Schwarze Löcher sind vielleicht die mysteriösesten Objekte im Universum. Sie sind so dicht, dass die Schwerkraft nichts, nicht einmal Licht, das Schwarze Loch verlassen lässt. Physiker haben viele schwarze Löcher entdeckt, von klein bis supermassiv, die Millionen oder Milliarden der Sonne wiegen. Eine wichtige Eigenschaft des Ereignishorizonts - dass Licht ihn nicht überschreiten kann - schafft eine Grenze im Raum: Sobald Sie ihn überschreiten, sind Sie dazu verdammt, in einer Singularität zu sein. Aber was wirst du in ein schwarzes Loch fallen sehen? Werden die Lichter ausgehen oder bleiben? Physiker kennen die Antwort und Sie werden es lieben.
Im Zentrum unserer eigenen Galaxie sahen wir Sterne, die sich um einen zentralen Punkt der Masse von 4 Millionen Sonnenmassen bewegten und kein Licht emittierten. Dieses Objekt, Schütze A *, ist ein klarer Schwarzlochkandidat, den wir direkt durch Messen der Sterne in seiner Umlaufbahn bestimmen können.
Aber es gibt einige sehr seltsame Dinge, die passieren, wenn Sie sich dem Horizont eines Schwarzen Lochs nähern, und sie werden noch seltsamer, wenn Sie es überqueren. Es gibt einen Grund, warum Sie, nachdem Sie diese unsichtbare Barriere überwunden haben, sie niemals verlassen können. Und es spielt keine Rolle, in welche Klasse von Schwarzen Löchern Sie hineingezogen wurden, welches Raumschiff versucht, Sie dort rauszubringen, oder etwas anderes. Die allgemeine Relativitätstheorie ist eine große Sache, insbesondere wenn es um Schwarze Löcher geht. Der Grund hat mit Einsteins größter Errungenschaft zu tun: Es hat damit zu tun, wie ein Schwarzes Loch die Raumzeit verbiegt.
Wenn Sie sehr weit vom Schwarzen Loch entfernt sind, ist der Raumstoff weniger gekrümmt. Wenn Sie sehr weit von einem Schwarzen Loch entfernt sind, ist seine Schwerkraft nicht von jeder anderen Masse zu unterscheiden, sei es ein Neutronenstern, ein gewöhnlicher Stern oder nur eine diffuse Gaswolke. Die Raumzeit kann gekrümmt sein, aber alles, was Sie aus der Ferne erkennen können, ist das Vorhandensein von Masse, ohne Daten über die Verteilung dieser Masse. Wenn Sie jedoch mit eigenen Augen schauen, befindet sich anstelle einer Gaswolke, eines Sterns oder eines Neutronensterns in der Mitte eine absolut schwarze Kugel, die kein Licht aussendet.
Diese sphärische Region, die als Ereignishorizont bekannt ist, ist keine physikalische Region, sondern eine Raumregion einer bestimmten Größe, aus der kein Licht entweichen kann. Man würde annehmen, dass aus der Ferne die Größe des Schwarzen Lochs so zu sein scheint, wie es wirklich ist. Mit anderen Worten, wenn Sie sich einem Schwarzen Loch nähern, sieht es wie ein vollständig Schwarzes Loch vor dem Hintergrund des Raums aus, an dessen Rändern das Licht verzerrt ist.
Für ein Schwarzes Loch mit der Masse der Erde ist diese Kugel winzig: etwa 1 Zentimeter im Radius; und für ein Schwarzes Loch mit einer Masse der Sonne wird diese Kugel einen Radius von ungefähr 3 Kilometern haben. Wenn Sie die Masse (und Größe) auf ein supermassereiches Schwarzes Loch skalieren - wie das im Zentrum unserer Galaxie - erhalten Sie die Größe einer Planetenbahn oder eines riesigen roten Sterns wie Betelgeuse.
Was passiert, wenn Sie sich nähern und schließlich in ein Schwarzes Loch fallen?
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Aus der Ferne entspricht die Geometrie dessen, was Sie sehen, Ihren Erwartungen und Berechnungen. Aber wenn Sie in Ihrem perfekt konstruierten und unzerstörbaren Raumschiff Fortschritte machen, werden Sie etwas Merkwürdiges bemerken, wenn Sie sich dem Schwarzen Loch nähern. Wenn Sie den Abstand zwischen Ihnen und dem Stern in zwei Hälften teilen, scheint die Winkelgröße des Sterns doppelt so groß zu sein. Wenn Sie den Abstand auf ein Viertel verkürzen, ist er viermal größer. Aber schwarze Löcher sind anders.
Im Gegensatz zu allen anderen Objekten, an die Sie gewöhnt sind, wächst das Schwarze Loch dank der unglaublichen Krümmung des Raums viel schneller an Größe, je näher sie erscheinen, desto größer erscheinen sie.
Aus unserer Sicht auf der Erde erscheint ein Schwarzes Loch im galaktischen Zentrum winzig, sein Radius wird in Mikrobogensekunden gemessen. Im Vergleich zu dem naiven Radius, den Sie in der allgemeinen Relativitätstheorie berechnen, erscheint er aufgrund der Krümmung des Raums um 150% größer. Wenn Sie sich dem nähern, wird der Ereignishorizont zu dem Zeitpunkt, an dem er die Größe des Vollmonds am Himmel hat, viermal größer sein. Der Grund ist natürlich, dass sich die Raumzeit immer mehr biegt, je näher Sie dem Schwarzen Loch kommen.
Umgekehrt wächst der beobachtete Bereich des Schwarzen Lochs immer mehr; Wenn Sie sich innerhalb mehrerer Schwarzschild-Radien befinden, wird das Schwarze Loch so groß, dass fast die gesamte Sicht nach vorne auf das Schiff verdeckt wird. Normale geometrische Objekte verhalten sich nicht so.
Wenn Sie sich der innersten stabilen Kreisbahn nähern, die 150% des Radius des Ereignishorizonts beträgt, werden Sie feststellen, dass die Vorderansicht Ihres Schiffes vollständig schwarz wird. Sobald Sie diesen genau überquert haben, wird selbst hinter Ihnen alles in Dunkelheit versinken. Dies hat wiederum damit zu tun, wie sich die Lichtwege von verschiedenen Punkten in dieser stark gekrümmten Raumzeit bewegen.
Wenn Sie den Ereignishorizont noch nicht überschritten haben, können Sie zu diesem Zeitpunkt trotzdem beenden. Wenn Sie außerhalb des Ereignishorizonts eine ausreichende Beschleunigung anwenden, können Sie die Schwerkraft verlassen und zur sicheren Raumzeit außerhalb des Schwarzen Lochs zurückkehren. Ihre Schwerkraftsensoren zeigen Ihnen, wo der Abwärtsgradient zur Mitte hin zu einer Ebene führt, in der das Sternenlicht sichtbar ist.
Wenn Sie jedoch weiter in Richtung Ereignishorizont fallen, wird das Sternenlicht schließlich auf einen winzigen Punkt hinter Ihnen schrumpfen und aufgrund der Gravitationsblauverschiebung die Farbe in Blau ändern. Im letzten Moment, wenn Sie den Ereignishorizont überqueren, wird dieser Punkt rot, weiß und dann blau, wenn sich die kosmischen Mikrowellen- und Radiowellenhintergründe in das sichtbare Spektrum verschieben.
Und dann … wird es dunkel sein. Nichts. Innerhalb des Ereignishorizonts kann kein Licht aus dem äußeren Universum Ihr Schiff erreichen. Jetzt werden Sie über die leistungsstarken Motoren Ihres Schiffes nachdenken und darüber nachdenken, wie Sie mit ihrer Hilfe aus dieser Falle entkommen können. Sie werden sich daran erinnern, in welche Richtung die Singularität lag, und versuchen, den Gravitationsgradienten dazu zu bestimmen. Dies setzt voraus, dass sich hinter oder vor Ihnen keine andere Materie oder kein anderes Licht befindet.
Selbst wenn mit Ihnen viel Licht außerhalb des Ereignishorizonts fällt - Sie sehen "die Hälfte" des sichtbaren Universums -, haben Sie überraschenderweise auch Gravitationssensoren an Bord. Und sobald Sie den Ereignishorizont mit oder ohne Licht überqueren, passiert etwas Seltsames.
Ihre Sensoren werden Ihnen sagen, dass der Gravitationsgradient, der in Richtung der Singularität geht, überall und in alle Richtungen ist. Auch in die entgegengesetzte Richtung zur Singularität.
Wie ist das möglich?
Und so, weil Sie sich jenseits des Ereignishorizonts befinden, genau dort. Jeder Lichtstrahl, den Sie jetzt ausstrahlen, geht in Richtung der Singularität; Du bist zu tief im Schwarzen Loch, als dass es irgendwo anders hingehen könnte.
Wie lange dauert es nach dem Überqueren des Horizonts in einem supermassiven Schwarzen Loch, um in seiner Mitte zu sein? Ob Sie es glauben oder nicht, obwohl der Ereignishorizont in unserem Referenzrahmen eine Lichtstunde im Durchmesser haben kann, dauert es nur etwa 20 Sekunden, um die Singularität zu erreichen. Stark gekrümmter Raum ist eine beängstigende Sache.
Das Schlimmste ist, dass jede Beschleunigung Sie der Singularität noch schneller näher bringt. Es ist unmöglich, die Überlebenszeit in diesem Stadium zu verlängern. Die Singularität existiert in alle Richtungen, wohin Sie auch schauen. Widerstand ist zwecklos.
Ilya Khel
