Kad dovoljno masivna zvijezda završi svoj život ili se dvije dovoljno zvjezdane ostatke spoje, može se formirati crna rupa s horizontom događaja proporcionalnim njegovoj masi i nagomilavajućim diskom koji pada oko nje. (ESA / HUBBLE, ESO, M. KORNMESSER)

Pitajte Ethana: Što se događa kada padneš u crnu rupu?

Gravitacija i vrijeme toliko su različiti od onoga što biste očekivali. Evo kako bi sve to završilo.

Kad biste samo mogli znati odgovor na jedno pitanje o Svemiru, što biste pitali? Što biste željeli znati više od svega drugog? Kako odrastamo, većina nas izgubi iz vida stvari o kojima smo se pitali kao djeca, zbog čega sam bio presretan kad sam dobio poruku od Erica Erba o deset pitanja koja mu je sin Tristan donio kući iz drugog razreda. Dvije najveće misterije svih, gravitacija i vrijeme, dominirale su u njegovoj znatiželji. Nakon što je prokuhao, evo što je želio znati:

Upravo sam ga pitao, a on je želio da mu odgovore dva pitanja. 1. Što se događa kad padnete u crnu rupu? 2. Zašto / kako nas gravitacija vuče?

Krenimo od početka i pobrinite se da dođemo do svega.

Zemlju zaustavlja normalna materija, ali tamna bi materija prolazila pravo, čineći gotovo savršenu elipsu. To je rezultat koji bi bilo koji sustav doživio ako bi samo sile koje djeluju na njega bile gravitacijske, a sve ostalo bi se moglo zanemariti. (DAVE GOLDBERG OF AST MATHEMATICIAN / ASK PHYSICIST)

Prvo što morate shvatiti je da sve dok ste u ovom Univerzumu i ništa drugo vas ne dira, slobodni ste. Ne mislim na slobodu u nekom pravnom ili ljudskom pravu, ali bez da me tjeraju ili povlače vanjski utjecaji.

Možete razmišljati o tome na isti način na koji razmišljate o astronautu koji slobodno lebdi u svemiru: slobodan u smislu da nema tla koji vas može pogurati, nema molekula zraka da vas pojure, nema stolice na koju biste mogli sjediti, niti bi je drugi ljudi mogli dodirivati vas. Slobodni ste u Svemiru.

Ali to također znači, iako o tome ne razmišljamo tako često, da vas gravitacija može gurnuti oko sebe.

Najduži nesidreni svemirski prolaz ikad, NASA-in astronaut Bruce McCandless, na brodu STS-41-B. Bez da ga ništa dodiruje, Bruce je u slobodnom padu; uopće nema vanjskih sila na njega. On je jednostavno slobodan iskusiti druge sile osim gravitacije. (NASA)

Naravno da to možda nećete osjetiti, ali gravitacija vas uvijek vuče. Koju silu osjećate ovdje na Zemljinoj površini? To nije gravitacija; to je gravitacija izbalansirana silama stolice, zemlje ili drugih površina koje vas drže na visini. Otklonite te sile, kao što osjećate kad skočite s zemlje, i takav trenutak bestežine je ono što je slobodno pada - ili biti pod utjecajem same gravitacije.

Međutim, u našem stvarnom Svemiru na sve strane postoje mase. Planeta Zemlja je masa, Sunce je masa, a svi svjetovi, zvijezde i galaksije u Svemiru su mase. Ako biste mogli sami vizualizirati prostor, to neće biti jednostavno ravna mreža; bilo bi izoblieno prisutnošću svih ovih masa. Dok ste se kretali kroz Svemir pod utjecajem gravitacije, ta iskrivljena mreža određivala je vaše kretanje.

Umjesto prazne, prazne, 3D rešetke, odlaganje mase uzrokuje ono što bi bilo

To je ono što gravitacija čini: način na koji se prostor iskrivi u prisustvu mase (i energije) i efekata koje ima na druge objekte (poput vas) koji postoje u tom prostoru.

Nemojte se zavaravati ni ovom statičnom slikom. Tkanina prostora se neprestano mijenja kako se mase kreću po njemu. Kako Zemlja kruži oko Sunca, mijenja se i izvijanje prostora. Kako se Sunce kreće oko galaksije, zakrivljenost prostora se mijenja. Kako se zvijezde formiraju i žive i eksplodiraju i umiru, tkivo prostora se mijenja.

Sve je to dio velikog kozmičkog plesa i dio priče o gravitaciji. Kako se mase kreću okolo i mijenjaju se, kako se Univerzum širi, kako se u Svemiru odvija čitav niz procesa, mijenja se i tkivo prostora. Ali kroz sve to, gravitacija ostaje stvarna i nastavlja nas vući kao da slobodno padamo.

Animirani pogled na to kako prostorno vrijeme reagira na masu koja se kreće kroz njega pomaže prikazati točno kako, kvalitativno, to nije samo list tkanine, već je sav prostor zakrivljen prisutnošću i svojstvima materije i energije u Svemiru. (LUCASVB)

Ako se krećete dovoljno brzinom i u pravom smjeru sa pravog mjesta, možete napraviti stabilnu orbitu oko bilo koje mase u Svemiru.

Ali ako nešto pogriješite, vratit ćete se na onu masu koju pokušavate orbitirati. Lansirajte raketu bez dovoljno brzine i ona će pasti natrag na Zemlju. Usporite previše planeta i ono će pasti na Sunce. Usporite zvijezdu u orbiti i ona će pasti u središte galaksije.

A u najekstremnijem slučaju, ako imate pogrešna svojstva, možete pasti u crnu rupu. Crna rupa je krajnja masa: ona koja je toliko gusta, tako masivna i tako kompaktna da se ništa ne može izvući kad padne unutra. Čak i pri krajnjoj granici brzine svemira - brzini svjetlosti - ne možete pobjeći.

Ilustracija jako zakrivljenog prostora, izvan horizonta događaja, crne rupe. Kako se približavate položaju mase, prostor postaje ozbiljnije zakrivljen, što na kraju vodi do mjesta iz kojeg čak ni svjetlost ne može pobjeći: horizont događaja. (KORISNIK PIXABAY-a JOHNSONMARTIN)

Postoji nekoliko vrlo kontratuktivnih stvari koje se događaju kada se približite horizontu događaja crne rupe, a stvari se pogoršavaju nakon što ga pređete. Postoji vrlo, vrlo dobar razlog zašto jednom kada pređete preko te nevidljive barijere, nikad ne možete izaći.

Kad ste vrlo daleko od crne rupe, tkanina prostora je manje zakrivljena. U stvari, kad ste vrlo daleko od crne rupe, njezina gravitacija se ne može razlikovati od bilo koje druge mase, bilo da je to neutronska zvijezda, obična zvijezda ili samo difuzni oblak plina. Prostorno vrijeme može biti zakrivljeno, ali sve što možete reći na vašoj udaljenoj lokaciji je da je to zbog prisutnosti mase, a ne koja su svojstva ili raspodjele te mase.

Jednostavno biste pali, slobodno, isto kao i kad biste tu crnu rupu zamijenili bilo čime drugim. Jednostavno bi izgledalo drugačije: kao da izgleda crna rupa.

Vizualizacija kako bi izgledala crna rupa na pozadini Mliječnog puta. Horizont događaja je mračno područje iz kojeg nijedna svjetlost ne može pobjeći. (SXS TEAM; BOHN ET AL. 2015)

Kako ste se počeli zbližavati, osjetili biste nešto čudno: silu koja vuče po tijelu. Da su vam stopala bliža horizontu događaja nego što su bila vaša glava, osjetili biste istezanje od glave do pete, dok bi vam se stranice stisnule. To su sile plime i oseke, iste sile koje uzrokuju da se Zemljini okeani ispucaju.

Samo je crna rupa mnogo, puno jača, a njezine će se sile plima istezati i stisnuti vrlo ozbiljno bliže. Oni bi radili da vas povuku u dugu tanku crtu; efektivno bi vas pretvorili u rezance. Znanstvenici to već dugo prepoznaju i zapravo imamo jednu od najzabavnijih riječi za opisivanje onoga što se događa nekom predmetu kada on padne u crnu rupu: špagetizacija!

Čak i kad biste započeli kao savršena sfera, istegnuli biste se u smjeru crne rupe i komprimirali u pravcima okomitim na nju. Sila u središtu predmeta izjednačit će se s prosječnom neto silom, dok će različite točke udaljene od središta osjetiti različite neto sile. To rezultira efektom „špagetiranja“. (ZAJEDNICE KRISHNAVEDALA / WIKIMEDIA)

Ono što biste vidjeli bilo bi jednako fascinantno. S velike udaljenosti jednostavno biste vidjeli da se prostor oko njega izvija, kao da ova masa pruža sjajnu kozmičku leću koja iskrivljuje svu svjetlost oko nje. Ali dok putujete, u svom savršeno opremljenom neuništivom svemirskom brodu, počeli biste primjećivati ​​nešto čudno dok se približavate ovoj crnoj rupi.

Kad vam se dvaput približi kao prije, čini se da mu kutna veličina postaje dvostruko veća. Kad ponovno prepolovite udaljenost, čini se da postaje još veći: više od četiri puta veći nego što je bio u početku.

Za razliku od svih ostalih objekata na koje ste navikli, a čini se da postaju vizualno veći u odnosu na udaljenost koju ste udaljeni od njih, čini se da ova crna rupa raste mnogo brže nego što ste očekivali, zahvaljujući nevjerojatnoj zakrivljenosti prostora ,

Zahvaljujući snazi ​​Opće relativnosti koja se proteže i iskrivljava prostor, svjetlost koja dolazi iza crne rupe savijat će se oko nje, ostavljajući veliki disk tame, što odgovara horizontu događaja crne rupe. (UTE KRAUS, GRUPA ZA OBUKU FIZIKE KRAUS, UNIVERSITAT HILDESHEIM)

Razlog za to je jednostavan. Svakako, masa zakrivljava prostorno vrijeme, ali kako se sve više i više približavate izuzetno gustoj i velikoj masi, poput crne rupe, zakrivljenost prostora postaje sve ozbiljnija. To povećava sile plime i oseke na vas, sigurno, ali također povećava količinu svjetla koja dolazi oko crne rupe.

U usporedbi sa svojom stvarnom, fizičkom veličinom, horizont događaja počet će se prikazivati ​​ogromnim! Pozadina će se činiti da će se udaljene zvijezde katastrofalno oblikovati izvan forme, a horizont događaja će početi preuzimati cijelo vaše prednje vidno polje.

Kad padnete u crnu rupu ili se jednostavno približite horizontu događaja, njegova veličina i razmjera izgledaju mnogo veće od stvarnih veličina. Vanjskom promatraču koji promatra kako padate vaši će se podaci kodirati na horizontu događaja. Što se događa s tim informacijama dok crna rupa isparava još uvijek nije odgovoreno. (ANDREW HAMILTON / JILA / UNIVERZITET COLORADO)

Kako se sve bliže i bliže horizontu događaja, počinje pokriti sve pred sobom. Jednom kada pređete taj horizont događaja, vaša će se sudbina zapečati. Ne možete unijeti količinu energije koja vas neće odvesti bilo gdje osim singularnosti u središtu, koja će vas u sekundi srušiti na vaše subatomske čestice.

Ali još niste osuđeni!

U ovom trenutku, još niste prešli horizont događaja, još uvijek možete izaći. Ako osigurate dovoljno ubrzanje daleko od horizonta događaja, mogli biste pobjeći od njegove gravitacije i natjerati svemir natrag u svoje sigurno, daleko od crne rupe, asimptotički ravnog svemirskog vremena. Vaši gravitacijski senzori mogu vam reći da postoji određeni uspon spusta prema središtu tame i dalje od područja u kojima još uvijek možete vidjeti zvjezdanu svjetlost.

Ta vizualizacija, gore, dobiva ono što biste vidjeli većinom ispravno; jedina iznimka je da bi došlo do promjene boje dok padnete u crnu rupu. Vanjska svjetlost bi vam se, čim padne na oči, učinila plavijom dok bi vas udarala u oči, ubrzana dodatnom gravitacijskom zakrivljenošću prostora.

Ako nastavite padati prema horizontu događaja, na kraju ćete vidjeti kako se zvjezdano svjetlo komprimira u sićušnu točku iza vas, mijenjajući boju u plavu zbog gravitacijskog blueshiftinga. U posljednjem trenutku prije nego što pređete na horizont događaja, ta će točka postati crvena, bijela, a zatim plava, kako će se kozmičke mikrovalne i radio pozadine pomaknuti u vidljivi dio spektra za svoj posljednji, posljednji pogled izvana Svemir, i dalje pretpostavljajući da s vama više ništa ne pada.

Ovo bi bio najčudniji, najegzotičniji pogled na kozmičku mikrovalnu pozadinu koji bi itko mogao vidjeti: modro-pomaknutu energiju koja dolazi iz jedne točke iza vas dok proživljavate posljednje trenutke prije nego što naiđete na središnju posebnost crne rupe. (E. SIEGEL)

A onda ... tama. Ništa. Iznutra iz horizonta događaja, svjetlo iz vanjskog Svemira ne pogodi vaš svemirski brod. Bez obzira na to kako palite motore, bez obzira na to što radite, nema izlaza. Ono što biste vidjeli ne bi odražavalo kamo ste se uputili: jedinstvenost bi bila pred vama bez obzira u kojem ste smjeru krenuli.

Ali zapravo ne biste vidjeli tu posebnost, koliko čudan je bio ovaj izrazito zakrivljeni prostor. Zapravo vas svjetlost iz vanjskog svijeta prati u crnu rupu, prelazeći horizont događaja prije vas, nakon vas i s vama. Donji videozapis pokazuje što se događa ako dopustite da svjetlost iz vanjskog Svemira padne u crnu rupu oko vas, točno onako kako se to događa u stvarnom životu. (Preći ćete obzorje događaja oko oznake 0:37 u videu.)

Trebalo bi samo nekoliko sekundi od trenutka kad pređete preko horizonta crne rupe da budete srušeni na dijelove. Ali u najvećim crnim rupama, postoji šansa da ih oni vode negdje drugdje: u bijelu rupu, u drugi svemir ili u novu fizičku stvarnost zakrivenu iza horizonta događaja koji ne možemo vidjeti prošlost. Izvana ne možemo dobiti nikakve podatke o tome što se nalazi u horizontu događaja. Sve što imamo su naše teorije.

I dalje preporučujem da ne upadnete u crnu rupu, ako vam može pomoći, jer je najvjerojatniji scenarij da biste jednostavno bili rastrgani i zgnječeni. Ali ako uđete unutra, bili biste jedino ljudsko biće koje postoji i zasigurno je znalo kako je to. Ti bi prvi otkrio koje su tajne skrivene u crnoj rupi. Možete se odustati od toga i to je vjerojatno pametan izbor. Ali u ovom Svemiru, ako želite biti prvi, morate nešto riskirati da biste to saznali. Možda će neko od vas vani, čitajući ovo, postati prvi koji će to sigurno znati.

Pošaljite svoja Pitanja Ethanu na startwithabang na gmail dot com!

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.