Co zobaczysz, spada w czarną dziurę?

Czarne dziury — chyba najbardziej tajemnicze obiekty we Wszechświecie. Są one tak gęste, że siła grawitacji nie pozwala na nic, nawet światło, opuścić czarnej dziury. Fizycy odkryli wiele czarnych dziur, od małych do bardzo masywnych, o masie miliony lub miliardy słonecznych. Ważna właściwość horyzontu zdarzeń — że światło nie może go pokonać — tworzy granicę w przestrzeni: jak tylko ją przekroczyć, jesteś skazany okazać się w osobliwości. Ale to, co zobaczysz, spada w czarną dziurę? Zgaśnie czy światło czy pozostanie? Fizycy znają odpowiedź, a on ci się spodoba.

W centrum naszej galaktyki zobaczyliśmy ruch gwiazd wokół centralnego punktu masy w 4 miliony mas słońca, nie emitujących żadnego światła. Ten obiekt — Strzelec A* — jednoznaczny kandydat w czarną dziurę, którego możemy określić bezpośrednio, mierząc gwiazdy na jego orbicie.

Ale jest kilka bardzo dziwnych rzeczy, które zdarzają się, gdy zbliża się do horyzontu czarnej dziury, i stają się jeszcze dziwniej, gdy jego krzyż. Istnieje powód, dla którego, łamiąc tę niewidzialną barierę, już nie będzie w stanie nigdy go opuścić. I nie ma znaczenia, jakiej klasy czarnej dziury ciebie wciągnięty, jaki statek próbuje cię stamtąd zabrać lub coś innego. Ogólna teoria względności — poważna sprawa, zwłaszcza jeśli chodzi o czarnych dziur. Przyczyna jest związana z osiągnięciem Einsteina: jest to związane z tym, JAK czarna dziura искривляет przestrzeń-czas.

Gdy jesteś bardzo daleko od czarnej dziury, podkładki przestrzeń jest zakrzywiona mniej. Faktycznie, gdy jesteś bardzo daleko od czarnej dziury, jej grawitacja jest nie do odróżnienia od innych mas, czy jest to gwiazda neutronowa, zwykła gwiazda lub po prostu rozproszone chmury gazu. Przestrzeń-czas może być zakrzywiona, ale wszystko, co można utożsamiać z daleka, to obecność masy, bez danych o podziale tej masy. Ale jeśli spojrzeć na własne oczy, to zamiast chmury gazu, gwiazdy lub gwiazdy neutronowej, będzie absolutnie czarna kula w centrum, nie emitujący żadnych świateł.

Ta kulista obszar znany jako horyzont zdarzeń, — to nie jest coś fizycznego, a raczej obszar przestrzeni określonego rozmiaru, z którego nie może uciec światło. Można by przypuszczać, że z daleka rozmiar czarnej dziury wydaje się takim, jakim jest w rzeczywistości. Innymi słowy, jeśli pojawi się w pobliżu czarnej dziury, to będzie wyglądać jak zupełnie czarna dziura na tle przestrzeni, w granicach której jest zniekształcony światło.

Do czarnej dziury o masie z Ziemi ta sfera będzie malutka: około 1 centymetra w promieniu; a do czarnej dziury o masie z Słońce ta sfera będzie około 3 kilometrów w promieniu. Jeśli powiększać masę (i rozmiar) do supermassive czarnej dziury — takie jak ta, że w centrum naszej galaktyki — dostaniesz rozmiar orbity planetarnej lub ogromną czerwoną gwiazdę jak Betelgeza.

Co się stanie, gdy pojawi się w pobliżu i w końcu wpadniesz w czarną dziurę?

Z dużej odległości geometria widzieć was będzie spełniać państwa oczekiwania i obliczeń. Ale w miarę postępów w pracy idealnie takiej i niezniszczalnym kosmicznym urządzeniu, zaczniesz zauważać coś dziwnego, zbliżając się do czarnej dziury. Jeśli podzielić odległość między tobą i gwiazdy na pół, wymiar kątowy gwiazdy będzie się wydawać dwa razy więcej. Jeśli zmniejsz odległość do kwartału, będzie on cztery razy więcej. Ale czarne dziury inne.

W odróżnieniu od wszystkich innych obiektów, do których jesteś przyzwyczajony, które im bliżej, tym większe wydaje się, czarna dziura rośnie w rozmiarach znacznie szybciej, dzięki niesamowitej krzywizny przestrzeni.

Z naszego punktu widzenia na Ziemi, czarna dziura w centrum galaktycznej wydaje się malutka, jej promień będzie mierzona w микродуговых sekundach. Ale w porównaniu z naiwnym promieniu, który można liczyć w ramach OTO, on wydaje się być na 150% więcej ze względu na krzywizny przestrzeni. Jeśli zbliżania się do niego, do momentu, kiedy horyzont zdarzeń będzie wielkości Księżyc w pełni na niebie, to będzie cztery razy więcej. Powodem jest oczywiście to, że czasoprzestrzeń zakrzywia się coraz mocniej i mocniej, gdy zbliża się do czarnej dziury.

I odwrotnie, obserwowana powierzchnia czarnej dziury rośnie, coraz więcej i więcej; do momentu, gdy będziesz w kilka шварцшильдовских promieniach od niej, czarna dziura urośnie do takich rozmiarów, że заслонит sobą praktycznie cały przedni przegląd statku. Zwykłe obiekty geometryczne tak się nie zachowują.

Gdy będziesz zbliżać się do najbardziej wewnętrznej stabilnej orbicie kołowej — która wynosi 150% promień horyzontu zdarzeń — można zauważyć, że widoczność do przodu na swojej statku staje się całkowicie czarny. Jak tylko przekroczycie tę dokładnie, nawet za ciebie wszystko zacznie zagłębiać się w ciemność. Ponownie, jest to związane z tym, jak na drodze światła z różnych punktów poruszają się w tym mocno zakrzywionej czasoprzestrzeni.

W tym momencie, jeśli nie przekroczyły horyzont zdarzeń, można jeszcze wyjść. Jeśli dołożysz odpowiednią przyspieszenie daleko od horyzontu zdarzeń, można go opuścić grawitację i wrócić w bezpieczne miejsce-czas z dala od czarnej dziury. Twoje sensory grawitacyjne podpowiedzą ci, gdzie formacji gradient w kierunku centrum zmienia się płaszczyzną, gdzie można zobaczyć światło gwiazd.

Ale jeśli będziesz kontynuować spadek do horyzontu zdarzeń, można w końcu zobaczyć, jak światło gwiazd kurczy się do maleńkiej kropki za ciebie, zmieniając kolor na niebieski z powodu grawitacyjnego niebieskiego przesunięcia. W ostatniej chwili,kiedy będzie przekroczyć horyzont zdarzeń, ten punkt stanie się czerwonym, białym, a potem niebieskim, ponieważ kosmiczny kuchenka mikrofalowa i nadajnik radiowy tła poruszyły się w widoczną część widma.

A potem... będzie ciemność. Nic. Od wewnątrz horyzontu zdarzeń żadnego światła z zewnątrz Wszechświata nie może dostać się do twojego statku. Teraz pomyślcie o potężnych silnikach swojego statku i zastanowić, jak można było uciec z ich pomocą z tej pułapki. Przypomnisz sobie, w jakim kierunku leżała osobliwość, i starają się określić grawitacyjna gradient w kierunku do niej. To pod warunkiem, że się za tobą i przed tobą nie będzie żadnej innej materii i światła.

Co się dziwić, nawet jeśli razem z tobą za horyzont zdarzeń dostanie dużo światła — można zobaczyć w "pół" widzialnego Wszechświata — na pokładzie z wami będą także sensory grawitacyjne. I jak tylko będzie przekroczyć horyzont zdarzeń, ze światłem lub bez, stanie się coś dziwnego.

Czujniki podpowiedzą wam, że grawitacyjna gradient, który odchodzi w stronę osobliwości, będzie wszędzie, we wszystkich kierunkach. Nawet w przeciwnym osobliwości kierunku.

Jak to możliwe?

A tak, bo za horyzontem zdarzeń, bezpośrednio w nim. Każdy promień światła, który teraz odrzuca, uda się w kierunku osobliwości; zbyt głęboko w нутре czarnej dziury, aby mógł dostać się gdzie indziej.

Ile czasu trzeba po pokonaniu horyzontu w supermassive czarnej dziurze, aby znaleźć się w jej centrum? Wierzcie lub nie, mimo, że horyzont zdarzeń może być świetlnym godziną średnicy w naszym układzie odniesienia, w celu osiągnięcia osobliwości należy tylko około 20 sekund. Bardzo искривленное przestrzeń — straszna rzecz.

Najgorsze jest to, że każde przyspieszenie przybliży cię do osobliwości jeszcze szybciej. Zwiększyć czas przetrwania na tym etapie jest niemożliwe. Osobliwość istnieje we wszystkich kierunkach, gdzie nie spojrzeć. Opór nie ma sensu.