Странната съдба на един човек в черна дупка
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:25
Ако паднете в черна дупка, може да се очаква, че ще загинете веднага. Но в действителност съдбата ви ще бъде далеч по-странна, разказва BBC Earth.
В момента, в който попаднете в черната дупка, реалността се разделя на две. В едната реалност мигновено сте изпепелени, а в другата попадате надълбоко в черната дупка живи и невредими.
В черната дупка не действат обичайните ни закони на физиката. Според Алберт Айнщайн гравитацията изкривява пространството. По такъв начин при наличието на обект с достатъчна плътност пространствено-времевият континуум около него може да се деформира дотолкова, че в самата реалност да се образува прокъсване.
© Julian Baum/SPL
Масивна звезда, изразходвала цялото си гориво, може да се превърне именно в този тип свръхплътна материя, която е необходима за възникването на подобен изкривен участък от Вселената. Звездата, колапсираща под собствената си тежест, повлича след себе си пространствено-времевия континуум наоколо. Гравитационното поле става толкова силно, че дори светлината не може да го напусне. В резултат областта, в която преди се е намирала звездата, става абсолютно черна – това е черната дупка.
Външната повърхност на черната дупка се нарича хоризонт на събитията. Това е сферична граница, в която се постига баланс между гравитационното поле и усилията на светлината, опитваща се да напусне черната дупка. Ако се пресече хоризонтът на събитията, връщането ще бъде невъзможно.
Хоризонтът на събитията излъчва енергия. Благодарение на квантови ефекти на него възникват потоци горещи частици, излъчвани във Вселената. Това явление се нарича
лъчение на Хокинг
в чест на описалия го британски физик Стивън Хокинг. Независимо че материята не може да излезе извън пределите на хоризонта на събитията, черната дупка все пак се „изпарява“ – с времето тя окончателно ще загуби маса и ще изчезне.
С придвижването навътре в черната дупка пространство-времето продължава да се изкривява и в центъра става безкрайно изкривено. Тази точка е известна като гравитационна сингулярност. Пространството и времето в нея престават да имат каквото и да било значение, а всички известни ни закони на физиката повече не действат.
Никой не знае какво точно очаква човека, попаднал в центъра на черна дупка. Друга вселена? Забвение? Задната стена на библиотеката като във филма „Интерстелар“? Това е загадка.
© Henning Dalhoff/SPL
Да се опитаме да поразсъждаваме – какво ще се случи, ако случайно попаднете в черна дупка. Компания в този експеримент ще ви прави външен наблюдател – да го наречем Ана. И така, Ана, намираща се на безопасно разстояние, с ужас наблюдава как се приближавате към границата на черната дупка. От нейна гледна точка събитията ще се развиват по доста странен начин.
С вашето приближаване към хоризонта на събитията Ана ще вижда как се разтягате в дължина и се свивате в ширина, сякаш ви вижда през гигантска лупа. Освен това, колкото повече се приближавате към хоризонта на събитията, толкова повече на Ана ще ѝ се струва, че скоростта ви спада.
Няма да можете да ѝ извикате (тъй като в безвъздушното пространство не се предава звук), но ще можете да се опитате
да ѝ подадете знак с Морзовата азбука
с помощта на фенерчето на вашия iPhone. Само че вашите сигнали ще достигат до нея с все по-нарастващи интервали, а честотата на светлината, изпускана от фенерчето, ще се измества към червения (дълга дължина на вълната) участък от спектъра. Ето как ще изглежда: „Порядък, п о р я д ъ к, п о р я…“.
Когато стигнете хоризонта на събитията, то от гледна точка на Ана ще замрете на място, сякаш някой е поставил възпроизвеждането на пауза. Ще останете неподвижни, разтегнати по повърхността на хоризонта на събитията и ще започне да ви обхваща все по-голяма горещина.
От гледна точка на Ана вас бавно ви убива разтягането на пространството, спирането на времето и горещината от лъчението на Хокинг. Преди да пресечете хоризонта на събитията и да се потопите в недрата на черната дупка, от вас ще остане само пепел.
© Equinox Graphics/SPL
Но не бързайте да поръчвате панихида – нека за малко забравим за Ана и да погледнем на тази ужасна сцена от ваша гледна точка. А от ваша гледна точка ще се случва нещо още по-странно, тоест нищо специално.
Вие летите право в една от най-зловещите точки на Веселената, без да изпитвате ни най-малки сътресения – да не говорим вече за разтягането на пространството, забавянето на времето или жегата от лъчението. Всичко това е, защото се намирате в състояние на свободно падане и затова не усещате своето тегло – именно това Айнщайн е наричал най-успешната идея на своя живот.
Всъщност хоризонтът на събитията не е тухлена стена в Космоса, а явление, обусловено от гледната точка на наблюдателя. Наблюдателят, оставащ извън черната дупка, не може да надникне през хоризонта на събитията, но това си е негов проблем, а не ваш. От ваша гледна точка
не съществува никакъв хоризонт
Ако размерите на нашата черна дупка бяха по-малки, вие наистина бихте се сблъскали с проблем – гравитацията би действала неравномерно върху вашето тяло и би ви разтегнала като спагета. Но за ваше щастие тази черна дупка е огромна – милиони пъти по-масивна от Слънцето, така че гравитационната сила е достатъчно слаба, за да може да се пренебрегне.
В огромната черна дупка вие дори ще можете съвсем нормално да си прекарате остатъка от живота, докато не попаднете в сингулярността.
© Richard Kail/SPL
Можете да поспорите колко нормален би бил животът на човек, който против волята си е повлечен към дупка в пространството без шанс някога да се върне обратно.
Ако се замислите, на всички ни е познато това усещане – само че приложимо към времето, а не към пространството. Времето върви само напред и никога назад, и то действително ни влече със себе си против нашата воля, без да ни оставя шанс за връщане в миналото.
Това не е просто аналогия. Черните дупки изкривяват пространствено-времевия континуум до такава степен, че в хоризонта на събитията
времето и пространството сменят местата си
В известен смисъл вас ви влече към сингулярност не пространството, а времето. Няма да може да се върнете назад и да се измъкнете от черната дупка – точно както никой от нас не е способен на пътешествие в миналото.
Възможно е сега да попитате какво ѝ става на Ана. Вие си летите в празното пространство на черната дупка и всичко ви е наред, а тя оплаква вашата гибел, като твърди, че ви е изпепелило лъчението на Хокинг от външната страна на хоризонта на събитията. Халюцинира ли Ана?
© Richard Kail/SPL
Всъщност твърдението ѝ е напълно вярно. От нейна гледна точка вие наистина сте се изпържили на хоризонта на събитията. И това не е илюзия. Ана дори може да събере вашата пепел и да я изпрати на роднините ви.
Става дума за това, че в съответствие със законите на квантовата физика, от гледна точка на Ана вие не можете да пресечете хоризонта на събитията и трябва да останете от външната страна на черната дупка, тъй като информацията никога не се губи безвъзвратно. Всеки бит информация, отговарящ за вашето съществуване, трябва да остане на външната повърхност на хоризонта на събитията – иначе от гледна точка на Ана
ще бъдат нарушени законите на физиката
От друга страна, законите на физиката също изискват вие да прелетите през хоризонта на събитията живи и невредими, без да срещнете по пътя си нито горещи частици, нито други необичайни явления. В противен случай ще бъде нарушена общата теория на относителността.
И така, законите на физиката искат вие едновременно да се намирате отвън на черната дупка (във вид на купчина пепел) и вътре в нея (цели и невредими). И още един немаловажен момент: според общите принципи на квантовата механика информацията не може да се клонира. Необходимо ви е да се намирате на двете места едновременно, но само в един екземпляр.
Такова парадоксално явление физиците наричат с термина изчезване на информацията в черната дупка. За щастие през 90-те години учените успели да разрешат този парадокс.
listcrux.com
Американският физик Ленард Съскинд разбрал, че всъщност няма никакъв парадокс, тъй като никой не вижда вашето клониране. Ана ще наблюдава един ваш екземпляр, а вие – друг. Вие с Ана повече никога няма да се срещнете и няма да можете да сравните наблюденията. А трети наблюдател, който да ви наблюдава както отвън, така и в черната дупка едновременно, не съществува. По такъв начин законите на физиката не са нарушени.
Вероятно ще поискате да разберете кой от вашите екземпляри е реален и кой – не. Живи ли сте вие в действителност, или сте мъртви?
Работата е там, че няма никакво „в действителност“.
Реалността зависи от наблюдателя
Съществува „в действителност от гледна точка на Ана и „в действителност“ от ваша гледна точка. Това е всичко.
Почти всичко. През лятото на 2012 г. физиците Ахмед Алмхейри (Ahmed Almheiri), Доналд Маролф (Donald Marolf), Джоузеф Полчински (Joseph Polchinski) и Джеймс Съли, колективно известни под абревиатурата от първите букви на фамилиите като AMPS, предложили мислен експеримент, който заплашва да преобърне представите ни за черните дупки.
© Henning Dalhoff/SPL
Според учените решението на противоречието, предложено от Съскинд, се основава на това, че разногласието в оценката на случващото се между вас и Ана е опосредствано от хоризонта на събитията. Не е важно действително ли Ана е видяла как един от двата ваши екземпляри е загинал в огъня на лъчението на Хокинг, тъй като хоризонтът на събитията не ѝ е позволил да види втория ви екземпляр, попаднал в дълбините на черната дупка.
Но ако Ана имаше как да разбере какво се случва от другата страна на хоризонта на събитията, без да го пресича?
Общата теория на относителността ни казва, че това не е възможно, но квантовата механика леко размива строгите правила. Ана би могла с едното око
да надникне зад хоризонта на събитията
с помощта на това, което Айнщайн нарича „призрачно действие на разстояние“.
Става дума за квантовото заплитане – явление, при което квантовите състояния на две или повече частици, разделени от пространството, по загадъчен начин се оказват взаимозависими. Тези частици сега формират единно и неделимо цяло, а информацията, необходима за описание на това цяло, е заключена не в едната или в другата частица, а във взаимовръзката между тях.
© Victor de Schwanberg/SPL
Идеята, издигната от AMPS, звучи по следния начин. Да предположим, че Ана вземе частица близо до хоризонта на събитията – да я наречем частица А.
Ако нейната версия на случилото се с вас съответства на действителността, тоест вас ви е убило лъчението на Хокинг от външната страна на черната дупка, значи частица А трябва да е взаимосвързана с друга частица – В , която също трябва да се намира от външната страна на хоризонта на събитията.
Ако действителността съответства на вашето виждане на събитията и вие сте живи и здрави от вътрешната страна, тогава частица А трябва да е свързана с частица С, намираща се някъде в черната дупка.
Прелестта на тази теория се заключава в това, че всяка от частиците може да е взаимосвързана само с една друга частица. Това означава, че частица А е свързана или с частица В, или с частица С, но не и с двете едновременно.
© NASA/CXC/M. Weiss
И така, Ана взема своята частица А и я пропуска през машинка за разшифроване на заплитане, която дава отговор – свързана ли е тази частица с частицата В или с частицата С.
Ако отговорът е С, вашата гледна точка е възтържествувала в нарушение на законите на квантовата механика. Ако частица А е свързана с частица С, намираща се в недрата на черната дупка, то информацията, описваща тяхната взаимосвързаност, се оказва завинаги загубена за Ана, което противоречи на квантовия закон, според който информацията никога не се губи.
Ако отговорът е В, то въпреки принципите на общата теория на относителността права е Ана. Ако частицата А е свързана с частицата В, вас наистина ви е изпарило лъчението на Хокинг. Вместо да прелетите през хоризонта на събитията, както изисква теорията на относителността, вие сте се врязали в огнената стена.
И така, върнахме се на въпроса, с който започнахме –
какво ще се случи с човек в черна дупка?
Ще прелети той през хоризонта на събитията цял и невредим благодарение на реалността, която по невероятен начин зависи от наблюдателя, или ще се вреже в огнената стена (black holes firewall – да не се бърка с термина firewall, който ви защитава в мрежата).
© Ute Kraus, CC by 2.5
Никой не знае отговора на този въпрос – един от най-спорните въпроси във физиката.
Повече от 100 години учените се опитват да се примирят с принципите на общата теория на относителността и квантовата физика в надеждата, че в края на краищата едната или другата ще надделее. Разрешаването на парадокса „огнена стена“ трябва да отговори на въпроса, кои от принципите са взели връх, и да помогне на физиците да създадат една теория на всичко.
Решаването на парадокса с изчезването на информацията може да се крие в дешифроващата машина на Ана. Определянето с коя точно от другите частици е взаимосвързана частица А, е изключително трудно. Физиците Даниъл Харлоу от Принстънския университет в Ню Джърси и Патрик Хадан, който сега работи в Станфордския университет в Калифорния, си задали въпроса, колко време ще се изисква за това.
През 2013 година те изчислили, че дори с помощта на най-бързия компютър, който е възможно да се създаде в съответствие с физическите закони, Ана ще има нужда от изключително много време, за да разшифрова взаимовръзката между частиците – толкова много, че към момента, в който ще получи отговор, черната дупка отдавна ще се е изпарила.
© Andy Potts
Ако това е така, вероятно на Ана просто не ѝ е съдено някога да разбере чия гледна точка съответства на действителността. В такъв случай двете истории остават едновременно правдиви, реалността – зависеща от наблюдателя, и нито един закон на физиката няма да е нарушен.
Освен това връзката между свръхсложните изчисления (на каквито нашият наблюдател очевидно не е способен) и пространствено-времевия континуум може да наведе физиците на нови теоретични размишления.
По такъв начин черните дупки не са просто опасни обекти на пътя на междузвездните туристи, но и теоретични лаборатории, в които най-малките вариации във физическите закони се разрастват до такива размери, че е не възможно да се пренебрегнат.
И ако някъде се таи истинската природа на реалността, най-добре да я търсим в черните дупки. Може би все пак трябва да погледнем отвън? Или да изпратим Ана – сега е неин ред.
