Reisen in ein Schwarzes Loch: ein Gedankenexperiment

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Reisen in ein Schwarzes Loch: ein Gedankenexperiment
Reisen in ein Schwarzes Loch: ein Gedankenexperiment
Anonim

Denken Sie daran, in der Geschichte der Strugatsky-Brüder "Der Käfer im Ameisenhaufen" wird über den Flug des einzigartigen Raumschiffs "Darkness" in das Schwarze Loch EN 200056 gesprochen, wenn die Menschheit jemals erwachsen wird, um dies zu versuchen was werden die Ergebnisse eines solchen Experiments sein?

Reise in ein Schwarzes Loch: ein Gedankenexperiment
Reise in ein Schwarzes Loch: ein Gedankenexperiment

Nehmen Sie an, dass das Loch, das Sie durchdringen möchten, statisch ist und daher den umgebenden Raum nicht verdreht (die Strugatskys erwähnen nicht, ob das Loch ein Drehmoment hatte). In diesem Fall ist die Grenze des Lochs (auch bekannt als Ereignishorizont) eine regelmäßige Kugel. Das Raumschiff ist nach dem Eintritt in diese Sphäre dazu verdammt, in die Mitte des Lochs zu fallen, und keine Manöver können dies verhindern. Unbewegliche Objekte in einem solchen Loch können nicht existieren, und die kleinste Bewegung führt unweigerlich zu seinem Zentrum, zu dem Punkt der Singularität, in dessen Nähe die Gravitationskraft gegen unendlich geht. Der Raum innerhalb des Lochs verhält sich wie die Zeit – dort sind Rückbewegungen unmöglich (diese Regel gilt nicht nur für materielle Körper, sondern auch für Lichtquanten). Es macht keinen Sinn, in ein solches Loch zu springen, da das Aufklärungsschiff von dort keine Informationen übermitteln kann und bei Annäherung an den Punkt der Singularität von den Gezeitenkräften zerrissen wird.

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Viel interessanter ist die Situation im rotierenden Loch. Tatsache ist, dass es zwei nicht übereinstimmende äußere Grenzen hat: den Ereignishorizont und die statische Grenze. Die statische Grenze ist die Grenze des Bereichs, innerhalb dessen ein Körper nicht mehr relativ zu einem entfernten Beobachter ruhen kann, sondern sich um ein Schwarzes Loch drehen muss, um nicht zu fallen. Bei einem nicht rotierenden Loch fallen der Ereignishorizont und die statische Grenze zusammen, während sie sich bei einem rotierenden Loch nur an den Polen berühren (sie sind nicht kugelförmig, sondern entlang der Rotationsachse des Lochs abgeflacht). Beim Durchfliegen des dazwischen liegenden Hohlraums (Ergosphäre) kann der Kapitän der „Dunkelheit“immer noch umkehren und in unser Universum zurückkehren.

Kerr Schwarze Löcher

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Ein ungeladenes rotierendes Loch wird durch die Lösung der Einsteinschen Gleichungen beschrieben, die erstmals 1963 vom neuseeländischen Mathematiker Roy Kerr erh alten wurde. Im Fall eines nicht rotierenden Lochs gibt es nur einen Ereignishorizont, und die Singularität ist ein Punkt in der Mitte des Lochs. Aber schon eine kleine Rotation reicht für das Erscheinen des zweiten (inneren) Ereignishorizonts, die Singularität des Kerr-Schwarzen Lochs ist ein Ring. Mit zunehmendem Drehimpuls erweitert sich der innere Ereignishorizont und der äußere verengt sich, bis sie zu einem „kollabieren“(dies ist der Fall bei den sog. N. Begrenzung des Kerr-Schwarzen Lochs). Bei einer weiteren Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit sollte der Ereignishorizont verschwinden und eine bloße Singularität übrig bleiben (was das „kosmische Zensurprinzip“im Allgemeinen verbietet).

Im Loch

Was passiert, wenn die "Dunkelheit" noch in das Loch taucht? Nach dem Überqueren des Ereignishorizonts wird das Raumschiff zunächst unkontrolliert in die Tiefe ziehen, wie es beim Sturz in ein Loch ohne Drehimpuls der Fall ist. Das bedeutet, dass unmittelbar unterhalb des Ereignishorizonts derselbe „zeitliche“Raum wie in einem nicht rotierenden Loch ist, aber jetzt nicht das Zentrum des Lochs erreicht. Von innen wird dieser Raum durch den zweiten Horizont begrenzt, und darin befindet sich der übliche Raum (wenn auch stark gekrümmt), in dem Bewegungen in verschiedene Richtungen möglich sind.

Hier ist jedoch Vorsicht geboten. In diesem Bereich, genauer gesagt in seiner Äquatorialebene, gibt es eine Zone, in der die Raumkrümmung und damit die Schwerkraft gegen unendlich strebt – eine Singularität. Aber in diesem Fall handelt es sich nicht um einen Punkt wie bei einem nicht rotierenden Loch, sondern um einen geschlossenen Ring. Sie sollten sich ihm nicht nähern - auch hier wegen der katastrophalen Gezeitenkräfte. Trotzdem kann das Raumschiff in eine Flugbahn eintreten, die es für immer innerhalb des zweiten Horizonts lässt und verhindert, dass es in die Ringsingularität fällt. Aber das Schiff wird diesen Horizont niemals überschreiten und in den "zeitähnlichen" Raum zurückkehren.

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Durchfliegen

Nehmen Sie an, dass "Dunkelheit" "über" der Singularität in der "nördlichen Region" des inneren Raums fliegt. Der Kapitän kann das Schiff nach "Süden" steuern, indem er entweder um die Singularität herumfährt oder durch das Loch im Ring der Singularität fliegt. Beide Wege sind möglich, aber sie führen zu unterschiedlichen Räumen ohne einen einzigen gemeinsamen Punkt! Der Umweg wird das Schiff innerhalb des zweiten Horizonts desselben Lochs verlassen. Und der Sprung durch den Ring verspricht viel mehr – das Raumschiff kann eine Flugbahn einschlagen, die beide Horizonte kreuzt und es in den normalen Raum außerhalb des Lochs bringt. Es stimmt, dies wird der Raum eines anderen Universums sein - negativ.

Hat das „Darkness“-Team eine echte Chance, nicht nur zu überleben, sondern auch in ein anderes Universum vorzudringen? Leider ist dies höchstwahrscheinlich nur eine mathematische Illusion. Alle oben genannten Reiseszenarien in einem rotierenden Schwarzen Loch basieren auf der Annahme, dass das Schiff keine Masse hat und daher mit seiner Anwesenheit die Symmetrie des Raums innerhalb des Lochs nicht stört. Aber die Raumschiffe der Zukunft werden wahrscheinlich nicht schwerelos sein

Da es unwahrscheinlich ist, dass schwerelose Raumschiffe in ferner Zukunft auftauchen, wird tapferen Astronauten wahrscheinlich nichts Gutes leuchten. Es besteht Grund zu der Annahme, dass unmittelbar nachdem das Schiff den äußeren Horizont überquert hat, "Schläge" der inneren Geometrie des Lochs beginnen, die sich in eine Quelle starker Gravitationsstrahlung verwandeln werden. Gravitationskrämpfe werden die frühere Symmetrie des Intrahole-Raums irreversibel zerstören, was die Möglichkeit eines Durchbruchs in ein anderes Universum vollständig ausschließt.

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