Gdy obiekt wejdzie do czarnej dziury, nie może już z niej wyjść. Bez względu na to, ile masz energii, nigdy nie możesz poruszać się szybciej niż prędkość światła i przekroczyć horyzont zdarzeń od wewnątrz. Ale co, jeśli spróbujesz oszukać tę małą regułę i zanurzysz malutki obiekt w horyzoncie zdarzeń, przywiązując go do bardziej masywnego, który może opuścić horyzont? Czy można jakoś wydostać się z czarnej dziury? Prawa fizyki są surowe, ale muszą odpowiedzieć na pytanie, czy to możliwe, czy nie. Ethan Siegel z Medium.com sugeruje, żebyśmy się dowiedzieli.
Czarna dziura to nie tylko supergęsta i supermasywna osobliwość, w której przestrzeń jest zakrzywiona tak bardzo, że wszystko, co dostaje się do środka, nie może się już wydostać. Chociaż zazwyczaj jest to coś, co uważamy za czarną dziurę - a dokładniej - obszar przestrzeni wokół tych obiektów, z którego żadna forma materii ani energii - a nawet samo światło - nie może uciec. To nie jest tak egzotyczne, jak mogłoby się wydawać. Jeśli weźmiesz Słońce takim, jakie jest i ściśniesz je w promieniu kilku kilometrów, otrzymasz prawie czarną dziurę. I chociaż naszemu Słońcu nie grozi taka przemiana, we Wszechświecie są gwiazdy, które pozostawiają te tajemnicze obiekty.
Najbardziej masywne gwiazdy we Wszechświecie - gwiazdy o masach dwudziestu, czterdziestu, stu, a nawet 260 mas Słońca - są najbardziej niebieskimi, najgorętszymi i najjaśniejszymi obiektami. Spalają również paliwo jądrowe w swoich głębinach szybciej niż inne gwiazdy: w ciągu jednego lub dwóch milionów lat zamiast wielu miliardów, jak Słońce. Kiedy tym wewnętrznym rdzeniom zabraknie paliwa jądrowego, stają się zakładnikami najpotężniejszych sił grawitacyjnych: tak potężnych, że przy braku niesamowitego ciśnienia syntezy jądrowej, któremu są przeciwne, po prostu się zapadają. W najlepszym przypadku jądra i elektrony zyskują tak dużo energii, że łączą się w masę połączonych ze sobą neuronów. Jeśli ten rdzeń jest masywniejszy niż kilka słońc, te neutrony będą wystarczająco gęste i masywne, aby zapaść się w czarną dziurę.
Pamiętaj więc, że minimalna masa czarnej dziury to kilka mas Słońca. Czarne dziury mogą wyrastać ze znacznie większych mas, łącząc się ze sobą, pożerając materię i energię oraz przenikając do centrów galaktyk. W centrum Drogi Mlecznej znaleziono obiekt o masie cztery miliony mas Słońca. Na jego orbicie można zidentyfikować pojedyncze gwiazdy, ale żadne światło o żadnej długości fali nie jest emitowane.
Inne galaktyki mają jeszcze bardziej masywne czarne dziury, których masy są tysiące razy większe niż nasza własna i nie ma teoretycznej górnej granicy ich wysokości. Ale są dwie ciekawe właściwości czarnych dziur, które mogą nas doprowadzić do odpowiedzi na postawione na samym początku pytanie: czy można coś ciągnąć „na smyczy”? Pierwsza właściwość odnosi się do tego, co dzieje się z przestrzenią w miarę wzrostu czarnej dziury. Zasada działania czarnej dziury jest taka, że żaden obiekt nie może uciec przed swoim przyciąganiem grawitacyjnym w obszarze przestrzeni, bez względu na to, jak jest przyspieszony, nawet poruszając się z prędkością światła. Granica między miejscem, w którym obiekt może opuścić czarną dziurę, a miejscem, w którym nie może, nazywa się horyzontem zdarzeń. Każda czarna dziura to ma.
Co zaskakujące, krzywizna przestrzeni jest znacznie mniejsza na horyzoncie zdarzeń w pobliżu najbardziej masywnych czarnych dziur, a zwiększa się w przypadku mniej masywnych. Pomyśl o tym: jeśli miałbyś „stać” na horyzoncie zdarzeń z prawą stopą na krawędzi i głową do tyłu 1,6 metra od osobliwości, siła rozciągnęłaby twoje ciało - proces zwany spaghetti. Gdyby ta czarna dziura była taka sama jak w centrum naszej galaktyki, siła rozciągająca wynosiłaby tylko 0,1% siły grawitacji na Ziemi, podczas gdy gdyby sama Ziemia zamieniła się w czarną dziurę, a ty na niej stałeś, siła rozciągająca wyniosłaby 1020 razy grawitacja Ziemi.
Film promocyjny:
Jeśli te siły rozciągające są małe na skraju horyzontu zdarzeń, nie będą znacznie większe wewnątrz horyzontu zdarzeń, co oznacza - biorąc pod uwagę siły elektromagnetyczne, które spajają ciała stałe - być może moglibyśmy zrealizować nasz plan: zanurzyć obiekt w horyzoncie zdarzeń i niemal natychmiast Na wynos. Potrafisz to zrobić? Aby to zrozumieć, przyjrzyjmy się, co dzieje się na samej granicy między gwiazdą neutronową a czarną dziurą.
Wyobraź sobie, że masz niezwykle gęstą kulę neutronów, ale foton na jej powierzchni może nadal uciec w kosmos i niekoniecznie powrócić do gwiazdy neutronowej. Teraz umieśćmy kolejny neuron na powierzchni. Nagle rdzeń nie jest już w stanie wytrzymać zapaści grawitacyjnej. Ale zamiast myśleć o tym, co dzieje się na powierzchni, pomyślmy o tym, co dzieje się wewnątrz, gdzie tworzy się czarna dziura. Wyobraź sobie pojedynczy neutron złożony z kwarków i gluonów i wyobraź sobie, jak gluony muszą przemieszczać się z jednego kwarku do drugiego w neutronie, aby nastąpiła wymiana sił.
Teraz jeden z tych kwarków jest bliżej osobliwości w środku czarnej dziury, a drugi jest dalej. Aby nastąpiła wymiana sił - a neutron był stabilny - gluon w pewnym momencie musi przejść z kwarku bliskiego do kwarku odległego. Ale jest to niemożliwe nawet przy prędkości światła (a gluony nie mają masy). Cała geodezja zerowa lub ścieżka obiektu poruszającego się z prędkością światła spowoduje osobliwość w środku czarnej dziury. Co więcej, nigdy nie odejdą dalej od osobliwości czarnej dziury niż w momencie wyrzucenia. Dlatego neutron wewnątrz horyzontu zdarzeń czarnej dziury musi zapaść się i stać się częścią osobliwości w centrum.
Wróćmy więc do przykładu uprzęży: wziąłeś małą masę, przywiązałeś ją do większego naczynia; statek znajduje się poza horyzontem zdarzeń, a masa jest zanurzona. Kiedy jakakolwiek cząstka przekracza horyzont zdarzeń, nie może go ponownie opuścić - ani cząstka, ani nawet światło. Ale fotony i gluony pozostają tymi samymi cząstkami, których potrzebujemy, aby wymieniać siły między cząstkami znajdującymi się poza horyzontem zdarzeń, a także nie mogą nigdzie się udać.
Nie musi to koniecznie oznaczać zerwania kabla; raczej osobliwość przeciągnie się na cały statek. Oczywiście siły pływowe w pewnych warunkach cię nie rozerwą, ale osiągnięcie osobliwości będzie nieuniknione. Niesamowita grawitacja i fakt, że wszystkie cząstki o wszystkich masach, energiach i prędkościach nie będą miały innego wyjścia, jak tylko podróżować do osobliwości, oto co się wydarzy.
Dlatego niestety nie znaleźli jeszcze wyjścia z czarnej dziury po przekroczeniu horyzontu zdarzeń. Możesz zmniejszyć straty i odciąć to, co już dostało się do środka, lub pozostać w kontakcie i utonąć. Wybór należy do Ciebie.
Ilya Khel