Visums kaut ko iznīcina dažādos veidos. Ja jūs mēģināt aizturēt elpu telpā, jūsu plaušas eksplodēs; Ja tā vietā jūs elpojat katrā gaisa molekulā, jūs zaudēsit samaņu. Dažās vietās jūs sasalsit, zaudējot pēdējo ķermeņa siltumu; citiem būs tik karsts, ka atomi jūsu ķermenī pārvērtīsies plazmā. Bet no visiem veidiem, kā Visums atbrīvojas no objektiem, pats jautrākais ir to iesūtīt melnajā caurumā.
Kas ir ārpus notikumu horizonta?
Saskaņā ar mūsu gravitācijas teoriju - Einšteina vispārējo relativitātes teoriju - melnā cauruma īpašības nosaka trīs lietas. Proti:
- Masa vai kopējais vielas daudzums un ekvivalents enerģijas daudzums (pēc formulas E = mc2), kas nonāk melnā cauruma veidošanā un augšanā tā pašreizējā stāvoklī.
- Uzlāde jeb kopējais elektriskais lādiņš, kas pastāv melnajā caurumā no visiem pozitīvi un negatīvi uzlādētiem objektiem visā tā dzīves vēsturē.
- Leņķiskais impulss (moments) jeb griešanās, kas ir kopējais rotācijas kustības lielums, kas pēc būtības ir melnais caurums.
Patiesībā visiem melnajiem caurumiem, kas fiziski pastāv mūsu Visumā, jābūt lielām masām, ievērojamam leņķiskā impulsa daudzumam un nenozīmīgiem lādiņiem. Tas situāciju padara ārkārtīgi sarežģītu.
Parasti, kad mēs iedomājamies melno caurumu, mēs iedomājamies tā vienkāršu versiju, kuru raksturo tikai tā masa. Tam ir notikumu horizonts, kas apņem vienu punktu, un teritorija, kas apņem šo punktu, aiz kura gaisma nevar iziet. Šis apgabals ir pilnīgi sfērisks, un tam ir robeža, kas atdala apgabalus, no kuriem gaisma var izkļūt un no kuriem tā nevar: notikuma horizonts. Notikuma horizonts atrodas noteiktā attālumā (Schwarzschild rādiuss) no singularitātes visos virzienos vienlaicīgi.
Reklāmas video:
Šī ir reālistiska melnā cauruma vienkāršota versija, bet lieliska vieta, kur sākt domāt par fiziku, kas notiek divās dažādās vietās: aiz notikuma horizonta un notikuma horizonta iekšpusē.
Ārpus notikumu horizonta gravitācija uzvedas tā, kā jūs parasti gaidījāt. Kosmoss liekas masas klātbūtnē, kā dēļ katrs Visuma objekts paātrinās centrālās singularitātes virzienā. Ko jūs redzētu, ja miera stāvoklī būtu liels attālums no melnā cauruma un ļautu tajā iekrist kādam priekšmetam?
Pieņemot, ka jums ir izdevies nekustēties, jūs redzēsit krītošu priekšmetu, kas lēnām paātrinās no jums virzienā uz šo melno caurumu. Tas paātrināsies notikumu horizonta virzienā, pēc tam notiks kaut kas dīvains. Jums šķitīs, ka tas palēninās, izzūd un kļūst sarkanāks. Bet tas pilnībā nepazudīs. Tas tikai tuvāk tam: kļūs blāvi, sarkani un grūtāk pamanāmi. Jūs vienmēr to varat redzēt, ja pietiekami uzmanīgi skatāties.
Tagad iedomāsimies to pašu scenāriju, bet šoreiz iedomāsimies, ka jūs esat tas pats objekts, kas iekrīt melnajā caurumā. Pieredze būs pilnīgi atšķirīga.
Pasākuma horizonts kļūs lielāks daudz ātrāk, nekā jūs gaidījāt, jo telpas izliekums kļūst stiprāks. Kosmoss ir tik izliekts ap notikuma horizontu, ka jūs redzēsit daudzus Visuma attēlus, kas atrodas no ārpuses, it kā tas būtu atspoguļots un apgāzts.
Kad jūs šķērsosit notikuma horizontu, jūs ne tikai joprojām varēsit redzēt ārējo Visumu, bet arī daļu no Visuma, kas atrodas notikuma horizontā. Pēdējos brīžos telpa izskatīsies pilnīgi līdzena.
Kas atrodas melnajā caurumā?
Visa tā fizika ir sarežģīta, taču aprēķinus diezgan vienkāršus un vis eleganti veic Kolorado universitātes Endrjū Hamiltons, rakstot virkni darbu no 2000. gadu beigām un 2010. gada sākuma. Pamatojoties uz šiem aprēķiniem, Hamiltons arī izveidoja iespaidīgu apmetumu sēriju par to, ko jūs redzēsit iekrist melnajā caurumā.
Pēc šo rezultātu izpētes mēs varam izdarīt vairākus secinājumus, no kuriem daudzi ir neloģiski. Lai mēģinātu tos saprast, jums jāmaina veids, kā jūs pārstāvat telpu. Parasti mēs domājam par to kā nekustīgu audumu un domājam, ka novērotājs kaut kur "nolaižas". Bet notikumu horizontā jūs vienmēr atrodaties kustībā. Kosmoss pārvietojas - tāpat kā skrejceļš - nepārtraukti, virzot visu pats par sevi uz raksturīgumu.
Un tas visu pārvieto tik ātri, ka pat tad, ja ar bezgalīgu spēku paātrināsit taisni no singularitātes, jūs joprojām kritīsit centra virzienā. Objekti, kas atrodas ārpus notikuma horizonta, joprojām sūtīs jums gaismu no visiem virzieniem, bet jūs varēsit redzēt tikai nelielu daļu objektu no notikuma horizonta.
Līniju, kas nosaka robežu starp to, ko jebkurš novērotājs var redzēt, matemātiski apraksta kardioīds, kur komponents ar lielāko rādiusu pieskaras notikuma horizontam un komponents ar mazāko rādiusu atrodas pie singularitātes. Tas nozīmē, ka singularitāte, pat kā punkts, ne vienmēr savieno visu, kas tajā ietilpst, ar visu pārējo. Ja jūs un es iekrītam notikumu horizontā no dažādiem virzieniem vienlaikus, mēs nekad neredzēsim viens otra gaismu pēc notikuma horizonta šķērsošanas.
Iemesls tam ir paša Visuma nepārtraukti kustīgais audums. Notikuma horizonta telpā telpa pārvietojas ātrāk nekā gaisma, tāpēc nekas nevar izkļūt no melnā cauruma. Tāpēc, nokļūstot melnajā caurumā, jūs sākat redzēt dīvainas lietas, piemēram, vairākus viena objekta attēlus.
To var saprast, uzdodot jautājumu: kur ir singularitāte?
No melnā cauruma notikumu horizonta, neatkarīgi no tā, kurā virzienā jūs pārvietojaties, jūs nonāksit pie pašas singularitātes. Tāpēc dīvainā kārtā singularitāte parādās visos virzienos. Ja jūsu kājas ir vērstas paātrinājuma virzienā, jūs tās redzēsit ne tikai priekšā, bet arī virs jums. To visu ir viegli aprēķināt, kaut arī ārkārtīgi neloģiski. Un tas ir tikai vienkāršotā gadījumā: melns caurums, kas nav rotējošs.
Tagad pāriesim pie fiziski interesanta gadījuma: kad melnais caurums griežas. Melnie caurumi ir parādā to matērijas sistēmām, piemēram, zvaigznēm, kuras vienmēr rotē kādā līmenī. Mūsu Visumā (un vispārējā relativitātē) leņķiskais impulss ir absolūts slēgtais lielums jebkurai slēgtai sistēmai; nav no kā atbrīvoties. Kad matērijas kopums sabrūk rādiusā, kas ir mazāks par notikuma horizonta rādiusu, leņķiskais impulss tajā tiek ieslodzīts, tāpat kā masa.
Risinājums, kas mums šeit ir, būs daudz sarežģītāks. Einšteins iepazīstināja ar vispārējo relativitāti 1915. gadā, un Kārlis Švarcšilds pāris mēnešus vēlāk, 1916. gada sākumā, ieguva risinājumu negrozošam melnajam caurumam. Bet nākamais solis šīs problēmas modelēšanā reālākā veidā - kur melnajam caurumam ir leņķiskais impulss, ne tikai masa - tika sperts tikai 1963. gadā, kad Rijs Kerrs 1963. gadā atrada precīzu risinājumu.
Starp Schwarzschild naivāko un vienkāršāko risinājumu un Kerr reālistiskāko un sarežģītāko risinājumu ir vairākas būtiskas un svarīgas atšķirības. Starp viņiem:
- Tā vietā, lai pieņemtu vienotu lēmumu par to, kur atrodas notikumu horizonts, rotējošajam melnajam caurumam ir divi matemātiski risinājumi: iekšējais un ārējais notikumu horizonts.
- Aiz pat ārējā notikumu horizonta ir vieta, ko sauc par ergosfēru, kurā pati telpa pārvietojas ar griešanās ātrumu, kas vienāds ar gaismas ātrumu, un tajā esošās daļiņas piedzīvo milzīgus paātrinājumus.
- Ir maksimāli pieļaujamā leņķiskā impulsa un masas attiecība; ja impulss ir pārāk spēcīgs, melnais caurums izstaros šo enerģiju (caur gravitācijas starojumu), līdz tas samazinās līdz robežai.
- Un pats interesantākais: singularitāte melnā cauruma centrā vairs nav punkts, bet gan viendimensionāls gredzens, kura rādiusu nosaka melnā cauruma masa un leņķiskais impulss.
Ņemot to visu vērā, kas notiek, kad jūs nokļūstat melnajā caurumā? Jā, tas ir tas pats, kas notiek, ja jūs iekrītat negrozošā melnajā caurumā, izņemot to, ka visa telpa neuzvedas tā, it kā tā kristu centrālās singularitātes virzienā. Tā vietā telpa arī uzvedas tā, it kā tā pārvietojas pa rotācijas virzienu, piemēram, kā virpuļojoša piltuve. Jo lielāka ir leņķiskā impulsa un masas attiecība, jo ātrāk tas griežas.
Tas nozīmē, ja redzat, ka kaut kas iekrīt melnajā caurumā, jūs redzēsit, ka tas kļūst tumšāks un sarkanāks, kā arī rotācijas virzienā iesmērēts gredzenā vai diskā. Ja jūs iekritīsit melnajā caurumā, jūs tiksit savērpts kā karuselis, kas jūs velk uz centru. Un, kad jūs sasniegsit singularitāti, tas būs gredzens; dažādas ķermeņa daļas saskarsies ar singularitāti - Kerras melnā cauruma iekšējā ergourģeļa virsmā - dažādās telpiskās koordinātēs. Pamazām pārstāsi redzēt citas sava ķermeņa daļas.
Vissvarīgākais, kas jums jāsaprot no visa tā, ir tas, ka pats telpas audums atrodas kustībā, un notikumu horizonts tiek definēts kā vieta, kurā, pat ja pārvietojaties ar gaismas ātrumu, neatkarīgi no tā, kuru virzienu izvēlaties, jūs neizbēgami saduraties ar savdabību.
Endrjū Hamiltona vizualizācijas ir labākie un precīzākie modeļi tam, kas notiek, kad iekrītat melnajā caurumā, un tik neloģiski, ka tie ir jāskatās atkal un atkal, līdz jūs sākat kaut ko saprast (jūs patiesībā nesācat). Tas ir rāpojošs un skaists, un, ja jūs esat pietiekami piedzīvojumu, lai kādreiz ielidotu melnajā caurumā un šķērsotu notikuma horizontu, šī būs pēdējā lieta, ko esat redzējis.
Iļja Khel