Keby do čiernej diery spadla kozmická loď s ľudskou posádkou, ako by prebiehal krok za krokom pád do singularity?
Ak by kozmická loď s ľudskou posádkou spadla do čiernej diery, jej pád do singularity by bol neuveriteľne dramatický a plný extrémnych efektov, ktoré by pre posádku znamenali okamžitý koniec. Pozrime sa na to krok za krokom.
1. Približovanie sa k horizontu udalostí
Na začiatku by sa posádka nemusela cítiť nijako zvláštne. Čierna diera by spočiatku vyzerala ako bežný, aj keď veľmi temný objekt. Z diaľky by sa javila len ako kruhový "tieň" na hviezdnom pozadí. Čím bližšie by sa loď dostávala, tým viac by sa objekty za ňou (hviezdy, galaxie) začali javiť skreslené a zdeformované v dôsledku extrémneho gravitačného šošovkovania.
Ak by kozmická loď mala dostatočný výkon, mohla by sa ešte teoreticky vyhnúť pádu, ale čím bližšie by bola, tým viac paliva a energie by potrebovala na únik.
2. Prekročenie horizontu udalostí
Toto je bod, z ktorého niet návratu. Horizont udalostí nie je fyzická bariéra, skôr je to bod, kde úniková rýchlosť (rýchlosť potrebná na únik z gravitácie) presiahne rýchlosť svetla. Pre posádku vo vnútri lode by prechod horizontom udalostí prebiehal bez okamžitého pocitu. Necítili by žiadny náraz ani zmenu tlaku, keďže horizont je len bod v časopriestore.
Pre vonkajšieho pozorovateľa (napríklad záchrannú loď vzdialenú milióny kilometrov):
Svetlo prichádzajúce z lode by sa začalo javiť ako čoraz viac červené (gravitačný červený posun) a slabšie, pretože by muselo unikať zo stále silnejšej gravitácie.
Čas na palube lode by sa zdal pre pozorovateľa spomaľovať. Loď by sa vizuálne spomaľovala, až by sa zdalo, že zamrzla tesne nad horizontom udalostí, kým by úplne nevybledla a nezmizla, pretože všetko svetlo z nej by bolo príliš posunuté a slabé na detekciu.
Pre posádku vo vnútri lode:
Život by plynul normálne. Hodiny by tikali rovnako ako vždy, posádka by vnímala čas rovnako.
Jediným zásadným rozdielom je, že všetky cesty vedú k singularite. Akákoľvek snaha použiť motory na únik by bola márna – smer "von" už jednoducho neexistuje v rámci geometrie časopriestoru vo vnútri čiernej diery. Je to podobné, ako keď sa nemôžete vrátiť v čase.
3. "Špagetizácia" (Spaghettification)
Toto je najdramatickejší a najničivejší efekt, ktorý zažije posádka. Čím bližšie sa loď dostáva k singularite, tým sú gravitačné sily silnejšie. A čo je dôležitejšie, rozdiel v gravitačnej sile medzi rôznymi časťami lode (a tela posádky) sa stáva obrovským.
Vertikálne naťahovanie: Časť lode (alebo telo človeka), ktorá je bližšie k singularite, je priťahovaná silnejšie než časť, ktorá je ďalej. To spôsobí neuveriteľné naťahovanie a stenčovanie objektu.
Horizontálne stláčanie: Zároveň, pretože gravitácia ťahá všetko smerom k centru, objekty sú stláčané zo strán.
Výsledkom je, že loď (a posádka) by boli natiahnuté na extrémne tenkú, dlhú "šnúrku" atómov a elementárnych častíc, podobne ako špagety. Tieto slapové sily by boli natoľko silné, že by okamžite roztrhali loď, posádku, ich molekuly a dokonca aj atómy. Tento proces by prebehol extrémne rýchlo a posádka by pravdepodobne nič necítila, pretože smrť by nastala takmer okamžite po začiatku tohto procesu.
4. Osud v singularite
Po "špagetizácii" by sa všetky zvyšky lode a posádky (už len elementárne častice) rútili k singularite. Singularita je bod s nekonečnou hustotou, kde sa fyzikálne zákony, ako ich poznáme, rúcajú. Čo sa stane s hmotou po dosiahnutí singularity, je pre nás zatiaľ nepochopiteľné a mimo rámca našej súčasnej fyziky.
Môže sa stať, že sa hmota jednoducho "strávi" a stane sa súčasťou nekonečnej hustoty singularity.
Niektoré exotické teórie naznačujú, že by sa hmota mohla objaviť v inom vesmíre alebo prejsť nejakou transformáciou, ale to je čisto špekulatívne.
Záver: Pre ľudskú posádku by pád do čiernej diery bol jednosmernou cestou k okamžitému a úplnému zničeniu ich tela aj lode, dlho predtým, než by sa dostali do samotnej singularity. Pohľad z lode by bol desivý, ale fyzické dôsledky by prebehli bleskovo a nevyhnuteľne.
Ako dlho by trval pád do čiernej diery?
Dĺžka pádu do čiernej diery je jednou z najfascinujúcejších a najzložitejších otázok vo fyzike, pretože sa líši v závislosti od referenčného rámca pozorovateľa. To znamená, že čas vnímaný osobou padajúcou do čiernej diery a čas vnímaný pozorovateľom z bezpečnej vzdialenosti sú radikálne odlišné.
1. Z pohľadu vonkajšieho pozorovateľa (mimo čiernej diery)
Pre pozorovateľa, ktorý je v bezpečí ďaleko od čiernej diery, sa zdá, že pád objektu (kozmickej lode s posádkou) sa nekonečne spomaľuje, keď sa blíži k horizontu udalostí. Tento jav sa nazýva gravitačná dilatácia času.
Spomalenie času: Čím bližšie je objekt k silnému gravitačnému poľu čiernej diery, tým pomalšie pre neho plynie čas v porovnaní s časom pre vzdialeného pozorovateľa.
Červený posun a miznutie: Svetlo, ktoré loď vysiela, je silne gravitačne posunuté smerom k červenému koncu spektra (tzv. červený posun) a stáva sa čoraz slabším. V istom bode sa vlnové dĺžky stanú tak dlhými a energia fotónov tak nízkou, že sa loď stane prakticky neviditeľnou.
Zmrazenie na horizonte: Z pohľadu vonkajšieho pozorovateľa to vyzerá, akoby sa loď "zamrzla" tesne nad horizontom udalostí a nikdy ho neprekročila. Čas pre ňu by sa asymptoticky priblížil k nekonečnu. Potom by však loď veľmi rýchlo zmizla z dohľadu kvôli extrémnemu červenému posunu a zoslabeniu signálu.
Časový úsek pre vonkajšieho pozorovateľa: Nekonečný (teoreticky). Prakticky: Veľmi krátky, kým loď zmizne z dohľadu.
2. Z pohľadu posádky vo vnútri lode (padajúceho objektu)
Pre posádku, ktorá padá do čiernej diery, je situácia radikálne odlišná. Oni sami žiadnu dilatáciu času nepocítia. Ich hodiny by tikali normálne, ich srdcia by bili v bežnom rytme.
Konečný čas do horizontu: Posádka by horizont udalostí prekročila za konečný, relatívne krátky čas. Tento čas závisí od hmotnosti čiernej diery.
Pre menšie čierne diery (hmotnosť Slnka): Čas od prekročenia horizontu udalostí po dosiahnutie singularity by bol extrémne krátky, len zlomok sekundy, alebo nanosekundy. Dôvodom sú extrémne slapové sily, ktoré by loď a posádku okamžite roztrhali. Slapové sily sú pri menších čiernych dierach omnoho silnejšie už pri horizonte.
Pre supermasívne čierne diery (milióny až miliardy hmotností Slnka, ako napríklad Sagittarius A v centre našej galaxie):* Horizont udalostí je oveľa rozsiahlejší a gradient gravitácie (rozdiel gravitačnej sily na rôznych miestach lode) je pri horizonte menší. To znamená, že slapové sily sú pri prechode horizontom menej drastické. Posádka by mohla prežiť prekročenie horizontu udalostí a ešte nejaký čas by mala na to, aby vnímala okolie, hoci by sa to pre nich stalo veľmi zvláštnym a zdeformovaným spôsobom. Pád od horizontu k singularite by však stále trval len minúty až hodiny, v závislosti od konkrétnej hmotnosti supermasívnej čiernej diery. Napríklad, pád do čiernej diery s hmotnosťou niekoľko miliónov Sĺnk by mohol trvať desiatky sekúnd až minúty.
Následná špagetizácia: Ako bolo spomenuté predtým, aj v supermasívnych čiernych dierach by slapové sily nakoniec zvíťazili, hoci hlbšie vo vnútri. Loď a posádka by boli nevyhnutne roztrhané na atómy a potom by sa rútili k singularite.
Časový úsek pre posádku: Veľmi krátky – od zlomkov sekúnd po minúty/hodiny, v závislosti od hmotnosti čiernej diery.
Zhrnutie v časových úsekoch:
Táto dualita vnímania času je jedným z najpodivnejších a najfascinujúcejších aspektov čiernych dier, ktorý vyplynie z Einsteinovej teórie relativity.