Čierne diery sú pravdepodobne najzáhadnejšími objektmi vo vesmíre. Sú také husté, že gravitačná sila nedovoľuje niču, dokonca ani svetlu, opustiť čiernu dieru. Fyzici objavili veľa čiernych dier, od malých až po superhmotné, ktoré vážia milióny alebo miliardy slnečných lúčov. Dôležitá vlastnosť horizontu udalostí - toto svetlo ho nemôže prekročiť - vytvára v priestore hranice: akonáhle ho prekročíte, ste odsúdení na jedinečnosť. Čo však uvidíte, ako upadne do čiernej diery? Zhasnú alebo zostanú svetlá? Fyzici poznajú odpoveď a budete ju milovať.
V centre našej vlastnej galaxie sme videli hviezdy pohybujúce sa okolo centrálneho bodu hmoty 4 milióny slnečných hmôt, ktoré vyžarovali žiadne svetlo. Tento objekt, Strelec A *, je jasný kandidát na čierne diery, ktorý môžeme určiť priamo meraním hviezd na jeho obežnej dráhe.
Keď sa však priblížite k obzoru čiernej diery, vyskytnú sa niektoré veľmi podivné veci a pri jej prekročení sa dostanú ešte podivnejšie. Existuje dôvod, prečo po prekonaní tejto neviditeľnej bariéry ju nikdy nebudete môcť opustiť. A nezáleží na tom, do akej triedy vás čierna diera nasávala, do akej vesmírnej lode sa vás snaží odtiaľ dostať, alebo na čomkoľvek inom. Všeobecná relativita je veľká vec, najmä pokiaľ ide o čierne diery. Dôvod súvisí s najväčším úspechom Einsteina: súvisí s tým, ako sa čierna diera ohýba časopriestor.
Keď ste veľmi ďaleko od čiernej diery, priestorová štruktúra je menej zakrivená. V skutočnosti, keď ste veľmi ďaleko od čiernej diery, jej gravitácia je nerozoznateľná od akejkoľvek inej hmoty, či už ide o neutrónovú hviezdu, obyčajnú hviezdu alebo iba rozptýlený oblak plynu. Priestor môže byť zakrivený, ale všetko, čo z diaľky viete povedať, je prítomnosť hmoty bez údajov o jej rozložení. Ak sa však pozriete na vlastné oči, potom namiesto oblaku plynu, hviezdy alebo neutrónovej hviezdy bude v strede absolútne čierna guľa, ktorá nevyžaruje žiadne svetlo.
Táto sférická oblasť, známa ako horizont udalostí, nie je ničím fyzickým, ale skôr oblasťou určitej veľkosti, z ktorej nemôže svetlo uniknúť. Dalo by sa predpokladať, že z diaľky sa zdá, že veľkosť čiernej diery je skutočne taká, aká je. Inými slovami, ak sa priblížite k čiernej diere, bude vyzerať ako úplne čierna diera na pozadí vesmíru, pozdĺž jej okrajov je zdeformované svetlo.
V prípade čiernej diery s hmotnosťou Zeme bude táto guľa malá: rádius asi 1 centimeter; a pre čiernu dieru s hmotnosťou slnka bude mať táto guľa polomer asi 3 kilometre. Ak zmeníte hmotnosť (a veľkosť) na superhmotnú čiernu dieru - ako je tá v strede našej galaxie - získate veľkosť planétovej obežnej dráhy alebo obrovskej červenej hviezdy, ako je Betelgeuse.
Čo sa stane, keď sa priblížite a nakoniec upadnete do čiernej diery?
Propagačné video:
Geometria toho, čo vidíte, bude z diaľky vyhovovať vašim očakávaniam a výpočtom. Ale keď postupujete vo svojej dokonale skonštruovanej a nezničiteľnej kozmickej lodi, začnete si všimnúť niečo zvláštne, keď sa blížite k čiernej diere. Ak rozdelíte vzdialenosť medzi vami a hviezdou na polovicu, uhlová veľkosť hviezdy sa zdá byť dvakrát väčšia. Ak skrátite vzdialenosť na štvrtinu, bude štvornásobne väčšia. Čierne diery sa však líšia.
Na rozdiel od všetkých ostatných predmetov, na ktoré ste zvyknutí, čím bližšie sa zdá, čím väčšia je, čierna diera rastie oveľa rýchlejšie vďaka neuveriteľnému zakriveniu priestoru.
Z nášho pohľadu na Zem sa čierna diera v galaktickom strede bude javiť ako nepatrná a jej polomer sa meria v mikro-oblúkových sekundách. Ale v porovnaní s naivným polomerom, ktorý vypočítate vo všeobecnej relativite, sa bude zdať o 150% väčší v dôsledku zakrivenia priestoru. Ak sa k tomu priblížite, v čase, keď je horizont udalostí veľkosť úplňku na oblohe, bude štvornásobne väčší. Dôvodom je samozrejme to, že časopriestor sa čoraz viac ohýba, keď sa blížite k čiernej diere.
Naopak, pozorovaná oblasť čiernej diery rastie čoraz viac; v čase, keď sa nachádzate vo viacerých polohách Schwarzschildovcov, sa čierna diera zväčší na takú veľkosť, že zakryje takmer celý výhľad spredu na loď. Bežné geometrické objekty sa takto nechovajú.
Keď sa blížite k najvnútornejšej stabilnej kruhovej obežnej dráhe - ktorá je 150% polomeru horizontu udalostí - všimnete si, že výhľad vpred na vašej lodi sa úplne zmení na čierny. Akonáhle toto prechádzate presne, aj za vami sa všetko začne vrhať do tmy. Opäť to súvisí s tým, ako sa v tomto vysoko zakrivenom časopriestore pohybujú cesty svetla z rôznych bodov.
V tomto okamihu, ak ste neprekročili horizont udalostí, môžete stále odísť. Ak použijete dostatočné zrýchlenie mimo horizontu udalosti, môžete opustiť jeho gravitáciu a vrátiť sa do bezpečného priestorového času od čiernej diery. Vaše gravitačné senzory vám povedia, kde sklon smerom dole smerom do stredu ustupuje do roviny, kde je možné vidieť hviezdne svetlo.
Ak však stále padáte smerom k horizontu udalostí, nakoniec uvidíte, ako sa hviezdne svetlo zmenšuje na malý bod za vami, v dôsledku gravitačného modrého posunu mení farbu na modrú. V poslednom okamihu, keď prekročíte horizont udalostí, sa tento bod zmení na červený, biely a potom modrý, keď sa pozadie kozmického mikrovlnného žiarenia a rádiových vĺn zmení na viditeľné spektrum.
A potom … bude tma. Nič. Z horizontu udalosti sa na vašu loď nemôže dostať žiadne svetlo z vonkajšieho vesmíru. Teraz budete myslieť na výkonné motory vašej lode a premýšľať o tom, ako by ste mohli uniknúť z tejto pasce s ich pomocou. Spomeniete si, v ktorom smere leží singularita, a pokúsite sa určiť gravitačný gradient k nemu. Za predpokladu, že za vami alebo pred vami nie sú žiadne iné látky alebo svetlo.
Prekvapivo, aj keď veľa svetla dopadne mimo horizont udalostí spolu s vami - uvidíte „polovicu“viditeľného vesmíru, na palube budete mať aj gravitačné senzory. Akonáhle prekročíte horizont udalostí, so svetlom alebo bez svetla, stane sa niečo čudné.
Vaše senzory vám povedia, že gravitačný gradient smerujúci k jedinečnosti bude všade vo všetkých smeroch. Aj v opačnom smere k jedinečnosti.
Ako je to možné?
A takto, pretože ste za horizontom udalostí, práve tu. Akýkoľvek lúč svetla, ktorý teraz vyžarujete, pôjde smerom k jedinečnosti; ste príliš hlboko vo vnútri čiernej diery, aby to šlo kamkoľvek inde.
Ako dlho trvá, keď sa prekročí horizont v supermasívnej čiernej diere, aby bola v jej strede? Verte tomu alebo nie, hoci horizont udalostí môže byť v našom referenčnom rámci priemerom svetelnej hodiny, dosiahnutie jedinečnosti trvá len asi 20 sekúnd. Silne zakrivený priestor je strašidelná vec.
Najhoršie na tom je, že každé zrýchlenie vás ešte viac priblíži k singularite. V tejto fáze nie je možné predĺžiť čas prežitia. Singularita existuje vo všetkých smeroch, kdekoľvek sa pozriete. Odpor je márny.
Ilja Khel