4.4 Ядро: ієрархічна структура надщільного моря філаментів

Головна ／ Розділ 4: Чорні діри

Ядро чорної діри не порожнє. Там вируватиме «море» надзвичайно щільних філаментів, яке безупинно кипить і перемішується. Усюди виникають зони зсуву та спалахи, що спричинені повторним з’єднанням. Філаменти раз у раз намагаються згорнутися у стійкі форми, але рідко зберігаються надовго; зазвичай вони на мить постають як нестійкі частинки й швидко розпадаються. Під час розпаду вивільняються широкосмугові фонові збурення, які знову збуджують середовище та підтримують «кипіння» ядра. Ці збурення водночас є прямим наслідком кипіння і його паливом.

I. Базова картина: густа «юшка», зсув і спалахи

• Густа «юшка»: Через екстремальну щільність потік поєднує в’язкість і пружність; усе середовище здається важким і хвилястим, мов «густа юшка».
• Зсувні пояси: Сусідні тонкі шари рухаються з різними швидкостями та формують протяжні зони зсуву. Тут найшвидше накопичується напруження і найчастіше переписується структура.
• Спалахи повторного з’єднання: Поблизу критичних умов зв’язки між філаментами миттєво перенаправляються. Кожне повторне з’єднання перетворює локальне напруження на пакети хвиль, тепло або потоки більшого масштабу.

II. Ієрархічна організація: три рівні від мікро до макро

• Мікромасштаб: сегменти філаментів і малі кільця
  Сегменти збираються разом і намагаються замкнутися у крихітні згортування. Через сильне стискання в ядрі та щільні зовнішні збурення більшість таких спроб одразу стає нестійкою. Такі згортування існують недовго як нестійкі частинки та далі розпадаються.
• Мезомасштаб: пояси, вирівняні зсувом
  Мікрохвилювання розтягуються зсувом в одному напрямку і вишикуються у пояси. Між поясами лежать тонкі ковзні поверхні, на яких напруження багаторазово накопичується і вивільняється.
• Макромасштаб: рушійні осередки
  Кілька поясів зливаються у великі осередки напливу. Вони повільно мігрують, з’єднуються й розділяються, задаючи загальний ритм та розподіл енергії в ядрі.

Три рівні діють узгоджено. Невдалі згортування на мікрорівні постачають матеріал і шум мезорівню. Упорядковані пояси на мезорівні стають «каркасом» для напливів на макрорівні. Водночас зворотні течії та стискання на макрорівні знову втискають енергію у малі масштаби, замикаючи цикл.

III. Роль нестійких частинок: поява, розпад і повторне збурення

• Безперервна поява
  Висока щільність і велике напруження постійно штовхають сегменти до згортування. Багато новоутворених згортувань одразу опиняються біля свого порога стійкості та існують лише мить як нестійкі частинки.
• Швидкий розпад
  Зовнішнє стискання зростає, внутрішня узгодженість сповільнюється через високе напруження, а довкола повно хвильових пакетів не у фазі. Разом ці чинники спричиняють швидкий колапс згортувань.
• Ін’єкція фонового шуму
  Розпад розсіює широкосмугові збурення малої амплітуди по всьому середовищу. Ядро поглинає й підсилює їх, перетворюючи на нове джерело перемішування.
• Позитивний зворотний зв’язок
  Що більше виникає нестійких частинок, то більше шуму надходить у фон; що сильніший фон, то легше руйнуються нові згортування. Так кипіння підтримує себе саме.

Ключова думка: ядро не «позбавлене згортувань», радше «згортування постійно пробуються і постійно розбиваються». Розпад нестійких частинок — не другорядний шум, а одне з головних палив тривалого кипіння.

IV. Цикл речовини: витягування філаментів, повернення філаментів і перевпорядкування

• Витягування філаментів: Локальні піки напруження та геометрична збіжність витягають матеріал із моря у впорядкованіші сегменти філаментів.
• Повернення філаментів: Сегменти, що перевищили межу витривалості, розслабляються і повертаються до більш розсіяної компоненти моря.
• Перевпорядкування: Зсув і повторне з’єднання безупинно змінюють схеми зв’язків між філаментами. Нові канали відкриваються, старі закриваються, а загальна форма повільно зсувається з часом.
• Співіснування двох станів: Завжди присутні дві складові: відносно вирівняний, когерентний потік, що виконує роль «каркаса», і нерегулярний, широкосмуговий фоновий шум, який працює як «тепло». Разом вони урівноважують одне одного та визначають миттєву пластичність системи.

V. Баланс енергії: накопичення, вивільнення і перенесення в замкненій петлі

• Накопичення: Кривина і закручування фіксують напруження в геометрії філаментів як «енергію форми». Пояси, вирівняні зсувом, поводяться як пружини: що сильніше їх розтягнути, то тугішими вони стають.
• Вивільнення: Повторне з’єднання розблоковує енергію форми й переводить її в хвильові пакети та тепло. Розпад невдалих згортувань також вивільняє енергію й підживлює фон.
• Перенесення: Енергія маятником ходить між масштабами. Дрібні хвильові пакети живлять пояси; великомасштабні зворотні течії знову втискають енергію до малих масштабів.
• Замкнена петля: Накопичення, вивільнення і перенесення повторюються, тож ядро зберігає активність без постійного зовнішнього підживлення. Зовнішній потік може посилювати цикл, але не є необхідним.

VI. Часові риси: переривчастість, пам’ять і відновлення

• Переривчастість: Повторне з’єднання та розпад не відбуваються рівномірно, а спалахують «пакетами».
• Пам’ять: Після інтенсивної події рівень фонового шуму певний час залишається підвищеним, тому нові згортування легше зазнають невдачі.
• Відновлення: Коли зовнішнє підживлення слабшає, пояси зсуву поступово розслабляються до нижчих напружень, а шум спадає, хоча рідко зникає зовсім.

VII. Підсумовуючи

Ядро працює як самопідтримуваний «змішувач». Філаменти безупинно намагаються згорнутися і так само безупинно розбираються. Пояси зсуву та спалахи повторного з’єднання передають активність між масштабами, завдяки чому напруження циклічно накопичується, вивільняється та переноситься. Безперервний розпад нестійких частинок невпинно підживлює фоновий шум — це і наслідок кипіння, і причина його тривалості.