Подорож у чорну діру
Гей, VSauce. Це Майкл. І сьогодні ми відправимося всередину чорної діри.
Можливо, це буде не дуже зручно, але дуже весело.
Отож, для початку: технічно, будь-який об'єкт може стати чорною дірою, якщо стиснути його до достатньо малого розміру.
Все правильно. Ви, я, ця камера, будь-що у Всесвіті має так званий "радіус Шварцшильда".
Крихітна частина простору, в якій сконцентрована вся маса об'єкта, його густина настільки велика..., його гравітація настільки велика, що навіть світло не може втекти звідти.
Такий об'єкт і буде чорною дірою.
Якщо стиснути, наприклад, гору Еверест до розміру, скажімо, менше, ніж один нанометр, ви отримали б чорну діру.
А якби ви стиснули всю Землю до розміру арахісового боба, то теж отримали б чорну діру.
На щастя для нас, не існує відомого способу стиснути Еверест чи Землю таким чином.
Але зірка, набагато-набагато більша і масивніша, ніж наше Сонце, має і набагато більший радіус Шварцшильда, тож коли у неї закінчується "паливо", і вона не може лишатися достатньо гарячою, зірка колапсує в нескінченно малу точку, відому як "сингулярність".
Її густина буде нескінченною, а гравітація настільки сильною, що ніщо не зможе вирватися назовні, навіть світло.
Але досить вже про те, як утворюються чорні діри.
Стрибнімо в одну з них.
Перше запитання: який вигляд це мало б ззовні?
Нам відомо, що гравітаційні поля деформують простір і час.
Зірки позаду Сонця, при спостереженні із Землі видно в трохи інших місцях на небі, тому що гравітаційне поле Сонця викривляє світло, що приходить від цих зірок.
Коли мова йде про гравітаційні поля набагато більших об'єктів, як-от цілих галактик або чорних дір, ефект буде іще дивовижнішим.
Світло, що йде від об'єкта позаду них, зазнає сильного викривлення, утворюючи розмазані й деформовані зображення.
При погляді із Землі блакитна галактика за цією червоною галактикою повністю спотворена, ніби в кривому дзеркалі.
Тобто, замість того, щоб мати нормальний вигляд, зображення нагадує кільце або пляму, розмазану навколо червоної галактики.
Це явище називається "гравітаційним лінзуванням".
Погляньмо на симуляцію чорної діри й галактики, що в мільйонах світлових років позаду.
Галактиці не загрожує "засмоктування" чорною дірою, чого не можна сказати про світло від цієї галактики.
Подивіться, як галактика проходить за чорною дірою, і її світло викривляється, закручується, а зображення спотворюється.
Ось цікава демонстрація. Що, якби Земля рухалася навколо чорної діри?
Земля спочатку мала б звичайний вигляд, але коли вона проходитиме позаду чорної діри, гравітаційне поле чорної діри викривляло б світло, відбите від Землі, створюючи ось це...
Задля спрощення, стрибнімо в просту чорну діру, яка не має заряду, і яка не обертається, а також вже не поглинає речовини.
Просто ізольована чорна діра.
У міру наближення до неї, ступінь спотворення вигляду неба ростиме, і ростиме.
Все більша і більша частина вашого поля зору, спрямованого на чорну діру, заповнюватиметься темрявою.
В момент, коли половину вашого поля зору займатиме темрява, ми досягнемо фотонної сфери.
В цьому регіоні простору світло не обов'язково буде "втягнуте" у чорну діру, але також і не обов'язково покине її.
Натомість у цій "магічній" частині простору світло, тобто фотони рухатимуться навколо чорної діри.
Якщо ми зупинимося на секунду і подивимося вбік, то зможемо, теоретично, побачити власну потилицю, тому що світло, відбите від потилиці, пройде навколо чорної діри просто до вашого обличчя.
Гравітаційне поле не лише викривляє простір, а й впливає на час.
Тут на Землі, нам в будь-якому разі не варто про це турбуватися.
Але біля чорної діри гравітація настільки сильна, що віддалений спостерігач, коли ви стрибнете в діру, побачить дещо дивне.
Він не побачив би, що вас швидко втягує у діру.
Навпаки, він бачитиме, що ви наближаєтеся все повільніше і повільніше, доки не досягнете поверхні, відомої як горизонт подій.
Горизонт подій — це межа в просторі, після перетину якої вже немає шляху назад.
З-під неї не може вийти навіть світло.
Тож, для спостерігача ваша подорож в момент перетину горизонту закінчилася б.
Він бачитиме вас майже нерухомим, а світло від вашого тіла все більше зсуватиметься в бік червоного, доки ви повністю не перестанете бути видимими.
Неможливо буде побачити, як ви перетинаєте горизонт подій.
Але для вас все здаватиметься цілком нормальним.
Ви продовжите рухатися під горизонтом назустріч своїй неминучій смерті.
У міру вашого наближення до сингулярності, розмір вашого поля зору в бік всесвіту ставатиме все меншим і меншим.
Якби чорна діра, в яку ми стрибнули, була достатньо великою, перебувати на горизонті подій було б досить комфортно.
Ми будемо знати, що не зможемо вирватися звідти, і що жити нам лишилося недовго.
Може минути кілька годин, перш ніж ми почнемо відчувати біль.
Але чому біль?
Що ближче до сингулярності, то все більш неоднорідним ставатиме гравітаційне поле.
І, ті частини тіла, що ближче до сингулярності, притягуватимуться до неї сильніше, ніж частини, розташовані далі, тож ваше тіло витягуватиметься в напрямі сингулярності.
Ефект буде настільки дивний, що вчені зазвичай називають його не розтягуванням, а спагетіфікацією.
Щойно ви наблизитеся цієї точки, то помрете.
Ваші молекули будуть жорстоко розірвані.
А коли вони, зрештою, досягнуть сингулярності...
Ми насправді не знаємо, що буде далі.
Можливо, вони повністю зникнуть, порушуючи всі закони фізики, або ж вони з'являться в іншому місці Всесвіту.
Вважається, що чорна діра, яка обертається, може створити так звану "кротовину" або "червоточину", яка може зменшити відстань між двома частинами Всесвіту, не порушуючи наукових законів, використовуючи особливості геометрії простору-часу.
Наприклад, якщо я хочу з цієї точки потрапити в цю точку, мені потрібно пройти таку відстань. [показує]
Але теоретично червоточина може зробити дещо божевільне.
Наприклад, це.
Ці два пункти зараз поруч один з одним, і я можу переміщатися між ними майже миттєво.
Але, знову ж таки, все це — лиш гіпотеза.
На щастя, у нас є можливість аналізувати чорні діри прямо тут, на Землі.
Зустрічайте звукову чорну діру.
Так само як звичайна чорна діра не дозволяє світлу вирватися назовні, звукова діра поводиться схожим чином зі звуком: вона не дозволяє йому вийти назовні.
Їй не потрібно бути дуже масивною, і вчені змогли створити звукові чорні діри в лабораторіях, використовуючи спеціальні рідини, що рухаються зі швидкістю звуку.
Потрібно провести ще багато досліджень звукових чорних дір, але, можемо дізнатися багато чого нового про справжні чорні діри, вивчаючи їхні звукові аналоги.
Ось ще одне хороше запитання: що ми бачитимемо під час подорожі на швидкості світла в напрямі до Сонця?
Що ж. Як не дивно, ви не побачите, ніби Сонце стрімко наближається до вас.
Ні-ні-ні.
Насправді, спочатку здаватиметься, що Сонце віддалЯється від вас.
Чому?
Тому що ваше поле зору надзвичайно розшириться.
Ви зможете побачити речі, розташовані практично позаду вас. Ось чому.
Поки ви сидите тут, і дивитеся на Сонце, існує світло, яке йде від об'єктів позаду вас.
Але якщо ви рухаєтеся зі швидкістю світла, то зможете вловити світло,
що виходить від об'єктів, розташованих позаду.
Коли ви наблизитеся до швидкості світла, ваше поле зору розшириться ось так.
Але де ви у Всесвіті?
Або, ще краще запитання: "Де центр Всесвіту?"
Це може здатися дивним, але він... усюди.
Це називається "космологічним принципом".
Незалежно від того, де ви у Всесвіті, далекі об'єкти віддалятимуться від вас, адже простір розтягується.
Всесвіт розширюється, але не так, як повітряна куля з людьми всередині.
Навпаки, Всесвіт - це ніби поверхня повітряної кульки.
Якщо ми намалюємо багато цяток на кульці, а потім надуємо її,
то відстань між цятками збільшиться рівною мірою.
Також, на поверхні кулі немає центра.
Подивімося на ці два шари.
Вони абсолютно однакові, за винятком того, що верхній шар є п'ятипроцентним розширенням нижнього шару.
Припустимо, що ви живете на одній з цих точок,
і хочете виміряти, звідки все віддаляється.
Подивімося, що буде, коли я з'єднаю точку в минулому і точку в майбутньому.
Бум. Це схоже на центр розширення.
Я можу зробити це з будь-якою точкою.
Щойно я роблю якусь точку початком системи відліку, вона одразу ж стає центром розширення.
Тож, вмираючи в чорній дірі в самотності, відчуваючи страшний біль,
коли дивитиметеся в небо, подумайте про це:
Неважливо, де ви, хто ви, хто ваші друзі чи ваші батьки,
ви, справді, з наукової точки зору, є центром Всесвіту.
І на завершення. Що, якби наш Всесвіт був розміром гуголплекс метрів?
Він і близько не такий великий.
Але якби він був настільки об'ємним,
то статистично було б неможливим, щоб не існувало вашої точної копії десь там у Всесвіті.
Щоб дізнатися чому, раджу перейти за цим посиланням на канал Бреді Харана "Numberphile".
Це один з найоригінальніших каналів на YouTube, і я мав справу з цими хлопцями. Вони дуже круті, мої улюблені.
Тож, подивіться їхні відео. І якщо любите математику, то підпишіться.
І як завжди, дякую за увагу.
