Svemir uništava nešto na različite načine. Ako pokušate zadržati dah u prostoru, pluća će vam eksplodirati; ako umjesto toga udahnete svaku molekulu zraka, izgubit ćete svijest. Na nekim će se mjestima smrznuti, izgubivši posljednju tjelesnu toplinu; drugima će biti toliko vruće da će se atomi u vašem tijelu pretvoriti u plazmu. No, od svih načina na koje se svemir riješi predmeta, najsretnije je poslati ga u crnu rupu.
Što je iza horizonta događaja?
Prema našoj teoriji gravitacije - Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti - svojstva crne rupe određuju tri stvari. Naime:
- Masa, odnosno ukupna količina materije i ekvivalentna količina energije (prema formuli E = mc2), koje idu u stvaranje i rast crne rupe do njenog trenutnog stanja.
- Punjenje, odnosno ukupni električni naboj koji postoji u crnoj rupi od svih pozitivno i negativno nabijenih objekata koji su pali u crnu rupu u čitavoj povijesti njezina života.
- Kutni zamah (moment), ili centrifuga, što je mjera ukupne količine rotacijskog gibanja koje crna priroda ima po prirodi.
U stvarnosti, sve crne rupe koje fizički postoje u našem svemiru moraju imati velike mase, značajne količine zamaha zamaha i zanemarive naboje. To situaciju izuzetno otežava.
Kad obično zamišljamo crnu rupu, zamišljamo njenu jednostavnu verziju, koju opisuje samo njena masa. Ima horizont događaja koji okružuje jednu točku, i područje koje okružuje tu točku, a iza koje svjetlost ne može ići. To je područje potpuno sferično i ima granicu koja razdvaja područja iz kojih svjetlost može pobjeći i iz kojih ne može: horizont događaja. Horizont događaja nalazi se na određenoj udaljenosti (polumjer Schwarzschilda) od singularnosti u svim smjerovima istovremeno.
Promotivni video:
Ovo je pojednostavljena verzija realistične crne rupe, ali sjajno mjesto za početak razmišljanja o fizici koja se odvija na dva različita mjesta: izvan horizonta događaja i unutar horizonta događaja.
Izvan horizonta događaja, gravitacija se ponaša onako kako to obično očekujete. Prostor se savija u prisutnosti mase, zbog čega se svaki predmet u svemiru ubrzava prema središnjoj singularnosti. Da ste u mirovanju bili na velikoj udaljenosti od crne rupe i pustili da predmet padne u nju, što biste vidjeli?
Pod pretpostavkom da ste uspjeli ostati mirni, vidjet ćete kako padajući objekt polako ubrzava od vas prema ovoj crnoj rupi. Ubrzavat će se prema horizontu događaja, nakon čega će se dogoditi nešto neobično. Činiće vam se da usporava, bledi i postaje sve crveniji. Ali neće potpuno nestati. Samo će mu se približiti: postat će dosadan, crven i teže ga je otkriti. Uvijek ga možete vidjeti ako pogledate dovoljno pomno.
Zamislimo sada isti scenarij, ali ovaj put zamislimo da ste isti objekt koji pada u crnu rupu. Iskustvo će biti potpuno drugačije.
Horizont događaja postat će veći mnogo brže nego što ste očekivali kako zakrivljenost prostora postaje sve jača. Prostor je toliko zakrivljen oko horizonta događaja da ćete vidjeti mnoge slike svemira, koji je izvana, kao da se odražava i preokreće.
Kad jednom pređete horizont događaja, ne samo da ćete moći vidjeti vanjski svemir, već i dio svemira unutar horizonta događaja. U posljednjim trenucima prostor će izgledati potpuno ravan.
Što je u crnoj rupi?
Fizika svega toga je složena, ali proračuni su prilično jednostavni, a najelegantnije je to napravio Andrew Hamilton sa Sveučilišta u Koloradu u nizu radova s kraja 2000-ih i početka 2010-ih. Hamilton je također stvorio niz dojmljivih prikazivanja onoga što ćete vidjeti na temelju tih izračuna kako pada u crnu rupu.
Nakon ispitivanja ovih rezultata možemo izvući niz zaključaka, od kojih su mnogi nelogični. Da biste ih pokušali shvatiti, morate promijeniti način na koji predstavljate prostor. Obično to smatramo nepokretnom tkaninom i mislimo da se promatrač negdje "spušta". Ali unutar horizonta događaja uvijek ste u pokretu. Prostor se kreće - poput trake za trčanje - neprekidno krećući sve u sebi prema jedinstvenosti.
I kreće sve tako brzo da čak i ako ubrzate ravno iz singularnosti s beskonačnom silom, i dalje ćete pasti prema središtu. Objekti izvan horizonta događaja i dalje će vam slati svjetlost iz svih smjerova, ali moći ćete vidjeti samo djelić objekata izvan horizonta događaja.
Linija koja definira granicu između onoga što bilo koji promatrač može matematički opisati kardioidom, gdje komponenta s najvećim polumjerom dodiruje horizont događaja, a komponenta s najmanjim polumjerom je u singularnosti. To znači da singularnost, čak i kao točka, ne mora nužno povezati sve što spada u nju sa svime ostalim. Ako vi i ja padnemo u horizont događaja iz različitih smjerova istovremeno, nikada nećemo vidjeti svjetlost jedno drugoga nakon što se horizont događaja pređe.
Razlog za to je stalno pokretna tkanina samog Svemira. Unutar horizonta događaja prostor se kreće brže od svjetlosti, tako da ništa ne može pobjeći iz crne rupe. Zato kada pogodite crnu rupu, počinjete vidjeti čudne stvari poput više slika istog objekta.
To možete shvatiti postavljanjem pitanja: gdje je singularnost?
Unutar horizonta crne rupe događaja, u kojem god smjeru krenuli, nailazite na samu singularnost. Stoga se neobično pojavljuje singularnost u svim smjerovima. Ako vam noge budu usmjerene u smjeru ubrzanja, vidjet ćete ih pred sobom, ali i iznad vas. Sve je to lako izračunati, iako krajnje nelogično. I to samo za pojednostavljeni slučaj: crna rupa koja se ne rotira.
A sada prijeđimo na fizički zanimljiv slučaj: kad se crna rupa rotira. Crne rupe duguju svoje podrijetlo sustavima materija poput zvijezda - koji se uvijek okreću na nekom nivou. U našem svemiru (i općenito relativnosti), kutni zamah je apsolutna zatvorena količina za bilo koji zatvoreni sustav; ne postoji način da se to riješi. Kad se agregat materije sruši na radijus koji je manji od polumjera horizonta događaja, ugaoni moment zarobljen je unutar njega, baš kao i masa.
Rješenje koje ovdje imamo bit će mnogo složenije. Einstein je 1915. predstavio opću relativnost, a Karl Schwarzschild je rješenje za ne rotaciju crne rupe dobio nekoliko mjeseci kasnije, početkom 1916. No, sljedeći korak modeliranja ovog problema na realističniji način - tamo gdje crna rupa ima ugaoni zamah, a ne samo masu - poduzet je tek 1963., kada je Roy Kerr točno 1963. pronašao točno rješenje.
Postoji nekoliko temeljnih i važnih razlika između Schwarzschildovog naivnijeg i jednostavnijeg rješenja i Kerrovog realističnijeg i složenijeg rješenja. Među njima:
- Umjesto jedne odluke o tome gdje se događa horizont događaja, rotirajuća crna rupa ima dva matematička rješenja: unutarnji i vanjski horizont događaja.
- Iza čak i vanjskog horizonta događaja postoji mjesto poznato kao ergosfera, u kojem se sam prostor kreće brzinom rotacije jednakom brzini svjetlosti, a čestice u njemu doživljavaju ogromna ubrzanja.
- Najveći je dopušteni omjer zamaha momenta i mase; ako je moment previše jak, crna rupa će zračiti tu energiju (putem gravitacijskog zračenja) sve dok ne padne na granicu.
- I ono što je najzanimljivije: singularnost u središtu crne rupe više nije točka, već jednodimenzionalni prsten, čiji se polumjer određuje masom i kutnim zamahom crne rupe.
Imajući sve to na umu, što se događa kad udarite u crnu rupu? Da, to je isto što se događa ako padnete u crnu rupu koja se ne rotira, osim što se sav prostor ne ponaša kao da pada prema središnjoj singularnosti. Umjesto toga, prostor se također ponaša kao da se kreće duž smjera vrtnje, poput vrtložnog lijevka. Što je veći omjer momenta kuta i mase, to se brže okreće.
To znači da ako vidite da nešto pada u crnu rupu, vidjet ćete da postaje gušća i crvenija, ali isto tako razmazana u prsten ili disk u smjeru vrtnje. Ako upadnete u crnu rupu, probudit ćete se poput vrtilja koji vas vuče prema središtu. A kad postignete jedinstvo, bit će to prsten; različiti dijelovi vašeg tijela susreće jedinstvenost - na unutarnjoj ergos površini Kerrove crne rupe - u različitim prostornim koordinatama. Postepeno ćete prestati viđati druge dijelove vlastitog tijela.
Najvažnija stvar koju sve trebate shvatiti je da je tkanina samog prostora u pokretu, a horizont događaja definiran kao mjesto na kojem se, čak i ako se krećete brzinom svjetlosti, u kojem god smjeru odabrali, neminovno će se sudariti. jedinstvenošću.
Vizualizacije Andrewa Hamiltona najbolji su i najtačniji modeli onoga što se dogodi kad padnete u neku crnu rupu i toliko nelogični da ih trebate pregledavati iznova i iznova dok ne počnete nešto razumijevati (zapravo ne započnete). To je jezivo i lijepo, a ako ste dovoljno avanturistični da ikada poletite u crnu rupu i pređete horizont događaja, ovo će biti posljednja stvar koju ste ikada vidjeli.
Ilya Khel