[Al_Ganonim]

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

[Ja-qb]

@Al_Ganonim: ej! podobno jesteś ekspertem! Miałem nadzieję, że odpowiesz na wszystkie pytania ;)

[mike78]

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

@Al_Ganonim: Cześć, wszystko wskazuje na to, że to ja jestem tym ktosiem, który poruszył ten wątek z komunikacją poza horyzont zdarzeń. Dobrze jest podrążyć pewne tematy, nawet jeśli wiadomo jakie jest stanowisko nauki na dany temat. A to dlatego, że poddając w wątpliwość i pytając można lepiej dane zjawisko zrozumieć.

Ale przejdźmy do moich wątpliwości. Nie jestem fizykiem, choć miałem taki przedmiot na studiach i interesuję się tematem. Astronomią także co nieco.
Chodzi o zacytowany powyżej fragment. Co to znaczy, że elektrony "porozumiewają się ze sobą" za

[wcinaster]

@Al_Ganonim: Dzięki za polemikę. Dobrze wiedzieć, że jednak za bardzo nie błądzę w swoich rozumowaniach:)
Ale jeszcze dużo przede mną.

[xyz23]

To jest osobliwość. Ona z definicji ma być osobliwa (duh :P). Nie mamy opisu fizycznego materio-energii znajdującej się w takim stanie. Oliwy do ognia dodaje fakt, że w takim stanie materio-energia musi być wymieszana z czasoprzestrzenią.

@Al_Ganonim: mózg mnie swędzi :)

Mógłbyś proszę, napisać coś więcej na temat splątania kwantowego, kiedyś przy następnych wpisach?

[Jurek_z_klanu]

@Al_Ganonim Myślę, że temat dylatacji czasu zainteresował by astromirków, a to też temat ciekawy i intrygujący dla noobów z fizyki ( ͡° ͜ʖ ͡°)

[mike78]

@Al_Ganonim: Hej, jakbyś mógł odpowiedzieć na mojego posta, byłoby mi bardzo miło, bo temat mnie bardzo interesuje, a nie mam z kim pogadać o tych sprawach.

[mike78]

@Al_Ganonim: Tydzień minął, czekam na odpowiedź...

[Al_Ganonim]

@mike78: Musisz mi wybaczyć. Mam nieco innych rzeczy na głowie i mirko musiało poczekać.

Co to znaczy, że elektrony "porozumiewają się ze sobą" za pomocą fotonów?

Elektrony to leptony, czyli cząsteczki podstawowe, których składu wewnętrznego nie znamy (nie wiemy nawet czy da się te rozłożyć na części jeszcze bardziej podstawowe, bo nie wiemy, czy takie części w ogóle istnieją). Jedną z właściwości leptonu jest jego ładunek elektryczny. Posiadanie ładunku elektrycznego implikuje oddziaływanie na inne cząstki, które posiadają ładunek elektryczny. To, jak oddziaływanie elektryczne może potencjalnie wpłynąć na dane ciało z ładunkiem elektrycznym, można opisać matematycznie jako ciągłe pole elektryczne. W rzeczywistości, dwie cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym "wiedzą" o swoim istnieniu, jeśli obydwie znajdą się wzajemnie w swoich polach elektrycznych, czyli w chwili, kiedy wymienią się cząsteczką przenoszącą oddziaływanie elektryczne. Ta cząsteczką pośredniczącą jest

[mike78]

@Al_Ganonim: Dzięki za odpowiedź, muszę to w teraz przetrawić.

[wcinaster]

@Al_Ganonim:
Hej, ostatnio wracałem z pracy i głupia rzecz zaczęła chodzić mi po głowie. Dlaczego fotony, które nie mają masy, więc nie mogą oddziaływać grawitacyjnie, nie mogą uciec poza horyzont zdarzeń?
Kiedyś zastanawiałem się, dlaczego zachodzi zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, dzięki któremu widzimy pośrednio czarne dziury. Sam wydedukowałem (｡◕‿‿◕｡) ( może gdzieś kiedyś coś czytałem :P), że w zjawisku soczewkowania nie chodzi i to,

[Al_Ganonim]

@wcinaster: Hej :-]
Fotony nie mają masy spoczynkowej, ale posiadają pęd. Pewnie słyszałeś już nieraz, że fotony mają pewną energię. Albo że fotony, które widzimy jako fale radiowe posiadają mniejsze energie, niż fotony, które widzimy jako fale rengenowskie. Energia fotonu na mocy równoważności E=mc^2 (a tak naprawdę, E=pierwiastek(m^2*c^4+p^2*c^2)) jest źródłem oddziaływania grawitacyjnego fotonu z otoczeniem.

Gdyby na fotony nie wpływała siła grawitacji, to wtedy fotony nie widziałyby zakrzywienia czasoprzestrzeni (bo zakrzywienie czasoprzestrzeni jest grawitacją). Czarna dziura to taki dziwny obiekt, w którego centrum zakrzywienie czasoprzestrzeni jest niemal nieskończone. Za to granica czarnej dziury, czyli horyzont zdarzeń, to takie miejsce w czasoprzestrzeni, w którym czasoprzestrzeń posiada pewną charakterystyczną krzywiznę. Oto cała bajka.

Jeśli czarna dziura, według Twojego obrazu, jest dziura w czasoprzestrzeni, to gdzie ma się podziać materia i energia, które przez tę dziurę "wypadną"? Materia i energia są wpisane w czasoprzestrzeń i poruszają się wyłącznie wewnątrz niej (przynajmniej tak to wygląda w Ogólnej

[wcinaster]

@Al_Ganonim: Dzięki za odpowiedź.

Kompletnie zapomniałem o fakcie, że pęd to inna postać masy. Aż mi głupio :P