Mokslo ir technologijų pasaulis

Nepakeliamas juodųjų bedugnių lengvumas, arba instrukcija kosmoso keliautojams: raskite juodąją bedugnę – tiks bet kuri, 1000 ir daugiau kartų masyvesnė už Saulę. Pasikvieskite draugus ir gimines į erdvėlaivį ir laikykite juos saugiu atstumu. Jų laukia nepamirštamas reginys!

Britų astronomas, garsus Arizonos universiteto profesorius, knygos „Einstein's Monsters: The Life and Times of Black Holes“ autorius Chris Impey pratarmėje paaiškina:

Juodosios bedugnės – žinomiausi ir paslaptingiausi Visatos objektai. Naudodami šį terminą kasdienėje kalboje, įsivaizduojame kažką, kas viską aplink įsiurbia į save. Apie juodąsias bedugne kalbama filmuose ir romanuose, šis įvaizdis praktikuojamas ir populiariojoje kultūroje. Juodoji bedugnė tapo pikta lemiančios paslapties įsikūnijimu. Aš ją metaforiškai vadinu „Einšteino pabaisa“…

Vienoje knygos ištraukoje pasakojama apie autoriaus susitikimą su „juodųjų bedugnių tėvu“ Stephenu Hawkingu ir aiškinami realūs fizikiniai įvykiai, kuriais remiasi pikta lemianti šių „kosminių piltuvėlių“ reputacija. O kitoje su palengvėjimu sužinosime, kad šie bauginantys objektai kartais (esminis žodis!) būna visai ne tokie pavojingi, kaip esame pratę manyti.

1. Spagetifikacija ir kiti nemalonumai

Sutikau Stepheną Hawkingą praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio gale, bestudijuodamas magistrantūroje. Paskyrimo Lucaso matematikos profesoriumi proga, jis Londone skaitė lekciją apie juodąsias bedugnes. Hawkingui tada buvo 36 metai, jis buvo puikus fizikas.

Tuomet jis jau dešimt metų sėdėjo neįgaliojo vežimėlyje, jo kalbą galėjo suprasti tik kai kurie šeimos nariai ir artimi kolegos. Vienas studentas stovėjo greta Hawkingo, klausėsi jo kalbos ir persakydavo auditorijai. Pamenu, lekcijai einant į galą, kuo giliausiai įsitikinau, kad bet kokios mano gyvenime ir karjeroje iškilsiančios kliūtys bus vieni niekai, palyginus su tuo, ką patyrė Hawkingas.

Po dvidešimties metų mes su pusbroliu apsilankėme viešoje Hawkingo paskaitoje Cambridge. Lekcijos tekstas buvo parengtas iš anksto ir įgarsintas kalbos sintezatoriumi – tai tapo Hawkingo vizitine kortele. Į klausimus jis atsakinėjo lėtai, nes jam tekdavo vienu pirštu rinkti reikiamas frazes iš didžiulės kompiuterinės bazės.

Tačiau aštrus mokslininko humoras nuo to nenukentėjo. Kažkas paklausė: „Ar mes kada nors galėsime panaudoti juodąsias bedugnes išgelbėti žmonijai nuo sunaikinimo?“ Hawkingas pamažu išspausdino: „Tikiuosi, ne“. Kitas klausimas: „Ar kas nors gali išgyventi, krisdamas į juodąją bedugnę?“ Jis lėtai surinko atsakymą: „Jūs – galbūt. Man ir be to užtenka problemų“.

Iš tiesų atsakymas į antrąjį klausimą yra, kad, deja, krentantis į juodąją bedugnę keliauninkas neišgyvens, jo laukia „spagetifikacija“ dėl gravitacijos sukelto ištempimo.

Gravitacija silpnėja atvirkščiai proporcingai atstumo iki objekto kvadratui. Greta bet kokio kompaktiško objekto – tokio, kaip juodoji bedugnė – skirtingu atstumu nuo jo esančius taškus gravitaciškai traukia skirtinga jėga – tai vadinamoji potvynio jėga.

Likus 3000 km iki juodosios bedugnės, gravitacijos skirtumas tarp galvos ir pėdų sukels tempimą maždaug prilygstantį Žemės gravitacijai. Malonumas menkas, tačiau ne mirtinas.

1000 atstumu tempimo jėga žemiškąją gravitaciją viršys 50 kartų ir į dalus suplėšys jūsų kaulus ir vidaus organus.

Už 300 km – iki įvykių horizonto dar toli – tempimo jėga Žemės gravitaciją viršija 1000 kartų, suyra kieti kūnai.

Spagetifikacija – ne vaikiškas žaidimas, kai vienas draugas tempia jus už kojų, o kitas – už rankų, ir netgi ne viduramžiškas „teisingumo gultas“. Greta juodosios bedugnės išsikreipia erdvėlaikis, ir jūs ištempiamas visais lygiais: raumenų skaidulų, ląstelių ir DNR spiralių.

2. Masyvios juodosios bedugnės – nebaisios

Pabandykime įveikti juodųjų bedugnių keliamą baimę. Tai nėra viską aplink įsiurbiantys kosminiai dulkių siurbliai. Jos, kaip ir bet kuris masę turintis objektas, turi gravitacinės įtakos sferą, tačiau jeigu Saulė staiga susitrauktų į juodąją bedugnę, Žemę veikianti gravitacija nepasikeistų, ir Žemė lyg niekur nieko toliau skrietų savo orbita (nors po aštuonių minučių žmonės nepaprastai sunerimtų dėl dingusios Saulės šviesos ir energijos).

Antra, mums negresia susitikimas su juodąja bedugne. Tik nedidelė žvaigždžių dalis po mirties tampa juodosiomis bedugnėmis, ir Saulės apylinkėse jų nėra. Artimiausia žvaigždinės masės juodoji bedugnė – V616 Mon. Ji maždaug 10 kartų sunkesnė už Saulę ir yra už 3000 šviesmečių. Toliau – etaloninė juodoji bedugnė Gulbė Х-1: 15 Saulės masių, už 6100 šviesmečių. Tačiau dar daug dešimtmečių neturėsime technologijų, kuriomis pasinaudoję, galėtume juodąją bedugnę aplankyti – net miniatiūrinių kosminių zondų, todėl bet kokios kalbos apie krentančius į žmones – grynai hipotetinės.

Artimiausia masyvi juodoji bedugnė – 4 milijonų Saulės masių – yra Paukščių Tako centre, už 27 000 šviesmečių. Artimiausia supermasyvi juodoji bedugnė yra Mergelės spiečiaus gigantiškos elipsinės galaktikos M87 centre, už 60 milijonų šviesmečių. Šios pabaisos masė – visi 5 milijardai Saulės masių.

Tačiau masyvios juodosios bendugnės visai nėra monstriškos. Iš Schwarzschildo spindulio formulės, aprašančios įvykių horizontą, — \(r_s=\frac{2GM}{c^2}\), — matome, kad įvykių horizonto dydis proporcingas masei. Kvazaro juodosios bedugnės atveju masė yra 100 milijonų kartų didesnė už Saulės, o įvykių horizonto spindulys yra 300 milijonų kilometrų, arba dvigubai didesnis už atstumą nuo Žemės iki Saulės.

Kadangi augant masei, didėja ir matmenys, įvykių horizonto ribojamos erdvės tankis mažėja proporcingai masės kvadratui. Trijų Saulės masių juodosios bedugnės tankis 10 000 trilijonų kartų didesnis už vandens, tuo tarpu mūsų galaktikos centre esanti juodoji bedugnė yra vos 1000 kartų tankesnė už vandenį. 100 milijonų Saulės masių kvazaro juodosios bedugnės tankis yra vos 10% vandens tankio, o didžiausių juodųjų bedugnių tankis – dar 10 000 kartų mažesnis. Kokia gi baisi juodoji bedugnė, kurios tankis mažesnis už oro, kuriuo kvėpuojame! Pagalvokite apie tai.

Jei Saulės sistemos dydžio erdvę užpildytume oru, gautume juodąją bedugnę. O jei sukurtume pakankamai didelį okeaną, juodoji bedugnė plūduriuotų jame kaip burbulas. Kirsti masyvios juodosios bedugnės įvykių horizontą, tikriausiai gerokai mažiau pavojinga, nei žvaigždinės masės juodosios bedugnės.

Bent jau spagetifikacija gerokai mažiau tikėtina. Didėjant kompaktiško objekto masei, tempimo jėgos pagreitis sparčiai mažėja. 100 milijonų Saulės masių įvykių horizonte ji šimtus kartų mažesnė už sukeliamą Žemės gravitacijos. Bebaimis keliauninkas kirstų įvykių horizontą ir ničnieko nepajustų.

Ir tai būtų pats beviltiškiausias tolimos ateities kosminio keliautojo nuotykis. Raskite juodąją bedugnę – tiks bet kuri masyvesnė už 1000 Saulių. Surinkite draugus ir gimines erdvėlaivyje ir laikykite juos saugiu atstumu. Jie žinos, kad mato jus paskutinį kartą, nes iš juodosios bedugnės ištrūkti neįmanoma. Paskui nukreipkite savo erdvėlaivį laisvam kritimui link įvykių horizonto.

Artindamiesi prie įvykių horizonto, pamojuokite jiems lyg nieku nieko. Draugai matys, kaip jūsų atvaizdas išsitempia ir deformuojasi. Jis dar ir paraudonuos, nes fotonams tenka įveikti galingą juodosios bedugnės gravitaciją. Tuo tarpu jūs, kirtę įvykių horizontą ir pasileidę link savo intriguojančios, tačiau nežinomos lemties, neišvysite ir nepajusite nieko neįprasto. Gi artimieji stebi atsisveikinimo sceną: neužbaigtą rankos mostą – ir jūsų ištirpstantį raudonyje ir amžinybėje sustingstantį atvaizdą…

republic.ru