Karl Schwarzschild

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild
Data i miejsce urodzenia 9 października 1873
 Niemcy, Frankfurt nad Menem
Data i miejsce śmierci 11 maja 1916
 Niemcy, Poczdam
Zawód fizyk, astrofizyk, astronom

Karl Schwarzschild (ur. 9 października 1873 we Frankfurcie nad Menem, zm. 11 maja 1916 w Poczdamie)[1], niemiecki fizyk i astronom, uważany za pioniera współczesnej astrofizyki.

Ojciec Martina Schwarzschilda.

Biografia[edytuj | edytuj kod]

Kariera naukowa[edytuj | edytuj kod]

Schwarzschild zainteresował się astronomią już w bardzo młodym wieku. Mając 16 lat napisał artykuł o orbitach gwiazd podwójnych. Po maturze od roku 1890 studiował astronomię w Strasburgu. W roku 1892 przeniósł się do Monachium, gdzie w 1896 roku na uniwersytecie pod kierunkiem Hugo von Seeligera doktoryzował się z tematu Die Entstehung von Gleichgewichtsfiguren in rotierenden Flüssigkeiten.

Od roku 1897 pracował w Wiedniu w Kuffner-Sternwarte, gdzie pracował nad fotometrią przyczyniając się do opracowania ważnych zasad astrofotografii. W roku 1899 powrócił do Monachium gdzie się habilitował.

W latach 1901-1909 pracował na uniwersytecie i uniwersyteckim obserwatorium w Getyndze. Miał możność współpracować tam z takimi uczonymi jak David Hilbert czy Hermann Minkowski.

W roku 1909 przeniósł się do Poczdamu gdzie został dyrektorem obserwatorium astrofizycznego. W 1912 roku został członkiem Pruskiej Akademii Nauk.

Sfera zainteresowań naukowych i osiągnięcia[edytuj | edytuj kod]

Jego praca naukowa stanowi istotny wkład w astronomię i astrofizykę:

Badania nad teorią względności[edytuj | edytuj kod]

Od innych astronomów różnił się tym, że był także doskonałym matematykiem. Od lat interesowała go geometrią wszechświata. Zaraz po uzyskaniu doktoratu opublikował artykuł zatytułowany: "O dopuszczalnym zakrzywieniu wszechświata". Zamieścił tam propozycje możliwej geometrii wszechświata i zasugerował kilka przypuszczalnych rodzajów zakrzywienia. Potem w 1914 roku próbował zaobserwować grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni, przewidywane przez Einsteina w jego pracy z roku 1911, jednak bez powodzenia.

Jako naukowiec mógł uniknąć służby wojskowej, rozpoczęła się jednak I wojna światowa. Został powołany do wojska i wysłany do jednostki artyleryjskiej, aby prowadził badania trajektorii pocisków dalekiego zasięgu. Podczas służby wojskowej nabawił się rzadko spotykanej choroby skórnej – pęcherzycy.

Pomimo złego stanu zdrowia, złej pogody i wojny pracował nad teorią Einsteina. W grudniu 1915 roku znalazł rozwiązania równań. W swoim pierwszym artykule opisał rozwiązanie "zewnętrzne" dla masy punktowej w pustej przestrzeni. Pozwalało to wyznaczyć zakrzywienie przestrzeni w pobliżu masy punktowej. Nadal jest to jedno z najważniejszych rozwiązań wynikających z teorii Einsteina i przez wiele lat później jedyne znane rozwiązanie. Schwarzschild wyniki swojej pracy przesłał do Einsteina do Berlina. 9 stycznia 1916 roku Einstein odpowiedział:

"Przeczytałem Pana artykuł z ogromnym zainteresowaniem. Nie spodziewałem się, że można otrzymać dokładne rozwiązanie tego problemu w tak prosty sposób".

Kilka dni później Einstein przedstawił to rozwiązanie Pruskiej Akademii.

Schwarzschild jednak na tym nie skończył. W pierwszym artykule przedstawił rozwiązanie przestrzeni wokół cząstki punktowej. Następnie przystąpił do rozważań na ciałem kulistym i wyznaczył zakrzywienie w punkcie położonym wewnątrz ciała, znane jako rozwiązanie "wewnętrzne". To rozwiązanie ma zastosowanie na przykład do wnętrza gwiazdy. W lutym 1916 roku przesłał Einsteinowi drugie rozwiązanie.

Próbował nadal pracować nad tą teorią, lecz stan jego zdrowia pogorszył się i dwa miesiące później, 11 maja 1916 roku, Schwarzschild zmarł.

Rozwiązanie Schwarzschilda było niezwykłe i pod wieloma względami kłopotliwe. Trudność stanowiła tak zwana "osobliwość". To znaczy obszar, w którym teoria przestaje mieć zastosowanie, inaczej mówiąc – takie miejsce, w którym rozwiązanie dąży do nieskończoności. Wiele teorii posiada takie punkty osobliwe, zwykle jednak dotyczą one jakiegoś punktu początkowego. Na przykład w polu elektrycznym osobliwość występuje w pobliżu ładunku punktowego. W punkcie początkowym, czyli w miejscu, w którym znajduje się ładunek punktowy, natężenie pola elektrycznego zmierzało do nieskończoności. Podobna sytuacja ma miejsce w newtonowskiej teorii grawitacji. Można więc było spodziewać się czegoś podobnego i w teorii Einsteina.

Ogólna teoria względności
G_{\mu \nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = {8\pi G\over c^4} T_{\mu \nu}\,
Równanie Einsteina
Wstęp
Aparat matematyczny

Wkład naukowy Schwarzschilda[edytuj | edytuj kod]

Schwarzschild wykazał, że w teorii Einsteina osobliwość powstaje w miejscu, w którym znajduje się masa punktowa i rozciąga się jeszcze dalej, na obszar o niewielkim promieniu, którego wielkość zależy od rozpatrywanej masy punktowej. Opatrzył swe rozwiązanie komentarzem, lecz nie spróbował go wyjaśniać. W drugim artykule, w którym podał rozwiązanie wewnętrzne, obliczył promień, w którym owa osobliwość w przypadku Słońca się zaczyna, otrzymując wartość 3 kilometrów. Promień ten obecnie nazywa się promieniem grawitacyjnym.

Ta osobliwość oczywiście niepokoiła Schwarzschilda, ponieważ oznaczała, iż wewnątrz obszaru o promieniu grawitacyjnym nie można było uzyskać prawidłowego rozwiązania. Obszar wewnątrz tego promienia wydawał się całkowicie odcięty od zewnętrznego świata. Schwarzschild wykazał, że statyczna kula o równomiernej gęstości nie dozna skurczenia, które mogłoby spowodować jej zapadnięcie się do tego obszaru, ponieważ ciśnienie w jej wnętrzu wzrosłoby do nieskończoności przed osiągnięciem wielkości równej promieniowi grawitacyjnemu. Wydawało się więc, że obszar wewnątrz promienia grawitacyjnego był nieosiągalny i można go ignorować. W dalszym ciągu jednak było to zagadkowe. Dlaczego w środku zakrzywionej przestrzeni miałaby istnieć jakaś "dziura"?

Bardziej wnikliwe spojrzenie na tę 'dziurę' zawdzięczamy 30-letniemu holenderskiemu studentowi, Johannesowi Droste'owi, który pracował nad doktoratem pod kierunkiem Hendrika A. Lorentza. Droste niezależnie od Schwarzschilda otrzymał to samo rozwiązanie zewnętrzne. Poszedł jednak dalej i badał trajektorie cząstek i promieni świetlnych w przestrzeni wokół centralnie umieszczonej masy. Zauważył, że promienie świetlne w silnie zakrzywionej przestrzeni ulegałyby bardzo znacznemu odchyleniu, a w odległości równej 1,5 promienia grawitacyjnego (promień dziury) biegłyby po kołowych orbitach. Jeszcze bardziej interesujący był fakt, że cząstki spadając na centralną masę nigdy nie osiągnęłyby promienia grawitacyjnego (zgodnie ze spostrzeżeniem obserwatora zewnętrznego). Takie cząstki coraz bardziej zbliżałyby się do tego obszaru, ale nawet po nieskończenie długim czasie nie mogłyby do niego dotrzeć. Dla Drosta znaczyło to, że dziura w środku obszaru była nieosiągalna. Nie ma sposobu, aby do niej dotrzeć, dlatego nie należy się nią martwić.

Przypisy

  1. Karl Schwarzschild (ang.). britannica.com. [dostęp 2010-03-02].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]