore associato di fisica
presso l'Università di New York
e sono qui per rispondere
alle vostre domande.
La prima domanda
è:
I buchi neri hanno una grandezza massima?
Beh, è una bella domanda.
Ma prima di rispondere,
chiediamoci:
Cosa intendiamo con 'grandezza'
nel caso di un buco nero'?
La grandezza di un buco nero è determinata
dal raggio dell'orizzonte degli eventi.
I buchi neri sono delle regioni dalle quali
neanche la luce può sfuggire.
Da questa regione,
la quale ha una certa grandezza,
non può fuoriuscire nessun tipo di luce.
Il limite di questa regione è detto "orizzonte degli eventi"
e ha un raggio e una grandezza.
Questo è cio che intendiamo con
grandezza di un buco nero.
In realtà, il raggio dell'orizzonte degli eventi,
ovvero la grandezza del buco nero,
è proporzionale
alla quantità di materia ed energia
da questo assorbita.
Infatti, se avessimo accesso ad
una quantità infinita di materia ed energia,
potremmo continuare ad alimentare il buco nero,
e questo diventerebbe sempre più grande.
In tal senso, non ha limiti.
Ma, naturalmente,
nell'universo in cui viviamo,
non abbiamo accesso ad
una quantità infinita di materia ed energia.
E, anche se in qualche modo
potessimo esplorare tutto l'universo e
raccogliere tutta la quantità di energia in esso presente,
anche se facessimo questo,
avremmo ancora una grandezza massima
perchè esiste una quantità finita di materia ed energia
che è possibile raccogliere nell'universo.
Questa grandezza sarebbe
una frazione della grandezza dell'universo oggi.
Quindi, potrebbe richiedere miliardi di anni luce forse,
per essere molto ma molto grande,
ma avrebbe ugualmente una grandezza finita.
Seconda domanda:
La materia può esistere senza lo spazio?
Questa è una bella domanda e molto difficile.
La risposta sincera è: non ne siamo certi.
Ma, possiamo dire che abbiamo una teoria che collega
la materia allo spazio, e anche al tempo.
Anche se non pensiamo che questa teoria
dia una descrizione esatta del mondo,
è la migliore che abbiamo.
Questa teoria si chiama "relatività generale".
Questa teoria è stata scoperta
da Albert Einstein più o meno nel 1916.
Secondo Einstein, esiste un'equazione,
in realtà una serie di equazioni,
definite "equazioni di Einstein",
che collegano la materia
allo spazio e al tempo.
Pare che sia possibile risolvere queste equazioni
quando non c'è materia.
È possibile avere zero materia e zero energia
ma avere ancora spazio e tempo.
Ma non è possibile risolvere queste equazioni
quando la materia è presente,
senza però lo spazio e il tempo.
In altre parole,
possiamo avere spazio e tempo senza materia
ma, almeno secondo le equazioni di Einstein,
non possiamo avere materia senza spazio e tempo.
Non pensiamo che questa sia la conclusione.
Non pensiamo che queste siano le vere leggi della fisica.
È possibile che le leggi della fisica, qualsiasi cosa siano,
permettano alla materia di esistere senza spazio.
Ma, almeno per il momento,
penso che la risposta sia no.
Per quanto ne sappiamo non è possibile.
Terza domanda:
Se riuscissimo a risolvere il problema
dell'energia infinita
per quanto riguarda il moto della luce
e viaggiare attraverso lo spazio a C (velocità della luce),
per via della dilatazione del tempo,
significherebbe che dal nostro punto di vista,
viaggiare in qualsiasi luogo sarebbe istantaneo?
E di conseguenza,
questo significerebbe che in realtà
esisteremmo in tutti i punti del nostro vettore
allo stesso tempo?
Questa è un'altra bella domanda.
La ragione di questa domanda è
che quando ci muoviamo molto velocemente,
e molto vicino alla velocità della luce,
si verifica un fenomeno chiamato
"dilatazione del tempo",
il che significa che se ci muoviamo quasi
alla velocità della luce,
non passerà molto tempo.
Per esempio,
se viaggiamo dalla Terra fino ad Alpha Centauri
su una navicella spaziale che si muove
quasi alla velocità della luce,
allora significa che per noi
sarà passato poco tempo.
Non invecchieremmo molto.
Le lancette dei nostri orologi
non andranno molto avanti.
Le persone sulla Terra e
quelle su Alpha Centauri
ci guarderanno durante il nostro viaggio
e diranno che abbiamo impiegato
almeno un paio d'anni
per fare questo viaggio.
Ma per noi,
potrebbe essere passato
un breve lasso di tempo.
La cosa interessante è che
parliamo di teoria della relatività,
e ogni cosa dovrebbe essere relativa
in base alla prospettiva dell'osservatore,
quindi, potreste chiedervi:
Com'è possibile che riusciamo a fare
questo viaggio in così poco tempo?
E la risposta è nel "sistema di riferimento".
Se viaggiamo in una macchina sull'autostrada,
vediamo edifici, alberi e cose simili
lungo la strada
venire verso di noi a 60 km/h.
Mentre noi siamo fermi,
gli alberi e gli edifici
vengono versono di noi.
Questo è il sistema di riferimento.
Nella navicella spaziale,
noi siamo fermi,
e Alpha Centauri
si sta dirigendo verso di noi.
La velocità alla quale viene verso di noi è
vicina a quella della velocità della luce.
Non può essere maggiore.
Non può andare più veloce
della velocità della luce.
Ma verrà verso di noi ad una velocità
vicina a quella della luce.
La ragione per cui facciamo questo viaggio
in un lasso di tempo così breve,
è da ricondurre ad un altro strano fenomeno
della relatività chiamato "contrazione di Lorenz":
le distanze si riducono.
Le distanze sembrano più brevi
quando gli oggetti si muovono velocemente.
La distanza che misureremmo
tra noi ed Alpha Centauri,
è molto più breve
della distanza che una persona immobile
misurerebbe sulla Terra.
Ecco come siamo in grado di viaggiare
in un così breve lasso di tempo.
Quindi, per rispondere alla domanda:
se ogni cosa fosse immediata nel limite,
quando ci muoviamo alla velocità della luce,
la risposta è si.
Perchè nel limite
in cui ci stiamo muovendo
alla velocità della luce,
durante il viaggio per noi il tempo non passa.
E dal nostro punto di vista,
non esiste una distanza
tra la Terra e Alpha Centauri.
Ecco come riusciamo ad
attraversarla in un istante.
Quindi si.
Saremmo ovunque
tra la Terra e Alpha Centauri
allo stesso tempo in un istante.
Grazie per le fantastiche domande.
Se ci sono altre domande
per il prossimo esperto,
lasciatele nei commenti qui sotto.
Olá Spaceland,
eu sou Matt Kleban.
Sou professor assistente de física
na Univ. de Nova Iorque
e estou aqui para responder
às vossas perguntas.
A primeira pergunta é:
Existe um tamanho máximo
para um buraco negro?
É uma boa pergunta.
Antes de responder,
deixem-me confirmar rapidamente:
O que significa
o "tamanho de um buraco negro"?
O tamanho de um buraco negro corresponde
ao raio de um horizonte de eventos.
Os buracos negros são regiões
a que nem a luz consegue escapar.
Há um determinado tamanho para a região
a que nem a luz pode escapar.
Obrigado pelas vossas excelentes
perguntas.
Se tiverem mais perguntas
para o próximo especialista,
coloquem-nas nos comentários abaixo,
por favor.
Olá Spacelab,
Eu sou Matt Kleban,
professor de física associado
da Universidade de Nova York
e estou aqui para
responder suas perguntas
A primeira pergunta é:
Existe um tamanho máximo
para um buraco negro?
É uma pergunta muito boa.
Antes de responder, uma coisa:
Como assim "o tamanho de um buraco negro?"
O tamanho de um buraco negro é
o raio do horizonte de eventos.
Buracos negros são áreas
de onde nem a luz escapa.
Essa região de onde a luz não volta
tem um certo tamanho.
A borda dessa região é chamada
de "horizonte de eventos"
e ela tem um raio, um tamanho.
Isso é tamanho de um buraco negro.
Na verdade, o raio do
horizonte de eventos,
e portanto o tamanho do buraco,
é proporcional
à quantidade de matéria e energia
que você joga dentro dele.
Então, se você tivesse acesso a
matéria e energia infinitas,
você poderia simplesmente
alimentar o buraco,
e ele continuaria ficando cada vez maior.
Não há limite quanto a isso.
Mas, é claro, no nosso universo,
não temos acesso a
matéria e energia infinitas
E mesmo se pudéssemos voar
por todo o universo
e reunir toda a matéria e energia dele,
mesmo assim teríamos um tamanho máximo.
Porque a quantidade de matéria e energia
que poderíamos reunir é finita.
O tamanho final seria uma fração do
tamanho do universo hoje.
Então, teria alguns bilhões
de anos-luz de comprimento,
muito, muito grande, mas ainda finito.
A segunda pergunta é:
A matéria pode existir sem o espaço?
Essa pergunta é ótima e muito difícil.
A verdade é: não temos certeza.
Mas podemos dizer que temos
uma teoria que relaciona
a matéria com o espaço,
e com o tempo também.
Mesmo que a gente não ache que
seja uma descrição exata do mundo,
é a melhor teoria que temos.
Essa teoria é chamada de
"Relatividade Geral".
É a que foi descoberta por
Albert Einstein em 1916.
De acordo com Einstein, existe uma equação,
na verdade um grupo delas,
chamadas "equações de Einstein",
que ligam matéria, espaço e tempo.
Descobrimos que é possível
resolver essas equações
quando não se tem matéria.
Você pode ter zero de matéria e de energia
e ainda ter espaço e tempo.
Mas não é possível resolvê-las
se você tem matéria,
mas não espaço e tempo.
Em outras palavras, dá para ter
espaço e tempo sem matéria,
mas, pelo menos de acordo com
as equações de Einstein,
não dá para ter matéria
sem espaço e tempo.
Não achamos que esse é
o fim da história.
Não achamos que essas são
as leis exatas da física.
Pode ser que as leis exatas,
de algum modo, permitam
que a matéria exista sem espaço.
Mas eu acho que, pelo menos agora,
o melhor que temos é "não",
até onde sabemos, não é possível.
A terceira pergunta é:
Se pudéssemos resolver o problema
da energia infinita para viagens
na velocidade da luz
e viajar pelo espaço na
velocidade C (da luz),
a dilatação de tempo faria com que,
na nossa perspectiva,
uma viagem a qualquer lugar
seria instantânea?
E isso então significaria que nós
existiríamos em todos os pontos do
vetor ao mesmo tempo?
Outra ótima pergunta.
A razão por trás dela é a de que,
quando se viaja muito rápido,
chegando muito perto da
velocidade da luz,
acontece um fenômeno chamado
"dilatação de tempo",
que significa que, quanto mais perto
da velocidade da luz alguém viaja,
menos tempo vai se passar para ela.
Por exemplo, se você viajasse
da Terra a Alfa Centauro
numa nave acelerando
até próximo da velocidade da luz,
muito pouco tempo se passaria para você.
Você não envelheceria muito,
o seu relógio não marcaria muito tempo.
As pessoas da Terra e de Alfa Centauro
vão observar você fazer essa viagem
e dizer que você demorou pelo menos
alguns anos para chegar.
Mas para você, vai parecer
um tempo muito mais curto.
O interessante é que essa é
"a teoria da relatividade",
então tudo é relativo ao observador.
E você pode se perguntar:
Como é que você faz uma viagem
dessas num tempo tão curto?
E a resposta é: se você
for o "referencial",
se você está dirigindo
seu carro na estrada,
você vê os prédios, árvores
e essas coisas
vindo na sua direção a 100Km/h,
você parado, as árvores e prédios
se movendo até você.
Esse é o seu referencial.
Dentro da espaçonave,
você está parado
e Alfa Centauro está
vindo na sua direção.
A velocidade que ela vem
é quase a velocidade da luz.
Nunca pode ser maior.
Nunca se vai mais rápido que a luz.
Mas vai estar vindo
numa velocidade bem próxima.
O motivo de você fazer a viagem
num tempo tão curto
é outro fenômeno estranho da relatividade
chamado de "Transformação de Lorentz".
As distâncias se contraem,
elas parecem menores quando objetos
estão se movendo rápido.
A distância que você tomaria
entre você e Alfa Centauro
é muito menor que a distância
tomada por alguém parado na Terra.
É assim que você faria essa viagem
num tempo tão curto.
Então, para responder a pergunta de se tudo
seria instantâneo quando você
está viajando na velocidade da luz,
a resposta é sim.
Porque se você viaja na velocidade da luz,
o tempo não passa para você
durante a viagem.
E, do seu ponto de vista,
a distância até Alfa Centauro é zero.
E é assim que se faz o caminho num instante.
Então sim, você estaria em todo lugar
entre a Terra e Alfa Centauro
ao mesmo tempo em um instante.
Obrigado pelas excelentes perguntas.
Se você tem mais perguntas,
escreva-as nos comentários abaixo.
Legendado por Thierry de Carvalho Banhete
facebook.com/oaksl
Привет, Космическая лаборатория.
Я Мэтт Клебан.
Я старший доцент по физике
в Нью-Йоркcком университете,
и я здесь, чтобы ответить на ваши вопросы
Первый вопрос:
Существуют ли максимальный размер
для чёрный дыры?
Очень хороший вопрос.
Сперва вкратце:
Что мы подразумеваем под
"размером чёрной дыры"?
Размер чёрный дыры -
это радиус горизонта событий.
Чёрные дыры - области, которые
не могут покинуть даже свет.
Существует определённый размер области,
из которой не может выйти свет.
Граница этой области называется
"горизонтом событий",
и у него есть радиус, есть размер.
Вот, что мы подразумеваем
под размером чёрной дыры.
На самом деле, радиус горизонта событий,
т.о. размер чёрной дыры,
попросту пропорционален
количеству вещества и энергии,
которое вы в неё кидаете.
Если бы у вас был доступ к бесконечному
количеству вещества и энергии,
вы могли бы продолжать
подкрамливать чёрную дыру,
и она бы продолжала
всё больше и больше расти.
В этом смысле нет никакого предела.
Но, конечно, во вселенной,
которой мы живём,
у нас нет доступа
к бесконечному количеству
вещества и энергии.
Даже бы если мы могли
каким-то образом летать
по вселенной и собирать в ней
вещество и энергию,
всё равно бы существовал
максимальнй размер.
Потому что количество
вещества и энергии,
доступное во вселенной,
ограничено.
Второй вопрос:
Может ли вещество существовать
без пространства?
Это очень хороший и трудный вопрос.
Честный ответ: МЫ точно не знаем.
Но мы можем сказать,
что у нас есть теория, связывающая
вещество с пространством,
а также со временем.
Хотя мы и не считаем,
что эта теория даёт точное описание
мира, это лучшее, что у нас есть.
Теория называется
"общей относительностью".
Это теория, отрытая Альбертом Эйнштейном
в 1916 году.
Согласно Эйнштейну,
есть уравнение, вообще-то,
набор уравнений, называемых
"уравнениями Эйнштейна",
связывающих вещество
с пространством и временем.
Оказалось, что эти уравнения
можно решить
даже когда нет вещества.
Может быть нулевая масса
и нулевая энергия,
но всё равно быть
пространство и время.
Однако, невозможно
решить эти уравнения,
имея массу, но без пространства и времени.
Другими словами, пространство и время
могут существовать без массы,
но, по крайней мере
согласно уравнениям Эйнштейна,
не может быть вещества
без пространства и времени.
Мы не думаем, что это конец истории.
Мы не считаем,
что это точные законы физики.
На сколько мы знаем,
это невозможно.
Третий вопрос:
Это другой отличный вопрос.
Например, если вы путешествуйте
от Земли к Альфа Центавре
на космическом корабле, движущемся
со скоростью близкой к скорости света,
тогда время пролетит для вас очень быстро.
Вы практически не состаритесь.
Часы отсчитают не так много времени.
Но для вас, это может занять совсем мало времени.
Это ваша система отсчёта.
Вы в состоянии покоя на корабле,
а Альфа Центаврв движется вам на встречу.
Расстояния сокращаются.
Расстояния кажутся короче,
когда объекты быстро движутся.
Спасмбо за отличные вопросы.
Если у вас есть вопросы
для следующих экспертов,
пожалуйста, оставьте их
в комментариях ниже.
嗨，伙计们。
我是Matt Kleban。
我是一名来自纽约大学的物理学副教授。
我来这回答你们的问题。
第一个问题是：
黑洞有最大尺寸吗？
嗯，这是一个好问题。
在我回答之前，让我们来快速了解下：
什么是我们所说的黑洞大小？
黑洞的尺寸，就是整个“视界线”的半径。
黑洞，就是一片连光也无法挣脱的区域。
光无法逃逸的的区域是有确定的大小的。
那个区域的边界就叫“视界线”。
视界线是有半径，有大小的。
这个就是我们通常意义上的黑洞边界了。
事实上，既然视界线是有半径的，
那么黑洞的大小，
也就和向里面投放的物质和能量的多少成比例关系。
事实上，如果你有无穷无尽的物质和能量
你就能一直“喂养”黑洞，
黑洞也就能变得越来越大
在某种意义上，黑洞的增大时没有限制的。
但是，当然了，
在我们生存的宇宙里
我们并没有无尽的物质和能量
即使我们可以用某种方式来在整个宇宙中穿梭
或者来收集其中所有的物质和能量
即使我们可以这么做，我们还是会有最大值
因为，在宇宙中
我们能收集物质和能量是有限的。
那个大小，将会是我们现今生存的宇宙的一部分。
所以，黑洞将会横跨数百万光年
非常非常大，不过，还是有限大小的。
第二个问题是：
物质能脱离空间存在吗？
这是个非常好同时也是个非常难的问题。
说实话：我们并不确定。
不过，我们可以说我们有一个将物质与空间
物质与时间联系起来的理论
虽然我们并不认为该理论是一个关于这个世界精准的描述，
但这是我们能提出来的最好的了
这个理论叫做“广义相对论”
该理论是 爱因斯坦 在1916 年左右首次提出的。
据爱因斯坦的说法，这里有一个方程
事实上，是一系列方程，叫做“爱因斯坦的方程”
这些方程将“物质”和“时间空间”联系起来
看起来，当没有物质存在的时候
这些方程式可解的。
可以没有物质可能量
但是依然存在空间和时间
但是，当没有空间和时间，只有物质的时候
方程是无解的。
换句话说，就是，你可以只有空间和时间
但是，至少是根据爱因斯坦的方程来说：
物质不能置于空间和时间之外。
我们不认为这是最终定论
我们不认为这是准确的物理法则
不过，对于是否能将物质置于时间和空间之外
该方程已经是物理准则了。
至少，我认为现在是。
所以，将物质置于时空之外是不行的
就我们所知，是不行的。
第三个问题是：
我们能否解决：
光速旅行中能量无限大的问题，
光速旅行的问题
时间膨胀是否可以意味着：
在我们可视范围内，都可以瞬间到达？
那么这又是否意味着：
我们可以在同一时间内，存在于我们所在的维度的任何地方？
这又是一个好问题。
这个问题的原因在于：当你非常快的移动
甚至快要接近光速的时候，
这时就会有一种“时间膨胀”的现象。
这意味着对你来说，如果你移动的非常快
接近光速，
时间并没有过去多少
举个栗子：当你从地球到半人马座阿尔法星
乘坐宇宙飞船
接近光速的飞行：
那么，时间对于你来说，知识流逝了一点点。
你基本上不怎么会变老
你的手表也没怎么走动
地球和半人马座阿尔法星上的人
会看着你旅行
但是他们会说，你至少用了两年
来完成这趟旅行
但是对你来说，这仅仅是一段非常短的时间。
这个有意思的事情就是相对论理论，
所有的事情都应该和观察者是相对的
所以，你可能要问了：
你怎么可能在那么短的时间内
完成那样的旅行？
答案就是，只要你进入了自己的“参考系”
如果你在高速公路上开车
你看到的建筑，树和其他东西就像这样：
沿着路，
以60公里/小时的速度向你过来，
而你并没有动。
这就是你的参考系。
在宇宙飞船里，你没动
而是半人马座阿尔法星向你飞过来
向你飞来的速度
无限接近于光速
不能再快了。
速度不可能快过光速。
但是可以无限接近光速的靠近你
你能在短时间内完成这样的旅行
原因在于：在相对论中，还有一个另一个陌生的的现象
”劳伦兹收缩“
距离收缩了
距离在高速移动的时候，会变短的。
移动中的你测量地球到半人马座阿尔法星的距离
测量地球到半人马座阿尔法星的距离
比地球上静止的人测量的距离
要短
这就是为什么你能在这么短的时间内
完成这样的旅行
所以，来回答关于
任何东西能否在光速条件下
能否瞬间移动
答案是可以的
因为限制条件是：
你以光速移动
在你旅行的时候，时间没有流逝
在你的视力范围内
没什么地方能比地球到半人马座阿尔法星的距离还远
所以你可以一瞬间就跨过去
所以答案是：可以
你可以同时出现在地球到半人马座阿尔法星之间的所有地方
在某一瞬间
感谢这些非常棒的问题
如果你对下一位专家有更多的问题
可以再下面评论区留言
Spacelab,你好
我是Matt Kleban
我是紐約大學物理學系助理教授
而我今次來是為了解答大家的問題
第一條問題是:
到底黑洞可以有多大?
好,這是個好問題
但在我回答前,我們先想一想
到底「黑洞的大小」是甚麼意思?
黑洞的大小是取決於事件穹界的半徑
黑洞是連光都不能逃脫的區域
光無法逃脫的區域有一定大小
而該區域的邊界就稱為「事件穹界」
並且有半徑,所以亦有大小
亦即是我們所說黑洞的大小
其實,事件穹界的半徑
即是黑洞的大小,是
與投入黑洞的物質及能量成正比
事實上,如果你手上有無限物質及能源
你可以不斷投向黑洞,
它將會不斷膨脹
而且永無止境
但當然,在我們現在身處的宇宙中,
我們不會有無窮的
物質及能量
就算我們可以走遍
整個宇宙,收集其中的物質和能量
即使我們成功,黑洞的大小仍然有限
因為物質和能量的量總有盡頭,
只要是在這宇宙之內的話
那黑洞的大小會是現時宇宙的一部分大
那可以是橫跨數十億光年,
非常龐大,但仍然有盡頭
第二個問題是:
物質可否不靠空間存在?
這是一個非常好的問題並且毫不簡單
而老實說:我們也不肯定
但我們可以說有一理論與
物質及空間,亦與時間有關
縱使我們不認為這就是完全準確說明
世界運作的理論,但它是現時我們手上最好的一個
這理論稱為「廣義相對論」
是由阿爾伯特·愛因斯坦於1916左右年首先提出
據愛因斯坦所說,有一條方程式,實際上是一組
方程式,稱為「愛因斯坦方程式」
將物質與時間及空間連繫起來
結果發現原來有方法解決那些方程式
而其中不牽涉物資
可以在物資及能量為零的情況下
仍然有空間和時間
但在以下情況那些方程式無法運算,
就是有物質但缺少空間和時間
換而言之,缺少物質而有空間和時間是可能的,
至少根據愛因斯坦方程式,
物質不可沒有空間和時間而存在
我們認為這不是最終的答案
我們認為這並不是絕對的物理定律
實際的物理定律有可能
容許物質不需靠空間而存在
但我認為,最少到現時為止,
最新的答案仍是不可以
據我們所知這並不可能
第三個問題是:
如果我們已經克服了
光速飛行的無限能源問題
而在太空中以光速(c)飛行,
時間膨脹現象會否令我們,在我們角度看來,
可以瞬時到達任何地方?
而且這是否代表我們實際上
我們同時存在於我們的向量上的每一點?
這亦是一個好問題
這個問題來自,當我們以高速移動時,
甚至以非常接近光速移動時,
會產生稱為「時間膨脹」的現象,
即是對你而言, 假設你的移動速度非常
接近光速,時間並不會
經過太久
換句話說,如果你由地球穿梭到半人馬座α
所乘搭的太空船的移動速度
非常接近光速,
那麼只會經過非常短時間
你基本上差不多不會變老
你的時鐘上只會過了很短時間
在地球上及半人馬座α上的人
會觀察你這段旅程
並會說這段旅程用了數年
以上才告一段落
但對你來說,這可能只是短短的一瞬間
有趣的是這理論是有關相對性
而所有一切對觀察者而言都是相對的
那麼,你可能會問:
你怎麼有可能完成那段旅程,
那麼短時間內根本不可能做到吧?
而答案就要根據你的「參考坐標」,
如果你在高速公路上駕車,
你會見到建築物、樹等
路旁景物,以時速60英里接近你,
你處於靜止狀態,反而是樹和建築物
它們移向你
那就是你的參考坐標
在太空船中,你亦處於靜止狀態,
而半人馬座α移向你
而且移近你的速度非常接近
光速
不可能比它更快
因為沒有任何事物可以比光速更快
但半人馬座α會以接近光速移向你
而你用極短時間完成旅程的原因是
因為另一個奇怪現象
,亦與相對論有關,稱為「洛倫茲收縮」
距離長度會收縮
物體高速移動時距離會看起來較短
當你計算距離時,
即與半人馬座α的距離時,
會遠比在地球上靜止的人
所量度的為短
這正是你可以完成旅程
而只用了極短時間的原因
所以,回答你的問題,到底是否所有
在範圍內的一切都可瞬間完成,
假設是在光速的話,
答案是沒錯
因為在該範圍時你以
光速移動
你進行旅程時,時間並無流動
而對你而言,
地球和半人馬座α之間實際上並無距離
你穿梭到另一邊只需一瞬間
所以沒錯
你會在地球和半人馬座α之間任何一點
於同一時間同時存在
謝謝各位精彩的問題
如果你有更多問題想問下一位專家,
請於下面回應欄中發問