Universul distruge ceva în moduri diferite. Dacă încercați să vă mențineți respirația în spațiu, plămânii vă vor exploda; dacă în schimb respirați fiecare moleculă de aer, veți pierde cunoștința. În unele locuri, veți îngheța, pierzând ultima căldură a corpului; alții vor fi atât de fierbinți încât atomii din corpul tău se vor transforma în plasmă. Dar din toate modurile în care universul scapă de obiecte, cel mai distractiv este să îl trimiți într-o gaură neagră.
Ce se află dincolo de Orizontul evenimentului?
Conform teoriei noastre despre gravitație - teoria generală a relativității a lui Einstein - proprietățile unei găuri negre sunt determinate de trei lucruri. Și anume:
- Masa sau cantitatea totală de materie și cantitatea echivalentă de energie (conform formulei E = mc2), care merg la formarea și creșterea unei găuri negre la starea actuală.
- Încărcarea sau sarcina electrică totală care există într-o gaură neagră din toate obiectele încărcate pozitiv și negativ, care au căzut în gaura neagră din întreaga istorie a vieții sale.
- Moment unghiular (moment) sau rotire, care este o măsură a cantității totale de mișcare de rotație pe care o gaură neagră o are prin natură.
În realitate, toate găurile negre care există fizic în universul nostru trebuie să aibă mase mari, cantități semnificative de moment unghiular și sarcini neglijabile. Acest lucru face ca situația să fie extrem de dificilă.
Când de obicei ne imaginăm o gaură neagră, ne imaginăm o versiune simplă a acesteia, care este descrisă doar de masa sa. Are un orizont de eveniment care înconjoară un punct și o zonă care înconjoară acel punct, dincolo de care lumina nu poate merge. Această zonă este complet sferică și are o graniță care separă zonele din care poate scăpa lumina și din care nu se poate: orizontul evenimentului. Orizontul evenimentului se află la o anumită distanță (raza Schwarzschild) de singularitate în toate direcțiile simultan.
Video promotional:
Aceasta este o versiune simplificată a unei găuri negre realiste, dar un loc minunat pentru a începe să vă gândiți la fizică care are loc în două locuri diferite: dincolo de orizontul evenimentului și în interiorul orizontului evenimentului.
În afara orizontului evenimentului, gravitația se comportă așa cum vă așteptați în mod normal. Spațiul se apleacă în prezența masei, ceea ce face ca fiecare obiect din univers să accelereze spre singularitatea centrală. Dacă ai fi la mare distanță de o gaură neagră în repaus și ai lăsa un obiect să cadă în el, ce ai vedea?
Presupunând că ai reușit să rămâi nemișcat, vei vedea că obiectul care cade se accelerează încet din tine spre această gaură neagră. Se va accelera spre orizontul evenimentului, după care se va întâmpla ceva ciudat. Vi se va părea că încetinește, se estompează și devine mai roșu. Dar nu va dispărea complet. Se va apropia doar de ea: va deveni plictisitor, roșu și mai dificil de detectat. Puteți vedea întotdeauna dacă arătați suficient de atent.
Acum să ne imaginăm același scenariu, dar de data aceasta să ne imaginăm că sunteți același obiect care se încadrează într-o gaură neagră. Experiența va fi complet diferită.
Orizontul evenimentului va crește mult mai rapid decât vă așteptați, deoarece curbura spațiului devine mai puternică. Spațiul este atât de curbat în jurul orizontului evenimentului, încât veți vedea multe imagini ale universului, care este din exterior, ca și cum ar fi reflectat și răsturnat.
Și odată ce traversați orizontul evenimentului, nu veți putea doar să vedeți universul exterior, ci o parte a universului din orizontul evenimentului. În ultimele momente, spațiul va arăta complet plat.
Ce este într-o gaură neagră?
Fizica de toate acestea este complexă, dar calculele sunt destul de simple și cele mai elegante realizate de Andrew Hamilton, de la Universitatea din Colorado, într-o serie de lucrări de la sfârșitul anilor 2000 și începutul anilor 2010. De asemenea, Hamilton a creat o serie de redări impresionante a ceea ce veți vedea căzând într-o gaură neagră pe baza acestor calcule.
După examinarea acestor rezultate, putem trage o serie de concluzii, multe dintre ele fiind ilogice. Pentru a încerca să le înțelegeți, trebuie să schimbați modul în care reprezentați spațiul. De obicei, ne gândim la ea ca la o țesătură imobilă și ne gândim că observatorul este „descendent” undeva. Dar în orizontul evenimentului, sunteți mereu în mișcare. Spațiul se mișcă - ca o banda de alergare - continuu, mișcând totul în sine către singularitate.
Și mișcă totul atât de repede încât, chiar dacă accelerezi direct de la singularitate cu forță infinită, vei cădea totuși spre centru. Obiectele dincolo de orizontul evenimentului vă vor trimite în continuare lumină din toate direcțiile, dar veți putea vedea doar o fracțiune din obiecte dincolo de orizontul evenimentului.
Linia care definește limita dintre ceea ce poate observa orice observator este descrisă matematic de cardioid, unde componenta cu cea mai mare rază atinge orizontul evenimentului și componenta cu cea mai mică rază se află la singularitate. Aceasta înseamnă că o singularitate, chiar ca punct, nu leagă neapărat tot ce se încadrează în ea cu orice altceva. Dacă noi și cu mine cădem în orizontul evenimentului din direcții diferite în același timp, nu vom vedea niciodată lumina unul după celălalt orizontul evenimentului.
Motivul pentru aceasta este țesătura permanentă a Universului în sine. În orizontul evenimentului, spațiul se mișcă mai repede decât lumina, astfel încât nimic nu poate scăpa din gaura neagră. De aceea, când lovești o gaură neagră, începi să vezi lucruri ciudate precum mai multe imagini ale aceluiași obiect.
Puteți înțelege acest lucru punând întrebarea: unde este singularitatea?
Din orizontul evenimentului cu gaura neagră, indiferent de direcția în care vă deplasați, ajungeți să întâlniți singularitatea în sine. Prin urmare, ciudat, singularitatea apare în toate direcțiile. Dacă picioarele îți sunt îndreptate în direcția accelerării, le vei vedea în fața ta, dar și deasupra ta. Toate acestea sunt ușor de calculat, deși extrem de ilogice. Și asta este doar pentru un caz simplificat: o gaură neagră rotativă.
Acum să trecem la cazul interesant din punct de vedere fizic: atunci când gaura neagră se rotește. Găurile negre își datorează originea unor sisteme de materie - precum stelele - care se rotește întotdeauna la un anumit nivel. În universul nostru (și în relativitate generală), momentul unghiular este cantitatea absolută închisă pentru orice sistem închis; nu are cum să scapi de ea. Când agregatul de materie se prăbușește într-o rază care este mai mică decât raza orizontului evenimentului, momentul unghiular este prins în interiorul său, la fel ca masa.
Soluția pe care o avem aici va fi mult mai complicată. Einstein a prezentat relativitatea generală în 1915, iar Karl Schwarzschild a obținut o soluție pentru o gaură neagră rotativă câteva luni mai târziu, la începutul anului 1916. Dar următorul pas în modelarea acestei probleme într-un mod mai realist - unde gaura neagră are un moment unghiular, nu doar masă - a fost făcut doar în 1963, când Roy Kerr a găsit soluția exactă în 1963.
Există câteva diferențe fundamentale și importante între soluția mai naivă și mai simplă a lui Schwarzschild și soluția mai realistă și mai complexă a lui Kerr. Printre ei:
- În loc de o singură decizie despre locul în care se află orizontul evenimentului, o gaură neagră rotativă are două soluții matematice: un orizont de eveniment interior și exterior.
- Dincolo de chiar orizontul evenimentelor exterioare, există un loc cunoscut sub numele de ergosferă, în care spațiul în sine se deplasează cu o viteză de rotație egală cu viteza luminii, iar particulele din el experimentează accelerații extraordinare.
- Există un raport maxim admis de moment unghiular la masă; dacă impulsul este prea puternic, gaura neagră va radia această energie (prin radiații gravitaționale) până când va coborî la limită.
- Și cel mai interesant lucru: singularitatea din centrul găurii negre nu mai este un punct, ci un inel unidimensional, a cărui rază este determinată de masa și momentul unghiular al găurii negre.
Având în vedere toate acestea, ce se întâmplă când lovești o gaură neagră? Da, este la fel ca ceea ce se întâmplă dacă cădeați într-o gaură neagră care nu se rotește, cu excepția faptului că tot spațiul nu se comportă ca și cum ar cădea spre singularitatea centrală. În schimb, spațiul se comportă de asemenea ca și cum s-ar deplasa pe direcția de rotație, ca o pâlnie învârtită. Cu cât raportul momentului unghiular la masă este mai mare, cu atât se rotește mai repede.
Acest lucru înseamnă că, dacă vedeți ceva căzând într-o gaură neagră, veți vedea că acesta devine mai slab și mai roșu, dar și rupt într-un inel sau disc în direcția de rotație. Dacă cazi într-o gaură neagră, vei fi învârtit ca un carusel care te trage spre centru. Iar când vei ajunge la singularitate, va fi un inel; diferite părți ale corpului tău vor întâlni o singularitate - pe ergosurface interioară a găurii negre Kerr - în diferite coordonate spațiale. Veți înceta treptat să mai vedeți alte părți ale propriului corp.
Cel mai important lucru pe care trebuie să îl înțelegeți din toate acestea este că țesătura spațiului în sine este în mișcare, iar orizontul evenimentului este definit ca un loc în care chiar dacă vă deplasați cu viteza luminii, indiferent de direcția pe care o alegeți, vă veți ciocni inevitabil cu o singularitate.
Vizualizările lui Andrew Hamilton sunt cele mai bune și mai exacte modele a ceea ce se întâmplă atunci când cădeați într-o gaură neagră și atât de ilogic încât trebuie privite încă o dată până când începeți să înțelegeți ceva (nu începeți cu adevărat). Este înfiorător și frumos și, dacă ești suficient de aventuros pentru a zbura vreodată într-o gaură neagră și a traversa orizontul evenimentului, acesta va fi ultimul lucru pe care l-ai văzut vreodată.
Ilya Khel
