Alam semesta merosakkan sesuatu dengan cara yang berbeza. Sekiranya anda cuba menahan nafas di ruang angkasa, paru-paru anda akan meletup; jika anda menghirup setiap molekul udara, anda akan kehilangan kesedaran. Di beberapa tempat, anda akan membeku, setelah kehilangan panas badan yang terakhir; yang lain akan menjadi sangat panas sehingga atom dalam badan anda akan berubah menjadi plasma. Tetapi dari semua cara alam semesta menyingkirkan objek, yang paling menyeronokkan adalah menghantarnya ke lubang hitam.
Apa Yang Melampaui Horizon Acara?
Menurut teori graviti kami - teori relativiti umum Einstein - sifat lubang hitam ditentukan oleh tiga perkara. Yaitu:
- Jisim, atau jumlah jirim dan jumlah tenaga yang setara (mengikut formula E = mc2), yang menuju ke pembentukan dan pertumbuhan lubang hitam ke keadaannya sekarang.
- Cas, atau jumlah cas elektrik yang terdapat di dalam lubang hitam dari semua objek bermuatan positif dan negatif yang jatuh ke dalam lubang hitam dalam seluruh sejarah hidupnya.
- Momentum sudut (moment), atau putaran, yang merupakan ukuran jumlah pergerakan putaran yang dimiliki oleh lubang hitam secara semula jadi.
Pada hakikatnya, semua lubang hitam yang wujud secara fizikal di alam semesta kita mesti mempunyai jisim yang besar, momentum sudut yang banyak, dan cas yang boleh diabaikan. Ini menjadikan keadaan sangat sukar.
Apabila kita biasanya membayangkan lubang hitam, kita membayangkan versi mudahnya, yang hanya dijelaskan oleh jisimnya. Ia memiliki cakrawala peristiwa yang mengelilingi satu titik, dan area yang mengelilingi titik itu, di mana cahaya tidak dapat pergi. Kawasan ini sepenuhnya bulat dan mempunyai sempadan yang memisahkan kawasan dari mana cahaya dapat melarikan diri dan dari mana ia tidak dapat: cakrawala peristiwa. Cakrawala acara berada pada jarak tertentu (radius Schwarzschild) dari keunikan ke semua arah secara serentak.
Video promosi:
Ini adalah versi ringkas dari lubang hitam yang realistik, tetapi tempat yang bagus untuk mula memikirkan fizik yang berlaku di dua tempat yang berbeza: di luar cakerawala peristiwa dan di dalam cakrawala peristiwa.
Di luar cakrawala peristiwa, graviti berperilaku seperti yang anda harapkan. Ruang membongkok di hadapan jisim, yang menyebabkan setiap objek di alam semesta memecut ke arah singulariti pusat. Sekiranya anda berada pada jarak yang sangat jauh dari lubang hitam ketika beristirahat dan membiarkan objek jatuh ke dalamnya, apa yang akan anda lihat?
Dengan andaian anda berjaya diam, anda akan melihat objek yang jatuh perlahan memecut dari anda ke arah lubang hitam ini. Ia akan mempercepat menuju cakrawala peristiwa, selepas itu sesuatu yang aneh akan berlaku. Nampaknya anda melambatkan, memudar dan menjadi lebih merah. Tetapi ia tidak akan hilang sepenuhnya. Ia hanya akan menghampirinya: ia akan menjadi kusam, merah dan lebih sukar dikesan. Anda sentiasa dapat melihatnya jika anda melihat dengan cukup dekat.
Sekarang mari kita bayangkan senario yang sama, tetapi kali ini mari kita bayangkan bahawa anda adalah objek yang sama jatuh ke dalam lubang hitam. Pengalaman akan berbeza sama sekali.
Cakupan acara akan menjadi lebih besar jauh lebih cepat daripada yang anda jangkakan seiring kelengkungan ruang semakin kuat. Ruang begitu melengkung di sekitar cakrawala peristiwa sehingga anda akan melihat banyak gambar alam semesta, yang dari luar, seolah-olah dipantulkan dan dibalikkan.
Dan setelah anda melintasi cakerawala peristiwa, anda bukan sahaja dapat melihat alam semesta luar, tetapi juga bahagian alam semesta di cakrawala peristiwa. Pada saat-saat akhir, ruang akan kelihatan sama rata.
Apa yang ada di dalam lubang hitam?
Fizik semua ini rumit, tetapi pengiraannya cukup mudah dan paling elegan dilakukan oleh Andrew Hamilton dari University of Colorado dalam satu siri makalah dari akhir tahun 2000-an dan awal 2010-an. Hamilton juga membuat satu siri persembahan yang mengagumkan dari apa yang akan anda lihat jatuh ke dalam lubang hitam berdasarkan pengiraan ini.
Setelah meneliti hasil ini, kita dapat membuat beberapa kesimpulan, yang kebanyakannya tidak logik. Untuk cuba memahami mereka, anda perlu mengubah cara anda mewakili ruang. Kami biasanya menganggapnya sebagai kain yang tidak bergerak dan berpendapat bahawa pemerhati "turun" di suatu tempat. Tetapi dalam cakerawala acara, anda sentiasa bergerak. Ruang bergerak - seperti treadmill - secara berterusan, menggerakkan segala sesuatu ke arah keunikan.
Dan ia menggerakkan segalanya dengan cepat sehingga walaupun anda memecut terus dari keunikan dengan kekuatan yang tidak terbatas, anda masih akan jatuh ke arah pusat. Objek di luar cakrawala peristiwa akan tetap mengirimkan cahaya dari semua arah, tetapi anda hanya dapat melihat sebahagian kecil objek dari luar cakerawala peristiwa.
Garis yang menentukan sempadan antara apa yang dapat dilihat oleh pemerhati dijelaskan secara matematik oleh kardioid, di mana komponen dengan radius terbesar menyentuh cakerawala peristiwa dan komponen dengan radius terkecil berada pada satu-satu. Ini bermaksud bahawa singulariti, bahkan sebagai titik, tidak semestinya menghubungkan semua yang jatuh ke dalamnya dengan yang lain. Sekiranya anda dan saya jatuh ke cakrawala acara dari arah yang berbeza pada masa yang sama, kita tidak akan pernah saling melihat cahaya setelah cakerawala peristiwa melintas.
Sebabnya adalah kain Alam Semesta itu sendiri yang sentiasa bergerak. Di dalam cakerawala peristiwa, ruang bergerak lebih cepat daripada cahaya, sehingga tidak ada yang dapat melepaskan diri dari lubang hitam. Itulah sebabnya apabila anda memasuki lubang hitam, anda mula melihat perkara-perkara pelik seperti banyak gambar objek yang sama.
Anda boleh memahaminya dengan mengemukakan soalan: di mana singularitasnya?
Dari dalam cakerawala peristiwa lubang hitam, ke arah mana pun anda bergerak, anda akhirnya menemui keunikan itu sendiri. Oleh itu, cukup pelik, keunikan muncul ke semua arah. Sekiranya kaki anda menunjuk ke arah pecutan, anda akan melihatnya di hadapan anda, tetapi juga di atas anda. Semua ini mudah dikira, walaupun sangat tidak logik. Dan itu hanya untuk kes yang dipermudahkan: lubang hitam yang tidak berputar.
Sekarang mari kita beralih ke kes yang menarik secara fizikal: apabila lubang hitam berputar. Lubang hitam berasal dari sistem jirim - seperti bintang - yang selalu berputar pada tahap tertentu. Di alam semesta kita (dan dalam relativiti umum), momentum sudut adalah kuantiti tertutup mutlak untuk mana-mana sistem tertutup; tidak ada cara untuk menyingkirkannya. Apabila agregat jirim jatuh ke jari-jari yang kurang dari radius cakrawala peristiwa, momentum sudut terperangkap di dalamnya, sama seperti jisim.
Penyelesaian yang kita ada di sini akan jauh lebih rumit. Einstein mengemukakan kerelatifan umum pada tahun 1915, dan Karl Schwarzschild memperoleh penyelesaian untuk lubang hitam yang tidak berputar beberapa bulan kemudian, pada awal tahun 1916. Tetapi langkah seterusnya dalam memodelkan masalah ini dengan cara yang lebih realistik - di mana lubang hitam mempunyai momentum sudut, bukan hanya massa - hanya diambil pada tahun 1963, ketika Roy Kerr menemui penyelesaian yang tepat pada tahun 1963.
Terdapat beberapa perbezaan asas dan penting antara penyelesaian Schwarzschild yang lebih naif dan sederhana dan penyelesaian Kerr yang lebih realistik dan kompleks. Antaranya:
- Daripada keputusan tunggal mengenai lokasi cakrawala peristiwa, lubang hitam berputar mempunyai dua penyelesaian matematik: cakrawala peristiwa dalam dan luar.
- Di luar cakrawala kejadian luar, ada tempat yang dikenal sebagai ergosfer, di mana ruang itu sendiri bergerak pada kelajuan putaran sama dengan kelajuan cahaya, dan zarah-zarah di dalamnya mengalami pecutan yang luar biasa.
- Terdapat nisbah maksimum momentum sudut hingga jisim yang dibenarkan; jika momentumnya terlalu kuat, lubang hitam akan memancarkan tenaga ini (melalui sinaran graviti) sehingga jatuh ke had.
- Dan yang paling menarik: keunikan di tengah lubang hitam bukan lagi titik, melainkan cincin satu dimensi, yang radius ditentukan oleh momentum jisim dan sudut lubang hitam.
Dengan semua ini, apa yang akan berlaku apabila anda memasuki lubang hitam? Ya, sama seperti yang berlaku jika anda jatuh ke dalam lubang hitam yang tidak berputar, kecuali bahawa semua ruang tidak berkelakuan seolah-olah jatuh ke arah singulariti pusat. Sebaliknya, ruang juga berkelakuan seolah-olah bergerak mengikut arah putaran, seperti corong berpusing. Semakin besar nisbah momentum sudut ke jisim, semakin cepat ia berputar.
Ini bermaksud, jika anda melihat sesuatu jatuh ke dalam lubang hitam, anda akan melihatnya menjadi redup dan lebih merah, tetapi juga dilumurkan ke cincin atau cakera ke arah putaran. Sekiranya anda jatuh ke dalam lubang hitam, anda akan berputar seperti korsel yang menarik anda ke arah tengah. Dan apabila anda mencapai keunikan, ia akan menjadi cincin; bahagian tubuh anda yang berbeza akan memenuhi satu keunikan - di permukaan ergosur dalaman lubang hitam Kerr - dalam koordinat spasial yang berbeza. Anda secara beransur-ansur akan berhenti melihat bahagian badan anda yang lain.
Perkara paling penting yang mesti anda fahami dari semua ini adalah bahawa struktur ruang itu sendiri bergerak, dan cakrawala peristiwa ditakrifkan sebagai tempat di mana walaupun anda bergerak dengan kelajuan cahaya, ke arah mana pun yang anda pilih, anda pasti akan bertembung dengan keunikan.
Penciptaan Andrew Hamilton adalah model terbaik dan paling tepat dari apa yang berlaku ketika anda jatuh ke dalam lubang hitam, dan sangat tidak logik sehingga mereka harus dilihat berulang kali sehingga anda mula memahami sesuatu (anda tidak benar-benar bermula). Ia menyeramkan dan indah, dan jika anda cukup berani untuk terbang ke lubang hitam dan melintasi cakerawala acara, ini akan menjadi perkara terakhir yang pernah anda lihat.
Ilya Khel
