Amikor egy elég hatalmas csillag véget ér az életének, vagy ha két elég hatalmas csillagmaradvány összeolvad, egy fekete lyuk képződhet, amelynek tömegével arányos eseményhorizontot és körülötte lévő bennük lévő anyag akkreditációs korongját képezi. (ESA / HUBBLE, ESO, KORNMESSER)

Kérdezd Ethan-t: Mi történik, ha beleesik egy fekete lyukba?

A gravitáció és az idő annyira különböznek attól, amit vártál. Így véget ér ez az egész

Ha csak egy kérdésre tudna tudni a választ a világegyetemről, mit kérne? Mit szeretne többet tudni, mint bármi mást? Az öregedéssel a legtöbbünk szem elől téveszti azokat a dolgokat, amelyekre gyermekeinként gondolkodtunk, ezért örültem, hogy Eric Erbtől tíz kérdésre üzenetet kaptunk, amelyet fia, Tristan vezetett haza 2. osztályából. Mindegyikének a két legnagyobb rejtélye, a gravitáció és az idő uralta a kíváncsiságát. Leforrás után megtudta:

Most kérdeztem tőle, és két kérdésre válaszolni akart.
1. Mi történik, amikor egy fekete lyukba esik?
2. Miért / hogyan vonzza be a gravitáció?

Kezdjük az elején, és győződjünk meg arról, hogy mindent elértünk.

A normál anyagot a Föld megállítja, de a sötét anyag közvetlenül átjuthatna, majdnem egy tökéletes ellipszist eredményezve. Ez az az eredmény, amelyet bármelyik rendszer megtapasztalhat, ha az egyetlen rajta működő erõ gravitációs, és minden mást nem lehet figyelmen kívül hagyni. (DAVE GOLDBERG FELTÉTELEK A MATEMATIKÁT / FÜGGELŐT KÉRDNI)

Az első dolog, amit fel kell ismerned, hogy amíg ebben a világegyetemben tartózkodsz, és semmi más nem érint meg, addig szabad vagy. Nem értem a jogi vagy emberi jogi értelemben vett szabadságot, hanem azt, hogy semmiféle külső befolyás ne nyomja meg vagy vonzza azt.

Gondolkodhat ugyanúgy, mint egy űrhajóson, amely szabadon lebeg az űrben: szabad abban az értelemben, hogy nincs föld, hogy felfelé nyomja, nincs levegőmolekulák, amelyek ellenük rohanhatnak, nincs szék ülni, nincs más ember, akit megérinteni te. Ön szabad az univerzumban.

De ez azt is jelenti, hogy annak ellenére, hogy nem gondolkodunk ilyen gyakran, akkor szabadon bánhat téged a gravitáció.

A NASA egyik űrhajósa, Bruce McCandless, az STS-41-B fedélzetén a leghosszabb, bekötött űrjáró. Bruce semmivel sem érinti őt. egyáltalán nincsenek külső erők. Egyszerűen szabadon élhet más erővel, mint a gravitáció. (NASA)

Valószínűleg nem érezted, de a gravitáció mindig vonz téged. Ez az erő, amit itt érez a Föld felszínén? Ez nem gravitáció; ez a gravitáció, amelyet a szék, a talaj vagy más felület erői kiegyenlítenek, amelyek feltartanak. Vedd el ezeket az erőket, amint érzi magát, amikor leugrik a földről, és ez a súlytalanság azonnali érzése olyan, mint a szabad esés - vagy egyedül a gravitáció hatása alatt állni.

Valódi univerzumunkban mindazonáltal tömegek vannak mindenütt. A Föld bolygó tömege, a Nap tömege, és az összes világ, csillag és galaxis az univerzumban tömegek. Ha ön képes elképzelni a teret, akkor nem lenne egyszerűen egy teljesen lapos rács; megsemmisíti ezeket a tömegeket. Ahogy az univerzumon csak a gravitáció hatására haladtál, ez a megvetemedett rács meghatározza, hogyan mozog.

Üres, üres, 3D-s rács helyett a tömeg lerakása azt eredményezheti, hogy az „egyenes” vonalak egy adott összeget meghajlítanak. Az általános relativitáselméletben a helyet és az időt folyamatosnak tekintjük, de az energia minden formája, beleértve, de nem kizárólag a tömeget, hozzájárul az űridő görbületéhez. (A HÁLÓZATI KOLÓGIAI VITÁL ÉS A PRATT INTÉZET)

Ez a gravitáció: az a mód, ahogyan a tér megragad a tömeg (és az energia) jelenlétében, és milyen hatása van az abban a térben létező más tárgyakra (mint te).

Ne tévesszen meg ez a statikus kép sem. A tér szövete folyamatosan változik, ahogy a tömegek mozognak rajta. Amint a Föld körül kering a Nap, a tér hullámzása megváltozik. Ahogy a Nap a galaxis körül mozog, a tér görbülete megváltozik. Ahogy a csillagok kialakulnak, élnek, felrobbannak és meghalnak, a tér szövete megváltozik.

Ez mind a nagy kozmikus tánc része, és a gravitáció történetének része. Ahogy a tömegek mozognak és változnak, ahogy a Világegyetem tágul, az egész világegyetem folyamata zajlik le az Univerzumban, a tér szerkezete megváltozik. De mindezen keresztül a gravitáció valós marad, és mindannyiunkat úgy vonzza, mintha szabadon esnénk.

Annak animált áttekintése, hogy az űridő miként reagál, amikor egy tömeg áthalad rajta, segít pontosan bemutatni, hogy minőségi szempontból nem pusztán szövetlap, hanem az egész világot is meghajlik az anyag és az energia jelenléte és tulajdonságai az Univerzumban. (LUCASVB)

Ha elegendő sebességgel és helyes irányba halad a megfelelő helyről, stabil pályát készíthet az univerzum bármely tömege körül.

De ha valami baj van, akkor visszatér minden olyan tömeghez, amelyet keringni próbál. Indítson el egy rakétát anélkül, hogy elegendő sebesség lenne, és visszaes a Földre. Túl sokat lelassít egy bolygót, és esni fog a Napba. Lassítson egy keringő csillagot, és a galaxis közepére esik.

És a legszélsőségesebb esetben, ha rossz tulajdonságokkal rendelkezik, egy fekete lyukba eshet. A fekete lyuk a végső tömeg: olyan sűrű, oly masszív és olyan kompakt, hogy semmi sem tud kijutni, ha beesik. Még az Univerzum végső sebességkorlátozásakor - a fénysebességgel - sem tudsz elmenekülni.

Az erősen ívelt téridő illusztrációja, a fekete lyuk eseményhorizontján kívül. Ahogy közelebb vagyunk közelebb a mise helyéhez, a tér egyre erősebben ívelt lesz, végül olyan helyhez vezet, ahonnan a fény sem tud elmenekülni: az esemény horizontja. (PIXABAY FELHASZNÁLÓ JOHNSONMARTIN)

Számos nagyon ellentmondásos dolog történik, amikor a fekete lyuk eseményhorizontja közelében érkezel, és a dolgok még rosszabbá válnak, ha áthaladsz rajta. Ennek nagyon-nagyon jó oka van arra, hogy miért soha nem tudsz kijutni a láthatatlan akadály felett, akkor soha nem tudsz kijutni.

Ha nagyon távol van egy fekete lyuktól, akkor a tér szövete kevésbé ívelt. Valójában, ha nagyon távol van egy fekete lyuktól, annak gravitációja megkülönböztethetetlen minden más tömegtől, legyen szó egy neutroncsillagról, egy normál csillagról, vagy csak egy diffúz gázfelhőről. Az űrtartalom ívelt lehet, de a távoli helyén csak azt mondhatja meg, hogy az egy tömeg jelenléte miatt következik be, nem pedig annak a tulajdonságának vagy eloszlásának.

Ön egyszerűen esni fog, szabadon, ugyanúgy, mintha akkor tenné, ha ezt a fekete lyukat bármi másra cserélné. Csak másképp néz ki: mint egy fekete lyuk néz ki.

Megjelenítés arról, hogy nézne ki egy fekete lyuk, amely a Tejút hátterében körvonalazott. Az eseményhorizont a sötét régió, ahonnan a fény nem tud menekülni. (SXS TEAM; BOHN ET AL. 2015)

Ahogy közeledtünk, valami furcsa érzetet érezhetünk: egy erőt húz a teste. Ha a lábad közelebb állna az esemény horizontjához, mint a fejed, akkor fejétől talpig nyújtás érzi magát, miközben az oldalaid összenyomódnak. Ezek árapály erők, ugyanazok az erők, amelyek a Föld óceánjainak kibomlását idézik elő.

Csak egy fekete lyuk sokkal, sokkal erősebb, és az árapály erői rendkívül súlyosan megnyújtják és összenyomják, minél közelebb van. Úgy fognak dolgozni, hogy egy hosszú, vékony szálba húzzanak; hatékonyan tésztává változtatnának téged. A tudósok ezt már régóta felismerték, és valójában az egyik legszórakoztatóbb szavunk leírja, mi történik egy objektummal, amikor egy fekete lyukba esik: spagettizálás!

Még akkor is, ha tökéletes gömbként kezdted, megfeszülsz egy fekete lyuk irányába, és összenyomod a rá merőleges irányban. A tárgy középpontjában levő erő megegyezik az átlagos nettó erővel, míg a központtól eltérő pontok eltérő nettó erőket mutatnak. Ez „spagetti” hatást eredményez. (KRISHNAVEDALA / WIKIMEDIA COMMONS)

Amit látott volna ugyanolyan lenyűgöző. Nagy távolságból egyszerűen csak látni fogja a körülötte lévő tér görbült alakját, mintha ez a tömeg nagyszerű kozmikus lencsét szolgáltatna, hogy torzítsa az egész fényt. De miközben utazol, a tökéletesen felszerelt, elpusztíthatatlan űrhajójában, a fekete lyukhoz közeledve, valami furcsa észreveszed.

Ha kétszer annyira közel áll hozzá, mint korábban, úgy tűnik, hogy a szög mérete kétszer olyan nagy. Ha újra felére csökken a távolság, úgy tűnik, hogy még nagyobb lesz: több mint négyszer akkora, mint az eredetileg volt.

A többi szokásos tárgytól eltérően, ahol látszólag vizuálisan nagyobb lesz, attól függően, milyen távol van tőle, ez a fekete lyuk sokkal gyorsabban növekszik, mint amire számítottál, a tér hihetetlen görbületének köszönhetően. .

Az általános relativitáselméletnek az a képessége, hogy meghosszabbítsa és torzítsa a teret, a fekete lyuk mögül jövő fény meghajlik körülötte, így egy nagy sötét lemez marad, amely megfelel a fekete lyuk eseményhorizontjának. (UTE KRAUS, KRAUS FIZIKAI OKTATÁSI CSOPORT, UNIVERSITAT HILDESHEIM)

Ennek oka egyszerű. Persze, a tömeg görbíti az űrtartalmat, de ahogy közelebb kerülsz egy rendkívül sűrű és nagy tömeghez, mint például egy fekete lyuk, a tér görbülete egyre súlyosabbá válik. Ez minden bizonnyal növeli az árapályos, spagetáló erőket, de növeli azt a mennyiséget is, amelyet a fekete lyuk körül érkező fény meghajlik.

A tényleges, fizikai méretéhez képest az eseményhorizont hatalmasnak tűnik! Háttér, a távoli csillagok úgy tűnik, hogy pozícióik katasztrofálisan formára vannak hajlítva, és az eseményhorizont elkezdi átvenni a teljes frontális látóteret.

Amikor egy fekete lyukba esik, vagy egyszerűen nagyon közel kerül az eseményhorizonthoz, annak mérete és skálája sokkal nagyobbnak tűnik, mint a tényleges méret. Egy külső megfigyelő számára, aki figyeli az esést, az információ kódolódik az esemény horizontján. Még mindig megválaszolatlanul mi történik ezzel az információval, amikor a fekete lyuk elpárolog. (ANDREW HAMILTON / JILA / A COLORADO EGYETEM)

Ahogy egyre közelebb kerülsz az eseményhorizonthoz, mindent el fog fedni az előtted. Miután átlépte az esemény horizontját, sorsa lezárul. Nincs olyan energiamennyiség, amelyet be tudsz rakni, és bárhová máshova viheti, kivéve a középpontban a szingularitást, amely másodpercek alatt elbomlaszt a szubatomi részecskékbe.

De még nem ítélted el!

Ezen a ponton, még ha nem lépte át az esemény horizontját, továbbra is kiszabadulhat. Ha elegendő gyorsulást biztosít az esemény horizontjától, akkor elkerülheti a gravitációt, és az Univerzum visszatérhet biztonságos, távol a fekete lyukból, aszimptotikusan sima téridőbe. A gravitációs érzékelőid megmondhatják, hogy van egy határozott lejtőn a lejtőn a sötétség közepe felé, és távol a régiótól, ahol még mindig láthatjuk a csillagfényt.

Ez a vizualizáció megkapja azt, amit leginkább helyesnek látsz; az egyetlen kivétel az, hogy színváltozás következik be, amikor a fekete lyukba esik. A külső fény, amint beesik, kékebbnek tűnik számodra, amikor a szemébe csap, és a tér extra gravitációs görbülete felgyorsítja.

Ha folytatódik az esés az eseményhorizont felé, akkor végül láthatja, hogy a csillagfény egy apró pontként tömörül mögötte, és a gravitációs képernyõn a kék színre változik. Az utolsó pillanatban, mielőtt átlépnénk az eseményhorizontba, ez a pont vörösre, fehérere, majd kékre válik, amikor a kozmikus mikrohullámú és rádió hátterek eltolódnak a spektrum látható részébe az utolsó, végső pillantásért a külső oldalról. Univerzum, még mindig feltételezve, hogy semmi más nem esik bele veled.

Ez lenne a legbizarrabb, egzotikusabb kép a Kozmikus Mikrohullámú Háttérről, amelyet bárki láthatna: a kék színű energiát, amely egyetlen pontból származik mögötted, amikor megtapasztalod a legutóbbi pillanatokat, mielőtt a fekete lyuk központi szingularitásával találkoznál. (E. SIEGEL)

És akkor ... feketeség. Semmi. Az eseményhorizonton belül nem érkezik fény a külső világegyetemből az űrhajójához. Nem számít, hogy miként tüzel a motorokat, nem számít, mit csinál, nincs kiút. Amit látott, nem tükrözi azt, hogy merre tartottak: a szingularitás előtted áll, függetlenül attól, hogy merre mentél.

De valójában nem látnád ezt a szingularitást, mert milyen furcsa volt ez a súlyosan ívelt tér. Valójában világosság van a külvilágból, amely téged követ a fekete lyukba, átlépve az esemény horizontját előtte, utána és veled. Az alábbi videó megmutatja, hogy mi történik, ha hagyja, hogy a külső világegyetem fénye a körülötte lévő fekete lyukba esjen, pontosan úgy, ahogy az a való életben. (Az esemény horizontját a videóban körülbelül 0:37 jelzésnél keresztezi.)

Csak néhány másodpercbe telik, attól a pillanattól kezdve, amikor átlépte a fekete lyuk eseményhorizontját, hogy apróra vágja. De a legnagyobb fekete lyukakban van esély arra, hogy valahova máshova vezetnek: egy fehér lyukba, egy másik univerzumba vagy egy új fizikai valóságba, amely olyan eseményhorizont mögött rejlik, amelyet nem látunk a múltban. Kívülről nem tudunk információt arról, mi az esemény horizontján belül található. Csak az elméleteink vannak.

Még mindig azt javaslom, hogy ne essek bele egy fekete lyukba, ha tudsz segíteni, mert a legvalószínűbb forgatókönyv az, hogy egyszerűen széttöredezik és összetörik. De ha bemenne, akkor az egyetlen létező ember lenne, aki biztosan tudná, milyen volt. Te először fedezted fel, milyen titkokat tartottak a fekete lyukban. Lehet, hogy elhagyja ezt, és vitathatatlanul ez az okos választás. De ebben az univerzumban, ha az első akar lenni, kockáztatnia kell valamit, hogy megtudja. Lehet, hogy egyikük odakint ezt olvastam, az lesz az első, aki biztosan megtudja.

Küldje el az Ethan kérdéseit a kezdőlapra és a gmail dot com-re!

A Starts With A Bang mostantól a Forbes-en működik, és a Mediumon közzéteszik, a Patreon támogatóinknak köszönhetően. Ethan két könyvet írt, a Beyond The Galaxy és a Treknology: A Star Trek tudománya a Tricorders-től a Warp Drive-ig.