Baltoji skylė – virtuvės kriauklėje (13)
Kas yra juodosios skylės, daugelis skaitytojų, ko gero, daugiau ar mažiau gali įsivaizduoti. Tačiau panašu, kad astrofizikams vien juodųjų skylių negana: dar šį rudenį solidžiame elektroniniame moksliniame žurnale arxiv.org pasirodė mokslinė publikacija apie „baltąsias skyles“. Maža to, fizikai savo publikacijoje skelbia, kad baltąją skylę galima aptikti paprasčiausioje virtuvės kriauklėje.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kelionę į baltąsias skyles, ko gero, ir vertėtų pradėti iš, astrofizikos atžvilgiu, gana netikėtos ir paradoksalios vietos - virtuvės.
Vaizdą, kai vanduo iš čiaupo krinta į kriauklę, tikriausiai yra matęs kiekvienas. Visai neseniai prancūzų fizikams iš Nicos universiteto Žiliui Žanui (Gil Jannes) ir Žermenui Ruso (Germain Rousseaux) į galvą šovė mintis įdėmiau patyrinėti procesus, kurie virtuvės kriauklės paviršiuje sukuria vandens skritulį (geometriškai tiksliau jį būtų pavadinti kūgiu). Žvilgtelkite į žemiau esančią fotografiją, ir galbūt viskas pasidarys aiškiau.
Toks skritulys-kūgis driekiasi į visas šalis nuo vietos, į kurią tyška vandens srovė. Šį darinį mokslininkai pavadino apskrituoju hidrauliniu nuošokiu (circular hydraulic jump). Dinaminius jo procesus momentinio balanso teorijoje (angl. k. – „momentum-balance theory“) jau yra savo laiku aprašęs Džonas Viljamas Stratas (John William Strutt), žinomas kaip lordas Reilaihas (Lord Rayleigh).
Tikriausiai pastebėjote, kad tas nuo tyškančios srovės į visas puses iki pat kriauklės pakraščių besidriekiantis vandens „telkinys“ yra perskirtas labai aiškiai matomos ribos. Ji vandens sluoksnį ant kriauklės paviršiaus atskiria į dvi sritis: išorinę – banguojančią, plytinčią pakraščiuose, bei vidinę – daug lygesnę, supančią krentančią vandens srovę. Beje, kaip įsitikinsime rašinio pabaigoje, ši riba gali būti fatališkai reikšmingai. Bet kol kas apsistokime ties mokslininkų iškelta prielaida, kad toks vandens „telkinio“ netolygumas atsiranda dėl skirtingo vandens bangų greičio.
Eikime toliau. Bėda ta, kad tų dviejų bangų greičius išmatuoti yra sudėtinga. Paplitęs būdas į skystį įleisti mikro siųstuvų ir registruoti jų judėjimo greitį šiuo atveju netinka – vandens sluoksnis yra gerokai plonesnis, nei tokių greitį matuojančių dalelių matmenys.
Tad buvo nuspręsta pasirinkti kitą būdą – bangų greičius palyginti netiesiogiai, vandens „telkinį“ kriauklėje įsivaizduojant kaip nedidelį Macho kūgį. (Pasirodo, nedidelį Macho kūgį galima „susiorganizuoti“ ir virtuvės kriauklėje!). Macho kūgis - kūgio formos garso bangų paketas, susiformuojantis, kai objektas viršija garso greičio barjerą. Tie, kuriems yra tekę gyventi netoli karinių oro uostų, ko gero, yra girdėję nepaaiškinamų, žemę drebinančių sprogimų. Taip „kvailioja“ ne reketininkai ar savadarbių sprogmenų mylėtojai, o tas pats Macho kūgis, kurį sukelia viršgarsinį greitį pasiekę kariniai naikintuvai.
Iš dangaus aukštybių grįžkime į... kriauklę. Žinoma, kriauklės atveju, tai bus tik vizualinė fizikinio reiškinio imitacija – be jokių pretenzijų į visateisį Macho kūgio vardą su jį lydinčiais galingais driokstelėjimais.
Mokslininkai išmatavo Macho kūgio, kuris susiformuoja vandens srovei palietus kriauklės paviršių, kampus. Paaiškėjo, kad prie pat tos vietos, kur krentantis vanduo paliečia kriauklės paviršių, kūgio kampas lygus 18 laipsnių. Kampą matuojant tolyn nuo centro, jis tolygiai didėjo iki 45 laipsnių, o prie pat ryškiosios vandens ribos (pavadinkime jį įvykio horizontu) kampas tampa lygus 90 laipsnių. Fizikai teigia, kad šioje vietoje išorinių bangų greitis tampa lygus centrinių bangų greičiui. Kaip tik taip numato ir teorija: šie greičiai turi būti lygūs tiek ties juodosios, tiek ties baltosios skylės įvykių horizontu.
Tačiau viena mokslininkų įžvalga buvo labai netikėta. Pasirodo, virtuvės kriauklėje aptiktas apskritasis hidraulinis nuošokis yra ne kas kita, o hidrodinaminė „baltoji skylė“ arba gravitacinis fontanas. Suvokti, kas yra „baltoji skylė“ galbūt padėtų medžiagos ir antimedžiagos analogija: medžiagos skiriasi krūviais, o dichotominės (dvispalvės – juoda ir balta) skylės – išvirkštumu. Kitaip tariant, „baltoji skylė“ būtų išvirkščias juodosios skylės modelis: nufilmavus vandens tekėjimo į kriauklę procesą ir vaizdą paleidus priešinga kryptimi, būtų demonstruojamas juodosios skylės modelis.
Idėjos autoriai pabrėžia, jog tai – tik bendro pobūdžio vaizdi juodosios skylės gravitacijos analogija, gana vaizdžiai teoriškai iliustruojanti, jog skylės (šiuo atveju baltosios) įvykių horizontas (pamenate - ta ryški riba vandens „telkinyje“?) sudaro nejudamą erdvinį dinaminės sistemos – vandens kūgio - padalijimą į dvi sritis. Paprasčiau kalbant, mokslininkai pastebėjo, jog baltosios (taip pat ir juodosios) skylės prieigos turėtų būti ne vienalytės, o gravitacinių jėgų padalytos į dvi gana vaizdžiai besiskiriančias zonas: pakraščius ir centrinę zoną.
Tikriausiai pastebėjote, kad tas nuo tyškančios srovės į visas puses iki pat kriauklės pakraščių besidriekiantis vandens „telkinys“ yra perskirtas labai aiškiai matomos ribos. Ji vandens sluoksnį ant kriauklės paviršiaus atskiria į dvi sritis: išorinę – banguojančią, plytinčią pakraščiuose, bei vidinę – daug lygesnę, supančią krentančią vandens srovę. Beje, kaip įsitikinsime rašinio pabaigoje, ši riba gali būti fatališkai reikšmingai. Bet kol kas apsistokime ties mokslininkų iškelta prielaida, kad toks vandens „telkinio“ netolygumas atsiranda dėl skirtingo vandens bangų greičio.
Eikime toliau. Bėda ta, kad tų dviejų bangų greičius išmatuoti yra sudėtinga. Paplitęs būdas į skystį įleisti mikro siųstuvų ir registruoti jų judėjimo greitį šiuo atveju netinka – vandens sluoksnis yra gerokai plonesnis, nei tokių greitį matuojančių dalelių matmenys.
Tad buvo nuspręsta pasirinkti kitą būdą – bangų greičius palyginti netiesiogiai, vandens „telkinį“ kriauklėje įsivaizduojant kaip nedidelį Macho kūgį. (Pasirodo, nedidelį Macho kūgį galima „susiorganizuoti“ ir virtuvės kriauklėje!). Macho kūgis - kūgio formos garso bangų paketas, susiformuojantis, kai objektas viršija garso greičio barjerą. Tie, kuriems yra tekę gyventi netoli karinių oro uostų, ko gero, yra girdėję nepaaiškinamų, žemę drebinančių sprogimų. Taip „kvailioja“ ne reketininkai ar savadarbių sprogmenų mylėtojai, o tas pats Macho kūgis, kurį sukelia viršgarsinį greitį pasiekę kariniai naikintuvai.
Įdomu yra tai, jog, pagal teoriją, peržengus šias sritis skiriančią ribą, ištrūkti iš skylės jau nebeįmanoma. Tad lemtingą ribą, galima pamatyti virtuvės kriauklėje – lygiai tokia pati riba, kurią peržengus nebelieka kelio atgal, turėtų juosti ir juodosios skylės prieigas.
Mokslininkai viliasi, kad šis jų atrastas modelis yra ne tik puiki fizikinio reiškinio iliustracija, bet ir potencialus gaivaus vėjo gūsis į fizikų debatus apie Hokingo spinduliavimo galingumą.
Pritarsite čia aprašytiems dalykams ar ne, aišku viena: labai panorėjus netikėtai įdomių reiškinių galima aptikti ir paprasčiausiuose kasdieniuose buities rakanduose.
(7)
(1)
(3)