tila

Mitä musta aukko näyttää? Mitä näet?

Universumi tuhoaa jotakin toisin. Jos yrität pitää hengitystä avaruudessa, keuhkot räjähtävät; jos sen sijaan hengität jokaisen ilman molekyylin, menetät tajunnan. Joissakin paikoissa jäädytät, menettänyt ruumiinne viimeisen lämmön; toisissa se on niin kuuma, että kehosi atomit muuttuvat plasmaksi. Mutta kaikilla tavoilla, joilla maailmankaikkeus pääsee eroon esineistä, kiehtovin on lähettää hänet mustaan ​​reikään.

Mikä on tapahtumien horisontin ulkopuolella?

Painovoiman teorian - Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan - mustan aukon ominaisuudet määräytyvät kolmen asian perusteella. nimittäin:

  • painotai aineen kokonaismäärä ja vastaava energiamäärä (kaavan E = mc2 mukaan), jotka kulkevat mustan aukon muodostumiseen ja kasvuun sen hetkiseen tilaan.
  • veloittaatai koko sähkövaraus, joka on olemassa mustassa reiässä kaikilta positiivisesti ja negatiivisesti varautuneilta esineiltä, ​​jotka ovat pudonneet mustaan ​​reikään koko elämänsä historiassa.
  • Kulman momentti (hetki)tai spin, joka on mitta pyörivän liikkeen kokonaismäärästä, jonka musta aukko on luonteeltaan.
  • Todellisuudessa kaikki mustat reiät ovat fyysisestimeidän universumissamme on oltava suuria massoja, huomattava määrä kulmamomenttia ja merkityksettömiä maksuja. Tämä tekee tilanteesta erittäin monimutkaisen.

    Kun me yleensä esitämme mustan reiän, meKuvittele sen yksinkertainen versio, jota kuvaa vain sen massa. Siinä on tapahtumaväli, joka ympäröi yhtä pistettä, ja alue, joka ympäröi tätä pistettä, jonka yläpuolella valo ei voi mennä ulos. Tämä alue on täysin pallomainen ja siinä on raja-alueet, joista valo voi paeta ja joka ei voi: tapahtuma-horisonttia. Tapahtuma-horisontti sijaitsee tietyllä etäisyydellä (Schwarzschildin säde) yksinkertaisuudesta kaikissa suunnissa samanaikaisesti.

    Tämä on yksinkertaistettu versio realistisesta mustasta aukosta, mutta hyvä paikka aloittaa ajattelu fysiikasta, joka tapahtuu kahdessa eri paikassa: tapahtumien horisontin ulkopuolella ja tapahtumien horisontissa.

    Tapahtuman horisontin ohi painovoima johtaaitse, kuten normaalisti odottaa. Tila on taivutettu massan läsnä ollessa, joka saa jokaisen maailmankaikkeuden objektin kokea kiihtyvyyden keskeisen singulaarisuuden suuntaan. Jos olisit kaukana mustasta aukosta levossa ja sallitko kohteen pudota siihen, mitä näet?

    Jos olet onnistunut säästämäänhiljaisuus, näet, miten putoava esine kiihtyy hitaasti sinusta tähän mustaan ​​reikään. Se kiihtyy tapahtumien horisonttiin, jonka jälkeen tapahtuu jotain outoa. Tulet huomaamaan, että se hidastuu, haalistuu ja muuttuu punaisemmaksi. Mutta hän ei katoa kokonaan. Hän lähestyy vain tätä: se tulee himmeäksi, punaiseksi ja vaikeammaksi havaita. Voit aina nähdä sen, jos katsot tarpeeksi tarkasti.

    Kuvittele nyt sama skenaario, mutta tällä kertaa kuvittele, että sinä olet juuri sinne, joka putoaa mustaan ​​reikään. Kokemus siitä, mitä tapahtuu, on täysin erilainen.

    Tapahtuman horisontti kasvaa paljonnopeammin kuin odotit, koska tilan kaarevuus muuttuu vahvemmaksi. Tapahtuman horisontin ympärillä tila on niin kaareva, että näet monen kuvan maailmankaikkeudesta, joka sijaitsee ulkopuolella, ikään kuin se heijastuu ja kääntyisi.

    Ja heti kun ylität tapahtuman horisontin, sinäEt voi vielä nähdä ulkoista maailmankaikkeutta, vaan myös osan maailmankaikkeudesta tapahtuma-horisontissa. Viimeisinä hetkinä tila näyttää täysin tasaiselta.

    Mikä on mustassa aukossa?

    Kaiken tämän fysiikka on monimutkainen, mutta laskelmat ovat melkoisiaAndrew Hamilton Coloradon yliopistosta, 2000-luvun lopun - 2010-luvun alkupuolen - töistä on yksinkertaisia ​​ja tyylikkäitä. Hamilton loi myös joukon vaikuttavia visualisointeja siitä, mitä näet, pudoten mustaan ​​reikään näiden laskelmien perusteella.

    Kun olemme tutkineet näitä tuloksia, voimme purkaa numeronpäätelmät, joista monet ovat epäloogisia. Yritä ymmärtää niitä, sinun täytyy muuttaa tapaa, jolla tila on edustettuna. Yleensä ajattelemme häntä kiinteänä kudoksena ja uskomme, että tarkkailija on jossain "menossa". Mutta tapahtumavuoden sisällä olet aina liikkeellä. Avaruus liikkuu - kuten juoksumatto - jatkuvasti, siirtäen kaiken itsensä singulaarisuus.

    Ja se siirtää kaiken niin nopeasti, että vaikka olisitkiihtyy suoraan singulariteetista äärettömän voiman kanssa, sinä silti jää keskelle. Tapahtumavyöhykkeen ulkopuolella olevat kohteet lähettävät edelleen valoa kaikilta suunnilta, mutta voit nähdä vain osan kohteista tapahtumavaiheesta.

    Rivi, joka määrittelee rajan sen välillä, mitäJokainen tarkkailija voi nähdä sen matemaattisesti kardioidilla, jossa komponentti, jolla on suurin säde, koskettaa tapahtuma-horisonttia, ja pienimmän säteen komponentti on singulaarisuus. Tämä tarkoittaa sitä, että singulaarisuus, vaikka se onkin piste, ei välttämättä liitä kaikkea siihen menevää kaikkea muuta. Jos sinä ja minä putoamme eri puolilta tapahtuman horisonttiin samaan aikaan, emme koskaan näe toistensa valoa tapahtuman horisontin jälkeen.

    Syynä tähän on jatkuvastiitse maailmankaikkeuden kangas. Tapahtuman horisontissa tila liikkuu nopeammin kuin valo, joten mikään ei voi paeta mustasta aukosta. Siksi, kun olet päässyt mustaan ​​reikään, alat nähdä outoja asioita, kuten useita saman kohteen kuvia.

    Tämän voi ymmärtää kysymällä kysymyksen: missä on singulaarisuus?

    Mustan aukon tapahtumakentän sisäpuolelta, jossasuunta, johon siirryt, sinä päädytte itseään. Siksi kummallista kyllä, singulaarisuus näkyy kaikissa suunnissa. Jos jalat osoittavat kiihtyvyyden suuntaan, näet ne edessäsi, mutta myös yläpuolella. Kaikki tämä on helposti laskettavissa, vaikkakin äärimmäisen epälooginen. Ja tämä on vain yksinkertaistetussa tapauksessa: ei-pyörivä musta reikä.

    Ja nyt päästään fyysisesti mielenkiintoiseen.silloin, kun musta aukko pyörii. Mustat reiät ovat lähtöisin niiden materiaalien kaltaisista järjestelmistä, kuten tähdistä, jotka aina pyörivät jossain määrin. Universumissamme (ja yleisessä suhteellisuusteoriassa) kulmamomentti on minkä tahansa suljetun järjestelmän absoluuttinen päätetty arvo; Ei ole mitään keinoa päästä eroon siitä. Kun aineen aggregaatti romahtaa säteeseen, joka on pienempi kuin tapahtuma-horisontin säde, kulma- momentti suljetaan sen sisään, samoin kuin massa.

    Ratkaisu, joka meillä on täällä, on paljonmonimutkaista. Einstein esitteli yleisen suhteellisuusteorian vuonna 1915, ja Karl Schwarzschild sai ratkaisun muutaman kuukauden kuluttua, 1916-luvun alussa, pyörimättömällä mustalla aukolla. Seuraava askel tämän ongelman mallinnuksessa realistisemmalla tavalla - kun mustalla reiällä on kulmamomentit, eikä vain massa - otettiin vasta vuonna 1963, jolloin Roy Kerr löysi tarkan ratkaisun vuonna 1963.

    Naiiveisemman ja yksinkertaisemman Schwarzschild-ratkaisun ja realistisemman ja monimutkaisemman Kerr-ratkaisun välillä on useita keskeisiä ja tärkeitä eroja. Niiden joukossa ovat:

    • Yksittäisen päätöksen sijasta, jossa tapahtumakenttä sijaitsee, pyörivällä mustalla reiällä on kaksi matemaattista ratkaisua: sisäinen ja ulkoinen tapahtumakäyrä.
    • Lisäksi tapahtumien ulompi horisonttisiellä on paikka, joka tunnetaan ergosfäärinä, jossa tila itse liikkuu kierrosnopeudella, joka on yhtä suuri kuin valon nopeus, ja siinä olevat hiukkaset kokevat valtavia kiihdytyksiä.
    • Suurin sallittu suhde onkulmamomentti massaan; jos impulssi on liian voimakas, musta aukko säteilee tätä energiaa (painovoiman avulla), kunnes se putoaa rajaan asti.
    • Ja mielenkiintoisin: mustuuden aukon keskipiste ei ole enää piste, vaan yksiulotteinen rengas, jonka säde määräytyy mustan reiän massan ja kulmamomentin mukaan.

    </ p>

    Kun kaikki tämä tapahtuu, mitä tapahtuu, kun sinäpudota mustaan ​​reikään? Kyllä, sama asia tapahtuu, jos putoat ei-pyörivään mustaan ​​reikään, paitsi että koko tila ei käyttäydy ikään kuin se putoaa keskeisen singulaarisuuden suuntaan. Sen sijaan tila toimii samoin kuin se liikkuu pyörimissuunnassa, kuten kehruuputki. Mitä suurempi kulmamomentin ja massan suhde, sitä nopeammin se pyörii.

    Se tarkoittaa, jos näet jotain, joka kuuluumusta reikä, näet, että se muuttuu tylsemmäksi ja punaiseksi, mutta myös tahraantuu renkaan tai levyn pyörimissuuntaan. Jos putoat mustaan ​​reikään, sinut kierretään kuin karuselli, joka houkuttelee sinut keskustaan. Ja kun saavutat singulariteetin, se on rengas; kehon eri osat kohtaavat singulaarisuuden - mustan Kerr-reiän sisäpinnalla - eri paikkakoordinaateissa. Pysähdyt vähitellen näkemään muita kehon osia.

    Tärkein asia mitä sinun täytyy ymmärtää tästäkaikki on, että itse avaruuden kangas on liikkeessä, ja tapahtuma-horisontti määritellään paikkakunnaksi, jossa vaikka liikkuisit valon nopeudella, riippumatta siitä, mihin suuntaan valitset, kohtaat väistämättä yksiselitteisyyden.

    Andrew Hamiltonin visualisoinnit ovat parhaita jatarkimmat mallit siitä, mitä tapahtuu, kun putoat mustaan ​​reikään, ja niin epäloogisesti, että niitä on tarkasteltava uudestaan ​​ja uudestaan, kunnes alkaa ymmärtää jotain (et aloita itse). Se on kammottavaa ja kaunista, ja jos olet tarpeeksi seikkailunhaluinen lentääksesi mustaan ​​reikään ja ylittämällä tapahtumavaiheen, tämä on viimeinen asia, jonka olet koskaan nähnyt.

    Yritetään? Kerro meille keskusteluissamme.

    Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!