Wpis z mikrobloga

Astromirki, muszę Wam coś napisać. Taki wewnętrzny imperatyw. Od kilku tygodni siedzę i zajmuję się wszystkim, tylko nie astronomią i już mnie nosi o niepisania czegokolwiek astronomicznego. Także wybaczcie, ale muszę się na Was wyżyć i napisać cokolwiek. Akurat niedawno ktoś pytał, czy możliwe jest spuścić sondę na kabelku pod horyzont zdarzeń i odbierać od niej pomiary. Niech będzie. Biorę.

I - Sondujemy czarne dziury

W tym wpisie bohaterem będzie nierotująca, masywna i stara czarna dziura. Najprostsze co może być. Przypomnę, że czarna dziura składa się z osobliwości w centrum (niemal nieskończenie mały obiekt o niemal nieskończonej gęstości i jak najbardziej skończonej masie), horyzontu zdarzeń w jakiejś odległości od osobliwości oraz z niczego pomiędzy nimi. Horyzont zdarzeń to taka matematyczna granica okalająca osobliwość. Wszystko, co przekroczy horyzont zdarzeń, opadnie na osobliwość. Innymi słowy, przekraczając horyzont zdarzeń, nie ucieknie się z czarnej dziury. Dotyczy to też światła. Jest takie naiwne wyobrażenie czarnej dziury jako czarnej kulki (czarnej, bo nie świeci i pochłania światło i kulki, bo horyzont zdarzeń takich prostych czarnych dziur jest sferyczny) i to wyobrażenie nam teraz wystarczy. Musimy jeszcze obwiązać sondę kabelkiem, zrobić mocny supeł i spróbujemy zobaczyć, co jest pod horyzontem zdarzeń. Opuszczamy sondę.

II - Problemy i rozwiązania

Pierwszym problemem jest sama natura grawitacji. Jeśli będziemy stać daleko od czarnej dziury, to względem nas, czas wokół opuszczanej sondy będzie spowalniał. To nie jest złudzenie optyczne. Faktycznie, dla obserwatora odległego od czarnej dziury, obiekty opadające na czarną dziurę wydają się spowalniać, a ich czas wydaje się powoli zatrzymywać. Co gorsza, dla takiego odległego obserwatora, czas na horyzoncie zdarzeń stoi w miejscu. Jak będziemy obie tkwić w laboratorium, to względem nas, sonda nigdy nie przekroczy horyzontu zdarzeń. Lipa.

Żeby obejść ten problem, musimy sami opadać z sondą. Najlepiej w jakiejś bezpiecznej odległości od niej. Tutaj będziemy odbierać wskazania sondy, ale napotkamy na drugi problem związany z naturą grawitacji. Kłopotem będą siły pływowe. W ogólności polega to na tym, że opadając głową w dół, nasza głowa będzie przyciągana bardziej, niż nasze nogi. To samo dzieje się na co dzień z każdym z nas na Ziemi: nogi są przyciągane mocniej, niż głowa, bo nogi są te ~1.9 metra bliżej centrum masy Ziemi (nie wiem jak u Was ( ͡° ͜ʖ ͡°)). Oczywiście masa Ziemi jest tak mała, że siły pływowe wywierane na tak małych odległościach są zupełnie zaniedbywalne. Jeśliby jednak znaleźć się w pobliżu jakiejś czarnej dziury pochodzenia gwiazdowego, to siły pływowe śmiało rozciągną nas w niteczkę (to ta "spagettyfikacja"). Wszystko, co opadnie dostatecznie blisko horyzontu rozciągnie się, zmiażdży i popęka: sonda, my, kabelek, wszystko. Znowu lipa.

I ten problem da się obejść. Wystarczy wziąć do badania wystarczająco masywną czarną dziurę. Im czarna dziura będzie bardziej masywna, tym wolniej będzie zmieniała się siła grawitacji w pobliżu horyzontu zdarzeń. Owszem, na horyzoncie wciąż będzie przyciąganie takie, że nawet światło nie ucieknie, ale jakiś kilometr nad horyzontem prędkość ucieczki z okolicy czarnej dziury będzie niewiele mniejsza. Wyrażając to inaczej: na horyzoncie zdarzeń siła grawitacji zawsze jest taka sama, ale dla bardziej masywnych obiektów gradient siły grawitacji jest mniejszy. Jak weźmiemy do badania supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej, to będzie OK. Zbadajmy sobie zatem supermasywną czarną dziurę, opadając razem z sondą i jej kabelkiem. W tej chwili sonda przekracza horyzont zdarzeń (my jeszcze nie). Wszelkie sygnały radiowe oraz jej obraz zostają skierowane do środka czarnej dziury. Z horyzontu wystaje jednak kabelek! Czy możemy odczytać z niego sygnały sondy? No cóż, nie.

III - Horyzont zdarzeń: Ostateczna Granica

Sygnały wysyłane po kabelku biegną jako prąd elektryczny. Ten z kolei jest ciągłą zmianą pola elektrycznego i magnetycznego. Pole elektromagnetyczne porusza się z prędkością światła, a to jest zbyt powolne, by uciec spod horyzontu zdarzeń. Po kabelku nie przepłynie do nas żadna informacja.

A co by było, gdybyśmy mieli odważnego (i głupiego) kolegę, który siedząc w sondzie szarpałby kabelkiem? Czy my nie powinniśmy odbierać tych szarpnięć? Może udałoby się przesłać informację alfabetem Morse'a?

Znów, nie. Kabelek składa się z atomów, które połączone są ze sobą wiązaniami chemicznymi i oddziaływaniami elektromagnetycznymi. Ciągnąc kabelek na Ziemi szarpiemy atomy, które szarpią kolejne atomy, a te szarpią kolejne atomy... i tak szarpnięcie rozchodzi się z prędkością światła (dla kabelków idealnie sztywnych), a jak wiemy, jest to prędkość zbyt mała, żeby wydostać się z czarnej dziury. Szarpnięcia do nas nie dojdą. Co gorsza (tak, może być jeszcze gorzej!), materia składa się z atomów, a te składają się z nukleonów i elektronów. Nukleony i elektrony porozumiewają się ze sobą przez ciągłe wymienianie się fotonami w oddziaływaniu elektromagnetycznym. A fotony poruszają się z prędkością... fotonów, czy światła. Wychodzi na to, że po przekroczeniu horyzontu zdarzeń, cała materia rozsypie się i niemożliwe będzie utrzymanie nawet atomów w całości. Możemy pożegnać się z sondą, odważnym kolegą, kabelkiem i danymi pomiarowymi. Czas wrzucić wsteczny i modlić się, że zdążymy uciec z okolicy czarnej dziury, zanim będzie za późno. Wracamy do laboratorium i piszemy artykuł. I epitafium. Koniec.

--------------------------------------
Drogie Astromirki, w ostatnim wpisie pojawiło się pytanie o wyborze tematu na kolejny artykuł. Wolą większości, następnym tematem będą "wyciąganie energii z czarnej dziury i kręcąca się czasoprzestrzeń". Tekst jest już po części gotowy, ale wyszedł mi strasznie długi. Nie wiem, co z nim zrobić. Czy wrzucać po kawałku na mirko? A może zrobić znalezisko, a artykuł umieścić na wykopokazywarce? Albo na mojej stronce? Dotychczas mój najdłuższy artykuł na mirko miał ~12'000 znaków, a ten będzie miał co najmniej 20'000. Doradźcie.
--------------------------------------
Przy okazji: jestem już po deadlinie na napisanie jednego eseju, zupełnie nie z mojej dziedziny. Mam nadzieję go skończyć do 12 września. Wtedy znów będę mógł mirkować na bieżąco. Do tego czasu będę tylko z doskoku (moje bordo! (,)).
--------------------------------------
Gorąco zapraszam do obserwowania mojego tagu: #astronomiaodkuchni
--------------------------------------
Wołamy: #astronomia #kosmos #ciekawostki #liganauki #ligamozgow #nauka
Al_Ganonim - Astromirki, muszę Wam coś napisać. Taki wewnętrzny imperatyw. Od kilku t...

źródło: comment_t69N4ucxKtnNYSwZPya2UDQiYVsnEfjd.jpg

Pobierz
  • 52
  • Odpowiedz
  • Otrzymuj powiadomienia
    o nowych komentarzach

może zrobić znalezisko, a artykuł umieścić na wykopokazywarce?


@Al_Ganonim: ja jestem za tym.
BTW mam podstawowe pytanie, ale na szybko nie mogłem znaleźć na nie satysfakcjonującej odpowiedzi: czemu czas zwalnia kiedy zwiększa się grawitacja?
  • Odpowiedz
@t3m4: Najprostsza odpowiedź jest taka: "żeby zachować stałość prędkości światła". Taka jest, najwyraźniej, natura naszego Wszechświata i obecnie wiemy tylko tyle. Być może w jakiejś przyszłości poznamy procesy, które wymuszają stałość prędkości światła oraz grę grawitacji z upływem czasem.

Przy czym zauważ, że czas zwalniać będzie tylko dla obserwatora znajdującego się daleko od tego źródła grawitacji.

@onlyangel: @luuzik: @RottenKitten: Dzięki! Będą wpisy, jak będzie
  • Odpowiedz
@Al_Ganonim: Jak mamy czarną dziurę to teoretycznie powinna ona wysyłać Promieniowanie Hawkinga, ponieważ informacja nie może być zniszczona. Może dałoby radę na to wpłynąć i dane pomiarowe jakoś w tym umieścić (z tego co mówi wiki to czarna dziura wtedy powinna wysyłać fotony lub neutrina)?
  • Odpowiedz
@DarkAlchemy: Te neutrina i fotony powstają w przestrzeni okołohoryzontalnej, a nie w samej czarnej dziurze (chociaż, teoretycznie, mówi się o tunelowaniu spod horyzontu, ale to śliski temat). Informacja w rozważaniu entropii czarnej dziury nie ma wiele wspólnego z "informacją" w potocznym języku. To termin ściśle związany z termodynamiką rozciągniętą do fizyki kwantowej. O promieniowaniu Hawkinga staram się napisać w tym artykule o czarnych dziurach, który miał być gotowy ~2 tygodnie
  • Odpowiedz
Akurat niedawno ktoś pytał, czy możliwe jest spuścić sondę na kabelku pod horyzont zdarzeń i odbierać od niej pomiary.


@mike78: To chyba o Tobie mowa, w każdym razie spieraliśmy się o to tu. Moje stanowisko sprowadzało się mnie więcej do tego zaprezentowanego w tym wpisie:

Wychodzi na to, że po przekroczeniu horyzontu zdarzeń, cała materia rozsypie się i niemożliwe będzie utrzymanie nawet atomów w całości.


Także masz odpowiedź od
  • Odpowiedz
@Al_Ganonim: Dzięki za info, że to jako tako informacją nie jest, bo nawet w głowie tworzyłem teorie, jak to kosmici (jeżeli uznać, że czarne dziury by były tunelami czasoprzestrzennymi) mogliby w czasie jednego lotu z prędkością poniżej "c" mieć stały "teleport" z prędkością ponadświetlną w przyszłości.

Wystarczyłoby raz wysłać sondę w okolice czarnej dziury, która zbiera materie i z niej tworzy określone struktury, a następne czarną dziurą, z prędkością FTL,
  • Odpowiedz
Najpierw praca doktorska


@Al_Ganonim: Jakiś ciekawy temat?

O tomiku artykułów się pomyśli.

Fajnie byłoby mieć coś takiego w zgrabnej formie, jeżeli nie w formie papierowej, to przynajmniej
  • Odpowiedz
@DarkAlchemy: To co piszesz można by uratować przez teorię tuneli czasoprzestrzennych (obiekty, tudzież mosty Einsteina-Rosena), ale te są ekstremalnie niestabilne. Żadna porcja energii (a więc i materii) nie może przez nie przejść, bo spowoduje natychmiastowy kolaps tunelu. A nawet jakby, wbrew matematyce, jakaś cząstka przeszła przez taki tunel, to wylądowałaby w innym Wszechświecie, lub w naszym Wszechświecie, ale w swojej przeszłości. Takie to pokręcone.

@flager:
  • Odpowiedz
Plusik za fajny tekst. A teraz trochę polemiki :) Zaznaczam, że nie jestem ekspertem.
Otóż w rozważaniach, można by uwzględnić, że sonda, oraz my ze sznureczkiem zbliżamy się do czarnej dziury po coraz niższej orbicie, tak jak zwykłe sondy badają planety. Przecież nie możemy spadać pionowo w dół bo nic nie zdążymy zbadać no i mniejsze szanse na ucieczkę. Podejrzewam, że pominąłeś ten fakt, żeby nie komplikować tekstu.

Trudno jest mi ogarnąć sytuację, gdy my poruszamy się z prędkością x a sonda 100 metrów niżej z tą samą prędkością ale tam czas płynie znacznie wolniej niż u nas. Podejrzewam, że widzielibyśmy jak sonda rozciąga się zbliżając się do "dziury" tworząc "ślimaka" a my byśmy coraz bardziej owijali sznurkiem tę sondę.

Fajnie jest ćwiczyć wyobraźnie ale.... nie zupełnie tak to by wyglądało. Zbliżamy się do czarnej dziury. Nasza prędkość rośnie. Grawitacja rozciąga sondę. Jej górna części (bliższa nas) jeszcze wytrzymuje, ale kilka centymetrów bliżej czarnej dziury już nie. Tam atomy są tak rozciągane, że w końcu rozsypują się na jakieś mniejsze składowe, z czego połowa (wielkość z sufitu ( ͡° ͜ʖ ͡°)) to różne promieniowania. Te promieniowania tworzą dysk akrecyjny, dlatego czarna dziura ma świecącą otoczkę. Sonda rozpada się a do horyzontu zdarzeń
  • Odpowiedz
@Al_Ganonim: super, że podejmujesz takie ciekaw tematy. często przyznajemy się do zainteresowania astronomią, a tak naprawdę 90-95% treści astronomicznej nużyłaby nas laików swoimi detalami, niezrozumieniem (przynajmniej tak sądzę). dlatego poruszają nas rzeczy, które są w stanie zapalić iskrę w naszej wyobraźni. spowalnianie czasu, czarne dziury, początek wszechświata. teraz tylko odpowiednio to przedstawić, tak by nasza głowa była w stanie przyswoić przeczytaną treść i uznać ją jako zrozumiałą.

naprzeciw tym wymaganiom
  • Odpowiedz
@Al_Ganonim: W sumie nigdy się nad tym nie zastanawiałem, ale czytając Twój wpis coś mi zgrzytnęło nagle. Jak coś nieskończenie małego może mieć skończoną masę? Jak w ogóle coś może być nieskończenie małe? Przecież osobliwość, skoro istnieje i posiada masę, to musi mieć również jakiś rozmiar. Chyba, że osobliwość to forma energii, a nie materii?

Świetny artykuł :)
  • Odpowiedz