Jak czarne dziury wpływają na czas?

Istnieją dwa sposoby myślenia o czasie w odniesieniu do czarnych dziur . Jeden dotyczy tego, jak długo te obiekty żyją, a drugi tego, jak czas jest postrzegany w ich wnętrzu.

Przejdźmy do pierwszego. Kiedy myślimy o czarnych dziurach, wyobrażamy sobie, że są wieczne. Ale co zaskakujące, tak nie jest. Zgodnie z teorią względności Einsteina , czarna dziura to obiekt znajdujący się w punkcie czasoprzestrzeni, w którym grawitacja jest tak intensywna, że ​​nic nie może z niej uciec. Nawet światło. Wszystko, co tam wchodzi lub co tam powstało przed pojawieniem się czarnej dziury, tam pozostaje. Te obiekty mają obszar, który działa jak ich granica, nazywany horyzontem zdarzeń. Wszystko, co przekroczy tę granicę, zostaje uwięzione na zawsze. Tak właśnie rozumiemy czarną dziurę zgodnie z teorią względności.

Ale jeśli dodamy mechanikę kwantową, wszystko się zmienia. Brytyjski astrofizyk Stephen Hawking zaproponował, że czarne dziury mogą emitować bardzo słabą formę promieniowania, znaną jako promieniowanie Hawkinga. Dzieje się tak, ponieważ zgodnie z fizyką kwantową pusta przestrzeń nie jest tak naprawdę pusta; pary cząstek i antycząstek są stale tworzone. Zwykle, nawet gdy są tworzone, unicestwiają się nawzajem i nic się nie dzieje. Ale jeśli dzieje się to w pobliżu horyzontu zdarzeń, jedna cząstka może uciec, będąc wyrzucana z czarnej dziury, a druga może do niej wpaść. Końcowym rezultatem jest to, że czarna dziura traci bardzo małą ilość masy.

Z czasem proces ten powoduje, że czarna dziura traci energię, ponieważ zgodnie z równaniem Einsteina (e = mc2) energia i masa są równoważne. W rezultacie ostatecznie tracą masę, a czarne dziury wyparowują. Chociaż dzieje się to niezwykle powoli. Na przykład nasza galaktyka ma w swoim centrum supermasywną czarną dziurę, około milion razy większą od masy Słońca. Możesz więc sobie wyobrazić, ile czasu zajmie jej zniknięcie z powodu tych małych, stałych strat promieniowania, o których mówiłem. Cały wiek wszechświata to zaledwie ułamek czasu potrzebnego na jego wyparowanie.

Niektóre teorie sugerują, że mikroczarne dziury mogą powstawać w akceleratorach cząstek. Byłyby niewiarygodnie małe i wyparowywałyby niemal natychmiast. W rezultacie nie stanowią zagrożenia dla życia ludzkiego.

Jeśli chodzi o drugi sposób, w jaki czas odnosi się do czarnej dziury, to jest to, jak bliskość jednego z tych ciał niebieskich wpływa na czas. Jak wspomniałem wcześniej, przyciąganie grawitacyjne w pobliżu czarnej dziury jest bardzo silne i zmienia sposób, w jaki postrzegamy czas i przestrzeń. Jeśli obserwator, który jest bardzo daleko od czarnej dziury, zobaczy coś spadającego w jego kierunku, zbliżającego się do horyzontu zdarzeń, zobaczy, że czas płynie wolniej. Jakby czas zamarzał.

Wręcz przeciwnie, gdyby obserwator spadł w kierunku czarnej dziury, nie zauważyłby niczego dziwnego, przekraczając horyzont zdarzeń, granicę, poza którą nie ma powrotu. Grawitacja jest tak intensywna, że ​​nic, nawet światło, nie może uciec. Gdy ten próg zostanie przekroczony, los jest nieunikniony: zgodnie z teorią względności Einsteina, człowiek znalazłby się w osobliwości, punkcie, w którym znane prawa fizyki przestają obowiązywać.

Yetli Mariana Rosas Guevara jest doktorem astrofizyki i badaczką w Międzynarodowym Centrum Fizyki Donostia (DIPC) .

Koordynacja i pisanie: Victoria Toro .

Pytanie przesłane e-mailem przez José Manuela Desviata Manzanaresa .

Nosotras Respondemos to cotygodniowa konsultacja naukowa, sponsorowana przez program L'Oréal-Unesco ' For Women in Science ' i Bristol Myers Squibb , która odpowiada na pytania czytelników dotyczące nauki i technologii. Na te pytania odpowiadają naukowcy i technolodzy, członkowie AMIT (Association of Women Researchers and Technologists). Wyślij swoje pytania na adres [email protected] lub za pośrednictwem X #nosotrasrespondemos.

Porady w tej klinice mają charakter ogólny i nie zastępują porady lekarskiej. Jeśli masz pytania dotyczące swojego konkretnego problemu, skonsultuj się ze swoim lekarzem.