plads

Hvordan ser et sort hul ud? Hvad vil du se?

Universet ødelægger noget anderledes. Hvis du forsøger at holde vejret i rummet, vil dine lunger eksplodere; hvis i stedet du trækker vejret i hvert luftmolekyle, mister du bevidstheden. På nogle steder fryser du og har mistet din krops sidste varme. i andre vil det være så varmt, at atomerne i din krop bliver til plasma. Men på alle måder, hvor universet slipper af objekter, er det mest fascinerende at sende ham til et sort hul.

Hvad går ud over begivenhedernes horisont?

Ifølge vores tyngdeorientering - Einsteins generelle relativitetsteori - fastlægges et sort huls egenskaber af tre ting. nemlig:

  • vægt, eller den samlede mængde stof og den tilsvarende mængde energi (ifølge formlen E = mc2), der går til dannelsen og væksten af ​​et sort hul til dets aktuelle tilstand.
  • opkræve, eller den samlede elektriske ladning, der findes i et sort hul fra alle positivt og negativt ladede genstande, der er faldet i et sort hul i hele dets historie.
  • Vinkelmoment (øjeblik), eller spin, hvilket er et mål for den samlede mængde rotationsbevægelse, som et sort hul har af sin art.
  • I virkeligheden er alle de sorte huller, der er fysiskeeksistere i vores univers, skal have store masser, en betydelig mængde vinkelmoment og ubetydelige afgifter. Dette gør situationen ekstremt kompliceret.

    Når vi normalt præsenterer et sort hul, viForestil dig en simpel version af den, som kun beskrives af dens masse. Det har en hændelseshorisont omkring et enkelt punkt og et område omkring dette punkt, ud over hvilket lyset ikke kan gå ud. Dette område er fuldstændigt sfærisk og har et grænseafskærende område, hvorfra lys kan flygte og som ikke kan: hændelseshorisonten. Hændelseshorisonten er placeret i en vis afstand (Schwarzschild radius) fra singulariteten i alle retninger samtidigt.

    Dette er en forenklet version af et realistisk sort hul, men et godt sted at begynde at tænke på fysik, der foregår på to forskellige steder: ud over begivenhedshorisonten og inden for begivenhederne.

    Udover arrangementshorisonten fører tyngdekraftendig selv som du normalt forventer. Rummet er bøjet i nærvær af masse, hvilket får alle objekter i universet til at opleve acceleration i retning af den centrale singularitet. Hvis du var i stor afstand fra det sorte hul i ro og fik objektet til at falde ind i det, hvad ville du se?

    Forudsat at du formåede at gemmeStillheden, du vil se, hvordan den faldende genstand langsomt accelererer fra dig til dette sorte hul. Det vil accelerere til hændelsens horisont, hvorefter noget mærkeligt vil ske. Du vil opdage, at det sænker, falmer og bliver rødder. Men han vil ikke forsvinde helt. Han kommer kun tættere på dette: Det bliver svagt, rødt og sværere at opdage. Du kan altid se det, hvis du ser tæt nok ud.

    Lad os nu forestille os det samme scenario, men denne gang forestiller vi, at du er selve objektet, der falder ind i et sort hul. Erfaringerne med hvad der sker, vil være helt anderledes.

    Event horizon vil blive større megethurtigere end du havde forventet, da krumningen i rummet bliver stærkere. Omkring arrangementshorisonten er rummet så buet, at du vil se et væld af billeder af universet, som ligger udenfor, som om det blev reflekteret og vendt om.

    Og så snart du krydser arrangementshorisonten, så er duIkke kun kan du stadig se det ydre univers, men også en del af universet indenfor arrangementshorisonten. I de sidste øjeblikke vil rummet se helt fladt ud.

    Hvad er der i et sort hul?

    Fysikken af ​​alt dette er kompliceret, men beregningerne er smukkeAndrew Hamilton fra University of Colorado, i en række værker fra slutningen af ​​2000'erne - begyndelsen af ​​2010'erne, er enkel og elegant. Hamilton skabte også en række imponerende visualiseringer af, hvad du ser, der falder ind i et sort hul baseret på disse beregninger.

    Efter at have studeret disse resultater kan vi udtrække et talkonklusioner, hvoraf mange er ulogiske. For at forsøge at forstå dem, skal du ændre måden rummet er repræsenteret på. Normalt tænker vi på ham som et fast væv, og vi mener, at observatøren er et sted "gå ned". Men indenfor arrangementshorisonten er du altid på farten. Rummet bevæger sig - som en tredemølle - kontinuerligt og bevæger sig i sig selv til singulariteten.

    Og det bevæger alt så hurtigt, at selvom duaccelerere lige fra singulariteten med uendelig magt, vil du stadig falde til midten. Objekter, der er uden for begivenhedshorisonten, sender dig stadig lys fra alle retninger, men du kan kun se en del af objekterne fra arrangementshorisonten.

    Linjen der definerer grænsen mellem hvadEnhver observatør kan se det, matematisk beskrevet af en cardioid, hvor komponenten med den største radius berører arrangementshorisonten, og komponenten af ​​den mindste radius er i en singularitet. Det betyder, at singulariteten, selv om det er et punkt, ikke nødvendigvis forbinder alt, der går ind i det, med alt andet. Hvis du og jeg falder ind i arrangementshorisonten fra forskellige sider på samme tid, vil vi aldrig se lyset af hinanden, efter at arrangementshorisonten krydser.

    Årsagen til dette bevæges konstantselve universets stof. Inden for arrangementshorisonten bevæger rummet sig hurtigere end lys, så intet kan undslippe fra et sort hul. Det er grunden til at have kommet ind i et sort hul, begynder du at se mærkelige ting som flere billeder af samme genstand.

    Man kan forstå dette ved at stille spørgsmålet: Hvor er singulariteten?

    Fra indersiden af ​​den sorte hulshændelseshorisont, hvorretning du ville flytte, du ender med singulariteten selv. Derfor forekommer singulariteten mærkeligt nok i alle retninger. Hvis dine fødder peger i retning af acceleration, vil du se dem foran dig, men også over dig. Alt dette er let beregnet, men ekstremt ulogisk. Og det er kun for en forenklet sag: et ikke-roterende sort hul.

    Og lad os nu komme til det fysisk interessante.lejlighed: når et sort hul roterer Sorte huller skylder deres oprindelse i materielle systemer - som stjerner - der altid roterer på et eller andet niveau. I vores univers (og i den generelle relativitetsteori) er vinkelmomentet den absolutte konkluderede værdi for ethvert lukket system; Der er ingen måde at slippe af med det. Når et aggregat af materiel kollapser til en radius, der er mindre end hændelseshorisontens radius, er vinkelmomentet indeholdt i det, ligesom massen.

    Den løsning, vi har her, vil være megetkompliceret. Einstein præsenterede den generelle relativitetsteori i 1915, og Karl Schwarzschild modtog en løsning på et ikke-roterende sort hul et par måneder senere i begyndelsen af ​​1916. Men det næste skridt i at modellere dette problem på en mere realistisk måde - når det sorte hul har vinklede øjeblikke og ikke kun masse - blev først taget i 1963, da Roy Kerr fandt den nøjagtige løsning i 1963.

    Der er flere grundlæggende og vigtige forskelle mellem den mere naive og enkle Schwarzschild-løsning og den mere realistiske og komplekse Kerr-løsning. Blandt dem er:

    • I stedet for en enkelt beslutning om, hvor arrangementshorisonten er placeret, har et roterende sort hul to matematiske løsninger: den interne og eksterne hændelseshorisont.
    • Ud over selv den ydre horisont af begivenhederder er et sted kendt som ergosfæren, hvor rummet selv bevæger sig med en omdrejningshastighed svarende til lysets hastighed, og partikler i den oplever enorme accelerationer.
    • Der er et maksimalt tilladeligt forholdvinkelmoment til masse; hvis impulsen er for stærk, vil det sorte hul udstråle denne energi (ved hjælp af gravitationsstråling), indtil den falder til grænsen.
    • Og det mest interessante: singulariteten i midten af ​​et sort hul er ikke længere et punkt, men en endimensionel ring, hvis radius bestemmes af det sorte huls masse og vinkelmoment.

    </ p>

    Givet alt dette, hvad sker der, når dufalde i et sort hul? Ja, det samme sker, hvis du falder i et ikke-roterende sort hul, bortset fra at hele rummet ikke opfører sig som om det falder i retning af den centrale singularitet. I stedet opfører rummet sig også som om det bevæger sig langs omdrejningsretningen, som en spindingstragt. Jo større forholdet mellem vinkelmoment og masse er, desto hurtigere roterer det.

    Det betyder, hvis du ser noget falder indsort hul, vil du se, at det bliver mere kedeligt og rødt, men også smurt ind i en ring eller disk i omdrejningsretningen. Hvis du falder i et sort hul, bliver du snoet som på en karrusel, som tiltrækker dig til midten. Og når du når singulariteten, bliver det en ring; Forskellige dele af din krop vil mødes med en singularitet - på den indre ergosurface af det sorte Kerr-hul - i forskellige rumlige koordinater. Du vil gradvist ophøre med at se andre dele af din egen krop.

    Det vigtigste, du skal forstå fra detteAlt er, at stoffet i rummet selv er i bevægelse, og hændelseshorisonten er defineret som et sted, hvor selvom du bevæger dig ved lysets hastighed, uanset hvilken retning du vælger, vil du uundgåeligt støde på en singularitet.

    Andrew Hamilton's visualiseringer er de bedste ogDe mest nøjagtige modeller af hvad der sker, når du falder i et sort hul, og så ulogisk, at de skal ses igen og igen, indtil du begynder at forstå noget (du starter virkelig ikke). Det er uhyggeligt og smukt, og hvis du er eventyrlystne nok til at flyve ind i et sort hul og krydse arrangementshorisonten, vil det være det sidste du nogensinde har set.

    Vil du prøve? Fortæl os i vores chat i Telegram.