Črne luknje so območja vesolja, kjer je v majhni količini toliko mase, da obstaja obzorje dogodkov - območje vesolja, iz katerega ne more ubežati nič, niti svetloba. Vendar to ne pomeni, da črne luknje vpijejo snov. Samo privlačijo jo. Znanstveni urednik Forbes razbija enega od mitov o črnih luknjah.
Črne luknje so območja vesolja, kjer je v majhnem obsegu toliko mase, da obstaja obzorje dogodkov - območje vesolja, iz katerega ne more ubežati nič, niti svetloba. Toda to ne pomeni, da črne luknje vpijejo snov. Samo privlačijo jo.
Črne luknje so morda najbolj čudni in neverjetni predmeti v vesolju. Tam je ogromna masa skoncentrirana v zelo majhnem volumnu in črne luknje se neizogibno sesedejo v stanje singularnosti, obkrožene z obzorji dogodkov, preko katerih nič ne more. To so najgostejši predmeti v vesolju. Ko se jim kaj preveč približa, jo sile črne luknje raztrgajo. Ko snov, antimaterija ali sevanje prestopijo obzorje dogodkov, preprosto padejo v središče črne luknje, jo povečajo in povečajo njeno maso.
Te lastnosti črnih lukenj obstajajo in vse je res. Toda s tem je povezana ena ideja, ki je absolutna fikcija: da črne luknje vpijejo zadevo okoli sebe. To je zelo daleč od resnice in gre za popolno izkrivljanje slike gravitacije. Največji mit o črnih luknjah je, da sesajo snov. In tu je znanstvena resnica.
Črna luknja se načeloma in v praksi lahko oblikuje na različne načine. Velika, masivna zvezda lahko gre za supernovo, katere osrednje jedro se poruši in tvori črno luknjo. Vidite lahko, kako se dve nevtronski zvezdi združita in če presežeta določen masni prag, je rezultat nova črna luknja. Ali se ogromna kopica snovi (supermasivna zvezda ali velikanski oblak krčenja plina) zruši in neposredno spremeni v črno luknjo.
Če je v dovolj koncentrirani prostornini prostora dovolj mase, se okoli nje oblikuje horizont dogodkov. Ko smo zunaj obzorja dogodkov, se lahko odmaknemo od njega, če se s svetlobno hitrostjo oddaljimo od črne luknje. Če pa smo znotraj obzorja dogodkov, nas bo tudi pri svetlobni hitrosti, ki je meja kozmične hitrosti, katera koli pot gibanja še vedno vodila do središča črne luknje, to je do singularnosti. Preprosto je nemogoče pobegniti iz črne luknje, medtem ko je znotraj obzorja dogodkov.
Toda predmeti zunaj črne luknje imajo tudi veliko težav. Črne luknje so tako velike, da če se jim približamo, začnemo doživljati velike plimovalne sile. Te plimovalne sile so vam morda znane, če veste, kaj je luna in kako deluje z zemljo.
Seveda lahko Luno in Zemljo obravnavamo kot materialni točki, ki sta med seboj oddaljeni na razmeroma veliki razdalji 380 tisoč kilometrov. Toda v resnici Zemlja ni točka, ampak objekt, ki zavzame določeno in povsem realno prostornino. Nekatera področja Zemlje so bližje Luni kot druga. Tisti, ki so bližje, imajo težnostno silo več kot povprečno. Tisti, ki so bolj oddaljeni, imajo manj kot povprečno težo.
Promocijski video:
Toda poleg razlike v razdalji obstajajo še druge značilnosti. Kot vsi fizični predmeti je tudi Zemlja tridimenzionalna. To pomeni, da se "vrh" in "dno" Zemlje (gledano z Lune) povlečeta navznoter, proti njenemu središču glede na tiste dele, ki so na sredini.
Če odštejemo povprečno silo, ki obstaja na kateri koli točki Zemlje, bomo videli, da so različne točke na površini na različne načine izpostavljene zunanjim silam z Lune. Linije teh sil tvorijo relativne sile, ki delujejo na objekt, in razložijo, zakaj se objekt pod vplivom plimovanja potegne k sebi in stisne pravokotno na smer te sile.
Bolj ko se približamo masivnemu predmetu, večje so plimovalne sile. Rastejo celo hitreje kot gravitacija! Ker imajo črne luknje ogromno maso, vendar so zelo kompaktne, ustvarjajo najmočnejše plimovalne sile v vesolju. Iz tega razloga, ko se približujemo črni luknji, se vedno bolj raztezamo in postajamo kot tanki špageti.
Na podlagi tega je zelo enostavno razumeti, zakaj nas lahko črna luknja posrka vase. Bolj ko se mu približujemo, močnejša je gravitacija in bolj nas plimska sila začne raztezati in trgati.
Vendar je mnenje, da se lahko vpijemo v črno luknjo, napačno. Vsak delec, ki tvori objekt, ki je pod vplivom črne luknje, še vedno upošteva dobro znane fizikalne zakone, vključno s pravilom ukrivljenosti prostora-časa iz splošne relativnosti.
Da, zaradi prisotnosti mase se vesoljska tkanina upogne in črna luknja je največje kopičenje mase v vesolju. Res pa je tudi, da gostota te mase nikakor ne vpliva na ukrivljenost prostora. Če namesto Sonca namestimo belega pritlikavca, nevtronsko zvezdo ali črno luknjo z enako maso, se sila gravitacijskega vpliva na Zemljo ne bo spremenila. Prostor okoli nas je ukrivljen s celotno maso kot celoto, gostota pa praktično nima nič skupnega.
Od daleč je črna luknja kot katera koli druga masa v vesolju. Če pa se mu približamo na najmanjši razdalji več polmerov Schwarzschildove krogle, začnemo opažati odstopanja od Newtonove gravitacije. Vendar črna luknja še vedno deluje preprosto kot težišče in predmeti, ki se ji približujejo, krožijo v običajni orbiti: krog, elipsa, parabola ali hiperbola z zelo dobrim približkom.
Plimske sile lahko povzročijo, da se približujoči se predmeti raztegnejo in razbijejo. In ko se okoli črne luknje kopiči snov v obliki prirastnega diska, lahko nastanejo dodatne posledice, kot so magnetna polja, trenje in ogrevanje. Zaradi tega dodatnega vpliva se bo nekaj snovi upočasnilo in črna luknja bo pogoltnila, večina pa bo še vedno ostala zunaj.
Dejstvo ostaja, da črne luknje ne sesajo ničesar. Vsi drugi navadni predmeti (lune, planeti, zvezde) imajo enake sile kot črna luknja. Kakorkoli že, vse je samo gravitacija. Največja razlika je v tem, da so črne luknje gostejše od večine predmetov, v vesolju zavzamejo veliko manj prostora in so lahko veliko bolj masivne kot kateri koli drugi predmeti. Saturn po svoji orbiti tiho leti okoli Sonca, če pa namesto Sonca v središče Rimske ceste postavimo črno luknjo, katere masa je štiri milijone večja od mase naše zvezde, bodo plimovalne sile razbile Saturn in ga spremenile v velikanski obroč, ki bo postal sestavni del prirastnega diska ta ista črna luknja. In če je v prisotnosti gravitacije, ki jo ustvarja snov, dovolj trenja, ogrevanja in pospeševanja,električno in magnetno polje, nato pa bo sčasoma padlo navznoter in ga pogoltnilo.
Zdi se samo, da črne luknje absorbirajo snov, ker so zelo masivne, plimovalne sile in snov, ki se naberejo okoli črne luknje, pa lahko raztrgajo zunanje predmete na koščke, nato pa bo del takega predmeta pod vplivom vlečne sile znotraj akrecijskega diska in sčasoma in znotraj same črne luknje. Toda črna luknja je zelo izmišljena in velika večina snovi, ki gre blizu nje, se v takšni ali drugačni obliki izpljune nazaj. In le majhen delček pade znotraj obzorja dogodkov, zaradi česar črna luknja postopoma raste.
Če vso maso v vesolju nadomestimo s črno luknjo z ustrezno maso in nato odstranimo vse, kar ustvarja trenje, recimo prirastne diske, potem bo črna luknja sesala zelo malo. Delci bodo podvrženi trenju samo zaradi sevanja gravitacijskih valov, ki gredo skozi ukrivljeni vesoljni čas, ki ga ustvarja črna luknja. Po Einsteinovi teoriji se znotraj absorbira le tista snov, ki je znotraj in v samem središču stabilne ciklične orbite. To je zanemarljivo v primerjavi s tem, kar spada v obzorje dogodkov v naši fizični resničnosti.
Posledično imamo samo gravitacijsko silo in ukrivljen prostor-čas, ki izhajata iz prisotnosti teh mas. Ideja, da črne luknje nekaj posrkajo, je največji mit. Povečujejo se zaradi gravitacije in nič drugega. Toda v vesolju je to več kot dovolj.
Ethan Siegel