Cum se simte căzând într-o gaură neagră care se învârte? Este imposibil de observat acest lucru, dar puteți calcula … Întrebarea este extrem de interesantă, iar știința este în măsură să răspundă, deoarece proprietățile găurilor negre sunt cunoscute, scrie Forbes. Medicul în astrofizică a vorbit cu multe persoane care au făcut astfel de calcule și se grăbește să vorbească despre descoperirile extrem de interesante, susținute de o serie de vizualizări.
Există multe modalități teribile prin care universul poate distruge ceva. În spațiu, dacă încercați să vă țineți respirația, plămânii vă vor exploda. Și dacă expiri tot aerul până la ultima moleculă, atunci după câteva secunde, opriți. În unele locuri din univers, te vei transforma în gheață atunci când căldura îți va părăsi corpul; în alte locuri este atât de fierbinte încât atomii dvs. se vor transforma în plasmă. Dar când iau în considerare modul în care universul poate scăpa de mine (sau de tine), nu îmi pot imagina o vedere mai fascinantă decât să intru într-o gaură neagră. De asemenea, este de părere că savantul Heino Falcke, care lucrează la proiectul Telescopul evenimentului Orizont. El întreabă:
Cum se simte căzând într-o gaură neagră care se învârte? Este imposibil de observat acest lucru, dar este posibil să calculez … Am vorbit cu multe persoane care au făcut astfel de calcule, dar îmbătrânesc și încep să uit mult.
Această întrebare este extrem de interesantă, iar știința este capabilă să răspundă la ea. Hai să o întrebăm.
Conform teoriei noastre despre gravitație, teoria generală a relativității a lui Einstein, există doar trei caracteristici care determină proprietățile unei găuri negre. Aici sunt ei:
1. Masa sau cantitatea totală de materie și cantitatea corespunzătoare de energie (calculată după formula E = mc2), care a fost cheltuită pentru formarea și creșterea găurii negre în starea sa actuală.
2. Sarcina sau sarcina electrică totală care rezultă într-o gaură neagră din toate obiectele încărcate pozitiv și negativ, care cad acolo în timpul existenței sale.
3. Momentul unghiular sau momentul de rotație, care măsoară cantitatea totală de mișcare de rotație a unei găuri negre.
Video promotional:
Realist, toate găurile negre din Univers trebuie să aibă o masă mare, un cuplu semnificativ și o sarcină neglijabilă. Acest lucru complică foarte mult lucrurile.
Gândindu-ne la o gaură neagră, o reprezentăm într-o formă simplificată, caracterizându-se doar prin masă. Are un orizont de eveniment în jurul unui singur punct (singularitate), precum și o zonă care înconjoară acest punct, din care lumina nu poate scăpa. Această zonă are forma unei sfere perfecte și o graniță care separă zonele care pot emite lumină și cele care nu. Această graniță este orizontul evenimentului. Orizontul evenimentului este situat la o distanță foarte specifică și egală (raza Schwarzschild) de singularitate în toate direcțiile.
Aceasta este o descriere simplificată a unei găuri negre reale. Dar este mai bine să începeți cu fenomene fizice care au loc în două locații specifice: în afara orizontului evenimentului și în interiorul orizontului evenimentului.
Dincolo de orizontul evenimentului, gravitația se comportă ca de obicei. Spațiul este curbat de prezența acestei mase, oferind tuturor obiectelor din univers o accelerație în direcția singularității centrale. Dacă pornim la o distanță mare de gaura neagră în repaus și lăsăm obiectul să cadă în el, ce vedem?
Să presupunem că suntem capabili să rămânem nemișcați. În acest caz, vom vedea cum obiectul este încet, dar cu accelerația care se îndepărtează de noi, care se îndreaptă spre această gaură neagră. Accelerează spre orizontul evenimentului păstrându-și culoarea. Dar atunci se întâmplă ceva ciudat. Obiectul pare să încetinească, să se estompeze și să se estompeze, apoi devine tot mai roșu. Dar nu dispare complet. În schimb, se pare că se apropie de această stare de dispariție: devine mai puțin distinctă, mai roșie și este tot mai dificil să o detectăm. Orizontul evenimentului este ca asimptotul luminii unui obiect: îl putem vedea întotdeauna dacă privim îndeaproape.
Acum imaginați-vă același scenariu, dar de data aceasta nu vom observa un obiect care se încadrează într-o gaură neagră de departe. Ne vom imagina pe noi înșine în locul unui obiect care cade. Și în acest caz, senzațiile noastre vor fi complet diferite.
Orizontul evenimentului crește mult mai rapid pe măsură ce spațiul se deformează decât ne așteptam. Spațiul este atât de curbat în jurul orizontului evenimentului încât începem să vedem numeroase imagini ale universului exterior, de parcă ar fi reflectat și transformat în interior.
Și când traversăm orizontul evenimentului și intrăm în interior, vedem nu numai universul exterior, ci o parte din el în interiorul orizontului evenimentului. Lumina pe care o primim trece în partea violetă a spectrului, apoi înapoi la roșu și inevitabil cădem în singularitate. În ultimele momente, spațiul exterior pare ciudat de plat.
Imaginea fizică a acestui fenomen este complexă, dar calculele sunt destul de simple și simple și au fost realizate genial într-o serie de lucrări științifice scrise în perioada 2000-2010 de către Andrew Hamilton de la Universitatea din Colorado. De asemenea, Hamilton a creat o serie de vizualizări vii a ceea ce vedem atunci când cădem într-o gaură neagră pe baza calculelor sale.
Din aceste rezultate există multe lecții și multe dintre ele sunt contra-intuitive. Încercarea de a le descoperi ne va ajuta să ne schimbăm percepțiile vizuale despre spațiu. De obicei, ne imaginăm spațiul ca un fel de structură nemișcată și credem că observatorul a căzut undeva în interiorul său. Cu toate acestea, în orizontul evenimentului, suntem permanent în mișcare. Tot spațiul este în esență în mișcare ca o bandă transportoare. Se mișcă constant, mișcând totul în sine în direcția singularității.
El mișcă totul atât de repede încât, chiar dacă începem să ne accelerăm de singularitate, având o cantitate infinită de forță, vom cădea tot spre centru. Lumina din obiecte din afara orizontului evenimentului ne va ajunge în continuare din toate direcțiile, dar noi, aflându-ne în interiorul orizontului evenimentului, vom putea vedea doar o parte din aceste obiecte.
Linia care definește granița dintre ceea ce observatorul observă se numește cardiodură în matematică. Componenta celei mai mari raze a cardioidului atinge orizontul evenimentului, iar componenta celei mai mici raze se termină la singularitate. Acest lucru înseamnă că, deși singularitatea este un punct, nu conectează inevitabil ceea ce intră cu orice altceva. Dacă tu și cu mine mergem simultan în părțile opuse ale orizontului evenimentului, atunci după ce îl traversăm, nu vom mai putea să ne vedem.
Motivul pentru aceasta se află în structura Universului în sine, care este în continuă mișcare. În orizontul evenimentului, spațiul călătorește mai repede decât lumina și, prin urmare, nimic nu poate trece dincolo de gaura neagră. Din același motiv, în timp ce se află în interiorul unei găuri negre, începem să vedem lucruri ciudate, de exemplu, multe imagini cu același obiect.
Puteți înțelege acest lucru punând următoarea întrebare: "Unde este singularitatea?"
Fiind în interiorul orizontului de eveniment al unei găuri negre, noi, începând să ne mișcăm în orice direcție, în cele din urmă ne vom îngropa într-o singularitate. Este uimitor, dar singularitatea apare în toate direcțiile! Dacă îți miști picioarele înainte și accelerezi, îți vei vedea picioarele sub tine și deasupra ta în același timp. Toate acestea sunt destul de ușor de calculat, deși o astfel de imagine pare a fi un paradox izbitor. Între timp, avem în vedere doar un caz simplificat: o gaură neagră care nu se rotește.
Prima fotografie a unei găuri negre și halo-ul ei înflăcărat.
Acum să trecem la cel mai amuzant lucru din punct de vedere al fizicii și să ne uităm la o gaură neagră care se învârte. Găurile negre își datorează originea sistemelor de materie, cum ar fi stelele, care se rotește constant la o viteză sau alta. În Universul nostru (și în relativitate generală), cuplul este o proprietate conservată a oricărui sistem închis și nu există nicio modalitate de a scăpa de el. Când agregatul de materie se micșorează într-o rază mai mică decât raza orizontului evenimentului, momentul de rotație, ca și masa, este prins și prins în interior.
Soluția este mult mai complicată aici. Einstein și-a prezentat teoria relativității în 1915, iar Karl Schwarzschild a obținut soluția pentru o gaură neagră rotativă la începutul anului 1916, adică câteva luni mai târziu. Dar următorul pas în modelarea realistă a acestei probleme - dat fiind faptul că o gaură neagră are nu numai masă, ci și cuplu - a fost făcută doar în 1963 de Roy Kerr, care a găsit o soluție.
Există câteva diferențe fundamentale și importante între soluția oarecum naivă și simplă a lui Schwarzschild și soluția mai realistă și complexă a lui Kerr. Iată câteva diferențe surprinzătoare:
1. În loc de o singură soluție la întrebarea unde se află orizontul evenimentului, o gaură neagră rotativă are două soluții matematice: un orizont de eveniment interior și exterior.
2. Dincolo de orizontul evenimentului exterior, există un loc cunoscut sub numele de ergosferă, unde spațiul însuși se mișcă cu o viteză unghiulară egală cu viteza luminii, iar particulele care intră în ea primesc o accelerație colosală.
3. Există un raport maxim de cuplu / masă admisibil. Dacă valoarea cuplului este prea mare, gaura neagră emite această energie (prin radiații gravitaționale) până când raportul revine la normal.
4. Și cel mai izbitor este că singularitatea din centrul găurii negre nu mai este un punct, ci mai degrabă un inel unidimensional, unde raza inelului este determinată de masa și momentul de rotație al găurii negre.
Știind toate acestea, putem înțelege ce se întâmplă când intrăm într-o gaură neagră rotativă? Da, la fel ca intrarea într-o gaură neagră care nu se rotește, cu excepția faptului că spațiul nu se comportă ca și cum ar cădea într-o singularitate centrală. Spațiul se comportă ca și cum ar fi tras în jurul circumferinței în sensul de rotație. Pare un jacuzzi. Cu cât raportul dintre mișcarea de rotație și masă este mai mare, cu atât mai rapid se produce rotația.
Aceasta înseamnă că, dacă vedem că ceva cade în interior, vom observa cum acest lucru se înroșește și dispare treptat, dar nu numai. Este comprimat și se transformă într-un inel sau disc în direcția de rotație. Dacă intrăm înăuntru, vom fi înconjurați ca pe un carusel nebun, aspirat în centru. Iar când vom ajunge la singularitate, va fi sub forma unui inel. Diferite părți ale corpului nostru vor cădea într-o singularitate pe ergosurface interioară a găurii negre Kerr în diferite coordonate spațiale. Pe măsură ce abordăm singularitatea din orizontul evenimentului, vom pierde treptat capacitatea de a vedea alte părți ale corpului nostru.
Cele mai importante informații care se trag din toate acestea sunt că structura spațiului în sine este în mișcare; iar orizontul evenimentului este definit ca locul în care tu, chiar și cu capacitatea de a călători la limita celei mai mari viteze cosmice, care este viteza luminii și, în orice direcție, te vei împiedica întotdeauna de o singularitate.
Reprezentările lui Andrew Hamilton sunt cele mai bune și mai exacte simulări științifice despre ceea ce se întâmplă când lovești o gaură neagră. Sunt atât de contraintuitive și atât de paradoxale, încât nu vă pot recomanda decât un singur lucru: să le urmăriți din nou, încă o dată, până când vă veți păcăli să credeți că le înțelegeți. Aceasta este o priveliște minunată și fantastică. Și dacă spiritul de aventură din tine este atât de puternic încât te hotărăști să intri într-o gaură neagră și să intri în orizontul evenimentului, acesta va fi ultimul lucru pe care îl vezi!
Ethan Siegel
