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 begyűjtő anyag akkreditációs korongját képezi. (ESA / HUBBLE, ESO, KORNMESSER M.)

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

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

Ha csak egy világegyetemi kérdésre adott választ tudna, 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 kérdést kaptam arról a tíz kérdésre, amelyeket a 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 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 MATEMATIKÁT / FÜGGELŐT KÉRDNI)

Az első dolog, amit fel kell ismerned, hogy mindaddig, amíg ebben a világegyetemben tartózkodsz, és semmi más nem érinti meg, szabad vagy. Nem azt értem, hogy valamilyen jogi vagy emberi jogok szerint szabad vagyok, hanem mentes vagyok attól, hogy bármilyen külső befolyásolja őket.

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

De ez azt is jelenti, hogy bár nem is gondolunk erre ilyen gyakran, akkor szabadon bánhat magával 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)

Persze, hogy nem érzed, de a gravitáció mindig vonz téged. Az az erő, amelyet itt érez a Föld felszínén? Ez nem gravitáció; ez a gravitáció, amelyet kiegyenlítenek a szék, a talaj vagy más felület erői, 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 lenne a tér elképzelésére, az nem egyszerűen egy teljesen lapos rács; az összes tömeg jelenléte megtorpant. 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 űrtartam 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 kering a Nap körül, megváltozik a tér hulláma. 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 az Univerzum tágul, az egész világegyetemben zajló folyamatok zajlanak, 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 minõségi szempontból nem pusztán szövetlap, hanem az egész teret is meghajlik az anyag és az energia jelenléte és tulajdonságai az univerzumban. (LUCASVB)

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

De ha bármi bajod van, akkor visszatér minden tömeghez, amelyet keringni próbál. Indítson el egy rakétát anélkül, hogy elegendő sebesség lenne, és az 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 sebességkorlátozásánál - a fénysebességnél sem - nem tudsz elmenekülni.

Az erősen ívelt téridő illusztrációja, a fekete lyuk eseményhorizontján kívül. Ahogy közelebb és közelebb kerültek 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. Van egy nagyon-nagyon jó oka annak, hogy ha egyszer megsérülsz a láthatatlan akadály felett, 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 szabályos csillagról, vagy csak egy diffúz gázfelhőről. Az űrtartalom ívelt lehet, de a távoli helyén csak azt lehet megmondani, hogy egy tömeg jelenléte okozza, nem pedig annak a tulajdonságának vagy eloszlásának az oka.

Ön egyszerűen esni fog, szabadon, ugyanúgy, mintha akkor tenné, ha ezt a fekete lyukat 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 duzzadását idézik elő.

Csak egy fekete lyuk sokkal, sokkal erősebb, és az árapály erői rendkívül súlyosan megnyújtják és összenyomják, minél közelebb van. Úgy fognak működni, 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 erőkkel járnak. Ez „spagetti” hatást eredményez. (KRISHNAVEDALA / WIKIMEDIA COMMONS)

Amit látni fog, ugyanolyan lenyűgöző. Nagy távolságból egyszerűen csak látni fogja a körülötte lévő tér görbült alakját, mintha ez a tömeg nagyszerű kozmikus lencsét jelentene, 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.

Az összes többi objektummal ellentétben, amelyhez szokott, ahol látszólag vizuálisan nagyobb lesz, attól függően, hogy távol van-e tőle, ez a fekete lyuk sokkal gyorsabban növekszik, mint amire számítottál, a tér hihetetlen görbületének köszönhetően. .

Az általános relativitáselméleti képességnek köszönhetően, 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. A tömeg természetesen a téridőben görbül, 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 csak 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 elrabol a szubatómiai részecskékbe.

De még nem ítélve ítélve!

Ezen a ponton, még ha nem lépte át az esemény horizontját, továbbra is kiszabadulhat. Ha elegendő gyorsulást biztosít az esemény horizontjától, 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 központja felé, és távol a régióktól, ahol még mindig láthatjuk a csillagfényt.

A fenti megjelenítés megkapja azt, amit leginkább helyesnek lát; 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, a tér extra gravitációs görbülete felgyorsítva.

Ha folytatódik az esés az eseményhorizont felé, akkor végül láthatja, hogy a csillagfény egy apró pontként tömörül mögötte, és a gravitációs blueshifting miatt kék színre vált. 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 tartozik benned.

Ez lenne a legbizarrabb, egzotikusabb kép a Kozmikus Mikrohullámú Háttérről, amelyet bárki láthatna: a kék színű energiát, amely egyetlen pontból érkezik mögötted, amikor megtapasztalja az utolsó pillanatait, mielőtt a fekete lyuk központi szingularitásával találkozik. (E. SIEGEL)

És akkor ... feketeség. Semmi. Az eseményhorizonton belül nem érkezik fény a külső világegyetemből az űrhajójához. Nem számít, ha tüzel a motorokat, nem számít, mit csinál, nincs kiút. Amit látna, az nem tükrözi azt, hogy merre tartottak: a szingularitás előtt 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 bemutatja, 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 van burkolva, 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 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, 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.