Vesolje nekaj uničuje na različne načine. Če poskušate zadržati dih v prostoru, vam bodo pljuča eksplodirala; če namesto tega vdihnete vsako molekulo zraka, boste izgubili zavest. Ponekod boste zmrznili, izgubili zadnjo telesno toploto; drugim bo tako vroče, da se bodo atomi v vašem telesu spremenili v plazmo. Toda od vseh načinov, kako se vesolje znebi predmetov, je najbolj zabavno poslati ga v črno luknjo.
Kaj je onstran obzorja dogodkov?
Po naši teoriji gravitacije - Einsteinovi splošni teoriji relativnosti - lastnosti črne luknje določajo tri stvari. In sicer:
- Masa ali skupna količina snovi in enakovredna količina energije (po formuli E = mc2), ki gredo v nastanek in rast črne luknje v njeno trenutno stanje.
- Naboj ali celoten električni naboj, ki obstaja v črni luknji od vseh pozitivno in negativno nabitih predmetov, ki so v celotno zgodovino njegovega življenja padli v črno luknjo.
- Kotni zagon (moment) ali vrtenje, ki je merilo celotne količine rotacijskega gibanja, ki ga ima po naravi črna luknja.
V resnici morajo imeti vse črne luknje, ki fizično obstajajo v našem vesolju, velike mase, velike količine kotnega zagona in zanemarljive naboje. Zaradi tega so razmere izredno težke.
Ko si običajno predstavljamo črno luknjo, si predstavljamo preprosto njeno različico, ki jo opisuje le njegova masa. Ima obzorje dogodkov, ki obdaja eno točko, in območje okoli te točke, onkraj katerega svetloba ne more iti. To območje je popolnoma sferično in ima mejo, ki ločuje območja, iz katerih lahko uhaja svetloba in iz katerih ne more: obzorje dogodka. Obzorje dogodkov je na določeni razdalji (polmer Schwarzschilda) od singularnosti v vseh smereh hkrati.
Promocijski video:
To je poenostavljena različica realistične črne luknje, a odličen kraj za začetek razmišljanja o fiziki, ki poteka na dveh različnih mestih: onkraj dogodkovnega obzorja in znotraj obzorja dogodka.
Zunaj obzorja dogodkov se gravitacija obnaša tako, kot bi običajno pričakovali. Prostor se upogne ob prisotnosti mase, zaradi česar se vsak predmet v vesolju pospeši proti osrednji singularnosti. Če bi bili v mirovanju oddaljeni črni luknji in pustili, da bi predmet padel vanjo, kaj bi videli?
Ob predpostavki, da vam je uspelo obdržati mirno, boste videli padajoči predmet počasi pospešeno od vas proti tej črni luknji. Pospešil bo proti obzorju dogodkov, po katerem se bo zgodilo nekaj nenavadnega. Zdelo se vam bo, da upočasni, zbledi in postane bolj rdeč. A ne bo popolnoma izginilo. Le približala se mu bo: postala bo dolgočasna, rdeča in težje jo je zaznati. Vedno ga lahko vidite, če pogledate dovolj natančno.
Zdaj si predstavljajmo isti scenarij, tokrat pa si predstavljajmo, da ste isti objekt, ki pade v črno luknjo. Izkušnja bo povsem drugačna.
Obzorje dogodkov se bo povečalo veliko hitreje, kot ste pričakovali, ko se bo ukrivljenost prostora krepila. Prostor je tako ukrivljen okoli dogodkovnega obzorja, da boste videli številne slike vesolja, ki je od zunaj, kot da bi se odsevalo in obrnilo.
Ko enkrat prestopite obzorje dogodkov, ne boste le še vedno lahko videli zunanjega vesolja, ampak del vesolja znotraj dogodkovnega obzorja. V zadnjih trenutkih bo prostor videti popolnoma ravno.
Kaj je v črni luknji?
Fizika vsega tega je zapletena, vendar so izračuni dokaj enostavni in najbolj elegantno jih je opravil Andrew Hamilton z univerze v Koloradu v seriji prispevkov s konca 2000-ih in začetka 2010-ih. Hamilton je ustvaril tudi vrsto impresivnih upodobitev tega, kar boste videli, da bo padel v črno luknjo na podlagi teh izračunov.
Po preučitvi teh rezultatov lahko sklepamo na številne zaključke, med katerimi je veliko nelogičnih. Da jih poskusite smiselno spremeniti, morate spremeniti način predstavljanja prostora. Običajno to mislimo kot nepremično tkanino in mislimo, da se opazovalec nekje »spusti«. Toda znotraj obzorja dogodkov ste vedno na poti. Vesolje se premika - kot tekalna steza - neprestano in vse v sebi premika v enotnost.
In vse se premika tako hitro, da tudi če pospešite naravnost iz singularnosti z neskončno silo, boste še vedno padli proti središču. Predmeti zunaj obzorja dogodka vam bodo še vedno pošiljali svetlobo iz vseh smeri, vendar boste lahko videli le del predmetov izven obzorja dogodkov.
Črto, ki določa mejo med tem, kar lahko opazi katerikoli opazovalec, matematično opiše kardioid, kjer se komponenta z največjim polmerom dotakne obzorja dogodka in komponenta z najmanjšim polmerom je v singularnosti. To pomeni, da singularnost, tudi kot točka, ne povezuje nujno vsega, kar sodi vanjo, z vsem ostalim. Če bosta ti in jaz istočasno padla v obzorje dogodkov iz različnih smeri, ne bomo nikoli videli luči drug drugega po tem, ko se obzorje dogodkov prečka.
Razlog za to je nenehno gibljiva tkanina samega Vesolja. Znotraj dogodkovnega obzorja se prostor premika hitreje kot svetloba, tako da iz črne luknje ne more uiti nič. Zato, ko zadenete črno luknjo, začnete videti čudne stvari, kot so več slik istega predmeta.
To lahko razumete tako, da postavite vprašanje: kje je singularnost?
Znotraj obzorja dogodkov črne luknje, ne glede na to, v katero smer se premaknete, naletite na samost. Zato se nenavadno pojavlja singularnost v vseh smereh. Če vaše noge kažejo v smeri pospeška, jih boste videli pred seboj, pa tudi nad seboj. Vse to je enostavno izračunati, čeprav izjemno nelogično. In to samo za poenostavljen primer: črno luknjo, ki se ne vrti.
Zdaj pa preidimo na fizično zanimiv primer: ko se črna luknja vrti. Črne luknje dolgujejo svojemu sistemu snovi, podobne zvezdam, ki se vedno vrtijo na neki ravni. V našem vesolju (in na splošno relativnost) je kotni zagon absolutna zaprta količina za kateri koli zaprt sistem; ne more se ga znebiti. Ko se agregat snovi zruši na polmer, ki je manjši od polmera dogodkovnega obzorja, je kotni moment ujet v njem, tako kot masa.
Rešitev, ki jo imamo tukaj, bo veliko bolj zapletena. Einstein je leta 1915 predstavil splošno relativnost, Karl Schwarzschild pa je nekaj mesecev pozneje, v začetku leta 1916, dobil rešitev za ne vrtečo se črno luknjo. Toda naslednji korak pri modeliranju te težave na bolj realističen način - kjer ima črna luknja kotni moment, ne le mase - je bil sprejet šele leta 1963, ko je leta 1963 natančno rešitev našel Roy Kerr.
Obstaja več temeljnih in pomembnih razlik med bolj naivno in preprostejšo rešitev Schwarzschilda in bolj realistično in kompleksno rešitev Kerr. Med njimi:
- Namesto ene same odločitve o tem, kje je obzorje dogodka, ima vrteča se črna luknja dve matematični rešitvi: notranji in zunanji horizont dogodkov.
- Nad celo zunanjim horizontom dogodkov je mesto, znano kot ergosfera, v katerem se sam prostor giblje z rotacijsko hitrostjo, enako hitrosti svetlobe, in delci v njem doživljajo ogromne pospeške.
- Obstaja največje dovoljeno razmerje med kotom in maso; če je zagon močan, bo črna luknja izžarevala to energijo (z gravitacijskim sevanjem), dokler ne pade do meje.
- In kar je najbolj zanimivo: singularnost v središču črne luknje ni več točka, temveč enodimenzionalni obroč, katerega polmer določata masa in kotni zagon črne luknje.
Glede na vse to, kaj se zgodi, ko udariš v črno luknjo? Da, to je isto, kot se zgodi, če padeš v črno luknjo, ki se ne vrti, le da se ves prostor ne obnaša, kot da pada proti osrednji singularnosti. Namesto tega se prostor obnaša tudi, kot da se giblje po smeri vrtenja, kot vrtljiv lijak. Večje kot je razmerje med kotom in maso, hitreje se vrti.
To pomeni, da če vidite, da nekaj pade v črno luknjo, boste videli, da postane bolj bledeče in rdeče, hkrati pa se tudi v smeri vrtenja razmaže v obroč ali disk. Če padete v črno luknjo, se boste zavrteli kot vrtiljak, ki vas potegne proti središču. In ko dosežete singularnost, bo to prstan; različni deli telesa bodo v različnih prostorskih koordinatah srečali posebnost - na notranji ergo površini Kerrove črne luknje. Postopoma boste nehali videti druge dele svojega telesa.
Najpomembnejše, kar morate razumeti iz vsega tega, je, da je tkanina samega prostora v gibanju, obzorje dogodkov pa je opredeljeno kot mesto, v katerem se boste, tudi če se premikate s hitrostjo svetlobe, ne glede na smer, ki jo izberete, neizogibno trčili. s posebnostjo.
Vizualizacije Andrewa Hamiltona so najboljši in najbolj natančni modeli tega, kar se zgodi, ko padeš v črno luknjo, in tako nelogični, da jih je treba gledati vedno znova, dokler nečesa ne začneš razumeti (v resnici ne začneš). Grozno in lepo je, in če ste dovolj avanturistični, da kdaj letete v črno luknjo in prestopite obzorje dogodkov, bo to zadnja stvar, ki ste jo kdaj videli.
Ilya Khel