Es ist einige Wochen her, seit seltsame Dinge am Nachthimmel passierten. Sie verfolgen wie viele andere aktiv die Nachrichten. Der Präsident spricht, er wird von Astrophysikern, Geologen und Klimatologen unterstützt. Er ist nervös, aber er würdigt die Tradition und teilt die Nachrichten in "schlecht" und "gut". Die gute Nachricht: Wir sind nicht tot, der Planet wird nicht zerstört, er wird nicht in den Weltraum geschwemmt oder in einem Schwerkraftrad gedreht. Die schlechten sind "sehr interessante Klimaveränderungen". Der Versuch, neben einem Schwarzen Loch zu überleben, ist wie die Flucht vor der Titanic - für den kalten Tod im Ozean.
Bevor Sie nach Ihrem Alarmfall greifen oder verrückt werden: Keine Angst, dies ist nur ein Gedankenexperiment. Schwarze Löcher sind eines der gruseligsten Phänomene im Universum. Ihr enormes Gewicht bringt Raum und Zeit - und unser Verständnis ihrer Natur - an einen Punkt. Supermassive Schwarze Löcher lauern in den Kernen von Galaxien und verschlingen Millionen, Milliarden von Sternen.
Was passiert, wenn ein Schwarzes Loch in der Nähe unseres Sonnensystems geboren oder entdeckt wird?
Wie bei den meisten hypothetischen Fragen steckt der Teufel in den kleinen Dingen. Wie knapp? Woher? Was ist die Masse?
Es sollte sofort bemerkt werden, dass unsere Sonne niemals ein schwarzes Loch werden wird. Dies erfordert eine Masse, die in der Größenordnung größer ist als die Sonne - 10-15 mal. Dann wird es einen Gravitationskollaps geben, unter dem Einfluss der Schwerkraft kollabiert Materie buchstäblich zu einem Punkt. Ein ähnliches Phänomen ist das Herzstück von Wasserstoffbomben und die Theorie der kalten Kernfusion, sofern die Schwerkraft keine andere Rolle spielt. Darüber hinaus sind andere Sterne in benachbarten Galaxien nicht für die Rolle potenzieller Schwarzer Löcher geeignet. Die meisten von ihnen sind rote Zwerge und haben eine Masse von 8-60% unserer Sonne.
Es bleiben zwei Möglichkeiten: Entweder erscheint spontan ein Schwarzes Loch in unserer Nähe oder es kommt aus dem Nichts. Aber der erste ist unmöglich, obwohl er gegen die Forschung am Large Hadron Collider protestiert (wir werden später erklären, warum).
Was das zweite betrifft, haben Astronomen und Astrophysiker die Existenz von etwa 2.000 wandernden Schwarzen Löchern bestätigt, aber die Wahrscheinlichkeit, dass eines von ihnen uns erreicht, liegt nahe bei Null. Und wie der Schriftsteller Douglas Adams betonte:
„Der Kosmos ist großartig. Man kann einfach nicht erkennen, wie unglaublich und umwerfend groß es ist. Ich meine, es mag wie ein langer Weg zur Apotheke erscheinen, aber nach den räumlichen Maßstäben sind dies Samen."
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Dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses zu interessant ist, um es nicht näher zu betrachten.
Einfluss von Schwarzen Löchern auf Raum und Zeit
Wenn Sie ein Schwarzes Loch aus der Ferne betrachten, sieht es aus wie jedes andere massive Objekt. Solange es direkt vor Ihnen liegt, folgt es den Gesetzen der klassischen Mechanik und dem Newtonschen Gesetz der universellen Schwerkraft, das besagt, dass die Anziehungskraft zwischen zwei Objekten proportional zu ihrer Masse ist und mit zunehmender Entfernung abnimmt. Mit anderen Worten, es gibt keinen Gravitationsunterschied zwischen R136a1, einem "blauen" Zwerg mit 265 Sonnen und einem schwarzen Loch mit demselben Gewicht.
Wenn Sie sich dem Schwarzen Loch nähern, um in sein Gravitationsfeld zu gelangen, werden Sie mit zwei verschiedenen Regeln konfrontiert. Mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, die es Schwarzen Löchern ermöglicht, Raum und Zeit zu verzerren, und der extremen Schwerkraft, die diese Verzerrung auf das Äußerste treibt.
Wenn Sie ein Schwarzes Loch studieren möchten, ohne aus einem Raumschiff herauszukommen, werden Sie feststellen, dass Ihre Motoren umso mehr belastet werden, je näher Sie dem Zentrum der riesigen Masse kommen, um Sie in einer kreisförmigen Umlaufbahn zu halten. Kleine Impulse von der Rakete stabilisieren sie zunächst; Aber je weiter Sie gehen, desto mehr Energie müssen Sie aufwenden, um die Umlaufbahn nicht zu verlassen. Infolgedessen trennt Sie nur der ununterbrochene Betrieb der Raketentriebwerke vom alles verzehrenden Nichts.
Sobald Ihnen der Treibstoff ausgeht (oder Sie verrückt werden und die Motoren abstellen), überqueren Sie den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs, einer Grenze, von der nicht einmal Licht zurückkehren kann. Danach müssen Sie sich für alle Ihre Sünden verantworten. Nichts wird die unaufhaltsame Bewegung in Richtung Singularität aufhalten - der Kern von unendlich komprimiertem Raum und Zeit, in dem sich die Physik, wie wir sie kennen, zu einer Kugel zusammenrollt und jammert.
Die Zeit wird langsamer, wenn Sie Fortschritte machen. Sehr stark. Aus Ihrer Sicht wird sich nichts ändern, aber Ihre Freunde, die Ihren Trick beobachten, werden wie ein verschwommener Blitz aussehen. Aber nur bis zum Ereignishorizont - das Licht geht nicht darüber hinaus, was bedeutet, dass niemand Sie sehen kann. Perfektes Verbrechen, nicht wahr?
Gravitationszeitverzerrungen sind häufig genug, aber zu schwach, um bemerkt zu werden. Auf der Erde zum Beispiel, nachdem Sie eine Milliarde Jahre auf Meereshöhe gelebt haben, sind Sie eine Sekunde jünger als Ihr Kollege, der auf dem Gipfel des Everest gelebt hat. Man sagt, die Zeit hat Angst vor den Pyramiden, aber man muss zu viel Zeit damit verbringen, die Wange dagegen zu lehnen, um die Verlangsamung der Zeit in Paris zu spüren.
Die Zeit dreht sich in einem schwarzen Loch. Wenn wir sagen, dass das Fallen in eine Singularität nicht vermieden werden kann, bedeutet dies nicht nur die unaufhaltsame Wirkung der Schwerkraft oder die Verzerrung des Raums. Die Zeit in einem Schwarzen Loch schrumpft bis zu dem Punkt, an dem der Weg zur Singularität buchstäblich zu Ihrer Zukunft wird. Der Singularität zu entkommen wird wie der Versuch sein, die Zeit anzuhalten.
Möchten Sie wissen, was in unserem Sonnensystem passieren wird, wenn es in einen solchen Strudel von Kräften gerät? Weiter lesen.
Tag des Jüngsten Gerichts
Angenommen, ein Schwarzes Loch ist in einem binären System gefangen und umarmt einen Stern, der kurz vor der Supernova steht. Plötzlich schießt der Gravitationsriese mit einer Geschwindigkeit von zehn und hundert Kilometern pro Sekunde in unsere Richtung. Woher wissen wir davon?
Die Antwort ist einfach: Wir werden es nicht wissen, bis es mit etwas kollidiert, da die massive Schwerkraft der Schwarzen Löcher nicht einmal Licht freisetzt. Anstatt zu versuchen, schwarzen Pfeffer auf einem schwarzen Teppich zu finden, schauen wir uns einige Möglichkeiten an, mit denen wir ein Schwarzes Loch direkt identifizieren können.
Erstens emittiert vom Schwarzen Loch zerrissene Materie Strahlung, wenn sich die Akkretionsscheibe dreht. Der Raum um ihn herum leuchtet wie eine Halskette aus Neujahrslaternen, die von einer Katze getragen werden (seltsame Fantasie, aber so sei es).
Zweitens kann die Verzerrung des Raums um Schwarze Löcher durch irdische Methoden erfasst werden. Dies ist eine Gravitationslinse, die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wird. Der Effekt manifestiert sich in der Nähe massereicher Objekte und wird von Astronomen aufgezeichnet.
Aber selbst unter idealen Bedingungen ist es schwieriger, auf diese Weise ein Schwarzes Loch zu finden, als nachts mit einem Fernglas Flöhe an einem gefleckten Hund zu finden. Mit einer Augenklappe. Für eine erfolgreiche Gravitationslinse muss ein Schwarzes Loch zwischen uns und dem Stern verlaufen. Und danach müssen wir noch Glück haben.
Darüber hinaus kann sich ein Schwarzes Loch bemerkbar machen, wenn es gravitativ mit Himmelsobjekten wie Planeten, Sternen, Asteroiden und Kometen interagiert, was uns erneut zu der Schlüsselfrage bringt: Wie nahe wird sich unser hypothetisches Schwarzes Loch in der Nachbarschaft befinden?
Je näher, desto gefährlicher. Wenn sich die Umlaufbahnen der Planeten und Monde nähern, tanzen sie Salsa wie ein Spatz, der im Spinnennetz gefangen ist, ziehen krumme Umlaufbahnen und stören die Reihenfolge, die sie seit Nicolaus Copernicus zusammenstellen wollten.
Hier auf der Erde würden sich Ebbe und Flut und die Farbe des Himmels ändern. Wenn die Schwerkraft, wie von Schirinowski befohlen, die Umlaufbahn des Planeten weiter von der Sonne entfernt, näher bringt, elliptischer macht, leiden wir bestenfalls unter Temperaturänderungen und Kuriositäten mit den Jahreszeiten. Im schlimmsten Fall (abgesehen davon, dass sie Teil eines Schwarzen Lochs werden) kann die Erde in die Sonne fallen oder eine lange Reise in die Tiefen des Weltraums unternehmen, die uns alle zum kalten Tod verurteilt.
Der berühmte Astrophysiker Neil de Grasse Tyson hat einmal kurz und bündig die Probleme ausgedrückt, die auftreten würden, wenn ein "schwarzer Gast" in der Nähe anfängt:
"Wenn wir ein Schwarzes Loch besuchen, wird das Sonnensystem einen schlechten Tag haben."
Lassen Sie uns nicht vor dem Ereignishorizont von Fuß zu Fuß wechseln und endlich tauchen.
Kontakt: gute und schlechte Nachrichten
Es gibt ein Wort aus sechs Buchstaben auf Russisch, das am besten beschreibt, was uns erwartet. Nennen wir es einfach Untergang. Wissenschaftler lernten, durch Null zu teilen, und wir landeten in einem Schwarzen Loch. Selbst Bruce Willis mit einer mutigen Ölcrew, die speziell in Tscheljabinsk ausgebildet wurde, hätte uns nicht gerettet.
Wenn ein Schwarzes Loch in der Nähe von Neptun auftauchen würde, würden wir es sofort spüren. Wissenschaftler kennen die Umlaufbahn von Neptun so gut, dass sie sogar eine Abweichung von 1 Bogensekunde (eine Winkelmaßeinheit) erkennen können. Ein gewöhnliches Schwarzes Loch mit einer Masse von zehn Sonnen, das mit einer Geschwindigkeit von 300 km / s fliegt, würde ein weiteres Zehntel eines Lichtjahres abgeben.
Und hier ist die letzte gute Nachricht: Ein Schwarzes Loch dieser Größe gibt uns mindestens 100 Jahre Zeit, um unsere irdischen Angelegenheiten zu erledigen. Vielleicht beendet eine Gefahr dieser Größenordnung alle irdischen Kriege oder beginnt einen globalen. Vielleicht hat die Menschheit Zeit, sich selbst zu zerstören, sobald sie das in hundert Jahren erfährt - alles, kaput. Es ist noch egal. Wenn sich das Loch langsamer bewegt, verzehnfacht sich die tödliche Wartezeit. Und dann sollte genug Zeit sein, um eine Arche zu bauen oder einen Planetenkoffer mit Dingen zu sammeln.
Als es sich Neptun nähert, zieht der schwarze Tod den Gasriesen aus der Umlaufbahn. Der Planet beginnt sich seltsam zu verhalten: Wenn er sich von uns entfernt, tritt eine Rotverschiebung auf - die Wellenlänge seiner Strahlung, einschließlich Licht, geht in das rote Spektrum. Sobald sich Neptun hinter dem Schwarzen Loch befindet, wird die Gravitationslinse über die schwarze Kugel gezogen und fließt um sie herum. Wenn der Planet bereits vor uns wieder erscheint, verschieben sich seine Farben blau - die Wellenlänge reicht bis zu diesem Ende des Spektrums.
Die Rot- und Blauverschiebung ist in der Regel eine Folge der Entfernung oder Annäherung eines Sternobjekts in Bezug auf uns. Es sieht aus wie der Doppler-Effekt während einer Krankenwagenfahrt in unserer Nähe.
Gleichzeitig, wenn das Schwarze Loch den Planeten "frisst", wirbelt das Gas in einer Gravitationsspirale wie Zucker während der Herstellung von Zuckerwatte. Aus unserer Sicht wird die Spirale für immer in den Ereignishorizont vordringen. Aber das Licht, das durch den Tod von Neptun emittiert wird, wird vom Schwarzen Loch im Negativ reflektiert, wie die Sonnenkorona während einer Sonnenfinsternis.
Je näher das Schwarze Loch an der Erde liegt, desto stärker manifestiert sich der es umgebende Verzerrungseffekt wie in einem gekrümmten Spiegel. Alle Teleskope sehen nur die Leere in der Mitte des Schwarzen Lochs.
Wenn unser schwarzer Tod ein supermassives Schwarzes Loch ist, wird die Geschichte bereits enden - sein Ereignishorizont wird fünfmal größer sein als das Sonnensystem. Das ist aber langweilig. Mal sehen, wie eines dieser Monster von innen aussieht.
Ende der Welt oder durch den Spiegel
Sie klettern auf das Kaninchenloch und wissen, dass Ihre Bekanntschaft mit ihm sehr kurz sein wird. Wir hoffen, dass wir Zeit haben, zumindest das Innere des Schwarzen Lochs zu beurteilen. Zum Glück für uns, aber leider für das Sonnensystem, ist dieses Schwarze Loch supermassiv. Wir haben die Regeln geändert, aber wenn wir das nicht getan hätten, wäre es aus irgendeinem Grund zu Ende gegangen.
In einem kleinen Schwarzen Loch - etwa mit einer Masse von 30 Sonnen - würden uns Gezeitenkräfte, die durch eine Zunahme der Schwerkraft verursacht werden, lange vor Erreichen des Ereignishorizonts auseinander reißen. Aber dort liegt die Schwerkraft irgendwo bei einer Million Erden. Um den Sieg zu genießen - schließlich haben wir den Ereignishorizont erreicht - werden wir nicht einmal 0,0001 Sekunden haben.
In einem supermassiven Schwarzen Loch mit einer Masse von 5 Millionen Sonnen, wie dem im Zentrum unserer Galaxie, erwartet uns eine ganz andere Erfahrung. Jedes Schwarze Loch, das eine Masse von mehr als 30.000 Sonnen absorbiert hat, hat Gezeitenkräfte mit einer Schwerkraft von weniger als einer Erde am Ereignishorizont. Wir haben 16 Sekunden Zeit, uns umzusehen (und die Spielregeln zu ändern), bevor wir den Singularitätspunkt erreichen. Je mehr Masse, desto mehr Zeit.
Durch den Ereignishorizont zu fallen ist wie einzuschlafen oder sich zu verlieben: Es ist schwierig, einen Ausgangspunkt zu bestimmen, wann dies geschehen wird, aber danach wird Ihr Realitätssinn völlig anders sein. In einem Schwarzen Loch sehen Sie Sterne (Licht tritt ein, aber nicht umgekehrt), aber der Raum um Sie herum ähnelt einer Seifenblase.
Nun, nachdem Sie in Nichts zerquetscht sind, befinden Sie sich an einem Punkt unendlicher Krümmung, an dem die Zeit und der Raum, die wir kennen, ein Ende haben.
Ilya Khel
