4.4 Rdzeń: hierarchiczna struktura bardzo gęstego morza filamentów

Strona główna ／ Rozdział 4: Czarne dziury

Rdzeń czarnej dziury nie jest pusty. Znajduje się tam „morze” skrajnie gęstych filamentów, które nieustannie się kotłuje. Wszędzie pojawiają się strefy ścinania i błyskowe punkty rekonfiguracji połączeń. Filamenty raz po raz próbują zwijać się w trwałe układy, lecz rzadko wytrzymują; często ukazują się na moment jako niestabilne cząstki, po czym rozpadają się. Uwolnione zaburzenia tworzą szerokopasmowy szum tła, który dalej miesza ośrodek i podtrzymuje stan „wrzenia”. Ten szum jest jednocześnie bezpośrednim skutkiem wrzenia i paliwem, które je zasila.

I. Obraz podstawowy: gęsta „zupa”, ścinanie i punkty błyskowe

• Gęsta „zupa”: Ekstremalna gęstość sprawia, że przepływ jest zarazem lepki i sprężysty; całość zachowuje się jak ciężka, falująca „zupa”.
• Pasy ścinania: Sąsiadujące cienkie warstwy poruszają się z różnymi prędkościami, tworząc rozległe obszary ścinania. Tu najłatwiej kumuluje się naprężenie i najczęściej dochodzi do przepisywania struktury.
• Punkty błyskowe rekoneksji: W pobliżu stanu krytycznego połączenia między filamentami są błyskawicznie przekładane. Każda rekoneksja uwalnia naprężenie w postaci paczek fal, ciepła lub przepływów w większej skali.

II. Organizacja hierarchiczna: trzy poziomy od mikro do makro

• Mikroskala: odcinki filamentów i małe pętle
  Odcinki mają tendencję do zbijania się i próbują zamykać w drobne zwoje. Przez silną kompresję w rdzeniu i gęste zaburzenia zewnętrzne większość takich prób natychmiast traci stabilność. Zwoje te istnieją krótko jako niestabilne cząstki i następnie się rozpadają.
• Mezoskala: pasma uporządkowane przez ścinanie
  Mikrofale są rozciągane i ustawiane przez ścinanie w jednym kierunku, tworząc pasma. Między pasmami leżą cienkie powierzchnie poślizgu, na których naprężenie wielokrotnie się gromadzi i jest uwalniane.
• Makroskala: jednostki wzmożonego przepływu
  Wiele pasm łączy się w większe jednostki „naporu”. Migrują one powoli, łączą się i rozdzielają, wyznaczając ogólny rytm i podział energii w rdzeniu.

Trzy skale są ze sobą ściśle sprzężone. Nieudane zwoje w mikroskali dostarczają materiału i szumu do mezoskali. Uporządkowane pasma w mezoskali stanowią „szkielet” dla ruchów w makroskali. Z kolei przepływy wsteczne i skurcze w makroskali znów sprężają energię ku mniejszym skalom, domykając obieg.

III. Rola niestabilnych cząstek: powstawanie, rozpad i ponowne wzburzanie

• Ciągłe powstawanie
  Wysoka gęstość i duże naprężenie popychają odcinki ku zwijaniu. Wiele świeżo utworzonych zwojów od razu znajduje się blisko progu wytrzymałości i może istnieć tylko chwilę jako niestabilne cząstki.
• Szybki rozpad
  Zewnętrzna kompresja nadal rośnie, wewnętrzna koordynacja spowalnia przez wysokie naprężenia, a otoczenie wypełniają paczki fal o niezgodnych fazach. Wspólnie czynniki te powodują gwałtowne załamanie zwojów.
• Wstrzykiwanie szumu tła
  Rozpad rozpyla szerokopasmowe, niskoamplitudowe zaburzenia w całym ośrodku. Rdzeń je pochłania i wzmacnia, zamieniając w nowe źródło mieszania.
• Dodatnie sprzężenie zwrotne
  Im więcej niestabilnych cząstek powstaje, tym więcej szumu trafia do tła; im silniejsze tło, tym łatwiej łamią się nowe zwoje. Dzięki temu stan wrzenia podtrzymuje się sam.

Sedno: rdzeń nie jest „bez zwojów”, lecz „zwoje są nieustannie podejmowane i nieustannie zrywane”. Rozpad niestabilnych cząstek nie jest pobocznym hałasem, lecz jednym z głównych paliw utrzymujących wrzenie rdzenia.

IV. Cykl materii: wyciąganie filamentów, przywracanie filamentów i przeorganizowanie

• Wyciąganie filamentów: Lokalne piki naprężeń oraz geometryczna zbieżność wyciągają materiał z morza w bardziej uporządkowane odcinki filamentów.
• Przywracanie filamentów: Odcinki, które przekraczają próg wytrzymałości, rozluźniają się i wracają do bardziej rozproszonego składnika morza.
• Przeorganizowanie: Ścinanie i rekoneksja stale przepisują układy połączeń między filamentami. Pojawiają się nowe kanały, stare się zamykają, a całokształt kształtuje się powoli w czasie.
• Współistnienie dwóch stanów: Zawsze obecne są dwie składowe: względnie wyrównany, koherentny strumień pełniący rolę „szkieletu” oraz nieregularny, szerokopasmowy szum tła działający jak „ciepło”. Wspólnie równoważą się i wyznaczają chwilową plastyczność układu.

V. Bilans energii: magazynowanie, uwalnianie i przenoszenie w zamkniętej pętli

• Magazynowanie: Krzywizna i skręt wiążą naprężenie w geometrii filamentów jako „energię kształtu”. Pasy uporządkowane przez ścinanie działają jak sprężyny — im bardziej rozciągnięte, tym silniej napięte.
• Uwalnianie: Rekoneksja odblokowuje energię kształtu do paczek fal i ciepła. Rozpad nieudanych zwojów również uwalnia energię, zasilając tło.
• Przenoszenie: Energia kursuje między skalami. Małe paczki fal zasilają pasma; wielkoskalowe przepływy wsteczne ponownie wtłaczają energię w mniejsze skale.
• Zamknięta pętla: Magazynowanie, uwalnianie i przenoszenie powtarzają się nieustannie, dzięki czemu rdzeń może pozostawać aktywny bez ciągłej zewnętrznej podaży. Dodatkowy dopływ z zewnątrz może wzmacniać pętlę, lecz nie jest konieczny.

VI. Cechy czasowe: epizodyczność, pamięć i odnowa

• Epizodyczność: Rekoneksja i rozpad nie zachodzą równomiernie, lecz wybuchają seriami.
• Pamięć: Po silnym zdarzeniu poziom szumu tła przez pewien czas pozostaje podwyższony, przez co nowe zwoje łatwiej zawodzą.
• Odnowa: Gdy zewnętrzne zasilanie słabnie, pasy ścinania stopniowo rozluźniają się do niższych naprężeń, a szum opada, choć rzadko schodzi do zera.

VII. Podsumowując

Rdzeń działa jak samopodtrzymujący się „mieszacz”. Filamenty nieustannie próbują się zwijać i równie nieustannie są rozrywane. Pasy ścinania i błyskowe punkty rekoneksji przekazują aktywność między skalami, dzięki czemu naprężenie jest cyklicznie magazynowane, uwalniane i przenoszone. Ciągły rozpad niestabilnych cząstek nieprzerwanie doładowuje szum tła — to zarazem skutek wrzenia i powód, dla którego ono trwa.