Universet ødelegger noe på forskjellige måter. Hvis du prøver å holde pusten i rommet, vil lungene eksplodere; hvis du puster inn hvert luftmolekyl i stedet, mister du bevisstheten. Noen steder vil du fryse etter å ha mistet den siste kroppen din; andre vil være så varme at atomene i kroppen din blir til plasma. Men av alle måtene universet kvitter seg med objekter, er det morsomste å sende det inn i et svart hull.
Hva er utover hendelseshorisonten?
I henhold til tyngdekraften vår - Einsteins generelle relativitetsteori, blir egenskapene til et svart hull bestemt av tre ting. nemlig:
- Masse, eller den totale mengden materie og den ekvivalente mengden energi (i henhold til formelen E = mc2), som går til dannelsen og veksten av et svart hull til dets nåværende tilstand.
- Lading, eller den totale elektriske ladningen som finnes i et svart hull fra alle positivt og negativt ladede gjenstander som falt i det svarte hullet i hele livets historie.
- Vinkelmoment (moment), eller spinn, som er et mål på den totale mengden rotasjonsbevegelse som et svart hull har av naturen.
I virkeligheten må alle sorte hull som fysisk eksisterer i vårt univers, ha store masser, betydelige mengder vinkelmoment og ubetydelige ladninger. Dette gjør situasjonen ekstremt vanskelig.
Når vi vanligvis forestiller oss et svart hull, forestiller vi oss en enkel versjon av det, som bare er beskrevet av dens masse. Den har en hendelseshorisont som omgir et punkt, og et område som omgir dette punktet, utover hvilket lys ikke kan gå. Dette området er helt sfærisk og har en grense som skiller områder som lys kan slippe ut fra og ikke kan fra: hendelseshorisonten. Arrangementshorisonten er i en viss avstand (Schwarzschild radius) fra singulariteten i alle retninger samtidig.
Salgsfremmende video:
Dette er en forenklet versjon av et realistisk svart hull, men et flott sted å begynne å tenke på fysikk som foregår på to forskjellige steder: utenfor hendelseshorisonten og inne i hendelseshorisonten.
Utenfor begivenhetshorisonten oppfører tyngdekraften seg slik du normalt hadde forventet. Plass bøyes i nærvær av masse, noe som får alle gjenstander i universet til å akselerere mot den sentrale singulariteten. Hvis du var i stor avstand fra et svart hull i ro og lot en gjenstand falle i det, hva ville du da se?
Forutsatt at du har klart å holde stille, vil du se den fallende gjenstanden sakte akselerere fra deg mot dette sorte hullet. Det vil akselerere mot hendelseshorisonten, hvoretter noe rart vil skje. Det vil se ut som om det bremser, blekner og blir rødere. Men det vil ikke forsvinne helt. Det vil bare komme nærmere det: det vil bli kjedelig, rødt og vanskeligere å oppdage. Du kan alltid se det hvis du ser godt nok på.
La oss forestille oss det samme scenariet, men la oss nå forestille oss at du er den samme gjenstanden som faller ned i et svart hull. Opplevelsen vil være helt annerledes.
Arrangementshorisonten vil bli større mye raskere enn du forventet etter hvert som romets krumning blir sterkere. Plassen er så krummet rundt hendelseshorisonten at du vil se mange bilder av universet, som er fra utsiden, som om det ble reflektert og snudd.
Og når du har krysset hendelseshorisonten, vil du ikke bare fremdeles kunne se det ytre universet, men en del av universet innenfor hendelseshorisonten. I de siste øyeblikkene vil plassen se helt flat ut.
Hva er i et svart hull?
Fysikken i alt dette er sammensatt, men beregningene er ganske enkle og mest elegante av Andrew Hamilton fra University of Colorado i en serie artikler fra slutten av 2000-tallet og begynnelsen av 2010-tallet. Hamilton laget også en serie imponerende gjengivelser av det du vil se falle ned i et svart hull basert på disse beregningene.
Etter å ha undersøkt disse resultatene, kan vi trekke en rekke konklusjoner, hvorav mange er ulogiske. For å prøve å gi mening om dem, må du endre måten du representerer rom på. Vi tenker vanligvis på det som et immobile stoff og tenker at observatøren "synker" et sted. Men innen hendelseshorisonten er du alltid på farten. Plass beveger seg - som en tredemølle - kontinuerlig og beveger alt i seg selv mot singulariteten.
Og det beveger seg alt så raskt at selv om du akselererer rett fra singulariteten med uendelig kraft, vil du fortsatt falle mot sentrum. Objekter utenfor hendelseshorisonten vil fremdeles sende deg lys fra alle retninger, men du vil bare kunne se en brøkdel av objektene utenfor hendelseshorisonten.
Linjen som definerer grensen mellom hva enhver observatør kan se er matematisk beskrevet av kardioiden, der komponenten med den største radius berører hendelseshorisonten og komponenten med den minste radius er ved singulariteten. Dette betyr at en singularitet, selv som et poeng, ikke nødvendigvis forbinder alt som faller inn i det med alt annet. Hvis du og jeg faller inn i hendelseshorisonten fra forskjellige retninger samtidig, vil vi aldri se hverandres lys etter at hendelseshorisonten krysser.
Årsaken til dette er det stadig bevegelige stoffet i selve universet. Inne i begivenhetshorisonten beveger rommet seg raskere enn lys, så ingenting kan slippe ut av det sorte hullet. Derfor begynner du å se rare ting som flere bilder av det samme objektet når du treffer et svart hull.
Du kan forstå dette ved å stille spørsmålet: hvor er singulariteten?
Fra begivenhetshorisonten for svart hull, uansett hvilken retning du beveger deg, ender du opp med selve singulariteten. Derfor, merkelig nok, vises singulariteten i alle retninger. Hvis beina peker i retning av akselerasjon, vil du se dem foran deg, men også over deg. Alt dette er enkelt å beregne, om enn ekstremt ulogisk. Og det er bare for en forenklet sak: et ikke-roterende svart hull.
La oss nå gå videre til den fysisk interessante saken: når det sorte hullet roterer. Sorte hull skylder sitt opphav til systemer av materie - som stjerner - som alltid roterer på et eller annet nivå. I vårt univers (og generelt relativitet) er vinkelmomentum den absolutte lukkede mengden for ethvert lukket system; det er ingen måte å bli kvitt. Når aggregatet av materie kollapser til en radius som er mindre enn radiusen til hendelseshorisonten, blir det kantete momentumet fanget inni det, akkurat som masse.
Løsningen vi har her vil være mye mer komplisert. Einstein presenterte generell relativitet i 1915, og Karl Schwarzschild fikk en løsning for et ikke-roterende svart hull et par måneder senere, tidlig i 1916. Men neste trinn i modellering av dette problemet på en mer realistisk måte - der det sorte hullet har kantete momenta, ikke bare masse - ble først tatt i 1963, da Roy Kerr fant den eksakte løsningen i 1963.
Det er flere grunnleggende og viktige forskjeller mellom Schwarzschilds mer naive og enklere løsning og Kerrs mer realistiske og komplekse løsning. Blant dem:
- I stedet for en enkelt beslutning om hvor hendelseshorisonten er, har et roterende svart hull to matematiske løsninger: en indre og ytre hendelseshorisont.
- Utover til og med den ytre hendelseshorisonten, er det et sted kjent som ergosfæren, der rommet i seg selv beveger seg med en rotasjonshastighet som tilsvarer lysets hastighet, og partiklene i den opplever enorme akselerasjoner.
- Det er et maksimalt tillatt forhold mellom vinkelmoment og masse; hvis fart er for sterkt, vil det sorte hullet utstråle denne energien (gjennom gravitasjonsstråling) til det faller til det ytterste.
- Og det mest interessante: singulariteten i midten av det sorte hullet er ikke lenger et punkt, men en endimensjonal ring, hvis radius bestemmes av det sorte hullets masse og vinkelmoment.
Hva skjer når du treffer et svart hull? Ja, det er det samme som hva som skjer hvis du faller inn i et ikke-roterende svart hull, bortsett fra at all plass ikke oppfører seg som om den faller mot den sentrale singulariteten. I stedet oppfører rom seg også som om det beveger seg i rotasjonsretningen, som en virvlende trakt. Jo større forholdet mellom vinkelmoment og masse er, jo raskere roterer det.
Dette betyr at hvis du ser noe falle ned i et svart hull, vil du se at det blir dimmere og rødere, men også smurt inn i en ring eller disk i rotasjonsretningen. Hvis du faller ned i et svart hull, blir du spunnet som en karusell som drar deg mot sentrum. Og når du når singulariteten, vil det være en ring; forskjellige deler av kroppen din vil oppfylle en enestående karakter - på den indre ergosoverflaten til Kerrs svarte hull - i forskjellige romlige koordinater. Du vil gradvis slutte å se andre deler av din egen kropp.
Det viktigste du trenger å forstå av alt dette, er at stoffet i rommet selv er i bevegelse, og hendelseshorisonten er definert som et sted der selv om du beveger deg med lysets hastighet, uansett hvilken retning du velger, vil du uunngåelig kollidere med en enkelhet.
Andrew Hamiltons visualiseringer er de beste og mest nøyaktige modellene for hva som skjer når du faller inn i et svart hull, og så ulogisk at de må sees på om og om igjen til du begynner å forstå noe (du begynner ikke helt). Det er skummelt og vakkert, og hvis du er eventyrlig nok til å fly inn i et svart hull og krysse begivenhetshorisonten, vil dette være det siste du noen gang har sett.
Ilya Khel
