Na co wydaje się spadek na czarną dziurę? Co zobaczysz?

inaczej niszczy niczego. Jeśli spróbujesz zatrzymać oddech w kosmosie, płuca eksplodują; jeśli zamiast tego вдохнете każdej cząsteczki powietrza, stracisz przytomność. W niektórych miejscach można zmarzniesz, pozbawiony ostatniego ciepła jego ciała; w innych będzie tak gorąco, że atomy ciała staną się w plazmę. Ale ze wszystkich sposobów, którymi Wszechświat pozbywa się obiektów, najbardziej fascynujące — wysłać go w czarną dziurę.

Co jest za horyzontem zdarzeń?

Według naszej teorii grawitacji — ogólnej teorii względności Einsteina — właściwości czarnej dziury określane są trzy rzeczy. A mianowicie:

1. Waga, lub całkowita liczba substancji i równoważną ilość energii (według wzoru E = mc²), które idą na kształtowanie i rozwój czarnej dziury do jej aktualnego stanu.
2. Opłata, lub całkowity ładunek elektryczny, który jest w czarnej dziurze od wszystkich pozytywnie i negatywnie naładowanych obiektów, które znalazły się w czarną dziurę za całą historię jej życia.
3. Narożnik impuls (moment), lub spin, który jest miarą całkowitej ilości ruchu obrotowego, która jest czarna dziura ma z natury.

W rzeczywistości, wszystkie czarne dziury, które fizycznie istnieją w naszym Wszechświecie, muszą mieć duże masy, znaczną ilość rzutów rożnych momentów i niewielkie ładunki. To bardzo komplikuje sytuację.

Kiedy zwykle prezentujemy czarną dziurę, wyobrażamy sobie prosty jej wariant, który opisano tylko jej masą. Ma horyzont zdarzeń, otoczenia jeden punkt, i obszar otaczający ten punkt, poza którym światło nie może się wydostać. Obszar ten jest doskonale kulisty i ma granicę, która oddziela obszar, z którego światło może się wyrwać i z której nie może: horyzont zdarzeń. Horyzont zdarzeń jest w pewnej odległości (promień Schwarzschilda) od osobliwości we wszystkich kierunkach jednocześnie.

Jest To uproszczona wersja realistyczna czarnej dziury, ale to idealne miejsce, z którego można zacząć myśleć o fizyce, odbywających się w dwóch różnych miejscach: za horyzontem zdarzeń i wewnątrz horyzontu zdarzeń.

Poza horyzont zdarzeń grawitacja zachowuje się tak, jak normalnie spodziewać. Przestrzeń zakrzywia się w obecności masy, co sprawia, że każdy obiekt we Wszechświecie wystąpić przyspieszenie w kierunku centralnej osobliwości. Gdybyście znaleźli się w dużej odległości od czarnej dziury w spoczynku i pozwoliły przedmiotu spaść w niej, co byś zobaczył?

Zakładając, że udało ci się zachować spokój, zobaczysz, jak spadający obiekt powoli przyspiesza od was do tej czarnej dziurze. To przyspieszy do horyzontu zdarzeń, po czym stanie się coś dziwnego. Okaże się, że on zwalnia, zanika i staje się bardziej czerwone. Ale on nie zniknie całkowicie. On tylko zbliży się do tego: stanie się zbyt jasny, czerwony i trudniejsze обнаружимым. Zawsze można go zobaczyć, jeśli będziesz oglądać dość uważnie.

Teraz вообразим ten sam scenariusz, ale tym razem załóżmy, że i jest ten sam spada w czarną dziurę obiekt. Doświadczenie tego, co dzieje się będzie zupełnie innym.

Horyzont zdarzeń będzie coraz więcej znacznie szybciej, niż oczekiwano, ponieważ krzywizny przestrzeni staje się silniejszy. Wokół horyzontu zdarzeń przestrzeń tak jest zakrzywiona, co można zobaczyć wiele obrazów wszechświata, która znajduje się na zewnątrz, jakby odbijali i odwrócił.

I jak tylko będzie przekroczyć horyzont zdarzeń, nie tylko nadal można zobaczyć zewnętrznego wszechświata, ale i część wszechświata wewnątrz horyzontu zdarzeń. W ostatnich chwilach przestrzeń będzie wyglądać zupełnie płaskim.

Co jest w czarnej dziurze?

Fizyka wszystkim skomplikowane, ale obliczenia są bardzo proste i elegancki, tylko wykonane Andrew Хэмилтоном z Uniwersytetu Kolorado w serii prac końca 2000 — na początku 2010 roku. Hamilton stworzył także serię efektownych wizualizacji tego, co zobaczysz, spadając w czarną dziurę, opierając się na tych wyliczeniach.

Po zapoznaniu się te wyniki, możemy wyciągnąć szereg wniosków, z których wiele nielogiczni. Aby spróbować je zrozumieć, trzeba zmienić sposób prezentacji przestrzeni. Zazwyczaj myślimy o nim jako o stałym tkaniny i uważamy, że obserwator gdzieś "schodzi". Ale wewnątrz horyzontu zdarzeń zawsze w ruchu. Przestrzeń ruchu — jak bieżnia — w sposób ciągły, przesuwając się w sobie do osobliwości.

I to porusza się tak szybko, że nawet jeśli ускоритесь bezpośrednio od osobliwości z nieskończoną mocą, nadal wchodzą do środka. Obiekty znajdujące się poza horyzont zdarzeń, będą wysyłać światło ze wszystkich stron, ale można zobaczyć tylko część obiektów z za horyzontu zdarzeń.

Linia, która wyznacza granicę między tym, co może zobaczyć każdy obserwator, matematycznie opisany кардиоидой, gdzie składnik z największym promieniu do horyzontu zdarzeń, a składnik najmniejszego promienia okazuje się w osobliwości. To znaczy, że osobliwość, nawet będąc punktem, nie koniecznie łączy wszystko, co w niej uderza, ze wszystkim. Jeśli spadniemy w horyzont zdarzeń z różnych stron jednocześnie, nigdy nie zobaczymy światło siebie po tym, jak nastąpi przekroczenie horyzontu zdarzeń.

Powodem tego jest stale ruchomy tkaniny samego Wszechświata. Wewnątrz horyzontu zdarzeń przestrzeń porusza sięszybciej niż światło, więc nic nie może uciec z czarnej dziury. Dlatego, gdy w czarną dziurę, zaczynasz widzieć dziwne rzeczy jak kilka obrazów tego samego obiektu.

Można to zrozumieć, zadaje pytanie: gdzie osobliwość?

Wewnątrz horyzontu zdarzeń czarnej dziury, w którą stronę by się nie poruszały się, w końcu zmierzyć się z najniższej liczby pojedynczej. Dlatego też, o dziwo, osobliwość pojawia się we wszystkich kierunkach. Jeśli twoje nogi wskazują w kierunku przyspieszenia, zobaczysz je przed sobą, ale i nad sobą. To wszystko łatwo, obliczone, choć bardzo nielogiczne. I to tylko dla uproszczonego okazję: невращающейся czarnej dziury.

A teraz przejdźmy do fizycznie ciekawej okazji: kiedy czarna dziura obraca się. Czarne dziury zawdzięczają swoje pochodzenie do systemów z substancji — jak gwiazd, które zawsze obracają się na jakimś poziomie. W naszym Wszechświecie (i w ogólnej teorii względności) moment pędu jest absolutną ujętą wartość dla każdego układu zamkniętego; nie ma sposobu, aby się go pozbyć. Gdy zbiór substancji upada do promienia, który jest mniejszy promień horyzontu zdarzeń, narożny chwili okazuje zawartą wewnątrz niego, jak i masa.

Rozwiązanie, które mamy tutaj, będzie o wiele trudniejsze. Einstein przedstawił ogólną teorię względności w 1915 roku, a Carl Шварцшильд otrzymał decyzję w невращающейся czarnej dziurze kilka miesięcy później, na początku 1916 roku. Ale kolejny krok w modelowaniu tego problemu bardziej realistyczny sposób — gdy czarna dziura ma kątowych chwil, a nie tylko masą — podjęto dopiero w 1963 roku, kiedy Roy Kerr znalazłem dokładne rozwiązanie w 1963 roku.

Istnieje kilka podstawowych i najważniejszych różnic między bardziej naiwne i proste rozwiązanie Schwarzschilda i bardziej realistyczne i skomplikowane rozwiązanie Kerra. Wśród nich:

• Zamiast jednego decyzji o tym, gdzie znajduje się horyzont zdarzeń, u obracającej się czarnej dziury istnieją dwa matematycznych rozwiązania: wewnętrzny i zewnętrzny horyzont zdarzeń.
• nawet poza zewnętrznego horyzontu zdarzeń ma miejsce, znane jako эргосфера, w którym sama przestrzeni porusza się z prędkością obrotową równą prędkości światła, i cząstki w nim występują ogromne przyspieszenia.
• Istnieje maksymalna dopuszczalna stosunek momentu pędu do masy; jeśli impuls będzie zbyt silny, czarna dziura emituje tę energię (za pomocą promieniowania grawitacyjnego), dopóki nie spadnie do granic możliwości.
• I najciekawsze: osobliwość w centrum czarnej dziury — to już nie jest punkt, a одномерное pierścień, promień którego ustala się masą i kątowych momentem czarnej dziury.

Biorąc pod uwagę wszystko to, co się stanie, gdy znajdziesz się w czarną dziurę? Tak to samo, co się stanie, jeśli znajdziesz się w невращающуюся czarną dziurę, za wyjątkiem tego, że wszystkie miejsca nie zachowuje się tak, jakby spada w kierunku centrum osobliwość. Zamiast tego, przestrzeń również zachowuje się tak, jakby przesuwa się wzdłuż kierunku obrotów, jak закручивающаяся lejek. Im większy stosunek momentu pędu do masy, tym szybciej obraca się.

To znaczy, jeśli widzisz, jak coś spada w czarną dziurę, zobaczysz, że ono staje się coraz bardziej słabe i czerwonym, ale również размазанным w pierścień lub pokrętło w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotów. Jeśli wpadniesz w czarną dziurę, ciebie kręcić jak na karuzeli, która przyciąga cię do środka. I po dotarciu do osobliwości, będzie pierścieniem; różne części ciała spotkają się z liczby pojedynczej na wewnętrznej эргоповерхности czarnej dziury Kerra — w różnych przestrzennych współrzędnych. Stopniowo przestaniesz widzieć inne części własnego ciała.

Najważniejsze jest to, że trzeba zrozumieć z tego wszystkiego jest to, że tkanina samej przestrzeni jest w ruchu, a horyzont zdarzeń jest zdefiniowany jako miejsce, w którym nawet jeśli będziesz poruszać się z prędkością światła, jaki kierunek wybierzesz, będziesz nieuchronnie natknąć liczby pojedynczej.

Wizualizacji Andrew Hamiltona — to najlepsze i najbardziej dokładne modele tego, co dzieje się po upadku w czarną dziurę, i tak nielogiczne, że trzeba je oglądać w kółko, dopóki nie zaczniesz coś rozumieć (w rzeczywistości nie zaczniesz). To straszne i piękne, i jeśli jesteś wystarczająco ryzykowne, aby kiedykolwiek przylecieć do czarnej dziurze i przekroczyć horyzont zdarzeń, to będzie ostatnia rzecz, jaką kiedykolwiek widziałem.

Spróbujecie? Powiedz .