Det har været flere uger siden mærkelige ting begyndte at ske på nattehimlen. Som mange andre følger du aktivt nyhederne. Præsidenten taler, han støttes af astrofysikere, geologer og klimatologer. Han er nervøs, men hylder traditionen og deler nyheden op i "dårlige" og "gode". Den gode nyhed: vi er ikke døde, planeten ødelægges ikke, den fejes ikke ind i rummet eller spindes i et tyngdekraftshjul. De dårlige er "meget interessante klimaændringer." At prøve at overleve ved siden af et sort hul er som at flygte fra Titanic - for en kold død i havet.
Før du tager fat på din alarmsag eller begynder at blive skør: frygt ikke, dette er bare et tankeeksperiment. Sorte huller er et af de mest uhyggelige fænomener i universet. Deres enorme vægt bøjer rum og tid - og vores forståelse af deres natur - til det yderste, til et punkt. Supermassive sorte huller lurer i galaksernes kerner og sluger millioner, milliarder af stjerner.
Hvad vil der ske, hvis der opstår et sort hul eller opdages i nærheden af vores solsystem?
Som med de fleste hypotetiske spørgsmål er djævelen i de små ting. Hvor tæt? Hvor fra? Hvad er massen?
Det skal bemærkes med det samme, at vores sol aldrig bliver et sort hul. Dette kræver en masse, der er i størrelsesorden større end solen - 10-15 gange. Så vil der være et tyngdekraftkollaps, under indflydelse af tyngdekraften kollapser stof materielt bogstaveligt til et punkt. Et lignende fænomen er kernen i brintbomber og i teorien om kold termonuklear fusion, medmindre tyngdekraften spiller en anden rolle. Desuden er andre stjerner i nærliggende galakser ikke egnede til rollen som potentielle sorte huller. De fleste af dem er røde dværge og har en masse på 8-60% af vores sol.
To muligheder forbliver: enten vises et sort hul spontant i vores nærhed, eller det kommer fra ingen steder. Men den første er trods protester mod forskning på Large Hadron Collider umulig (vi forklarer hvorfor senere).
Hvad det andet angår, har astronomer og astrofysikere bekræftet eksistensen af omkring 2.000 vandrende sorte huller, men chancerne for, at en af dem når os, er tæt på nul. Og som forfatter Douglas Adams påpegede:
”Kosmos er fantastisk. Du kan simpelthen ikke forstå, hvor utrolig og mind-blowing han er. Jeg mener, det kan virke som en lang vej til apoteket, men i forhold til plads er disse frø."
Salgsfremmende video:
Det betyder, at sandsynligheden for en sådan begivenhed er for interessant til ikke at overveje den nærmere.
Indflydelse af sorte huller på rum og tid
Hvis du ser et sort hul på afstand, vil det se ud som enhver anden massiv genstand. Så længe det er lige foran dig, overholder det klassiske mekanikers love og Newtons lov om universel tyngdekraft, som siger, at tiltrækningen mellem to objekter er proportional med deres masse og aftager med stigende afstand. Med andre ord er der ingen gravitationsforskel mellem R136a1, en "blå" dværg, der vejer 265 sol, og et sort hul med samme vægt.
Kom tættere på det sorte hul for at komme ind i dets tyngdefelt, og du vil blive stillet over for to forskellige sæt regler. Einsteins generelle relativitetsteori, som gør det muligt for sorte huller at bøje rum og tid og ekstrem tyngdekraft, hvilket fører denne krumning til det ekstreme.
Hvis du vil studere et sort hul uden at komme ud af et stjerneskib, vil du opdage, at jo tættere på centrum af massiv masse, jo mere vil dine motorer stramme for at holde dig i en cirkulær bane. Først vil små impulser fra raketten stabilisere den; men jo længere du går, jo mere energi skal du bruge for ikke at gå ud af kredsløb. Som et resultat, er det kun non-stop-betjening af raketmotorer, der adskiller dig fra alt, der forbruger noget.
Så snart du er løbet tør for brændstof (eller du bliver skør og slukker motorerne), krydser du begivenhedshorisonten for det sorte hul, hvor grænsen ikke engang lyset kan komme tilbage. Derefter bliver du nødt til at svare for alle dine synder. Intet vil stoppe den ubønhørlige bevægelse mod singulariteten - kernen i uendeligt komprimeret rum og tid, hvor fysik, som vi kender det, krøller sig sammen til en kugle og hviner.
Tiden vil blive langsommere, efterhånden som du skrider frem. Rigtig meget. Fra dit synspunkt vil intet ændre sig, men dine venner, der ser dit trick, vil se ud som sløret lyn. Men kun til begivenhedshorisonten - lyset går ikke ud over det, hvilket betyder, at ingen kan se dig. Perfekt kriminalitet, ikke?
Gravitationsforstyrrelser er almindelige nok, men for svage til at blive bemærket. På Jorden, for eksempel, efter at have levet en milliard år ved havoverfladen, vil du være et sekund yngre end din jævnaldrende, der boede på toppen af Everest. De siger, at tiden er bange for pyramiderne, men du er nødt til at bruge for meget tid på at læne kinden mod den for at mærke, at tiden går ned i Paris.
Tiden spinder rundt i et sort hul. Når vi siger, at det ikke kan undgås at falde i en singularitet, betyder det ikke kun tyngdekraftens uforklarlige handling eller forvrængning af rummet. Tiden i et sort hul krymper til det punkt, at stien til singulariteten bogstaveligt talt bliver din fremtid. At undslippe singulariteten vil være som at prøve at stoppe tiden.
Ønsker du at vide, hvad der vil ske i vores solsystem, hvis det formår at komme ind i en sådan malstrøm af kræfter? Læs videre.
Dommedag
Antag, at et sort hul er fanget i et binært system, der krammer en stjerne, der er ved at blive supernova. Pludselig sker det, tyngdekæmpen skyder i vores retning med en hastighed på ti og hundreder af kilometer i sekundet. Hvordan ved vi om dette?
Svaret er simpelt: vi ved det ikke, før det kolliderer med noget, da de sorte huller med massiv tyngde ikke engang frigiver lys. Så i stedet for at prøve at finde sort peber på et sort tæppe, lad os se på et par måder, der hjælper os med at identificere et sort hul direkte.
For det første udsender materiale, der er revet fra hinanden af det sorte hul, stråling, når akkretionsskiven roterer. Rummet omkring vil lyse som en halskæde med nytårslygter, der bæres af en kat (mærkelig fantasi, men det skal det være).
For det andet kan forvrængning af rummet omkring sorte huller detekteres ved hjælp af jordbaserede metoder. Dette er tyngdekraftlinse som forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori. Effekten manifesterer sig nær massive objekter og registreres af astronomer.
Men selv under ideelle forhold vil det være vanskeligere at finde et sort hul på denne måde end at finde lopper på en plettet hund om natten med kikkert. Med et øjenplaster. For en vellykket tyngdekraftlinse skal et sort hul passere mellem os og stjernen. Og derefter skal vi stadig være heldige.
Derudover kan et sort hul mærke sig, hvis det interagerer gravitationsmæssigt med himmellegemer som planeter, stjerner, asteroider og kometer, hvilket igen bringer os til nøglespørgsmålet: hvor tæt vil vores hypotetiske sorte hul, beliggende i nabolaget, blive placeret?
Jo tættere, jo farligere er det selvfølgelig. Når banerne på planeterne og månerne nærmer sig, vil de danse salsa som en spurv fanget i et edderkoppens web, trække skæve baner og forstyrre den rækkefølge, som de har forsøgt at sammensætte siden Nicolaus Copernicus 'tid.
Her på Jorden ville ebbe og strøm og himmelens farve ændre sig. Hvis tyngdekraften, som bestilt af Zhirinovsky, bevæger planetens bane længere væk fra solen, bringer den tættere på, gør den mere elliptisk, i bedste fald vil vi lide af temperaturændringer og underlige forhold til årstiderne. I værste fald (bortset fra at blive en del af et sort hul), kan Jorden falde i solen eller gå på en lang rejse ind i dybden af rummet og dømme os alle til kold død.
Den berømte astrofysiker Neil de Grasse Tyson udtrykte engang kortfattet de problemer, der ville opstå, hvis en "sort gæst" starter i nærheden:
"Hvis vi besøger et sort hul, vil solsystemet have en dårlig dag."
Lad os ikke skifte fra fod til fod foran begivenhedshorisonten og endelig dykke.
Kontakt: gode og dårlige nyheder
Der er et ord på seks bogstaver på russisk, der bedst beskriver det, der venter os. Lad os bare kalde det undergang. Forskere lærte at dele med nul, og vi endte i et sort hul. Selv Bruce Willis med en modig besætning af oliearbejdere, specielt uddannet i Chelyabinsk, ville ikke have reddet os.
Hvis et sort hul dukkede op i nærheden af Neptun, ville vi straks mærke det. Forskere kender Neptuns bane så godt, at de endda kan opdage en afvigelse på 1 buesekund (en måleenhed). Et almindeligt sort hul med en masse på ti soler, der flyver med en hastighed på 300 km / s, ville give sig ud endnu en tiendedel af et lysår.
Og her er den sidste gode nyhed: et sort hul i denne størrelse vil give os mindst 100 år til at fuldføre vores jordiske anliggender. Måske vil en fare af denne størrelse afslutte alle jordiske krige eller starte en global. Måske vil menneskeheden have tid til at ødelægge sig selv, så snart den lærer det om hundrede år - alt, kaput. Det betyder ikke noget endnu. Hvis hullet bevæger sig langsommere, forøges den fatale ventetid ti gange. Og så skulle der være tid nok til at bygge en ark eller samle en planetarisk kuffert med ting.
Når det nærmer sig Neptun, trækker den sorte død gasgiganten ud af banen. Planeten begynder at opføre sig underligt: når den bevæger sig væk fra os, opstår der en rød forskydning - bølgelængden af dens stråling, inklusive lys, går ind i det røde spektrum. Så snart Neptun er bag det sorte hul, trækkes tyngdekraften over den sorte kugle og flyder omkring den. Når planeten vises igen, allerede foran os, gennemgår dens farver et blåt skift - bølgelængden går til denne ende af spektret.
Rødt og blåt skift er som regel en konsekvens af fjernelse eller tilgang af et stjernegenstand i forhold til os. Det ligner Doppler-effekten under en ambulancetur i nærheden af os.
På samme tid, da det sorte hul "spiser" planeten, vil gassen hvirvle i en gravitationsspiral, som sukker under oprettelsen af sukkerspind. Fra vores synspunkt vil spiralen for evigt gå ind i begivenhedshorisonten. Men lyset, der udsendes af Neptuns død, reflekteres negativt fra det sorte hul, ligesom solkoronaen under en formørkelse.
Jo tættere det sorte hul er på Jorden, jo mere vil forvrængningseffekten omkring den manifestere sig som i et buet spejl. Alle teleskoper ser kun tomrummet i midten af det sorte hul.
Hvis vores sorte død er et supermassivt sort hul, vil historien allerede ende - dens begivenhedshorisont vil være fem gange større end solsystemet. Men det er kedeligt. Lad os se, hvordan en af disse monstre ser ud indefra.
Verdens ende eller gennem det ser ud
Du klatrer op i kaninhullet, idet du ved, at dit kendskab til ham vil være meget kort. Vi håber, at vi i det mindste vil have tid til at vurdere det indre af det sorte hul. Heldigvis for os, men desværre for solsystemet, er dette sorte hul supermassivt. Vi ændrede reglerne, men hvis vi ikke gjorde det, ville det være afsluttet af en eller anden grund.
I et lille sort hul - sig med en masse på 30 soler - ville tidevandskræfter forårsaget af en stigning i tyngdekraften rive os fra hinanden længe før vi nåede begivenhedshorisonten. Men der er tyngdekraften et eller andet sted omkring en million jordarter. For at nyde sejren - når alt kommer til alt, vi har nået begivenhedshorisonten - har vi ikke engang 0,0001 sekunder.
I et supermassivt sort hul med en masse på 5 millioner soler, som den der ligger i centrum af vores galakse, venter en helt anden oplevelse på os. Ethvert sort hul, der har absorberet en masse på mere end 30 tusind soler, har tidevandskræfter med tyngdekraften mindre end en jord i begivenhedshorisonten. Vi har 16 sekunder til at kigge rundt (og ændre spillereglerne), før vi når singularitetspunktet. Jo mere masse, jo mere tid.
At falde gennem begivenhedshorisonten er som at falde i søvn eller blive forelsket: det er svært at bestemme et udgangspunkt for hvornår dette vil ske, men bagefter vil din følelse af virkeligheden være helt anderledes. I et sort hul vil du se stjerner (lys kommer ind, men ikke omvendt), men rummet omkring dig vil ligne en sæbeboble.
Når du er knust til intet, vil du finde dig selv i et punkt med uendelig krumning, hvor den tid og det rum, vi kender, slutter.
Ilya Khel