Az univerzum különféle módon pusztít el valamit. Ha megpróbálja visszatartani a lélegzetét az űrben, a tüdő felrobban; Ha ehelyett minden levegőmolekulát belélegzel, akkor elveszíti az eszméletét. Egyes helyeken megfagy, miután elvesztette testének utolsó hőjét; mások annyira forróak lesznek, hogy a test atomjai plazmá alakulnak. Azonban ahogyan az univerzum megszabadul a tárgyaktól, a legszórakoztatóbb az, ha fekete lyukba küldi.
Mi az eseményhorizonton túl?
Gravitációs elméletünk szerint - Einstein általános relativitáselmélete - egy fekete lyuk tulajdonságait három dolog határozza meg. Ugyanis:
- Tömeg vagy az anyag teljes mennyisége és az ezzel egyenértékű energiamennyiség (az E = mc2 képlet szerint), amelyek egy fekete lyuk kialakulásához és növekedéséhez vezetnek jelenlegi állapotához.
- Töltse fel, vagy az a teljes elektromos töltés, amely egy fekete lyukban fennáll minden olyan pozitív és negatív töltésű tárgytól, amely életének teljes története során beleesett a fekete lyukba.
- Szögmozgás (nyomaték), vagy spin, amely a forgási mozgás teljes mennyiségének a mértéke, amelyet a fekete lyuk természetéből adódóan.
A valóságban az univerzumunkban fizikailag létező összes fekete lyuknak nagy tömegűnek, jelentős mennyiségű szögmozgással és elhanyagolható töltéssel kell rendelkeznie. Ez rendkívül megnehezíti a helyzetet.
Amikor általában egy fekete lyukat képzelünk el, elképzelünk egy egyszerű változatát, amelyet csak tömege ír le. Van egy eseményhorizontja, amely körülveszi az egyik pontot, és egy olyan helyet, amely körülveszi ezt a pontot, amelyen túl a fény nem tud menni. Ez a terület teljesen gömb alakú, és olyan határvonala van, amely elválasztja azokat a területeket, ahonnan a fény kiszabadulhat, és ahonnan nem tud: az eseményhorizonton. Az eseményhorizont bizonyos távolságra (Schwarzschild sugár) van a szingularitástól minden irányban egyidejűleg.
Promóciós videó:
Ez egy reális fekete lyuk egyszerűsített változata, de remek hely arra, hogy a fizikára gondoljon, amely két különböző helyen zajlik: az eseményhorizonton túl és az eseményhorizonton belül.
Az eseményhorizonton kívül a gravitáció a normális elvárásoknak megfelelően viselkedik. A tér meghajlik a tömeg jelenlétében, ami az univerzum minden objektumának felgyorsul a központi szingularitás felé. Ha nagy távolságban lenne egy nyugvó fekete lyuktól, és hagyja, hogy egy tárgy beleesjen bele, akkor mit látna?
Feltételezve, hogy sikerült mozdulatlanul maradni, látni fogja, hogy a leeső tárgy lassan felgyorsul rólad e fekete lyuk felé. Felgyorsul az eseményhorizont felé, amely után valami furcsa történik. Neked úgy tűnik, hogy lelassul, elhalványul és vöröses lesz. De nem tűnik el teljesen. Csak közelebb kerül hozzá: tompa, vörös és nehezebben észlelhető. Mindig láthatja, ha elég közelről néz.
Most képzeljük el ugyanazt a forgatókönyvet, de ezúttal képzeljük el, hogy te ugyanaz az objektum esik egy fekete lyukba. A tapasztalat teljesen más lesz.
Az eseményhorizont sokkal gyorsabban növekszik, mint amire számítottál, mivel a tér görbülete erősebb lesz. A tér annyira ívelt az eseményhorizont körül, hogy sok képet fog látni a világegyetemről, amely kívülről van, mintha visszatükröződne és megfordulna.
És ha átlépte az eseményhorizontot, akkor nem csak a külső világegyetemet láthatja, hanem a világegyetem egy részét is az eseményhorizonton belül. A végső pillanatban a hely teljesen síknak tűnik.
Mi van a fekete lyukban?
Mindez a fizika bonyolult, ám a számítások meglehetősen egyszerűek, és elegánsabban Andrew Hamilton, a Colorado Egyetem, a 2000-es évek végétől a 2010-es évek elejéig. Hamilton emellett lenyűgöző megjelenések sorozatát készítette arról, amit ezeknek a számításoknak alapján láthat, hogy egy fekete lyukba esik.
Ezen eredmények megvizsgálása után számos következtetést vonhatunk le, amelyek közül sok logikátlan. Ahhoz, hogy megértsük őket, meg kell változtatni a tér ábrázolásának módját. Általában mozdulatlan anyagnak gondoljuk, és azt gondoljuk, hogy a megfigyelő valahol "leszáll". De az esemény láthatárán belül mindig mozogsz. A tér - mint egy futópad - folyamatosan mozog, mindent önmagában mozgatva a szingularitás felé.
És oly gyorsan mozgat mindent, hogy még ha végtelen erővel egyenesen is felgyorsul a szingularitásból, továbbra is a központ felé esik. Az eseményhorizonton kívüli tárgyak továbbra is minden irányból sugároznak fényt, de csak az eseményhorizonton túlmutató objektumok töredékét láthatja.
A kardioid matematikailag leírja azt a vonalat, amely meghatározza a határokat, amellyel bármelyik megfigyelő láthatja, ahol a legnagyobb sugárral rendelkező komponens az eseményhorizonthoz érinti, és a legkisebb sugárral rendelkező komponens a szingularitáson van. Ez azt jelenti, hogy a szingularitás, még pontként is, nem feltétlenül köti össze mindazt, ami bele tartozik, minden másba. Ha Ön és én egyidejűleg különböző irányokból esünk az eseményhorizontba, soha nem látjuk egymás fényét az eseményhorizont átlépése után.
Ennek oka maga az univerzum folyamatosan mozgó szövet. Az eseményhorizonton belül a tér gyorsabban mozog, mint a fény, tehát semmi sem tud menekülni a fekete lyukból. Ezért, amikor megüti a fekete lyukat, furcsa dolgokat fog látni, mint például ugyanazon tárgy több képe.
Ezt megértheti, ha felteszi a kérdést: hol van a szingularitás?
A fekete lyuk eseményhorizontján belül, bármelyik irányba is mozdul, maga a szingularitásba kerül. Ezért furcsa módon a szingularitás minden irányban megjelenik. Ha a lábad a gyorsulás irányába mutatnak, akkor előtted látják, hanem maga felett is. Mindez könnyen kiszámítható, bár rendkívül logikátlan. És ez csak egy egyszerűsített esetben: egy nem forgó fekete lyuk.
Most térjünk át a fizikailag érdekes esethez: amikor a fekete lyuk forog. A fekete lyukak eredete az anyagrendszereknek - például csillagoknak - köszönhető, amelyek mindig valamilyen szinten forognak. Világegyetemünkben (és általában az relativitáselméletben) a szögmozgás minden zárt rendszer abszolút zárt mennyisége; nincs mód megszabadulni tőle. Amikor az anyag aggregációja egy olyan sugárra összeomlik, amely kisebb, mint az eseményhorizont sugara, akkor a szögmozgás is csapdába esik benne, akárcsak a tömeg.
Az itt elérhető megoldás sokkal bonyolultabb lesz. Einstein 1915-ben mutatta be az általános relativitáselméletet, és Karl Schwarzschild néhány hónappal később, 1916 elején kapott megoldást egy nem forgó fekete lyukra. A probléma realisztikusabb modellezésének következő lépése - ahol a fekete lyuknak nemcsak tömege, hanem szögmozgása van - csak 1963-ban megtörtént, amikor Roy Kerr 1963-ban megtalálta a pontos megoldást.
Számos alapvető és fontos különbség van Schwarzschild naivabb és egyszerűbb megoldása, valamint Kerr reálisabb és összetettebb megoldása között. Közöttük:
- Az egyetlen döntés helyett arról, hogy hol van az eseményhorizont, a forgó fekete lyuknak két matematikai megoldása van: a belső és a külső horizont.
- A külső eseményhorizonton túl egy olyan hely is található, amelyet ergoszféraként ismertünk, amelyben a tér maga a fénysebességgel megegyező fordulatszámmal mozog, és a benne lévő részecskék óriási gyorsulást tapasztalnak meg.
- A szögmozgás és a tömeg aránya megengedett; ha a lendület túl erős, akkor a fekete lyuk addig sugározja ezt az energiát (gravitációs sugárzás révén), amíg a határértékre esik.
- És ami a legérdekesebb: a fekete lyuk közepén a szingularitás már nem egy pont, hanem egydimenziós gyűrű, amelynek sugárját a fekete lyuk tömege és szögmozgása határozza meg.
Mindezt szem előtt tartva, mi történik, amikor egy fekete lyukba üt? Igen, ugyanaz, mint mi történik, ha egy nem forgó fekete lyukba esik, azzal a különbséggel, hogy az összes tér nem úgy viselkedik, mintha a központi szingularitás felé esne. Ehelyett a tér úgy viselkedik, mintha a forgásirány mentén mozog, mint egy kavargó tölcsér. Minél nagyobb a szögmozgás és a tömeg aránya, annál gyorsabban forog.
Ez azt jelenti, hogy ha lát valamit egy fekete lyukba esni, akkor látni fogja, hogy homályosabbá és vörösebbé válik, de elfordul egy gyűrűbe vagy korongba is a forgás irányában. Ha egy fekete lyukba esik, akkor úgy fonódik fel, mint egy körhinta, amely a központ felé húzza. És amikor eléri a szingularitást, ez egy gyűrű lesz; testének különböző részei - a Kerr fekete lyuk belső ergoszínfelületén - eltérő térbeli koordinátákkal találkoznak szingularitással. Fokozatosan nem fogja látni a test többi részét.
A legfontosabb dolog, amit mindezenből meg kell értenie, hogy maga a tér szövet mozgásban van, és az eseményhorizontot olyan helyként definiálják, ahol még akkor is, ha a fény sebességével mozog, a választott iránytól függetlenül, elkerülhetetlenül ütközni fog. szingularitással.
Andrew Hamilton vizualizációi a legjobb és legpontosabb modellek arra, ami történik, amikor egy fekete lyukba esik, és annyira logikátlan, hogy újra és újra meg kell nézni őket, amíg meg nem érted valamit (nem igazán kezdsz). Hátborzongató és gyönyörű, és ha elég kalandos vagy ahhoz, hogy valaha egy fekete lyukba repüljön és átlépje az esemény horizontját, ez lesz az utolsó, amit valaha láttam.
Ilya Khel