¿Qué sucede después de caer en un agujero negro?
Un agujero negro se forma cuando una estrella lo suficientemente grande llega a su fin, o cuando dos restos estelares lo suficientemente grandes se fusionan. El tamaño del horizonte de sucesos del agujero negro es proporcional a la masa de la estrella (línea de suceso: el límite del agujero negro, dentro del cual la luz no puede escapar), y hay un disco de acreción formado por una gran cantidad de material que cae a su alrededor. . (ESA/HUBBLE, ESO, M. KORNMESSER). Fuente de la imagen: sina.cn
Si solo pudieras hacer una pregunta sobre el universo, ¿qué harías? ¿Qué es lo que más quieres saber? A medida que crecemos, perdemos la curiosidad que teníamos cuando éramos niños. Esto es lo que Tristan, el alumno de segundo grado de Eric Erb, trajo de la escuela. Motivos de felicidad durante las diez preguntas; las que más le interesaban eran los acertijos sobre el tiempo y la gravedad. . Tranquilo, a continuación pongo sus preguntas:
Comencemos con la primera pregunta y vayamos paso a paso.
En términos generales: la materia será bloqueada por la tierra, pero la materia oscura puede atravesarla directamente, formando una elipse casi perfecta. Si en un sistema la única fuerza es la gravedad y se ignora todo lo demás, este resultado definitivamente sucederá (respuesta de Dave Goldberg de un matemático/físico)
En primer lugar, debes saber eso como Mientras nada en el universo te toque, eres libre. Aquí la libertad no significa en el sentido legal o de derechos humanos, sino en el sentido de que no serás empujado ni tirado por ninguna fuerza externa.
Puedes referirte a la escena de los astronautas flotando libremente en el espacio: no hay apoyo en el suelo, no hay viento que sople hacia ti, no hay silla donde sentarte y nadie te toca. Eres libre en el universo. .
Esto también significa que, aunque no lo pienses a menudo, la gravedad te mueve libremente.
El astronauta de la NASA Bruce McCandless viaja a bordo de la STS-41-B en la caminata espacial sin restricciones más larga de la historia. Nada lo tocó y ninguna fuerza externa actuó sobre él. Cayó libremente y todo lo que soportó fue la fuerza de la gravedad.
Es cierto que no puedes sentirlo, pero la gravedad siempre está tirando de ti. ¿Dijiste que sentiste ese poder en la superficie de la tierra? No, eso no es gravedad, es una sensación de equilibrio de fuerzas que le aportan la silla, el suelo u otros soportes. Elimina estas fuerzas de apoyo, como cuando saltas, y la ingravidez instantánea se siente como una caída libre, o solo se ve afectada por la fuerza de la gravedad.
En el universo real hay mucha masa. La Tierra es masa, el Sol es masa y todos los mundos, estrellas y galaxias del universo son masa. Si pudieras visualizar el espacio, verías que no es sólo una cuadrícula plana, sino que está deformado por varias masas. Mientras viajas por el universo guiado únicamente por la gravedad, la rejilla retorcida dictará cómo te mueves.
El descenso de una sustancia dará como resultado una línea recta en lugar de una cuadrícula 3D oscura y en blanco que se curva hasta cierto punto. En la relatividad general, creemos que el tiempo y el espacio son continuos, pero todas las formas de energía (incluida, entre otras, la materia) causarán una cierta tasa de distorsión espacio-temporal (CHRISTOPHER VITALE, Jefe de NETWORKOLOGIST y THE PRATT INSTITUTE).
Esto es la gravedad: puede hacer que el espacio se distorsione bajo la acción de la masa y la energía, permitiendo que otros objetos (como tú) existan en el espacio.
No te dejes engañar por la imagen estática. La estructura del espacio cambiará debido al movimiento de masa. A medida que la Tierra gira alrededor del Sol, la distorsión del espacio cambia; a medida que el Sol gira alrededor de la Vía Láctea, la curvatura del espacio cambia; a medida que las estrellas se forman, existen, explotan y mueren, la estructura del espacio cambia.
Esto es parte de la danza del universo, parte de la historia de la gravedad; a medida que la masa cambia y se mueve, a medida que el universo se expande, a medida que ocurren una serie de procesos en el universo, la estructura del universo. cambios . Pero después de toda esta charla, la gravedad sigue siendo real, tirando de nosotros constantemente y haciéndonos sentir como si estuviéramos en caída libre.
Observar visualmente el movimiento de la materia en el espacio y el tiempo ayuda a mostrar intuitivamente desde su esencia que la materia no es sólo un trozo de tejido, sino que todo el espacio está distorsionado por la existencia y propiedades de la materia y la energía. en el universo.
Siempre que te muevas a la velocidad, posición y dirección correctas, podrás realizar movimientos periódicos estables hacia cualquier cuerpo celeste del universo.
Pero si algo sale mal, caerás en el cuerpo celeste. Por ejemplo, si el cohete no se lanza a suficiente velocidad, volverá a caer a la tierra. Si un planeta se mueve demasiado lento, caerá hacia el sol; si una estrella se mueve demasiado lento, caerá hacia el centro del universo.
En casos extremos, si cometes algunos errores, puedes incluso caer en un agujero negro. Un agujero negro es una "supermasa": su densidad, volumen y materia son tan compactos que cualquier materia que caiga en él no puede escapar. Esto es cierto incluso a la velocidad de la luz, la velocidad más rápida del universo.
Esta es una imagen del espacio-tiempo severamente deformada, tomada fuera de un agujero negro. A medida que nos acercamos cada vez más al agujero negro, el espacio se distorsiona más y finalmente regresa a un lugar del que ni siquiera la luz puede escapar: el horizonte de sucesos.
A medida que te acerques al horizonte de sucesos de un agujero negro, sucederán muchas cosas extraordinarias. Una vez que cruces el agujero negro, las cosas se saldrán de control. Hay una explicación muy razonable de por qué una vez que cruzas esta barrera invisible, no puedes salir.
Cuando estás relativamente lejos del agujero negro, la distorsión del espacio es muy pequeña. De hecho, cuando estás muy lejos de un agujero negro, la gravedad del agujero negro es indistinguible de la de otras estrellas, ya sean estrellas de neutrones, estrellas normales o nubes difusas de gas. Sabes que el espacio-tiempo está deformado simplemente porque puedes ver la presencia de masa a distancia, no por la naturaleza o distribución de la masa.
Caerás libremente bajo la acción de la fuerza. Puedes reemplazar el agujero negro con otra materia, pero parecerá que el punto de aplicación de la fuerza es un agujero negro.
Visualización del contorno de un agujero negro sobre el fondo de la Vía Láctea. El horizonte de sucesos es una zona oscura de la que no puede escapar ninguna luz. (SXS TEAM; BOHN ET AL. 2015)
Algo se siente mal cuando te acercas: algo tira de tu cuerpo. Si sus pies están más cerca del horizonte de sucesos que su cabeza, sentirá un tirón de la cabeza a los pies, mientras sus costados se comprimen. Esta es la fuerza de marea que provoca el flujo y reflujo de las mareas de la Tierra.
Mientras un agujero negro sea lo suficientemente poderoso, sus fuerzas de marea te estirarán y comprimirán mucho cuando estés relativamente cerca. Te estira lo suficiente como para convertirte efectivamente en un fideo. Los científicos conocen este fenómeno desde hace mucho tiempo y, de hecho, utilizamos el término "espaguetificación" para referirnos en broma a un objeto que cae en un agujero negro.
Incluso si comienza como una esfera perfecta, se estirará en la dirección del agujero negro y se comprimirá en la dirección perpendicular al agujero negro. La fuerza sobre el centro de un objeto es igual a la fuerza neta promedio, pero los puntos a diferentes distancias del centro experimentarán fuerzas netas diferentes, lo que resulta en el fenómeno de "espaguetificación". (KRISHNAVEDALA / WIKIMEDIA COMMONS)
Lo que ves es tan fascinante Cuando estás lejos, lo que ves es solo la distorsión del espacio, como si esta materia se hubiera convertido en una lente cósmica inteligente que distorsiona toda la luz. en sus proximidades. Pero cuando estás en un viaje espacial con equipo sofisticado y una nave espacial indestructible, notarás algunas cosas sorprendentes a medida que te acerques al agujero negro.
Cuando tu distancia sea la mitad del tamaño anterior, su tamaño será el doble que antes; cuando tu distancia sea un cuarto del tamaño anterior, su tamaño será cuatro veces mayor.
Al contrario del sentido común, parece que el tamaño de un agujero negro aumenta proporcionalmente con la distancia debido a la curvatura exagerada del espacio.
Según la relatividad general, las fuerzas que estiran y distorsionan el espacio hacen que la luz procedente de la parte posterior del agujero negro se doble alrededor de él, dejando tras de sí un gran disco oscuro que acompaña al horizonte de sucesos. (UTE KRAUS, GRUPO DE EDUCACIÓN FÍSICA KRAUS, UNIVERSITAT HILDESHEIM)
La razón es simple Aunque la masa curvará el espacio-tiempo, a medida que te acercas cada vez más a una masa muy densa y grande, como una negra. agujero, la curvatura del espacio se hará cada vez más grande.
Por supuesto, esto aumenta las fuerzas de marea que experimenta y también aumenta la cantidad de luz que se curva alrededor del agujero negro.
El campo de visión parece muy grande en comparación con su tamaño físico real. Las posiciones de las estrellas distantes en el fondo cambian tan drásticamente que el horizonte de sucesos se apodera de toda tu visión.
Cuando caes en un agujero negro o te acercas mucho al horizonte de sucesos, su tamaño y extensión son mucho mayores de lo que realmente son. Para un espectador, la información sobre su caída estará codificada en el horizonte. Nadie sabe qué pasará con esa información cuando el agujero negro desaparezca. (ANDREW HAMILTON / JILA / UNIVERSIDAD DE COLORADO)
A medida que te acercas al horizonte de sucesos, cubre tu campo visual. Una vez que cruzas el horizonte de sucesos, tu destino está sellado. No hay energía que pueda alejaros excepto la singularidad central, que puede destrozaros en partículas subatómicas en cuestión de segundos.
¡Pero aún no hay nada seguro!
Mientras no cruces el horizonte de eventos, todavía existe la posibilidad de salir. Si se le da suficiente aceleración fuera del horizonte de sucesos, puede escapar de su gravedad a un área relativamente segura y apacible en el espacio, lejos del agujero negro. Su sensor de gravedad le dirá que hay una pendiente descendente al otro lado del agujero negro y que aún podrá ver la luz de las estrellas a mayor distancia.
Las visualizaciones anteriores son básicamente correctas, con la única excepción del cambio de color que se produce cuando caes en un agujero negro. A medida que cae, la luz que entra en el ojo parecerá más azul debido a la aceleración de la curvatura gravitacional del espacio-tiempo.
Si continúas cayendo hacia el horizonte de sucesos, verás la luz de las estrellas comprimida en un pequeño punto detrás de ti, cambiando a azul debido al desplazamiento hacia el azul gravitacional. Si miras fuera del universo cuando estás a punto de entrar en el horizonte de sucesos, encontrarás que este pequeño punto se vuelve rojo, blanco y luego azul nuevamente. Las microondas y las radios del universo pasan a formar parte del espectro visible en ese momento. Se supone que nada más cae contigo en el agujero negro.
Esta es la vista más extraña del fondo cósmico de microondas que cualquiera pueda ver: energía desplazada hacia el azul proveniente de detrás de usted en el último momento de contacto con la singularidad en el centro de un agujero negro. (E. SIEGEL)
Entonces hay una oscuridad ilimitada dentro del horizonte de eventos, ninguna luz del exterior del universo puede brillar en tu nave. No importa cómo aceleres el motor, no importa lo que hagas, no hay salida. Lo que ves no es la dirección en la que vas, no importa a dónde vayas, la singularidad siempre está frente a ti.
Pero en realidad no se ve la singularidad. Esta es la rareza de que el espacio esté severamente curvado. La luz del exterior del universo te sigue hacia el agujero negro, cruzando el horizonte de sucesos antes, después o contigo. El siguiente vídeo muestra lo que sucedería si siguieras el sentido común con luz desde fuera del universo y entraras en el horizonte de sucesos. (Cruzarás el horizonte de eventos en la marca 0:37)
Después de cruzar el horizonte de eventos, solo tomará unos segundos para que se rompa. Pero en los agujeros negros más grandes hay pistas que conducen a otros lugares: agujeros blancos, otro universo o mundos envueltos en el horizonte de sucesos que no podemos ver. No tenemos acceso externo a ninguna información sobre el horizonte de sucesos; todo lo que sabemos es nuestra teoría hipotética.
Te sugiero que intentes evitar caer en un agujero negro, porque lo que te espera sólo será aplastado. Pero si entras, serás el único ser humano que sabe cómo es, la primera persona en desenterrar los misterios de los agujeros negros. Puede optar por no hacer esto, lo que sin duda sería prudente. Pero en el universo, sólo la aventura puede llevar a comprender la verdad. Quizás alguien que lea aquí sea la primera persona en descubrir el misterio.
Autor: comienza con una explosión
FY: Mu Xiaochen
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