Вселената унищожава нещо по различни начини. Ако се опитате да задържите дъха си в пространството, дробовете ви ще избухнат; ако вместо това вдишате всяка молекула въздух, ще загубите съзнание. На някои места ще замръзнете, като сте загубили последното от телесната си топлина; други ще бъдат толкова горещи, че атомите в тялото ви ще се превърнат в плазма. Но от всички начини, по които Вселената се отървава от обектите, най-забавното е да я изпратите в черна дупка.
Какво е отвъд хоризонта на събитията?
Според нашата теория за гравитацията - общата теория на относителността на Айнщайн, свойствата на черна дупка се определят от три неща. А именно:
- Маса, или общото количество материя и еквивалентното количество енергия (по формулата Е = mc2), които отиват за образуване и растеж на черна дупка до нейното текущо състояние.
- Заряд, или общият електрически заряд, който съществува в черна дупка от всички позитивно и отрицателно заредени предмети, попаднали в черната дупка в цялата история на нейния живот.
- Ъглов импулс (момент) или въртене, което е мярка за общото количество въртеливо движение, което черната дупка има по природа.
В действителност всички черни дупки, които физически съществуват в нашата Вселена, трябва да имат големи маси, значителни количества ъглов импулс и незначителни заряди. Това прави ситуацията изключително трудна.
Когато обикновено си представяме черна дупка, си представяме проста версия на нея, която се описва само от нейната маса. Той има хоризонт на събитията около една точка и област, заобикаляща тази точка, отвъд която светлината не може да отиде. Тази област е напълно сферична и има граница, разделяща области, от които светлината може да избяга и от която не може: хоризонтът на събитията. Хоризонтът на събитията е на определено разстояние (радиус на Шварцшилд) от сингулярността във всички посоки едновременно.
Промоционално видео:
Това е опростена версия на реалистична черна дупка, но чудесно място да започнете да мислите за физиката, която се провежда на две различни места: отвъд хоризонта на събитията и вътре в хоризонта на събитията.
Извън хоризонта на събитията гравитацията се държи така, както обикновено очаквате. Пространството се огъва в присъствието на маса, което кара всеки обект във Вселената да се ускорява към централната сингулярност. Ако бяхте на голямо разстояние от черна дупка в покой и оставихте предмет да попадне в нея, какво ще видите?
Ако приемем, че сте успели да запазите неподвижно, ще видите падащият обект бавно да се ускорява от вас към тази черна дупка. Той ще се ускори към хоризонта на събитията, след което ще се случи нещо странно. Ще ви се струва, че се забавя, избледнява и става по-червен. Но няма да изчезне напълно. Само ще се доближи до него: ще стане тъп, червен и по-труден за откриване. Винаги можете да го видите, ако погледнете достатъчно отблизо.
Сега нека си представим същия сценарий, но този път нека си представим, че вие сте един и същ обект, попадащ в черна дупка. Преживяването ще бъде съвсем различно.
Хоризонтът на събитията ще се увеличи много по-бързо, отколкото очаквахте, тъй като кривината на пространството се засилва. Пространството е толкова извито около хоризонта на събитията, че ще видите много изображения на Вселената, която е отвън, сякаш е отразена и обърната.
И след като преминете хоризонта на събитията, вие не само ще можете да видите външната Вселена, но и част от Вселената в хоризонта на събитията. В последните моменти пространството ще изглежда напълно плоско.
Какво има в черна дупка?
Физиката на всичко това е сложна, но изчисленията са доста прости и най-елегантно направени от Андрю Хамилтън от Университета в Колорадо в поредица от документи от края на 2000-те и началото на 2010-те. Хамилтън също създаде поредица от впечатляващи рендери на това, което ще видите да попаднете в черна дупка въз основа на тези изчисления.
След като проучим тези резултати, можем да направим редица изводи, много от които са нелогични. За да се опитате да ги осмислите, трябва да промените начина, по който представяте пространството. Обикновено мислим за това като неподвижна тъкан и мислим, че наблюдателят се „спуска“някъде. Но в хоризонта на събитията винаги сте в движение. Космосът се движи - като бягаща пътека - непрекъснато, придвижвайки всичко само по себе си към единството.
И движи всичко толкова бързо, че дори да ускорите направо от сингулярността с безкрайна сила, пак ще паднете към центъра. Обектите извън хоризонта на събитията все още ще ви изпращат светлина от всички посоки, но ще можете да видите само част от обектите отвъд хоризонта на събитията.
Линията, която определя границата между това, което всеки наблюдател може да види, е математически описана от кардиоида, където компонентът с най-голям радиус докосва хоризонта на събитията, а компонентът с най-малък радиус е в сингулярността. Това означава, че една особеност, дори като точка, не свързва непременно всичко, което попада в нея, с всичко останало. Ако вие и аз попаднем в хоризонта на събитията от различни посоки едновременно, ние никога няма да видим светлината на друг, след като хоризонтът на събитията се пресече.
Причината за това е постоянно движещата се тъкан на самата Вселена. В хоризонта на събитията пространството се движи по-бързо от светлината, така че нищо не може да избяга от черната дупка. Ето защо, когато ударите черна дупка, започвате да виждате странни неща като множество изображения на един и същ обект.
Можете да разберете това, като зададете въпроса: къде е сингулярността?
От хоризонта на събитията в черната дупка, в която и посока да се движите, в крайна сметка се натъквате на самата сингулярност. Следователно, колкото и да е странно, сингулярността се появява във всички посоки. Ако краката ви сочат в посока на ускорение, ще ги видите пред себе си, но и над вас. Всичко това е лесно да се изчисли, макар и изключително нелогично. И това е само за опростен случай: не въртяща се черна дупка.
Сега да преминем към физически интересния случай: когато черната дупка се завърти. Черните дупки дължат своя произход на системи от материя - като звезди - които винаги се въртят на някакво ниво. В нашата Вселена (и като цяло относителност) ъгловият импулс е абсолютното затворено количество за всяка затворена система; няма начин да се отървете от него. Когато съвкупността от материя се срине до радиус, по-малък от радиуса на хоризонта на събитията, ъгловият импулс се улавя вътре в нея, също като масата.
Решението, което имаме тук, ще бъде много по-сложно. Айнщайн представи общата относителност през 1915 г., а Карл Шварцшилд получи решение за невъртяща се черна дупка няколко месеца по-късно, в началото на 1916 година. Но следващата стъпка при моделирането на този проблем по по-реалистичен начин - където черната дупка има ъглова инерция, а не просто маса - е предприета едва през 1963 г., когато Рой Кер намери точното решение през 1963г.
Има няколко основни и важни разлики между по-наивното и опростено решение на Schwarzschild и по-реалистичното и сложно решение на Kerr. Между тях:
- Вместо едно решение за това къде е хоризонтът на събитията, въртяща се черна дупка има две математически решения: вътрешен и външен хоризонт на събитията.
- Отвъд дори външния хоризонт на събитията има място, известно като ергосфера, в което самото пространство се движи със скорост на въртене, равна на скоростта на светлината, а частиците в него изпитват огромни ускорения.
- Има максимално допустимо съотношение на ъглов импулс към маса; ако импулсът е твърде силен, черната дупка ще излъчва тази енергия (чрез гравитационно излъчване), докато падне до границата.
- И най-интересното: сингулярността в центъра на черната дупка вече не е точка, а едноизмерен пръстен, радиусът на който се определя от масата и ъгловия импулс на черната дупка.
Имайки предвид всичко това, какво се случва, когато ударите черна дупка? Да, това е същото като това, което се случва, ако попаднете в не въртяща се черна дупка, само че цялото пространство не се държи така, сякаш пада към централната сингулярност. Вместо това пространството също се държи така, сякаш се движи по посоката на въртене, като въртяща се фуния. Колкото по-голямо е съотношението на ъгловия импулс към масата, толкова по-бързо се върти.
Това означава, че ако видите нещо да попадне в черна дупка, ще видите, че става по-тъмно и по-червено, но също така се размазва в пръстен или диск в посока на въртене. Ако изпаднете в черна дупка, ще се завъртите като въртележка, която ви дърпа към центъра. И когато достигнете сингулярността, това ще бъде пръстен; различни части на тялото ви ще срещнат една особеност - във вътрешната ергоповърхност на черната дупка на Кер - в различни пространствени координати. Постепенно ще спрете да виждате други части от собственото си тяло.
Най-важното, което трябва да разберете от всичко това е, че самата материя на пространството е в движение, а хоризонтът на събитията е определен като място, в което дори и да се движите със скоростта на светлината, в която и посока да изберете, неизбежно ще се сблъскате. със сингулярност.
Предаванията на Андрю Хамилтън са най-добрите и най-точните модели на това, което се случва, когато изпаднете в черна дупка, и толкова нелогични, че трябва да се оглеждат отново и отново, докато не започнете да разбирате нещо (всъщност не започвате). Страхотно и красиво е, и ако сте достатъчно приключен, за да полетите някога в черна дупка и да прекосите хоризонта на събитията, това ще бъде последното нещо, което сте виждали.
Иля Кел
