Kaip jaučiasi patenka į besisukančią juodąją skylę? To neįmanoma pastebėti, tačiau galite apskaičiuoti … Klausimas yra nepaprastai įdomus, o mokslas sugeba į jį atsakyti, nes yra žinomos juodųjų skylių savybės, rašo „Forbes“. Astrofizikos daktaras kalbėjosi su daugybe tokių skaičiavimų atlikusių žmonių ir skuba kalbėti apie nepaprastai įdomius radinius, paremtus daugybe vizualizacijų.
Yra daugybė baisių būdų, kuriais Visata gali ką nors sunaikinti. Jei kosmose bandysite sulaikyti kvėpavimą, jūsų plaučiai sprogs. Ir jei jūs iškvėpsite visą orą iki paskutinės molekulės, tada po kelių sekundžių išjunkite. Kai kuriose visatos vietose šiluma paliks jūsų kūną; kitose vietose taip karšta, kad jūsų atomai virsta plazma. Bet kai aš mąstau, kaip visata gali atsikratyti manęs (ar tavęs), aš neįsivaizduoju labiau įtaigaus žvilgsnio nei patekti į juodąją skylę. Tos pačios nuomonės laikosi ir mokslininkas Heino Falcke, dirbantis prie „Event Horizon“teleskopo projekto. Jis klausia:
- „Salik.biz“
Kaip jaučiasi patenka į besisukančią juodąją skylę? Neįmanoma to pastebėti, bet įmanoma apskaičiuoti … Aš kalbėjau su daugybe žmonių, kurie atliko tokius skaičiavimus, tačiau aš senstu ir pradedu daug ką pamiršti.
Šis klausimas yra nepaprastai įdomus, ir mokslas sugeba į jį atsakyti. Paklauskime jos.
Pagal mūsų gravitacijos teoriją, Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją, yra tik trys požymiai, lemiantys juodosios skylės savybes. Jie yra čia:
1. Masė arba bendras medžiagos kiekis ir atitinkamas energijos kiekis (apskaičiuotas pagal formulę E = mc2), kuris buvo išleistas juodosios skylės susidarymui ir augimui dabartinėje būsenoje.
2. Krūvis arba bendras elektros krūvis, atsirandantis juodojoje skylėje iš visų teigiamai ir neigiamai įkrautų objektų, kurie ten patenka jo egzistavimo metu.
3. Kampinis momentas arba sukimosi momentas, matuojantis bendrą juodosios skylės sukimosi judesį.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Realiai visos juodosios skylės Visatoje turi turėti didelę masę, reikšmingą sukimo momentą ir nedidelį krūvį. Tai labai apsunkina dalykus.
Galvodami apie juodąją skylę, ją vaizduojame supaprastinta forma, apibūdindami tik masę. Jis turi įvykio horizontą aplink vieną tašką (išskirtinumą), taip pat aplink jį esantį plotą, iš kurio šviesa negali ištrūkti. Ši sritis yra tobulos sferos formos ir ribos, skiriančios zonas, galinčias skleisti šviesą, ir tas, kurios ne. Ši siena yra įvykių horizontas. Įvykio horizontas yra labai specifiniu ir lygiu atstumu (Schwarzschild spinduliu) nuo išskirtinumo visomis kryptimis.
Tai supaprastintas tikrosios juodosios skylės aprašymas. Bet geriau pradėti nuo fizinių reiškinių, vykstančių dviejose konkrečiose vietose: įvykio horizonto išorėje ir įvykio horizonto viduje.
Už įvykio horizonto gravitacija elgiasi kaip įprasta. Erdvė yra išlenkta dėl šios masės buvimo, suteikdama visiems visatos objektams pagreitį centrinio išskirtinumo kryptimi. Jei mes pradedame dideliu atstumu nuo poilsio juodosios skylės ir tegul daiktas patenka į ją, ką mes matome?
Tarkime, kad mes galime likti ramybėje. Tokiu atveju pamatysime, kaip objektas lėtai, bet su pagreičiu tolsta nuo mūsų, juda šios juodosios skylės link. Jis įsibėgėja įvykio horizonto link, išlaikant spalvą. Bet tada atsitinka kažkas keisto. Atrodo, kad objektas sulėtėja, išnyksta ir sulieja, o vėliau tampa vis raudonesnis. Bet jis visiškai neišnyksta. Vietoj to, atrodo, artėjama prie šios išnykimo būsenos: ji tampa mažiau išsiskirianti, labiau raudona ir ją nustatyti vis sunkiau. Įvykio horizontas yra tarsi objekto šviesos asimptotas: visada galime jį pamatyti, jei atidžiai žiūrime.
Dabar įsivaizduokite tą patį scenarijų, tačiau šį kartą mes nematysime objekto, patenkančio į juodąją skylę iš tolo. Mes įsivaizduosime save krentančio daikto vietoje. Ir šiuo atveju mūsų pojūčiai bus visiškai skirtingi.
Renginio horizontas auga daug greičiau, kai kosmosas sutraukia, nei tikėjomės. Erdvė yra tokia išlenkta aplink įvykio horizontą, kad mes pradedame matyti daugybę išorinės visatos vaizdų, tarsi ji atsispindėtų ir pasisuktų į išorę.
O perėję įvykio horizontą ir patekę į vidų, įvykio horizonte matome ne tik išorinę visatą, bet ir dalį jos. Gauta šviesa pasislenka į violetinę spektro dalį, tada atgal į raudoną, ir mes neišvengiamai patenkame į išskirtinumą. Paskutinėmis akimirkomis kosminė erdvė atrodo keistai plokščia.
Fizinis šio reiškinio vaizdas yra sudėtingas, tačiau skaičiavimai yra gana paprasti ir aiškūs, ir jie buvo nepriekaištingai atlikti mokslinių darbų serijoje, kurią 2000–2010 m. Parašė Andrew Hamiltonas iš Kolorado universiteto. Remdamasis jo skaičiavimais, Hamiltonas taip pat sukūrė daugybę ryškių vizualizacijų to, ką matome, kai patenkame į juodąją skylę.
Iš šių rezultatų galima išmokti daugybę pamokų, ir daugelis iš jų prieštarauja intuicijai. Bandymas juos išsiaiškinti padės mums pakeisti vizualų erdvės suvokimą. Paprastai erdvę įsivaizduojame kaip kažkokią nejudančią struktūrą ir galvojame, kad stebėtojas kažkur krito jos viduje. Tačiau įvykių horizonte mes nuolat judame. Visa erdvė iš esmės juda kaip konvejerio juosta. Jis nuolat juda, judindamas viską savyje išskirtinumo kryptimi.
Jis viską juda taip greitai, kad net jei pradėsime vis labiau tolti nuo išskirtinumo, turėdami begalinę jėgą, vis tiek nukrisime centro link. Šviesa iš objektų, esančių už įvykio horizonto, vis tiek mus pasieks iš visų pusių, tačiau mes, būdami įvykio horizonto viduje, galėsime pamatyti tik dalį šių objektų.
Linija, apibrėžianti ribą tarp to, ką mato stebėtojas, matematikoje vadinama kardiodidu. Didžiausio kardioido spindulio komponentas liečia įvykio horizontą, o mažiausio spindulio komponentas baigiasi išskirtinumu. Tai reiškia, kad nors išskirtinumas ir yra taškas, jis neišvengiamai susieja tai, kas įeina į visa kita. Jei jūs ir aš kartu eisime į priešingas įvykio horizonto puses, tada, perėję jį, nebegalėsime matyti vienas kito.
To priežastis yra pačios Visatos struktūroje, kuri nuolat juda. Įvykio horizonto erdvė keliauja greičiau nei šviesa, todėl niekas negali išeiti už juodosios skylės. Dėl tos pačios priežasties būdami juodosios skylės vietoje pradedame matyti keistus dalykus, pavyzdžiui, daugybę to paties objekto vaizdų.
Tai galite suprasti uždavę tokį klausimą: "Kur yra išskirtinumas?"
Būdami juodosios skylės įvykio horizonte, mes, pradėję judėti bet kuria kryptimi, galiausiai palaidosime save išskirtinumu. Tai nuostabi, tačiau išskirtinumas atsiranda visomis kryptimis! Jei pajudėsite kojas į priekį ir įsibėgėsite, pamatysite, kad kojos yra žemiau jūsų ir virš jūsų tuo pačiu metu. Visa tai gana lengva apskaičiuoti, nors toks vaizdas atrodo ryškus paradoksas. Tuo tarpu mes svarstome tik supaprastintą atvejį: juodoji skylė, kuri nesisuka.
Pirmoji juodos skylės ir jos ugningo halo nuotrauka.
Dabar nusileiskime prie juokingiausio dalyko, kalbant apie fiziką, ir pažvelkime į besisukančią juodąją skylę. Juodosios skylės yra skolingos medžiagų sistemoms, tokioms kaip žvaigždės, kurios nuolat sukasi vienu ar kitu greičiu. Mūsų Visatoje (ir apskritai reliatyvumo atžvilgiu) sukimo momentas yra konservuota bet kurios uždaros sistemos savybė ir nėra galimybės jos atsikratyti. Kai medžiagos sankaupos susitraukia iki mažesnio nei įvykio horizonto spindulio, sukimosi momentas, kaip ir masė, yra įstrigęs ir įstrigęs viduje.
Čia sprendimas yra daug sudėtingesnis. Einsteinas pateikė savo reliatyvumo teoriją 1915 m., O Karlas Schwarzschildas sukūrė nesisukančią juodąją skylę 1916 m. Pradžioje, tai yra po poros mėnesių. Tačiau kitą žingsnį realistiniame šios problemos modeliavime - atsižvelgiant į tai, kad juodoji skylė turi ne tik masę, bet ir sukimo momentą - žengė tik 1963 m. Roy Kerras, kuris rado sprendimą.
Yra šiek tiek esminių ir svarbių skirtumų tarp šiek tiek naivaus ir paprasto Schwarzschildo sprendimo ir realistiškesnio ir sudėtingesnio Kerro sprendimo. Čia yra keletas stebinančių skirtumų:
1. Vietoj vieno sprendimo, kuriame yra įvykio horizontas, sprendimo, besisukanti juodoji skylė turi du matematinius sprendimus: vidinį ir išorinį įvykių horizontą.
2. Už išorinio įvykio horizonto yra vieta, vadinama ergosfera, kur pati erdvė juda kampiniu greičiu, lygiu šviesos greičiui, ir į jį patenkančios dalelės įgauna kolosalų pagreitį.
3. Yra didžiausias leistinas sukimo momento ir masės santykis. Jei sukimo momento vertė yra per didelė, juodoji skylė skleidžia šią energiją (per gravitacinę spinduliuotę), kol santykis normalizuojasi.
4. Ir labiausiai stebina tai, kad išskirtinumas juodosios skylės centre yra nebe taškas, o vienmatis žiedas, kur žiedo spindulį lemia juodosios skylės masė ir sukimosi momentas.
Žinodami visa tai, ar galime suprasti, kas nutinka, kai patenkame į besisukančią juodąją skylę? Taip, tas pats, kaip patekti į nesisukančią juodąją skylę, išskyrus tai, kad erdvė elgiasi ne taip, tarsi patektų į centrinį išskirtinumą. Erdvė elgiasi taip, lyg ji būtų traukiama aplink apskritimą sukimosi kryptimi. Tai atrodo kaip sūkurys. Kuo didesnis sukimosi judesio ir masės santykis, tuo greitesnis sukimasis vyksta.
Tai reiškia, kad jei pamatysime, kad kažkas krinta į vidų, pastebėsime, kaip tai kažkas raudonuoja ir pamažu nyksta, bet ne tik. Jis suspaudžiamas ir sukimosi kryptimi virsta žiedu ar disku. Jei pateksime į vidų, būsime apskristi kaip ant beprotiškos karuselės, čiulpti į centrą. Ir kai pasieksime išskirtinumą, jis bus žiedo pavidalu. Skirtingos mūsų kūno dalys pateks į vidinį Kero juodosios skylės vidinį paviršiaus paviršiaus išskirtinumą skirtingomis erdvės koordinatėmis. Artėjant išskirtinumui iš įvykio horizonto, pamažu prarasime galimybę pamatyti kitas savo kūno dalis.
Svarbiausia iš to pasisemti informacijos yra ta, kad pati erdvės struktūra juda; o įvykio horizontas yra apibrėžiamas kaip vieta, kurioje jūs, net ir turėdami galimybę judėti esant didžiausiam kosminiam greičiui, tai yra šviesos greičiui, ir bet kuria kryptimi visada suklupsite dėl išskirtinumo.
Andrew Hamiltono atvaizdai yra geriausi ir moksliškai tiksliausi to, kas nutinka pataikius į juodąją skylę, modeliavimas. Jie yra tokie neintuityvūs ir paradoksalūs, kad galiu jums rekomenduoti tik vieną dalyką: stebėkite juos vėl ir vėl, kol nesuklysite galvodami, kad juos suprantate. Tai nuostabus ir fantastiškas reginys. Ir jei jumyse avantiūrizmo dvasia yra tokia stipri, kad nusprendėte patekti į juodąją skylę ir patekti į įvykio horizontą, tai bus paskutinis dalykas, kurį matote!
Etanas Siegelis