Может ли вас спасти достаточно крепкая привязь? Или твоя судьба неизбежна?
«Никто никогда не избегал и не избежит последствий своего выбора».
- Альфред А. Монтаперт
Каждый может отправить свои вопросы и предложения для нашей рубрики «Спросите Итана» в конце недели, но только один счастливчик может быть выбран. На этой неделе честь достается klooloola, впервые подавшему заявку, которая хочет узнать о возможностях побега из черной дыры. Конечно, фотон не может выбраться, но, может быть, что-то еще может, если мы настроим его так:
Мне было интересно, можно ли выползти из черной дыры. Не летая со скоростью убегания, а используя что-то вроде гипотетического лифта. Таким образом, вам никогда не придется двигаться быстрее света. Точно так же, как вам никогда не придется лететь быстрее, чем космическая скорость Земли, если вы используете космический лифт с Земли… большой корабль, находящийся за горизонтом событий достаточно большой черной дыры с небольшой приливной силой, может просто качать маленького парня на прочной веревке. пройти внутри электромобиля, а затем вытащить его…
Это интересная идея. Давайте посмотрим, возможно ли это - или какое-либо обходное решение - !
Черная дыра - это не просто сверхплотная, сверхмассивная сингулярность, в которой пространство настолько искривлено, что все, что попадает внутрь, не может выбраться. Хотя это то, о чем мы обычно думаем, черная дыра - это, точнее, область пространства вокруг этих объектов, из которой никакая форма материи или энергии - даже сам свет - не может выйти.
Это не так чуждо или экзотично, как вы можете подумать: если вы возьмете Солнце таким, какое оно есть, и сожмете его до области пространства радиусом всего в несколько километров, черная отверстие - это именно то, с чем вы закончите. Хотя нашему Солнцу не грозит такой переход, во Вселенной есть звезды, которые в конечном итоге создадут черную дыру именно таким образом.
Самые массивные звезды во Вселенной - звезды с двадцатью, сорока, сотней или даже в ядре суперзвездного скопления, показанного выше, до 260 раз масса нашего Солнца - являются самыми голубыми, самыми горячими и самыми яркими объектами. Они также сжигают ядерное топливо в своих ядрах быстрее всех звезд: всего один-два миллиона лет вместо многих миллиардов, как у Солнца.
Когда в этих внутренних ядрах заканчивается ядерное топливо, ядра в ядре подвергаются огромным гравитационным силам: силам настолько сильным, что без невероятного давления со стороны излучения ядерного синтеза, удерживающего их, они взрываются. В менее экстремальных случаях ядра и электроны обладают такой большой энергией, что сливаются в массу связанных вместе нейтронов. Если ядро массивнее, чем в несколько раз больше массы Солнца, эти нейтроны будут настолько плотными и массивными, что сами схлопнутся, что приведет к черной дыре.
Это минимальная масса черной дыры, заметьте: в несколько раз больше массы Солнца. Однако черные дыры могут вырасти гораздо больше, сливаясь вместе, пожирая материю и энергию и погружаясь в центры галактик. В центре Млечного Пути мы идентифицировали объект, масса которого примерно в четыре миллиона размасса Солнца, и видны отдельные звезды, вращающиеся вокруг него, но где не излучается свет любой длины волны.
В других галактиках могут быть еще более массивные черные дыры, масса которых в тысячи раз превышает массу нашей собственной, причем нет теоретического верхнего предела их роста. Но есть два интересных свойства черных дыр, о которых мы не говорили, и которые приведут нас к ответу на сегодняшний вопрос. Во-первых, что происходит с пространством, чем массивнее становится черная дыра.
Определение черной дыры состоит в том, что ни один объект не может вырваться из-под ее гравитационного притяжения в области пространства, независимо от того, насколько быстро этот объект ускоряется, независимо от того, движется ли он со скоростью света. Эта граница между тем, куда объект может уйти, и тем, куда объект не может уйти, называется горизонтом событий, и он есть у каждой черной дыры.
Но что может вас удивить, так это то, что кривизна пространства намного меньше на горизонте событий вокруг самых массивных черных дыр и наиболее серьезна (и наибольшая) вокруг наименее массивных! Подумайте об этом так: если бы вы «стояли» на горизонте событий черной дыры, поставив ноги прямо на край, а головой где-то на 1. На расстоянии 6 метров от сингулярности будет сила, растягивающая - спагеттифицирующая - ваше тело. Если бы эта черная дыра находилась в центре нашей галактики, сила, которая вас растягивает, составляла бы всего 0,1% от силы гравитации здесь, на Земле, а если бы сама Земля превратилась в черную дыру, и вы стояли на ней, то это растяжение сила будет примерно в 10^20 раз такой же сильной, как гравитация Земли!
Итак, это то, что мы хотели бы попробовать, чтобы проверить идею klooloola. Конечно, если эти силы растяжения настолько малы на краю горизонта событий, они не будут намного больше внутри горизонта событий, и поэтому - учитывая силу электромагнитных сил, удерживающих твердые объекты вместе - возможно, мы мы сможем сделать именно то, что было предложено: повесить объект за горизонт событий, на мгновение пересечь его, а затем безопасно вытащить обратно.
Но возможно ли это? Чтобы понять это, вернемся к тому, что происходит на самой границе между нейтронной звездой и черной дырой: именно на этом пороге массы.
Представьте, что у вас есть шар нейтронов, который невероятно плотный, но фотон на поверхности которого все еще может уйти в космос и не обязательно попасть по спирали к самой нейтронной звезде. Теперь давайте поместим на эту поверхность еще один нейтрон, и вдруг само ядро не выдержит гравитационного коллапса. Но вместо того, чтобы думать о том, что происходит на поверхности, давайте подумаем о том, что происходит внутри области, где формируется черная дыра.
Представьте себе отдельный нейтрон, состоящий из кварков и глюонов, и представьте, как глюонам необходимо перемещаться от одного кварка к другому внутри нейтрона, чтобы обмениваться силами.
Теперь один из этих кварков будет ближе к сингулярности в центре черной дыры, чем другой, а другой будет дальше. Чтобы произошел обмен силами - и чтобы нейтрон был стабильным - , глюон должен в какой-то момент пройти от ближнего кварка к дальнему. Но даже при скорости света (а глюоны не имеют массы) это невозможно! Все нулевые геодезические, или путь, по которому будет двигаться объект, движущийся со скоростью света, приведут к сингулярности в центре черной дыры. Более того, они никогда не уйдут от сингулярности черной дыры дальше, чем в момент излучения.
Вот почему нейтрон внутри горизонта событий черной дыры должен коллапсировать, чтобы стать частью сингулярности в центре.
Итак, давайте вернемся к примеру с тросом. Всякий раз, когда какая-либо частица пересекает горизонт событий, никакая частица - даже свет - уже не может покинуть его снова. Но фотоны и глюоны - это те самые частицы, которые нам нужны для обмена силами с частицами, которые все еще находятся за пределами горизонта событий, и они не могут туда попасть!
Это не обязательно означает, что ваш трос порвется; это, скорее всего, означает, что стремительное движение к сингулярности затянет весь ваш корабль. Конечно, приливные силы при правильных условиях не разорвут вас на части, но это не то, что делает достижение сингулярности неизбежным. Скорее, это невероятная сила притяжения гравитации и тот факт, что у всех частиц всех масс, энергий и скоростей нет другого выбора, кроме как направиться к сингулярности, как только они пересекают горизонт событий.
И по этой причине, к сожалению, выхода из черной дыры после пересечения горизонта событий по-прежнему нет. Спасибо за отличный вопрос, и я надеюсь, вам понравилась поездка! Если у вас есть предложение для «Спросите Итана» на следующей неделе, отправьте его сюда. Никогда не знаешь: колонка на следующей неделе может оказаться именно тем, чего ты ждал.
Оставляйте свои комментарии на форуме Starts With A Bang в блогах Scienceblogs!