Τι μοιάζει με μια μαύρη τρύπα; Τι θα δείτε;

Το Σύμπαν καταστρέφει κάτι διαφορετικό. Αν προσπαθήσετε να κρατήσετε την αναπνοή σας στο διάστημα, οι πνεύμονές σας θα εκραγούν. Αν αντ 'αυτού αναπνέετε κάθε μόριο αέρα, χάνετε συνείδηση. Σε μερικά σημεία θα παγώσετε, έχοντας χάσει την τελευταία ζέστη του σώματός σας. σε άλλα θα είναι τόσο ζεστό που τα άτομα του σώματός σας θα μετατραπούν σε πλάσμα. Αλλά από όλους τους τρόπους με τους οποίους το σύμπαν απαλλάσσεται από αντικείμενα, το πιο συναρπαστικό είναι να τον στείλετε σε μια μαύρη τρύπα.

Τι είναι πέρα ​​από τον ορίζοντα των γεγονότων;

Σύμφωνα με τη θεωρία της βαρύτητας - τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν - οι ιδιότητες μιας μαύρης τρύπας καθορίζονται από τρία πράγματα. Δηλαδή:

Μάζα, ή η συνολική ποσότητα ύλης και η ισοδύναμη ποσότητα ενέργειας (σύμφωνα με τον τύπο Ε = mc2), που πηγαίνουν στο σχηματισμό και την ανάπτυξη μιας μαύρης οπής στην τρέχουσα κατάσταση.

Φόρτιση, ή το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο που υπάρχει σε μια μαύρη τρύπα από όλα τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα αντικείμενα που έχουν πέσει σε μια μαύρη τρύπα σε ολόκληρη την ιστορία της ζωής του.

Γωνιακή ορμή (στιγμή), ή spin, το οποίο είναι ένα μέτρο της συνολικής ποσότητας περιστροφικής κίνησης που μια μαύρη τρύπα έχει από τη φύση της.

Στην πραγματικότητα, όλες οι μαύρες τρύπες που είναι φυσικάυπάρχουν στο σύμπαν μας, πρέπει να έχουν μεγάλες μάζες, μια σημαντική ποσότητα γωνιακής ορμής και ασήμαντες χρεώσεις. Αυτό καθιστά την κατάσταση πολύ περίπλοκη.

Όταν παρουσιάζουμε συνήθως μια μαύρη τρύπα, εμείςΦανταστείτε μια απλή εκδοχή της, η οποία περιγράφεται μόνο από τη μάζα της. Έχει έναν ορίζοντα γεγονότος που περιβάλλει ένα μόνο σημείο και μια περιοχή γύρω από αυτό το σημείο, πέρα ​​από την οποία το φως δεν μπορεί να βγει. Αυτή η περιοχή είναι εντελώς σφαιρική και έχει ένα σύνορο που χωρίζει περιοχές από τις οποίες μπορεί να διαφύγει το φως και που δεν μπορεί: ο ορίζοντας συμβάντος. Ο ορίζοντας συμβάντος βρίσκεται σε μια ορισμένη απόσταση (ακτίνα Schwarzschild) από τη μοναδικότητα προς όλες τις κατευθύνσεις ταυτόχρονα.

Πρόκειται για μια απλοποιημένη έκδοση μιας ρεαλιστικής μαύρης τρύπας, αλλά ένα εξαιρετικό μέρος για να αρχίσουμε να σκεφτόμαστε τη φυσική, που λαμβάνει χώρα σε δύο διαφορετικά μέρη: πέρα ​​από τον ορίζοντα των γεγονότων και μέσα στον ορίζοντα των γεγονότων.

Πέρα από τον ορίζοντα συμβάντων, η βαρύτητα οδηγείτον εαυτό σας όπως συνήθως περιμένετε. Ο χώρος είναι λυγισμένος παρουσία μάζας, που προκαλεί κάθε επιδίωξη στο Σύμπαν να επιταχύνει προς την κατεύθυνση της κεντρικής ιδιαιτερότητας. Αν ήσουν σε μεγάλη απόσταση από τη μαύρη τρύπα σε ηρεμία και επέτρεψαν στο αντικείμενο να πέσει σε αυτό, τι θα δείτε;

Υποθέτοντας ότι καταφέρατε να αποθηκεύσετεη ακινησία, θα δείτε πως το πτώση του αντικειμένου σιγά-σιγά επιταχύνεται από εσάς σε αυτή τη μαύρη τρύπα. Θα επιταχύνει στον ορίζοντα των γεγονότων, μετά από το οποίο θα συμβεί κάτι παράξενο. Θα διαπιστώσετε ότι επιβραδύνει, εξασθενεί και γίνεται πιο κόκκινο. Αλλά δεν θα εξαφανιστεί εντελώς. Θα έρθει πιο κοντά σε αυτό: θα γίνει αχνό, κόκκινο και πιο δύσκολο να εντοπιστεί. Μπορείτε πάντα να το δείτε αν κοιτάξετε αρκετά καλά.

Τώρα ας φανταστούμε το ίδιο σενάριο, αλλά αυτή τη φορά φανταστείτε ότι είστε το ίδιο αντικείμενο που πέφτει σε μια μαύρη τρύπα. Η εμπειρία του τι συμβαίνει θα είναι εντελώς διαφορετική.

Ο ορίζοντας συμβάντος θα γίνει μεγαλύτεροςπιο γρήγορα από ό, τι περιμένατε, καθώς η καμπυλότητα του χώρου θα γίνει ισχυρότερη. Γύρω από τον ορίζοντα συμβάντος, ο χώρος είναι τόσο καμπύλος που θα δείτε μια πληθώρα εικόνων του σύμπαντος, που βρίσκεται έξω, σαν να αντανακλάται και να μετατρέπεται.

Και μόλις περάσετε τον ορίζοντα συμβάντος, εσείςόχι μόνο μπορείτε να δείτε το εξωτερικό σύμπαν, αλλά και μέρος του σύμπαντος μέσα στον ορίζοντα συμβάντος. Τις τελευταίες στιγμές, ο χώρος θα φαίνεται εντελώς επίπεδης.

Τι υπάρχει σε μια μαύρη τρύπα;

Η φυσική όλων αυτών είναι περίπλοκη, αλλά οι υπολογισμοί είναι ωραίοιΟ Andrew Hamilton του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, σε μια σειρά έργων από τα τέλη της δεκαετίας του 2000 έως τις αρχές του 2010, είναι απλά και κομψά. Ο Χάμιλτον δημιούργησε επίσης μια σειρά από εντυπωσιακές απεικονίσεις του τι βλέπετε, πέφτοντας σε μια μαύρη τρύπα με βάση αυτούς τους υπολογισμούς.

Αφού μελετήσαμε αυτά τα αποτελέσματα, μπορούμε να εξαγάγουμε έναν αριθμόσυμπεράσματα, πολλά από τα οποία είναι παράλογα. Για να προσπαθήσετε να τα κατανοήσετε, πρέπει να αλλάξετε τον τρόπο που αντιπροσωπεύεται ο χώρος. Συνήθως τον θεωρούμε ως σταθερό ιστό και πιστεύουμε ότι ο παρατηρητής βρίσκεται κάπου "κάτω". Αλλά μέσα στον ορίζοντα της εκδήλωσης είστε πάντα εν κινήσει. Ο χώρος κινείται - όπως ένας διάδρομος - συνεχώς, μετακινώντας τα πάντα από μόνο του στην ιδιαιτερότητα.

Και κινεί τα πάντα τόσο γρήγορα που ακόμα κι αν εσείςεπιταχύνετε κατευθείαν από την ιδιαιτερότητα με άπειρη δύναμη, θα πέσετε ακόμα στο κέντρο. Αντικείμενα που βρίσκονται έξω από τον ορίζοντα συμβάντων θα σας στείλουν ακόμα φως από όλες τις κατευθύνσεις, αλλά μπορείτε να δείτε μόνο ένα μέρος των αντικειμένων από τον ορίζοντα.

Η γραμμή που ορίζει το όριο ανάμεσα σε αυτόΟποιοσδήποτε παρατηρητής μπορεί να το δει, περιγραφόμενο μαθηματικά από ένα καρδιοειδές, όπου το συστατικό με τη μεγαλύτερη ακτίνα αγγίζει τον ορίζοντα συμβάντος και το στοιχείο της μικρότερης ακτίνας είναι σε μια μοναδικότητα. Αυτό σημαίνει ότι η ιδιαιτερότητα, ακόμα και ένα σημείο, δεν συνδέει απαραίτητα όλα όσα πηγαίνουν σε αυτό, με όλα τα άλλα. Εάν εσείς και εγώ πέσουμε στον ορίζοντα συμβάντων από διαφορετικές πλευρές ταυτόχρονα, δεν θα δούμε ποτέ το φως του άλλου μετά τον ορίζοντα συμβάντος.

Ο λόγος για αυτό μετακινείται συνεχώςτο ύφασμα του ίδιου του σύμπαντος. Μέσα στον ορίζοντα συμβάντος, ο χώρος κινείται γρηγορότερα από το φως, οπότε τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από μια μαύρη τρύπα. Γι 'αυτό, αφού μπήκατε σε μια μαύρη τρύπα, αρχίζετε να βλέπετε παράξενα πράγματα όπως πολλές εικόνες του ίδιου αντικειμένου.

Κάποιος μπορεί να το καταλάβει θέτοντας την ερώτηση: Πού είναι η ιδιαιτερότητα;

Από το εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότος μαύρης τρύπας, στο οποίοτην κατεύθυνση που θα κινηθείτε, καταλήγετε στην ίδια την ιδιοτυπία. Επομένως, παραδόξως, η ιδιαιτερότητα εμφανίζεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Εάν τα πόδια σας δείχνουν προς την κατεύθυνση της επιτάχυνσης, θα τα δείτε μπροστά σας, αλλά και πάνω από σας. Όλα αυτά είναι εύκολα υπολογισμένα, αν και εξαιρετικά παράλογα. Και αυτό ισχύει μόνο για μια απλοποιημένη περίπτωση: μια μη περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα.

Και τώρα ας φτάσουμε στο φυσικά ενδιαφέρον.ευκαιρία: όταν περιστρέφεται μια μαύρη τρύπα. Οι μαύρες τρύπες οφείλουν την προέλευσή τους σε συστήματα από αστέρια που μοιάζουν με ύλη, τα οποία πάντοτε περιστρέφονται σε κάποιο επίπεδο. Στο σύμπαν μας (και στη γενική θεωρία της σχετικότητας), η γωνιακή ορμή είναι η απόλυτη τελική τιμή για κάθε κλειστό σύστημα. Δεν υπάρχει τρόπος να το ξεφορτωθείτε. Όταν ένα σύνολο υλικών καταρρέει σε μια ακτίνα μικρότερη από την ακτίνα του ορίζοντα συμβάντος, η γωνιακή ορμή περικλείεται εντός αυτού, όπως και η μάζα.

Η λύση που έχουμε εδώ θα είναι πολύσκληρότερα. Ο Αϊνστάιν παρουσίασε τη γενική θεωρία της σχετικότητας το 1915 και ο Karl Schwarzschild έλαβε μια λύση σε μια μη περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα δυο μήνες αργότερα, στις αρχές του 1916. Αλλά το επόμενο βήμα στη μοντελοποίηση αυτού του προβλήματος με πιο ρεαλιστικό τρόπο - όταν η μαύρη τρύπα έχει γωνιακές στιγμές και όχι μόνο μάζα - ελήφθη μόνο το 1963, όταν ο Roy Kerr βρήκε την ακριβή λύση το 1963.

Υπάρχουν πολλές θεμελιώδεις και σημαντικές διαφορές μεταξύ της πιο αφελούς και απλής λύσης του Schwarzschild και της πιο ρεαλιστικής και περίπλοκης λύσης Kerr. Μεταξύ αυτών είναι:

• Αντί για μια ενιαία απόφαση για το πού βρίσκεται ο ορίζοντας συμβάντος, μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα έχει δύο μαθηματικές λύσεις: τους εσωτερικούς και εξωτερικούς ορίζοντες συμβάντων.
• Πέρα από τον εξωτερικό ορίζοντα των γεγονότωνυπάρχει μια θέση γνωστή ως ergosphere, στην οποία ο ίδιος ο χώρος κινείται με μια ταχύτητα περιστροφής ίση με την ταχύτητα του φωτός και τα σωματίδια σε αυτό βιώνουν τεράστιες επιταχύνσεις.
• Υπάρχει μέγιστος επιτρεπτός λόγοςγωνιακή ταχύτητα στη μάζα. αν η ώθηση είναι πολύ δυνατή, η μαύρη τρύπα θα ακτινοβολεί αυτή την ενέργεια (μέσω βαρυτικής ακτινοβολίας) μέχρι να πέσει στο όριο.
• Και το πιο ενδιαφέρον: η ιδιαιτερότητα στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας δεν είναι πλέον ένα σημείο, αλλά ένας μονοδιάστατος δακτύλιος, η ακτίνα του οποίου καθορίζεται από τη μάζα και τη γωνιακή ορμή της μαύρης τρύπας.

</ p>

Με όλα αυτά, τι συμβαίνει όταν εσύπέσει σε μια μαύρη τρύπα; Ναι, το ίδιο πράγμα θα συμβεί αν πέσετε σε μια μη περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, εκτός από το ότι ολόκληρος ο χώρος δεν συμπεριφέρεται σαν να πέφτει προς την κατεύθυνση της κεντρικής ιδιαιτερότητας. Αντ 'αυτού, ο χώρος συμπεριφέρεται σαν να κινείται κατά μήκος της κατεύθυνσης περιστροφής, όπως μια περιστρεφόμενη χοάνη. Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία γωνιακής ορμής στη μάζα, τόσο πιο γρήγορα περιστρέφεται.

Αυτό σημαίνει, αν δείτε κάτι που πέφτει μέσαμαύρη τρύπα, θα δείτε ότι θα γίνει πιο θαμπό και κόκκινο, αλλά επίσης θα λερωθεί σε δαχτυλίδι ή δίσκο προς την κατεύθυνση της περιστροφής. Εάν πέσετε σε μια μαύρη τρύπα, θα στρεβλωθείτε όπως σε ένα καρουσέλ, που σας προσελκύει στο κέντρο. Και όταν φτάσετε στην ιδιαιτερότητα, θα είναι ένα δαχτυλίδι. διαφορετικά μέρη του σώματός σας θα συναντηθούν με μια μοναδικότητα - στην εσωτερική επιφάνεια της μαύρης τρύπας Kerr - σε διαφορετικές χωρικές συντεταγμένες. Θα σταματήσετε σταδιακά να βλέπετε άλλα μέρη του σώματός σας.

Το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να καταλάβετε από αυτόόλα είναι ότι ο ιστός του ίδιου του χώρου βρίσκεται σε κίνηση και ο ορίζοντας γεγονότος ορίζεται ως ένας χώρος όπου ακόμα κι αν κινούνται με την ταχύτητα του φωτός, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση που θα επιλέξετε, θα συναντήσετε αναπόφευκτα μια ιδιαιτερότητα.

Οι απεικονίσεις του Andrew Hamilton είναι οι καλύτερες καιτα πιο ακριβή μοντέλα του τι συμβαίνει όταν πέφτετε σε μια μαύρη τρύπα και τόσο παράλογο που πρέπει να τα δούμε ξανά και ξανά μέχρι να αρχίσετε να καταλαβαίνετε κάτι (πραγματικά δεν ξεκινάτε). Είναι ανατριχιαστικό και όμορφο και αν είστε αρκετά τολμηροί για να πετάξετε ποτέ σε μια μαύρη τρύπα και να διασχίσετε τον ορίζοντα της εκδήλωσης, αυτό θα είναι το τελευταίο πράγμα που έχετε δει ποτέ.

Θα προσπαθήσει; Πείτε μας στο chat μας στο Telegram.