Sorte huller er områder i det ydre rum, hvor der er så meget masse i et lille volumen, at der er en begivenhedshorisont - et område, hvor intet, ikke engang lys, kan undslippe. Dette betyder dog ikke, at sorte huller suger materie ind. De tiltrækker hende bare. Videnskabsredaktør Forbes fjerner en af myterne om sorte huller.
Sorte huller er områder i det ydre rum, hvor der er så meget masse i et lille volumen, at der er en begivenhedshorisont - et område, hvor intet, ikke engang lys, kan undslippe. Men dette betyder ikke, at sorte huller suger materie ind. De tiltrækker bare hende.
Sorte huller er måske de mærkeligste og mest fantastiske genstande i universet. Der er en enorm masse koncentreret i et meget lille volumen, og sorte huller uundgåeligt kollapser til en tilstand af enestående omgivet af begivenhedshorisonter, ud over hvilke intet kan gå. Dette er de tætteste objekter i universet. Når noget kommer for tæt på dem, slår kræfterne i det sorte hul det fra hinanden. Når materie, antimateriale eller stråling krydser begivenhedshorisonten, falder de simpelthen i midten af det sorte hul, forstørrer det og øger dets masse.
Disse egenskaber ved sorte huller findes, og det er alt rigtigt. Men der er en idé forbundet med dette, som er en absolut fiktion: at sorte huller suger sagen omkring dem. Dette er meget langt fra sandheden, og det er en fuldstændig forvrængning af billedet af tyngdekraften. Den største myte om sorte huller er, at de suger materie ind. Og her er den videnskabelige sandhed.
I princippet og i praksis kan et sort hul dannes på en række forskellige måder. En stor, massiv stjerne kan blive supernova, hvis centrale kerne kollapser og danner et sort hul. Du kan se, hvordan to neutronstjerner smelter sammen, og hvis de passerer en bestemt massetærskel, så er resultatet et nyt sort hul. Enten kollapser en kæmpe klynge af stof (en supermassiv stjerne eller en kæmpe sky af krympende gas) og bliver direkte til et sort hul.
Hvis der er nok masse i et tilstrækkeligt koncentreret rumvolumen, dannes en begivenhedshorisont omkring den. Uden for begivenhedshorisonten kan vi bevæge os væk fra den, hvis vi bevæger os væk fra det sorte hul med lysets hastighed. Men hvis vi er inde i begivenhedshorisonten, så vil selv om lysets hastighed, som er grænsen for kosmisk hastighed, stadig bevægelsesbane føre os til midten af det sorte hul, det vil sige til singulariteten. Det er simpelthen umuligt at flygte fra et sort hul, mens man er inde i begivenhedshorisonten.
Men genstande uden for det sorte hul har også mange problemer. Sorte huller er så massive, at hvis vi kommer tættere på en af dem, begynder vi at opleve betydelige tidevandskræfter. Du er måske fortrolig med disse tidevandskræfter, hvis du ved, hvad månen er, og hvordan den interagerer med jorden.
Utvivlsomt kan Månen og Jorden betragtes som materielle punkter placeret i en relativt stor afstand på 380 tusind kilometer fra hinanden. Men faktisk er Jorden ikke et punkt, men et objekt, der optager en bestemt og ret reel volumen. Nogle områder på jorden er tættere på månen end andre. De, der er tættere, oplever tiltrækningskraften mere end gennemsnittet. De længere væk oplever tyngdekraften under gennemsnittet.
Salgsfremmende video:
Men der er andre funktioner udover forskellen i afstand. Som alle fysiske objekter er Jorden tredimensionel. Dette betyder, at "toppen" og "bunden" på jorden (set fra månen) trækkes indad mod dets centrum i forhold til de dele, der er i midten.
Med alt dette, hvis vi trækker den gennemsnitlige kraft, der findes på et hvilket som helst punkt på Jorden, vil vi se, at forskellige punkter på overfladen udsættes for eksterne kræfter fra Månen på forskellige måder. Linjerne for disse kræfter udgør de relative kræfter, der virker på objektet og forklarer, hvorfor objektet under påvirkning af tidevandskraften trækkes mod det og komprimeres vinkelret på retningen af denne kraft.
Jo tættere vi kommer på et massivt objekt, jo større tidevandskræfter bliver. De vokser endnu hurtigere end tyngdekraften! Fordi sorte huller har en enorm masse, men er meget kompakte, skaber de de mest magtfulde tidevandskræfter i universet. Når vi nærmer os det sorte hul, strækker vi os mere og mere ud og bliver som tynde spaghetti.
Baseret på dette er det meget let at forstå, hvorfor et sort hul kan suge os ind. Jo mere vi nærmer os det, desto kraftigere bliver tiltrækningskraften, og jo mere tidevandskraften begynder at strække og rive os.
Idéen om, at vi kan blive suget ind i et sort hul, er imidlertid forkert. Enhver partikel, der udgør et objekt, der er under indflydelse af et sort hul, adlyder stadig de velkendte fysiske love, herunder rumtidens krumning fra generel relativitet.
Ja, på grund af tilstedeværelsen af masse bøjer rumets stof, og det sorte hul er den største ophobning af masse i universet. Men det er også rigtigt, at massefylden på ingen måde påvirker rumets krumning. Hvis en hvid dværg, neutronstjerne eller et sort hul med samme masse placeres i stedet for Solen, ændres kraften af tyngdekraften på Jorden ikke. Rummet omkring os er buet af den samlede masse som helhed, og tætheden har praktisk taget intet at gøre med det.
På afstand ser et sort hul ud som enhver anden masse i universet. Men hvis vi nærmer os det i en mindsteafstand på flere radier af Schwarzschild-sfæren, begynder vi at bemærke afvigelser fra Newtons tyngdekraft. Imidlertid fungerer det sorte hul stadig simpelthen som et tyngdepunkt og objekter, der nærmer sig det, kredser i en normal bane: en cirkel, ellipse, parabel eller hyperbol med en meget god tilnærmelse.
Tidevandskræfter kan få genstande, der nærmer sig, til at strække sig ud og blive revet ad. Og som materie akkumuleres omkring det sorte hul i form af en tiltrædelsesdisk, kan yderligere konsekvenser såsom magnetfelter, friktion og opvarmning opstå. På grund af denne ekstra indvirkning vil noget af sagen blive langsommere og blive slugt af det sorte hul, men det meste forbliver stadig udenfor.
Faktum er, at sorte huller ikke suger noget ind. Alle andre almindelige objekter (måner, planeter, stjerner) har de samme kræfter som et sort hul. Under alle omstændigheder er det bare tyngdekraften. Den største forskel er, at sorte huller er tættere end de fleste objekter, optager meget mindre volumen i det ydre rum og kan være meget mere massive end noget andet objekt. Saturn flyver stille og roligt i sin bane rundt om solen, men hvis vi i stedet for solen i midten af Mælkevejen lægger et sort hul, hvis masse er fire millioner gange vores stjernes masse, så vil tidevandskræfterne bryde Saturn og gøre det til en kæmpe ring, og det bliver en integreret del af akkretionsskiven det samme sorte hul. Og hvis der er nok friktion, opvarmning og acceleration i nærvær af tyngdekraft genereret af stof,elektriske og magnetiske felter, så over tid falder det indad og sluges.
Det ser kun ud til, at sorte huller absorberer stof, fordi de er meget massive, og tidevandskræfter og stof, der er akkumuleret omkring det sorte hul sammen, kan rive eksterne genstande i stykker, hvorefter en del af en sådan genstand under indflydelse af en trækkraft vil være inde i tiltrædelsesdisken, og over tid og inde i selve det sorte hul. Men et sort hul er meget kræsen, og langt størstedelen af sagen, der passerer tæt på det, bliver spyttet ud i en eller anden form. Og kun en lille brøkdel falder inden for begivenhedshorisonten og tvinger det sorte hul til at vokse gradvist.
Hvis vi udskifter al massen i universet med et sort hul med den tilsvarende masse og derefter fjerner alt, der skaber friktion, f.eks. Tiltrædelsesdiske, så suger det sorte hul meget lidt ind. Partiklerne gennemgår kun friktion på grund af stråling af tyngdebølger, der passerer gennem den buede rumtid genereret af det sorte hul. Ifølge Einsteins teori absorberes kun det stof, der er inden i og i centrum af en stabil cyklisk bane. Dette er ubetydeligt sammenlignet med hvad der falder inden for begivenhedshorisonten i vores fysiske virkelighed.
Som et resultat har vi kun tyngdekraften og den buede rumtid, der stammer fra tilstedeværelsen af disse masser. Idéen om sorte huller, der suger noget ind, er den største myte. De stiger på grund af tyngdekraften og intet andet. Men i universet er dette mere end nok.
Ethan Siegel
